[发明专利]温室番茄的实时识别定位和智能采摘装置

说明书

本发明公开了温室番茄的实时识别定位和智能采摘装置，包括小车本体、摄像头模块、主控模块、抓取模块和附加功能拓展模块；摄像头模块设置于抓取模块上，小车本体上设置附加功能拓展模块和主控模块；实现了对番茄果实进行智能识别、精确定位和无损抓取。

技术领域

本发明涉及细胞生物学领域，特别是温室番茄的实时识别定位和智能采摘装置。

背景技术

随着生产技术的发展，果蔬种植规模逐渐扩大，果蔬的采摘效率是影响农业生产效率的重要因素，而传统的果蔬采摘过程对农业人口的依赖性非常严重，并且果蔬受到环境与养分吸收的影响，成熟周期不一致，使得人力采摘周期长，从而劳动成本增加，经济效益滑坡；另一方面，人工采摘活动受体力、工作环境条件等影响，采摘效率低；传统的采摘工具也存在对果蔬的损害、环境污染等问题，所以实现果蔬采摘的机械化、自动化、智能化是当下采摘过程研究的关键问题之一。随着机器人技术的广泛应用与发展，农业机器人能够在艰苦的环境下完成连续、重复、单调的采摘劳动，而且可以实现采摘过程中定位识别、移动抓取等精细化操作，极大地提高了果蔬采摘效率。而衡量果蔬采摘机器人性能的关键指标有：对成熟果蔬的采摘效率、识别定位能力、避障能力、对采摘果蔬造成破坏的几率、采摘多样性等，所以，针对番茄的定位、识别、采摘、搬运、分拣、码垛、打包等多方面的作业任务，研发一种对番茄进行准确实时识别定位，并且减少番茄在采摘过程中损伤率的智能采摘装置，实现采摘的高自由度和准确度，对减少劳动力的使用，增加经济效益，提高生产质量和采摘品质具有重大意义。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明提供了温室番茄的实时识别定位和智能采摘装置，实现了对番茄果实进行智能识别、精确定位和无损抓取。

本发明提供了一种技术方案，温室番茄的实时识别定位和智能采摘装置，包括小车本体、摄像头模块、主控模块、抓取模块和附加功能拓展模块；摄像头模块设置于抓取模块上，小车本体上设置附加功能拓展模块和主控模块。

优选地，抓取模块包括舵机1、舵机2、舵机3、舵机4、舵机5、舵机6、舵机7；舵机1控制在小车本体的底部回转，舵机2、舵机3控制小车本体大臂俯仰，舵机4个控制小车本体中臂回转，舵机5控制小车本体的小臂回、舵机6控制小车本体的小臂俯仰，舵机7控制小车本体的机械爪子抓取。

优选地，摄像头模块包括搭载OV5640模组、800万无畸变镜头的OpenMV-4H7 Plus智能摄像头8及其连接的外设部分。

优选地，附加功能拓展模块包括加超声波模块、红外避障模块、JY61倾斜角度传感器；小车本体的底盘及机械臂的基础上增加超声波模块、红外避障模块、JY61倾斜角度传感器通过参数返回各传感器的参数实现自动避障、规划小车路线、防侧翻功能。

优选地，主控模块包括STM32F103RB为主控芯片的开发板、锂电池；STM32F103RB为主控芯片的开发板分别连接锂电池、与摄像头模块的摄像头、抓取模块的舵机、附加功能模块的JY61倾斜角度传感器所有传感器以及本模块内的20A大功率H桥直流有刷电机驱动板直接相连，并通过电机驱动板间接操控37电机。

优选地，温室番茄的实时识别定位和智能采摘装置的系统，包括四大系统，四大系统为主控系统、识别与测控系统、定位系统和抓取系统；

其中，摄像头模块通过识别与测控系统与定位系统实现番茄果实的识别与定位，主控模块控制舵机模块通过抓取系统实现果实抓取，并控制附加功能模块实现装置移动以辅助四大系统的运行。

优选地，识别与测控系统的流程包括以下步骤：

步骤一：使用摄像头获得实时图像并使用大小为3×3且σ＝3的二维高斯平滑滤波器与每张输入图像卷积，用确定的邻域内像素的加权平均灰度值去替代模板中心像素点的值，进而得到输出图像；

步骤二：依次对图像使用erode和dilate函数进行腐蚀和膨胀处理，完成开运算；