CN108942953A - 一种智能摘果机器人 - Google Patents

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宋因建
殷徐栋
官玉恒
韦政
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Abstract

本发明公开了一种智能摘果机器人，本发明是一款可通过Wi‑Fi接入互联网、可自动摘果、可通过手机辅助控制的智能摘果机器人，其包括监控与控制终端、云服务器、路由器、摘果机械臂、运输机器人、图像识别处理模块、Wi‑Fi模块、集成控制系统、集成电路板。由无线模块提供接入网络能力，由图像识别模块识别果的特征、位置、成熟度后将相关信息通过UATR串口发回STM32控制器，STM32控制器收到后根据事先设置好的程序判断控制摘果机械臂摘果，本发明还支持单人手持摘果机械臂使用。与现有技术相比，本发明专利实现了提高了采摘果实的效率，解放了人力。

Description

一种智能摘果机器人
技术领域
本发明涉及一种智能摘果机器人，是一款可通过Wi-Fi接入互联网、可自动摘果、可通过手机辅助控制的智能摘果机器人。
背景技术
目前果农采摘果实主要是通过雇取工人手工采摘或者使用单一工具自行采摘，这种方法费时费力，果实太高采摘麻烦，采摘后的果实难收集且辨别果实成熟度只能通过肉眼观察，采摘果实的效率太低。
本发明针对以上问题，提供一种智能摘果机器人，旨在能够在果园中，智能摘果机器人能够自主采摘果实或果农可以手持摘果机械臂通过专门的客户端来控制摘果机械臂摘果。
发明内容
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种智能摘果机器人，其特征在于，其包括云服务器、监控与控制终端、STM32控制器、摘果机械臂、运输机器人、图像识别处理模块、Wi-Fi模块、集成电路板、外壳、电源电路和云服务器，其中，
所述云服务器包括TCP服务器、数据库服务器、数据挖掘服务器；
所述STM32控制器控制机械臂摘果动作，并支持学习、储存信号；
所述摘果机械臂实现对果实的摘果动作；
所述运输机器人能够自主行走、自动避障、且具有减震弹簧，该运输机器人能够由手机辅助遥控行走；
Wi-Fi模块采用蓝牙模块、红外模块、ZigBee模块、4G模块、GPRS模块、RoLa无线通信模块中一个或者多个；
所述的图像识别处理模块包括果的特征识别、果的位置识别、果的成熟度识别；
所述摘果机械臂能够根据所述的图像识别处理模块对果的识别信息进行自动摘果，并可自动放入运输机器人中，且摘果数据能够由云服务器和监控与控制终端进行管理并存储。
进一步，作为优选，所述摘果机械臂包括伸缩撑杆、铡刀电机组件和多级缓冲收集袋，其中，伸缩撑杆上设置有所述铡刀电机组件，所述伸缩撑杆上位于所述铡刀电机组件的铡刀下方设置有多级缓冲收集袋。
进一步，作为优选，所述伸缩撑杆分为四部分,其顶部为伸缩范围在0-100cm伸缩速度10cm/s的直线行程电机；伸缩撑杆上部分为长度在100-200cm的合金撑杆，合金撑杆不可伸缩；中间为伸缩范围在0-200cm的电动滑杆；底部为可360度旋转的电动转盘。
进一步，作为优选，所述铡刀电机组件由舵机、牵引绳和铡刀、弹簧组成，铡刀电机组件用于剪断叶枝，所述舵机设置在伸缩撑杆下部，所述舵机上连接牵引绳，所述牵引绳的端部连接铰接杆，铰接杆与铡刀之间设置弹簧，所述铡刀由所述舵机操作实现剪切作业，所述多级缓冲收集袋设置在铡刀下方，图像识别处理模块的摄像头设置在铡刀一侧上方。
进一步，作为优选，多级缓冲收集袋由十级环形缓冲收集袋组成，多级缓冲收集袋完全伸展时总长度为2米，十级环形缓冲收集袋完全收缩时最短长度为60cm, 环形缓冲收集袋最大圆环面积约为0.045平方米。
进一步，作为优选，所述STM32控制器包括一定数量的IO口、PWM发生器、UART串口，并通过UART串口发送摘果信号以达到控制机械臂摘果动作，伸缩撑杆由STM32控制PWM发生器控制伸缩动作。
进一步，作为优选，所述运输机器人前、左、右端装有超声波模块，机器人内部为镂空容器，运输机器人主体封装于塑料外壳中，其内部设置有STM32控制器、Wi-Fi模块、超声波模块及电源电路，所述的超声波模块装在运输机器人上，用以运输机器人的避障功能。
进一步，作为优选，还包括电源电路，电源电路使用5V-24V直流电输入，通过电路降压为整个电路所需的3.3V电源。
