CN106826747A - 一种基于机器视觉的水果采摘机器人 - Google Patents

Abstract

一种基于机器视觉的水果采摘机器人，它包括车架、广角相机、机械爪，所述车架底部设有蓄电池，所述车架左右两侧设有左前轮、左后轮、右后轮和右前轮，所述车架上设有广角相机，所述广角相机正下方设有图像处理装置，通过机器视觉来实现果品的自动识别，通过广角相机和前置摄像头相互配合来实现果品的精确采摘，解决了双目相机三维重构的精度和效率的不足，实现了实时处理信息，可以对果品进行快速采摘。

Description

一种基于机器视觉的水果采摘机器人

技术领域

本发明涉及一种水果采摘机器人，尤其涉及一种基于机器视觉的水果采摘机器人。

背景技术

公知，智能机器人的发展是我国近年来研究的热点，通过智能机器人的应用，在工业、农业生产中能有效提高作业效率、降低生产的劳动强度和成本。在农业机器人方面，水果采摘机器人是发展现代化农业生产的主要手段之一，而采摘机器人的视觉定位系统是采摘作业能成功完成的关键技术之一。因此，采摘机器人的视觉定位系统必须能精确、有效地实现采摘目标的识别、定位，包括利用视觉系统进行机器人的行走导航等。

然而，相对于当前国内外农业生产的发展，农业采摘机器人的研究所取得的成果仍然比较少，因农业环境的复杂性，存在采摘机器人的研究成果还只能在单一的实验室环境中进行采摘试验，而且存在采摘成功率不高，视觉定位精度低等问题。这不仅成为了制约采摘机器人走向应用的瓶颈问题，也对采摘机器人自动化技术以及其视觉定位系统的研究提出了更高的要求，因此需要一种采摘机器人增加机器视觉自动识别功能，从而提高采摘机器人智能化的程度，使得采摘机器人领域有较大的突破，现有利用双目进行识别的装置，但是其技术还不够成熟而且精度不高，另外双目处理得到三维图像，精度不高，并且处理速度慢的问题。

发明内容

本发明针对背景技术中采摘机器人的不足，提供一种基于机器视觉的水果采摘机器人。

本发明是这样实现的，它包括车架、广角相机、机械爪，其特征在于，所述车架底部设有蓄电池，所述车架左右两侧设有左前轮、左后轮、右后轮和右前轮，所述车架上设有广角相机，所述广角相机正下方设有图像处理装置，所述广角相机左右两侧设有通过齿轮啮合带动左前轮、左后轮的左驱动电机；通过齿轮啮合带动右后轮、右前轮的右驱动电机，所述广角相机上方车架的横梁上设有第一步进电机，第一步进电机通过传动轴连接传动齿轮，所述传动齿轮固定连接大臂的底端，所述大臂通过固定轴活动连接车架的横梁，所述大臂的顶端设有前置摄像头，所述大臂上端设有第二步进电机，第二步进电机通过齿轮啮合连接机械手前臂，所述机械手前臂连接机械爪，所述蓄电池分别连接左驱动电机、右驱动电机、广角相机、第一步进电机、第二步进电机、前置摄像头和PLC控制器，所述左驱动电机、右驱动电机、广角相机、第一步进电机、第二步进电机、前置摄像头分别连接PLC控制器。

本发明的技术效果是：通过机器视觉来实现果品的自动识别，通过广角相机和前置摄像头相互配合来实现果品的精确采摘，解决了双目相机三维重构的精度和效率的不足，实现了实时处理信息，可以对果品进行快速采摘。

附图说明

图1为本发明的轴测图。

图2为本发明的左视图。

图3为本发明的主视图。

图4为本发明的仰视图。

图5为本发明的俯视图。

图6为本发明车架的立体图。

图7为本发明的流程图。

图8为本发明图像处理装置的流程图。

在图中，1、左前轮2、左后轮3、车架4、广角相机5、右后轮6、右前轮7、传动轴，11、传动齿轮12、机械手前臂13、机械爪14、前置摄像头15、第二步进电机 16、大臂17、第一步进电机18、右驱动电机19、左驱动电机20、蓄电池21、图像处理装置22、固定轴23、PLC控制器。

