[发明专利]一种气动果实采摘机器人及控制方法

说明书

本发明公开了一种气动果实采摘机器人及控制方法，采摘机器人包括采摘车、旋转机构、采摘机械臂和控制系统，采摘机械臂采用多根气动肌肉组合驱动方式，由上臂、前臂和末端夹持手串联组成，手臂之间通过转动副连接形成三个关节，每个关节处安装有角度传感器，用于测量关节旋转角度，多根气动肌肉采用对称拮抗式的布置方式带动各个关节在竖直平面内转动。采摘车上的主摄像头和末端夹持手上的从摄像头构成机器人的视觉系统，引导机器人的采摘工作。控制系统用于处理图像信息和传感器信息以及机器人控制。本发明中的采摘机器人，具有、结构简单轻量化、柔顺性好、效率高的优点，能很好地代替人工劳动。

技术领域

本发明属于农业机器人技术领域，具体涉及一种气动果实采摘机器人及控制方法。

背景技术

我国的水果产业庞大，每年的水果产量都位居世界前列，由于果实采摘周期短，每到果实成熟季节，果实的采摘是一个重要问题。依靠人力的采摘方式成本越来越高，采摘机械化的趋势不可避免，这种情况下各式各样的采摘机器人涌现，现有的采摘机器人大多采用刚性驱动，对果树和果实不能提供很好的保护。

发明内容

针对传统刚性驱动的采摘机器人存在的问题，本发明提供了一种气动果实采摘机器人及控制方法。

本发明采用以下技术方案来实现的：

一种气动果实采摘机器人，包括采摘车、旋转机构、采摘机械臂和控制系统；所述的采摘机械臂采用多根气动肌肉组合驱动方式，由上臂、前臂和末端夹持手串联组成，手臂之间通过转动副连接形成三个关节，每个关节处安装有角度传感器，用于测量关节旋转角度，多根气动肌肉采用对称拮抗式的布置方式带动各个关节在竖直平面内转动，整个采摘机械臂安装在采摘车上的旋转机构上，增加了采摘机械臂在水平方向的自由度，采摘车前端安装有主摄像头，用于采集果实图像，且主摄像头上安装有测距传感器，用于测量果实位置；

所述的控制系统包括计算机和单片机，用于对图像数据和传感器数据的接收处理及采摘机器人的运动规划和控制。

本发明进一步的改进在于，所述的旋转机构安装在采摘车内部，上表面固定采摘机械臂的底座，通过步进电机驱动，能够带动采摘机械臂在水平面内360°转动。

本发明进一步的改进在于，还包括上支撑板、下支撑板、大连杆和小连杆，所述的末端夹持手采用气动肌肉驱动，上支撑板和下支撑板通过四根支撑柱连接，气动肌肉安装在上支撑板和大连杆之间，两个小连杆的一端与和大连杆的两端铰接，另一端分别和一个夹持板通过转动副连接，夹持板内固定的滑块限制其只能沿导轨移动，左右两个夹持板之间通过弹簧连接，在气动肌肉放气过程中利用弹力松开夹持板，在下支撑板上安装有从摄像头，同样带有测距传感器，和主摄像头配合完成果实的采摘工作。

本发明进一步的改进在于，夹持板内侧上贴有防护垫保护果实不受损伤。

本发明进一步的改进在于，气动肌肉的充放气是通过单片机输出PWM波控制高速开关阀开关实现的，压缩气体来源于气泵，气泵连接气动三联件和减压阀，然后接高速开关阀构成气动肌肉的气路，高速开关阀和气动肌肉之间安装有气压传感器用于测量气动肌肉内部压力。

一种气动果实采摘机器人的控制方法，包括以下步骤：

i:首先通过控制系统控制采摘机器人移动到要采摘的果树前面，使采摘机械臂正对于果树；

ii:采摘车前端安装的主摄像头采集果树的图像，控制系统中的计算机识别在当前图像内的所有果实，规划采摘路径；

iii:控制机械臂到当前采摘的果实附近，利用从摄像头微调机械臂，并根据从摄像头中的图像判断果实成熟度，从而控制末端夹持手的夹持力度；

iv:当前位置的果实采摘完毕，移动采摘机器人到下一位置，重复步骤ii和iii。