[发明专利]一种果蔬采摘机器人及其控制方法

说明书

本发明公开了一种果蔬采摘机器人及其控制方法。该系统，包括移动平台、采摘机械臂、采摘手、控制系统及拖车；移动平台与拖车连接；采摘机械臂安装在移动平台上，采摘手安装在采摘机械臂的末端；采摘手边沿安装有获取目标物位姿信息的eye‑in‑hand摄像机，采摘手安装有采摘果蔬的真空采摘器，真空采摘器通过真空管将果蔬输送到拖车上；并联调整机构由六个伺服电动缸驱动实现摄像机的六自由度位姿调节。控制系统用于处理摄像机图像信息及位姿调节指令的生成与发送。此系统具有成本低、精度高、适用范围广等优点，便于在多种农业果蔬采摘过程中应用。

技术领域

本发明涉及机器人机构设计技术领域，具体是一种果蔬采摘机器人及其控制方法。

背景技术

随着现代精细农业的发展，农业机械的自动化、智能化程度要求越来越高。近年来，我国的果蔬产量逐年增长，并且果蔬的采摘期往往较短，这就造成果蔬采摘时需要在短时间投入大量劳动力进行高强度工作。但目前我国的老龄化程度却日益严重，这就造成了劳动力的短缺和成本的增加。为缓解劳动力短缺、减轻劳动强度、降低生产成本，国内外学者研究了不少果蔬采摘机器人。目前的研究主要多采用串联形式，虽工作空间大，但串联机器人固有的特性(存在累积误差、动态特性差等)决定了此类采摘机器人采摘效率较低。

发明内容

针对以上采摘机器人存在的问题，本发明提供了一种果蔬采摘机器人及其控制方法，该果蔬采摘机器人在3自由度串联采摘机械臂末端增加3自由度并联采摘手，利用并联机构动态性能好、运动控制精度高的优点来弥补串联机构动态性能差、运动精度低的缺点。

为达到上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种果蔬采摘机器人，包括移动平台、采摘机械臂、采摘手、控制系统及拖车；

所述的移动平台与拖车连接；所述的移动平台上安装有用于获取果蔬园中全局位置信息的北斗或GPS定位模块、用于获取移动平台姿态信息的电子罗盘模块、用于获取果树信息完成移动平台局部定位的识别测量装置以及用于获取当前待采摘果蔬的eye-to-hand摄像机；

所述的采摘机械臂安装在移动平台上，所述的采摘手安装在采摘机械臂的末端；采摘手边沿安装有获取目标物位姿信息的eye-in-hand摄像机，采摘手安装有采摘果蔬的真空采摘器，真空采摘器通过真空管将果蔬输送到拖车上；

所述的控制系统包括：

计算机或图像处理设备，用于处理所有摄像机的图像信息；

运动控制器，一方面用于获取识别测量装置的处理结果、测距传感器测得的移动平台与果蔬的距离信息、北斗或GPS全局位置信息及电子罗盘的方向信息，并依据获得的信息规划移动平台的运动路径，控制移动平台在果园行走；另一方面用于获取eye-to-hand摄像机和eye-in-hand摄像机的图像处理结果，对采摘机械臂和采摘手进行轨迹规划和运动控制，并控制真空采摘器动作，实现果蔬采摘。

作为本发明的进一步改进，所述的移动平台采用两动力轮软差速驱动方式，通过控制系统调节两轮转速实现平台的转弯或直行。

作为本发明的进一步改进，所述的采摘机械臂为三自由度串联结构，包括三个串联的关节，第一关节由垂直于移动平台上安装平面的移动副构成，第二关节、第三关节为转动副，转动副的转动轴线与第一关节移动副的移动方向平行，用于调节采摘手相对于移动平台的位置。

作为本发明的进一步改进，所述的采摘手为三自由度并联结构，包括动平台、定平台和三条主动链，动平台和定平台为中空的圆环，eye-in-hand摄像机安装在动平台上边沿；真空采摘器安装在动平台中空部分；三条主动链在动、定平台上均匀分布，主动链由伺服电动缸构成，伺服电动缸一端通过球铰链与定平台连接，伺服电动缸另一端通过转动铰链与动平台连接；定平台固定在采摘机械臂的末端。