[发明专利]具有成熟度检测及计数功能的采摘机器人

说明书

技术领域

本发明涉及机器人识别及果实采摘技术领域，尤其涉及一种具有成熟度检测及计数功能的采摘机器人，包括车型移动平台、柔性机械手、装载箱、双图像采集系统和计数器。

背景技术

我国是一个农业大国，瓜果蔬菜等农产品的种植和采摘需要大量的劳动力资源。然而随着我国经济持续稳步增长，劳动力价格也相应有所提高，这就很大程度上提高了劳动密集型企业的生产成本，从而使企业经济效益大幅下降。为了解决这个问题，用于农业生产的机器人应运而生，例如：大棚育苗机器人、花卉嫁接机器人等。这些机器人自动完成所需任务，从而极大的避免了人力资源的浪费。

有许多果树如苹果树树干高大，果实呈随机状态分布，导致分辨是否成熟及采摘比较困难，所以更适合引进带有成熟度自动检测和采摘的机器人。然而，这种机器人要集准确定位、精确识别、无损采摘和满足预定条件而自动返回指定地点等多功能于一体，尤其是为了实现无损采摘的功能要求机器人必须要有像人类手臂一样灵活的柔性机械手，这也是机器人研究的一大难点。

发明内容

针对上述现有技术，本发明解决的技术问题是如何解决采摘机器人能具有集准确定位、精确识别、无损采摘和满足预定条件而自动返回指定地点且为了实现无损采摘的功能要求机器人必须要有像人类手臂一样灵活的柔性机械手的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是一种具有成熟度检测及计数功能的采摘机器人，包括车型移动平台、柔性机械手、装载箱、双图像采集系统、计数器，其中柔性机械手、苹果装载箱和双图像采集系统均安装在车型移动平台上，计数器安装在柔性机械手上，所述车型移动平台是一个带有四个橡胶轮胎的酷似小车的驱动平台，可以使机器人在凹凸不平的地面上自由行驶。四个轮子均用电机驱动，并配有一定线数的编码器，同时还具有确定的减速比，使得机器人在行动过程中能自动减速。

所述的柔性机械手包括以下组成部分：

关节臂：从下往上依次通过可做平行于水平面的旋转运动的关节转动轴相连；

剪刀手：装在最上面关节臂未端，刀片下装有缓冲垫；

关节传动机构：用于在关节臂之间传递动力；

关节驱动系统：由内部装有谐波减速器和失电制动器的直流伺服电机、编码器、制动器和光电开关组成，控制所述关节转动轴作水平或垂直旋转运动；

剪刀手气动装置：负责控制剪刀手的张开与闭合。

优选地，所述的关节转动臂数量为3个，底端的关节转动轴可做平行于水平面的旋转运动，中间位置的转动轴可做垂直于水平面的旋转运动，顶端的关节转动轴可做垂直于水平面的旋转运动。

优选地，所述关节转动轴上均设有限位片，底端的关节转动轴可做平行于水平面的旋转运动，运动角度范围为0°至180°，中间位置的转动轴可做垂直于水平面的旋转运动，运动角度范围为0°至120°，顶端的关节转动轴可做垂直于水平面的旋转运动，运动角度范围为0°至120°。

所有关节转动轴相互协作，使机器人的机械臂能自由伸缩达到成功摘取果实的目的。

所述双图像采集系统固定在车型移动平台上偏右侧，由两个相距一定距离的金属支架将两个高清摄像机支撑起距地面140cm左右的位置，高清摄像机通过数据采集卡与智能控制系统连接，两个高清摄像机均非正方向连接，均有一定角度的偏转使得其能在所述柔性机械手前方达到聚焦的目的，可获取果实图像并通过数据采集卡传送至PC处理端实现果实成熟度检测及发出采摘指令。

所述计数器为三位数值的同步加法计数器，数值上限为100，放置在柔性机械手上，以便为机器人设置采摘上限，而该采摘上限是可以通过软件方式设置的，每当采摘一个苹果，同步加法计数器获得一个来自机械臂的时钟脉冲，触发同步加法计数器的触发器，使其数值加一，当达到采摘上限100后机械臂则停止工作，机器人返回至指定地点。

所述装载箱是一个固定在车型移动平台后方的一个容器，与车身同宽，用于盛放采摘下来的果实。

本发明的整个工作过程：