[发明专利]一种车载式草莓采摘机器人稳像方法

说明书

本发明公开了一种车载式草莓采摘机器人稳像方法，该稳像方法包括：通过九轴姿态传感器实时测量图像采集模块的姿态角度信息，采用卡尔曼滤波算法对采集的姿态角度信息进行融合处理以对其进行修正；将修正的姿态角度信息与上位机中预设的姿态角度信息作差求得角度误差，将角度误差作为PID调节器的输入，通过PID调节器对角度误差进行调节，将经PID调节器调节后的角度误差作为三轴电机待转动角度，通过主控制器向电机驱动模块发送控制信息进而控制三轴电机转过相应角度，实时调整图像采集模块的姿态，以保证图像采集模块始终稳定在上位机预设的姿态。该稳像方法解决了因图像采集模块抖动造成草莓定位精准度降低的问题，提高了草莓自动化采摘的效率。

技术领域

本发明涉及草莓采摘机器人稳像技术领域，具体的说是一种车载式草莓采摘机器人稳像方法。

背景技术

草莓为蔷薇科属多年生浆果类草本果树，是世界上栽培最为广泛的果树种类之一。在草莓种植的过程中，草莓的采摘占有重要地位，整个种植生产过程中约有1/4的时间被草莓采摘所占用，且由于草莓成熟后必须尽快采摘，所以在盛果期采摘作业的劳动强度非常大，常常耗费了巨大的人力物力。故随着5G技术和智慧农业的发展，以及人力成本的不断提高，将自动化技术引进草莓采摘作业环节，实现草莓的自动化采摘成为目前急需解决的问题。

目前，草莓采摘机器人基本采用车载式底盘，工作于田垄间，通过对CCD摄像机采集的彩色图像进行检测，计算出草莓的方位，通过距离传感器测量机械手到草莓的距离，并搭配多自由度机械手完成草莓自动采摘。但是由于规模化的草莓生产普遍采用大棚种植方式，草莓种植密度大，行间距较小，且不能硬化处理，地面不平整，导致草莓采摘机器人在行进过程中会产生抖动。该抖动会对图像采集造成影响，使得在进行采摘时发生草莓定位精准度下降的问题，导致草莓自动化采摘的效率降低。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术中草莓采摘机器人视觉的抖动问题，提出了一种车载式草莓采摘机器人稳像方法，其保证了草莓采摘机器人图像采集模块的稳定性，提高草莓识别精准度，进而显著提高草莓的采摘效率。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：

一种车载式草莓采摘机器人稳像方法，其是借助搭设于车载式草莓采摘机器人上的稳像系统实现的，所述稳像系统包括工作平台、上位机、主控制器、电机驱动模块、三轴电机以及九轴姿态传感器，其中，所述工作平台为具有俯仰轴、横滚轴以及航向轴的三轴云台，所述工作平台的上方安装有草莓采摘机器人的图像采集模块，所述工作平台的下方设有九轴姿态传感器，所述三轴电机分别为控制图像采集模块沿航向轴方向活动的航向轴电机、控制图像采集模块沿横滚轴方向活动的横滚轴电机以及控制图像采集模块沿俯仰轴方向活动的俯仰轴电机；

车载式草莓采摘机器人稳像方法主要包括如下步骤：

(1)、通过九轴姿态传感器实时测量图像采集模块的三轴角速度、三轴加速度以及三轴磁感应强度，并将测量的数据解算成姿态角度信息，之后采用卡尔曼滤波算法对采集的姿态角度信息进行融合处理，进而对图像采集模块的姿态角度信息进行修正；

(2)、将修正的姿态角度信息与上位机中预设的姿态角度信息作差以求取角度误差，将角度误差作为PID调节器的输入，通过PID调节器对角度误差进行调节，将调节后的角度误差量作为控制三轴电机转动的依据；

(3)、将经PID调节器调节后的角度误差作为三轴电机所需转动的角度，通过主控制器向电机驱动模块发送控制信息进而分别控制航向轴电机、横滚轴电机、俯仰轴电机转过相应角度，从而对图像采集模块的姿态进行实时调整，以保证图像采集模块始终稳定在上位机预设的姿态。

进一步地，步骤(1)中，通过九轴姿态传感器内部集成的三轴陀螺仪、三轴加速度计和三轴磁力计分别获取图像采集模块的三轴角速度、三轴加速度以及三轴磁感应强度，然后通过下列算法能够将测量的数据处理成图像采集模块的姿态角度信息，其中：

(a)、三轴陀螺仪测量的是三轴角速度，通过下式即能够计算出对应的角度值：