进一步，作为优选，所述运输机器人具有自动模式和手机辅助控制模式。
进一步，作为优选，所述的Wi-Fi模块通过UART和STM32控制器连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明能够有效的降低了制造成本，与传统的人工采摘相比，不仅大大减少了人力，也提升了效率，可以使用手机操作，方便控制，实现自动的摘果，并能够对果的成熟度等数据进行识别、判定并存储，本发明能够自主采摘果实，果农可以手持摘果机械臂通过专门的客户端来控制摘果机械臂摘果。
附图说明
图1是本发明的总体结构图；
图2是本发明的运输机器人主要组成部分示意图；
图3是本发明的摘果机械臂主要组成部分示意图；
图4是本发明的图像采集与识别部分示意图；
图5是本发明的摘果机械臂结构示意图；
图6是本发明的运输机器人结构示意图；
图7是本发明的运输机器人模块结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：一种智能摘果机器人，包括监控与控制终端16、云服务器、路由器15、摘果机械臂2、运输机器人4、图像识别处理模块11、Wi-Fi模块9、集成控制系统6、集成电路板；其中，
所述云服务器包括TCP服务器17、数据库服务器18、数据挖掘服务器19；
所述的监控与控制终端16采用滑动控制小车运动、具有视频页面查看机械臂所在画面、在手动操作时用文字提示用户所摘果实是否满足要求。 使用时首先打开手机上的客户端软件，搜索并与目标Wi-Fi模块进行连接，再经过手机界面发送指令给目标Wi-Fi模块，目标Wi-Fi模块接收到指令后通过串口以相同的指令发送给STM32控制模块的UART串口，再由STM32控制器进行判断，通过已经烧写在其中的程序指令执行相应的操作，以此达到人工控制运输机器人及摘果机械臂摘果的目的。
所述的摘果机械臂包括伸缩撑杆21、铡刀电机、多级缓冲收集袋3及电源电路，摘果机械臂2可组装在运输机器人上，由STM32控制器收到摘果信号后驱动电机执行相关操作。所述的铡刀电机由舵机和刀口组成，所述的多级缓冲收集袋由十级环形缓冲收集袋组成，伸缩撑杆21包括合金撑杆24、直线行程电机25、电动滑杆30、电动转盘31。
所述铡刀电机组件由舵机26、牵引绳27和铡刀28、弹簧29组成，铡刀电机组件用于剪断叶枝，所述舵机设置在伸缩撑杆下部，所述舵机上连接牵引绳27，所述牵引绳27的端部连接铰接杆，铰接杆与铡刀之间设置弹簧，所述铡刀由所述舵机操作实现剪切作业，所述多级缓冲收集袋设置在铡刀下方，图像识别处理模块的摄像头设置在铡刀一侧上方.
所述的运输机器人，包括运输机器人主体封装于塑料外壳中，包括STM32控制器、Wi-Fi模块9、摄像头12、超声波模块14及电源电路。其中运输机器人具有自动模式和手机辅助控制模式。
所述的图像识别处理模块11，包括深度学习算法后识别果的特征识别、果的位置识别、果的成熟度识别。
所述的集成控制系统，包括STM32控制器、超声波模块14、摄像头12、Wi-Fi模块9。所述的STM32控制器包括一定数量的IO口13、UART串口接收模块10。所述的超声波模块装在运输机器人上，用以运输机器人的避障功能。所述的摄像头应装在摘果机械臂上，用以图像识别处理模块，识别果的特征识别、果的位置、果的成熟度，所述的Wi-Fi模块通过UART和STM32控制器连接。
下面详细介绍本发明的工作过程及工作原理：
（1）如图1所示，接入移动电源24v电压，接入摘果机械臂2供电，经过降压模块5处理后电压为5v，接到STM32控制器6上DC 5v处，为整个电路供电。
（2）如图1所示，STM32控制器6上含有UART串口10、若干IO引脚13，超声波模块14、Wi-Fi模块9、摄像头12、图像识别处理模块11通过IO引脚13和STM32控制器6连接。此时若讲运输机器人4置于自动模式，则其将对运输机器人4所在的位置，果的特征、位置、成熟度进行分析判断，若符合要求则通过UART串口发送相关信号，STM32控制器6收到后控制运输机器人4移动、控制继电器模块7打开，将摘果机械臂2执行摘果操作，将果实通过多级缓冲收集袋3放入运输机器人4的镂空容器中。若运输机器人4置于手动模式，则通过摄像头12拍摄的画面，经过监控与控制终端16实时观察，在监控与控制终端16中控制运输机器人4移动、控制摘果机械臂2执行摘果操作，将果实通过多级缓冲收集袋3放入运输机器人4的镂空容器中。
