[发明专利]冗余7轴双臂协作采摘机器人

说明书

本发明公开了一种冗余7轴双臂协作采摘机器人，包括2个冗余7轴机械臂、AGV移动车辆、升降平台和双目视觉图像系统；所述双目视觉图像系统采用eye‑to‑hand的双目视觉系统，固定在机器人的头部中心位置；2个冗余7轴机械臂固定在升降平台上；升降平台固定在AGV移动车辆上。本发明通过增加一个冗余肘关节轴，提高采摘机器人的工作空间和采摘范围，而且让机器人在避障的运动学计算时放宽了约束限制的范围，使机器人容易找到机器人避障运动的最佳路径求解，使得采摘机器人容易快速到达采摘位置和双臂的协作运动。

技术领域

本发明属于农业智能机器人领域，具体涉及一种冗余7轴双臂协作采摘机器人。

背景技术

我国是一个农业大国，果蔬是最主要的经济作物之一。果蔬采摘是果蔬种植中最费力最耗时的环节，果蔬采摘机器人的研发与使用越来越受重视。专利CN108934342A公开了一种六轴叶菜种植采摘机器人，为单臂结构的六轴工业机器人，可以完成一般轨迹的操作；但该机器人的工作空间计算没有考虑到有树枝主干遮挡时怎样避障。专利CN103947380A公开了一种双臂水果采摘机器人及水果采摘方法，采用转动关节机器人的左右臂分别进行左右边的果实采摘；但是该机器人的关节数太少，使得机器人的双臂协作运动和机器人的工作空间和采摘范围受限。专利CN102682286A公开了双臂采摘果实的方法，为两个三自由度串联的圆柱坐标的机械手，通过两臂的协作操作完成果实采摘；但该机器人的关节数只有三个自由度，采摘空间有限，协作运动有限。在机器人运动中，要求采摘过程具有灵巧手的功能，也要求机器人的功能具备处理机器人双臂之间的干涉与碰撞，或机器人与周围环境的干涉与碰撞。可见，采摘机器人迫切需要提高灵活性、避障能力，以及加大采摘的工作空间和活动范围。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种冗余7轴双臂协作采摘机器人，通过增加一个冗余自由度，提高采摘机器人的工作空间范围；而且通过该冗余自由度，机器人运动学计算增大了机器人到达采摘位置的最佳运动路径的选择机会，在有干涉或碰撞时，多一个冗余自由度让机器人的运动学计算容易找到避开干涉或碰撞的最佳路径解，使得采摘机器人容易快速到达采摘位置；而且通过冗余坐标，提高了采摘机器人双臂的协作工作程度。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种冗余7轴双臂协作采摘机器人，包括2个冗余7轴机械臂300、AGV移动车辆500、升降平台400和双目视觉图像系统200；所述双目视觉图像系统采用eye-to-hand的双目视觉系统，固定在机器人的头部中心位置；2个冗余7轴机械臂300固定在升降平台400上，可采用螺栓与升降平台相连接；升降平台固定在AGV移动车辆500上，所述升降平台用于调节采摘高度，适合不同高度的果树采摘。

所述冗余7轴机械臂300，包括腕部三轴、肩部三轴和冗余肘关节轴；所述腕部三轴包括单臂手的腕关节3005、单臂手的转动关节3006、单臂手的末端执行器关节3007；所述肩部三轴包括单臂腰关节3001、单臂肩关节3002和单臂肘关节3003；所述冗余肘关节轴为单臂冗余关节3004；所述冗余肘关节轴安装在7轴的中间，冗余肘关节轴的一个连接口与单臂肘关节3003相连接，另一个连接口与单臂手的腕关节3005相连接。

所述冗余7轴机械臂300，由7个独立轴的电机驱动系统组成，每个独立轴由伺服电机、减速器和驱动器组成，每个电机独立安装和独立驱动，使每个轴能独立的扩展机械臂的工作空间。

该机器人的双目视觉采用eye-to-hand的固定位置固定方法，将双目视觉固定在机器人的头部中心位置。

果实采摘时，机器人运动学计算通过改变中间冗余轴坐标值来选择避开障碍和碰撞的最佳求解。在采摘遇到障碍和碰撞时，如树枝遮挡，或树叶遮挡，优先调节中间冗余轴坐标值，以避开障碍或碰撞。

双机械臂协作采摘同一果实时，在出现碰撞和干涉时，通过改变两臂的中间冗余坐标值，选择双机械臂协作采摘的双臂运动学的最佳求解。