[发明专利]柑橘采摘机器人的柔性采摘装置和方法

摘要

本发明涉及一种针对柑橘类球形水果采摘方法和装置，将力觉、温觉、视觉、距离等多传感器信息融合，及时反馈信息以实现执行部件对水果的柔性采摘。所述柔性采摘装置，由果实采摘硬件装置和软件控制系统两部分组成，果实采摘硬件装置由计算机视觉系统、工控系统、机械手臂、末端执行器组成；其利用立体视觉系统检测和识别可采摘的成熟水果；在世界坐标下，计算出果实的具体位置，将得到的果实位置信息和障碍物位置信息进行特征提取，在虚拟环境下建立三维模型得到机器人运动路径后，由工控机系统控制机械臂和手爪抵达指定位置；最后，控制末端执行器伸出吸盘吸住并牵引水果，而后用手爪固定水果，再由切割装置旋转到指定位置，切断果梗。

主权项

1.柑橘采摘机器人的柔性采摘装置，其特征是由果实采摘硬件装置和软件控制系统两部分组成，果实采摘硬件装置由计算机视觉系统、工控系统、机械手臂、末端执行器组成，末端执行器部分包括：真空吸附装置、手爪和切割装置；1)机械手臂：由5个自由度旋转关节组成，机械臂包括底座(1)、腰关节(2)、肩部(3)、肩关节(4)、大臂(5)、肘关节(6)、小臂(7)、腕关节(8、9)、末端执行器安装架(10)，其中腕关节有2个自由度，每个关节都由齿轮(16)、齿型带(17)、编码盘(18)、减速器(19)、电机(20)和电机驱动器(21)连接组成；2)视觉系统：为安装在机械臂基座上的双目立体视觉系统(12)，通过USB接口与主计算机(13)相连，实现环境信息的采集；3)工控系统：包括工控机(14)，内插多个用于控制机械臂各关节(2，4，6，8，9)和末端执行器(11)的运动控制卡(15)；4)真空吸附装置：为橡胶吸盘(30)，安装在吸盘导杆(47)上，吸盘导杆固定在吸盘支架(48)上，吸盘支架和螺杆(49)相连，螺杆末端和吸盘电机(27)连接，电机固定在末端执行器安装架(10)上；5)手爪：由3个两关节手指(23)构成，安装在手掌(22)上，指根(44)、指尖(43)的关节驱动由指根驱动器(46)和指尖驱动器(24)驱动，指根驱动器(46)由角度传感器(50)检测指根转动角度，电机(56)、电机驱动器(57)、减速器(58)直接和指根相连控制指根(44)运动；指尖驱动器(46)由角度传感器(59)检测指尖转动角度，电机(54)、电机驱动器(55)、减速器(53)连接驱动轮(52)，带动指尖驱动带(51)控制指尖(43)运动，每个指尖安装了接近传感器(40)，每个手指内侧装有力觉传感器(41)和温觉传感器(42)，手掌(22)内装有超声传感器(25)；6)切割装置：其支架(32)固定在手掌(22)上，与旋转装置(33)相连，刀片架上安装电机(36)、皮带轮(35)，刀片上方有防护罩(39)；软件控制系统包括：立体视觉标定，目标信息获取识别、定位，机械手路径规划，机械臂和末端执行器控制模块。