（3）如图1所示，STM32控制器6上含有UART串口10、若干IO引脚13，Wi-Fi模块9、摄像头12、图像识别处理模块11通过IO引脚13和STM32控制器6连接。用户配合手机客户端单独使用摘果机械臂2进行采摘果实，手持摘果机械臂2拿到果实位置附近，此时摄像头12拍摄到的画面传回手机，画面上有文字提示所选果实的特征、位置、成熟度作为参照，按下按钮启动直线行程电机25升高或降低，按下采摘按钮后启动铡刀控制器22采下果实，再经过多级缓冲传送袋3收集存放。
（4）：如图1所示，所述的云服务，由路由器15和Internet网络20以及TCP服务器17、数据库服务器18、数据挖掘服务器组成19。云服务主要用于配合监控与控制终端16控制运输机器人4、控制摘果机械臂2、管理并存储数据。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种智能摘果机器人，其特征在于，其包括云服务器、监控与控制终端、STM32控制器、摘果机械臂、运输机器人、图像识别处理模块、Wi-Fi模块、集成电路板、外壳、电源电路和云服务器，其中，
所述云服务器包括TCP服务器、数据库服务器、数据挖掘服务器；
所述STM32控制器控制机械臂摘果动作，并支持学习、储存信号；
所述摘果机械臂实现对果实的摘果动作；
所述运输机器人能够自主行走、自动避障、且具有减震弹簧，该运输机器人能够由手机辅助遥控行走；
Wi-Fi模块采用蓝牙模块、红外模块、ZigBee模块、4G模块、GPRS模块、RoLa无线通信模块中一个或者多个；
所述的图像识别处理模块包括果的特征识别、果的位置识别、果的成熟度识别；
所述摘果机械臂能够根据所述的图像识别处理模块对果的识别信息进行自动摘果，并可自动放入运输机器人中，且摘果数据能够由云服务器和监控与控制终端进行管理并存储。
2.根据权利要求1所述的一种智能摘果机器人，其特征在于：所述摘果机械臂包括伸缩撑杆、铡刀电机组件和多级缓冲收集袋，其中，伸缩撑杆上设置有所述铡刀电机组件，所述伸缩撑杆上位于所述铡刀电机组件的铡刀下方设置有多级缓冲收集袋。
3.根据权利要求2所述的一种智能摘果机器人，其特征在于：所述伸缩撑杆分为四部分,其顶部为伸缩范围在0-100cm伸缩速度10cm/s的直线行程电机；伸缩撑杆上部分为长度在100-200cm的合金撑杆，合金撑杆不可伸缩；中间为伸缩范围在0-200cm的电动滑杆；底部为可360度旋转的电动转盘。
4.根据权利要求2所述的一种智能摘果机器人，其特征在于：所述铡刀电机组件由舵机、牵引绳和铡刀、弹簧组成，铡刀电机组件用于剪断叶枝，所述舵机设置在伸缩撑杆下部，所述舵机上连接牵引绳，所述牵引绳的端部连接铰接杆，铰接杆与铡刀之间设置弹簧，所述铡刀由所述舵机操作实现剪切作业，所述多级缓冲收集袋设置在铡刀下方，图像识别处理模块的摄像头设置在铡刀一侧上方。
5.根据权利要求2所述的一种智能摘果机器人，其特征在于：多级缓冲收集袋由十级环形缓冲收集袋组成，多级缓冲收集袋完全伸展时总长度为2米，十级环形缓冲收集袋完全收缩时最短长度为60cm, 环形缓冲收集袋最大圆环面积约为0.045平方米。
6.根据权利要求1所述的一种智能摘果机器人，其特征在于：所述STM32控制器包括一定数量的IO口、PWM发生器、UART串口，并通过UART串口发送摘果信号以达到控制机械臂摘果动作，伸缩撑杆由STM32控制PWM发生器控制伸缩动作。
7.根据权利要求1所述的一种智能摘果机器人，其特征在于：所述运输机器人前、左、右端装有超声波模块，机器人内部为镂空容器，运输机器人主体封装于塑料外壳中，其内部设置有STM32控制器、Wi-Fi模块、超声波模块及电源电路，所述的超声波模块装在运输机器人上，用以运输机器人的避障功能。
8.根据权利要求2所述的一种智能摘果机器人，其特征在于：还包括电源电路，电源电路使用5V-24V直流电输入，通过电路降压为整个电路所需的3.3V电源。
9.根据权利要求6所述的一种智能摘果机器人，其特征在于：所述运输机器人具有自动模式和手机辅助控制模式。
10.根据权利要求1所述的一种智能摘果机器人，其特征在于：所述的Wi-Fi模块通过UART和STM32控制器连接。
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