[发明专利]一种果园机器人主动视觉探测系统及探测方法

权利要求书

1.一种果园机器人主动视觉探测系统，其特征在于：所述系统包括移动平台(2)、相机(10)、相机位姿调节机构和控制器(3)；

所述相机位姿调节机构包括直线导轨(5)、直线滑块(13)、直线电机(14)、支架(6)、圆弧导轨(7)、圆弧滑块(12)和圆弧电机(9)；

所述直线导轨(5)通过支承台(4)固接在移动平台(2)上，直线导轨(5)平行于移动平台(2)的前进方向；所述直线滑块(13)安装在直线导轨(5)上，并通过直线电机(14)的驱动在直线导轨(5)上移动；

所述支架(6)的一端固接在直线滑块(13)上，另一端固接在圆弧导轨(7)的中部；所述圆弧导轨(7)所在平面与直线导轨(5)相互垂直，圆弧导轨(7)的圆心朝向一侧果树，且当圆弧导轨(7)与一棵果树对应时，圆弧导轨(7)的圆心与果树树冠中心重合；

所述圆弧滑块(12)安装在圆弧导轨(7)上，并通过圆弧电机(9)的驱动在圆弧导轨(7)上移动；

所述相机(10)固接在圆弧滑块(12)上，且相机(10)随圆弧滑块(12)在圆弧导轨(7)上做圆弧运动的过程中，相机(10)的摄像头始终朝向圆弧导轨(7)的圆心；

所述控制器(3)安装在移动平台(2)上，控制器(3)分别与相机(10)、圆弧电机(9)和直线电机(14)连接，向相机(10)发送拍照指令并记录存储相机(10)采集的作业目标信息；控制器(3)通过控制圆弧电机(9)和直线电机(14)的运转调整相机(10)的位姿。

2.根据权利要求1所述的果园机器人主动视觉探测系统，其特征在于：所述移动平台(2)为导轨式、轮式或履带式移动平台。

3.根据权利要求1所述的果园机器人主动视觉探测系统，其特征在于：所述作业目标包括果树的果实、叶子、枝干。

4.一种根据权利要求1-3任一项所述的系统的果园机器人主动视觉探测方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：

S1、控制器(3)控制移动平台(2)启动，当移动平台(2)移动到果树(8)的位置，圆弧导轨(7)与一棵果树对应且圆弧导轨(7)的圆心与果树树冠中心重合时，控制器(3)发送指令控制移动平台(2)停止移动；

S2、控制器(3)建立果树三维空间遮挡地图；

通过如三维激光雷达获取果树三维点云，将其输入控制器(3)中，控制器(3)将其划分为体素形式，将所有体素标签设置为(0)，即不可见状态，并作为果树三维空间遮挡地图；

S3、控制器(3)根据果树三维空间遮挡地图，采用位姿搜索优化算法计算出相机(10)的多个最佳采集位姿；所述最佳采集位姿为相机(10)在该位姿下采集作业目标信息时可以获得最大可见度以及最小的遮挡率；其中，最大可见度指在该位姿下相机(10)所能拍摄到的作业目标体素占据当前三维空间遮挡地图的比例最大；最小遮挡率指该位姿下相机(10)不能拍摄到的作业目标体素占据当前三维空间遮挡地图的比例最小；最大可见度+最小遮挡率＝1；

S4、控制器(3)通过控制直线电机(14)的运转，使直线滑块(13)沿着直线导轨(5)移动，带动圆弧导轨(7)和相机(10)沿着直线导轨(5)做直线运动。控制器(3)通过控制圆弧电机(9)的运转，使圆弧滑块(12)沿着圆弧导轨(7)移动，带动相机支架(11)和相机(10)沿着圆弧导轨(7)做圆弧运动，使相机(10)依次位于各个最佳采集位姿；当相机(10)位于某一最佳采集位姿时，控制器(3)向相机(10)发送拍照指令，相机(10)通过数据传输将图像信息传回控制器(3)，控制器(3)接收图像信息并保存，完成所有最佳采集位姿的拍照后，判断得到的作业目标信息的可见度是否达到预设条件；

S5、如果作业目标信息的可见度未达到预设条件，则返回步骤S3，重新进行最佳位姿计算，随后进行步骤S4和S5；否则，控制器(3)控制移动平台(2)再次启动，移动到下一棵果树进行作业目标信息采集；

S6、所有果树信息采集完毕后，系统停止作业。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：所述步骤S3中，位姿搜索优化算法包括粒子群优化算法、蚁群优化算法和遗传算法。