具体实施方式

下面将结合附图1-7和实施例详细说明本发明所具有的有益效果，旨在帮助阅读者更好地理解本发明的实质，但不能对本发明的实施和保护范围构成任何限定。

一种基于机器视觉的水果采摘机器人，它包括车架3、广角相机4、机械爪13，所述车架3底部设有蓄电池20，所述车架3左右两侧设有左前轮1、左后轮2、右后轮5和右前轮6，所述车架3上设有广角相机4，所述广角相机4正下方设有图像处理装置21，所述广角相机4左右两侧设有通过齿轮啮合带动左前轮1、左后轮2的左驱动电机19；通过齿轮啮合带动右后轮5、右前轮6的右驱动电机18，所述广角相机4上方车架3的横梁上设有第一步进电机17，第一步进电机17通过传动轴7连接传动齿轮11，所述传动齿轮11固定连接大臂16的底端，所述大臂16通过固定轴22活动连接车架3的横梁，所述大臂16的顶端设有前置摄像头14，所述大臂16上端设有第二步进电机15，第二步进电机15通过齿轮啮合连接机械手前臂12，所述机械手前臂12连接机械爪13，所述蓄电池20分别连接左驱动电机19、右驱动电机18、广角相机4、第一步进电机17、第二步进电机15、前置摄像头14和PLC控制器23，所述左驱动电机19、右驱动电机18、广角相机4、第一步进电机17、第二步进电机15、前置摄像头14分别连接PLC控制器23。

在采摘果品时：

1、通过PLC控制器分别控制左驱动电机和右驱动电机转动，从而带动车架可以自由的运动，当车架运动到果树的前端时，此时车架固定不动；

2、先通过广角相机4初步判断一下果品的分布情况，广角相机4得到的图片会经过图像处理装置21进行处理，以该图片为平面坐标系，然后将果品的平面位置的坐标传给PLC控制器，这时图像处理装置21将得到的图像的灰度值进行计算，确定将果品和树叶进行分开的二值化的最佳阈值，然后对图像进行二值化，从而将果品和树叶进行分开，将区域内的水果按照从做往右、从上往下进行依次标记，然后计算相关的参数，比如果品的大小和在以该图像为坐标的位置，将相关的位置信息传给PLC控制器；

3、然后分别从标记的顺序依次进行采摘，比如，首先采摘果品，图像处理装置21将从广角相机4中获得的照片处理后的位置信息传给PLC控制器，通过前置摄像头14进行定位，使得前置摄像头14对准1号水果的坐标；

4、第二步进电机的正反转动使得大臂16绕着车架3顺时针和逆时针转动，从而使得机械手前臂进行较大幅度的抬升和下降，将果品的位置信息传给PLC控制器，PLC控制器通过控制第一步进电机17和第二步进电机15来控制机械手前臂12和大臂16，使得果品始终处于前置摄像头14的图像的中间位置；

5、当机械手前臂12靠近水果时，PLC控制器通过控制第一步进电机17和第二步进电机15来实时的调整位置，从而使得机械爪13逐步接近果品，当果品在前置摄像头14中成像的位置达到一定的大小（需要用户提前预设），说明此时机械手前臂12已经靠近果品，这时机械爪13可以对果品进行抓取。通过相同的方式依次摘取其他的果品，当广角相机4拍摄的图片中的水果摘取完以后，通过调整机器人的姿势，然后重新拍照，从而按照上述相同的方式进行果品的采摘，通过广角相机和前置摄像头相互配合来实现果品的精确采摘，解决了双目相机三维重构的精度和效率的不足，实现了实时处理信息，可以对果品进行快速采摘。

以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (1)

1.一种基于机器视觉的水果采摘机器人，它包括车架、广角相机、机械爪，其特征在于，所述车架底部设有蓄电池，所述车架左右两侧设有左前轮、左后轮、右后轮和右前轮，所述车架上设有广角相机，所述广角相机正下方设有图像处理装置，所述广角相机左右两侧设有通过齿轮啮合带动左前轮、左后轮的左驱动电机；通过齿轮啮合带动右后轮、右前轮的右驱动电机，所述广角相机上方车架的横梁上设有第一步进电机，第一步进电机通过传动轴连接传动齿轮，所述传动齿轮固定连接大臂的底端，所述大臂通过固定轴活动连接车架的横梁，所述大臂的顶端设有前置摄像头，所述大臂上端设有第二步进电机，第二步进电机通过齿轮啮合连接机械手前臂，所述机械手前臂连接机械爪，所述蓄电池分别连接左驱动电机、右驱动电机、广角相机、第一步进电机、第二步进电机、前置摄像头和PLC控制器，所述左驱动电机、右驱动电机、广角相机、第一步进电机、第二步进电机、前置摄像头分别连接PLC控制器。