CN108076830A - 一种基于机器视觉的苹果采摘机器人系统 - Google Patents
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Classifications
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- A—HUMAN NECESSITIES
- A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
- A01D—HARVESTING; MOWING
- A01D46/00—Picking of fruits, vegetables, hops, or the like; Devices for shaking trees or shrubs
- A01D46/30—Robotic devices for individually picking crops
Abstract
一种基于机器视觉的苹果采摘机器人系统，由1个具有4个自由度的机械手、双目立体视觉系统和气动比例控制系统组成。该基于机器视觉的苹果采摘机器人系统基于立体视觉系统，能够自动识别和检测苹果的位置，继而引导机械手到达果实位置，实现自主采摘苹果的任务。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于机器视觉的苹果采摘机器人系统，适用于机械领域。
背景技术
在农业水果生产链中，采摘作业是最耗时、最费力的环节，农业水果产业想要长足发展，提高劳动效率，实现水果采摘自动化成为迫在眉睫的问题。一些发达国家在很早就进行了农业采摘机器人的研究，并且取得了很好的成果。国内在农业机器人方面的研究始于20世纪90年代中期，相对于发达国家起步较晚，目前正处于稳步发展阶段。近年来，国内许多高校以及研究所也在积极进行农业机器人和智能农业机械的相关研究。
发明内容
本发明提出了一种基于机器视觉的苹果采摘机器人系统，由1个具有4个自由度的机械手、双目立体视觉系统和气动比例控制系统组成。
本发明所采用的技术方案是：
所述苹果采摘机器人主要由具有4个自由度的机械手、立体视觉系统和气动比例控制系统3个部分组成。
所述基于机器视觉的苹果采摘机器人气动比例控制系统主要由空压机、气动三联件、5个比例方向控制阀、1个摆动气缸以及6个直线气缸组成。
所述控制系统主要由工控机、气动比例驱动系统、视觉系统、角位移传感器等组成。
所述视觉系统主要由两个相同规格的工业相机组成，它们负责采集外部图像数据并提供给工控机，从而获取采摘对象的位置信息。
本发明的有益效果是：该基于机器视觉的苹果采摘机器人系统基于立体视觉系统，能够自动识别和检测苹果的位置，继而引导机械手到达果实位置，实现自主采摘苹果的任务。
附图说明
图1是本发明的机器人气动比例控制系统气压原理图。
图2是本发明的机器人控制系统硬件结构图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1，气动技术具有成本低、无污染、安全、可靠性高和使用寿命长等优点，因此本文设计了以5个气动比例控制系统驱动的苹果采摘机器人样机。它主要由具有4个自由度的机械手、立体视觉系统和气动比例控制系统3个部分组成。
多关节机械手与其他结构形式相比具有很高的自由度和灵活性，能够从不同角度、不同方位工作；多自由度关节机械手具有任意曲线拟合功能，因此在控制相应关节使执行器到达目标位置时能够很好地执行避障任务：因此，本文设计了一种具有4个自由度的关节机械手。其中，第1个自由度为基臂回转自由度；第2个自由度为上臂俯仰自由度；第3个自由度为前臂俯仰自由度；最后1个自由度为末端手爪的伸缩自由度。通过这4个自由度，可以使机械手末端执行器到达工作空间内任意指定位置。
选用西安维视公司的MV-VDSOOSC工业相机搭建机器人的双目立体视觉系统。该相机焦距为8mm，图像分辨率为2592x1944，传感器类型为逐行扫描CMOS，帧速率为13. 36f/s。计算机为普通PC机，主频4.0GHz，内存2GB。编程环境为VC ++ 10.0，相机标定软件为MATLAB标定工具箱。
果实的识别和定位图像处理算法是立体视觉系统的关键，它决定了机器人能否快速、精准地实时识别定位果实。本文对苹果的识别和定位算法如下：首先，从相机获取的原始苹果图像不可避免地存在噪声，使用中值滤波方法对该图像进行处理，可以有效去除孤点噪声，同时保持图像的边缘特性，不会使图像产生显著的模糊。然后，将苹果从背景图像中分割出来。使用传统的图像分割方法很难达到理想的效果，故将苹果图像在LAB颜色空间。颜色因子作为分割向量，使用最大类间方差法(otsu )进行自适应阂值分割，得到灰度图像。Canny边缘检测算子是一种基于变分原理的高斯模块导数逼近最优算子，近年来在数字图像边缘检测中广泛应用。随后，本文中使用Canny边缘检测算法对苹果灰度图像进行处理，从而获得苹果果实的边界图形，然后再使用随机Hough圆检测方法获取苹果形心在图像的位置。最后，可以依据双目立体视觉原理计算苹果的三维坐标。
如图2，气动比例控制系统主要由空压机、气动三联件、5个比例方向控制阀、1个摆动气缸以及6个直线气缸组成。控制系统主要由工控机、气动比例驱动系统、视觉系统、角位移传感器等组成。其中，气动比例控制系统的核心是模拟量输出卡以及比例方向控制阀，通过比例阀控制气流量的大小从而实现各个执行气缸的运动速度及位置的控制；视觉系统主要由两个相同规格的工业相机组成，它们负责采集外部图像数据并提供给工控机，从而获取采摘对象的位置信息。借助于角位移传感器，工控机能够对各个执行气缸进行闭环控制。
Claims (4)
1.一种基于机器视觉的苹果采摘机器人系统，其特征是：所述苹果采摘机器人主要由具有4个自由度的机械手、立体视觉系统和气动比例控制系统3个部分组成。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的苹果采摘机器人系统，其特征是：所述基于机器视觉的苹果采摘机器人气动比例控制系统主要由空压机、气动三联件、5个比例方向控制阀、1个摆动气缸以及6个直线气缸组成。
3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的苹果采摘机器人系统，其特征是：所述控制系统主要由工控机、气动比例驱动系统、视觉系统、角位移传感器等组成。
4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的苹果采摘机器人系统，其特征是：所述视觉系统主要由两个相同规格的工业相机组成，它们负责采集外部图像数据并提供给工控机，从而获取采摘对象的位置信息。
Priority Applications (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108782145A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-11-13 | 深圳市创艺工业技术有限公司 | 一种智能化果园管理系统 |
| CN108834667A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-11-20 | 深圳市鑫汇达机械设计有限公司 | 一种基于物联网的大棚系统 |
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2016
- 2016-11-22 CN CN201611030897.8A patent/CN108076830A/zh active Pending
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| CN108834667A (zh) * | 2018-05-30 | 2018-11-20 | 深圳市鑫汇达机械设计有限公司 | 一种基于物联网的大棚系统 |
| CN108782145B (zh) * | 2018-05-30 | 2020-11-13 | 宁夏悦丰生态农业科技股份有限公司 | 一种智能化果园管理系统 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Application publication date: 20180529 |