CN109176490A - 一种采摘机器人控制系统 - Google Patents

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杨龙飞
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李昕宇
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Abstract

本发明涉及一种采摘机器人控制系统,其特征在于,包括机械爪控制模块、机械臂控制模块、底盘控制模块、平面定位系统、视觉识别系统和主控器,所述机械爪控制模块和机械臂控制模块分别通过控制器Ⅰ和控制器Ⅱ与所述主控器连接,所述底盘控制模块、平面定位系统和视觉识别系统分别与所述主控器连接;所述视觉识别系统识别果蔬的大小形状和空间位置信息并发送给所述主控器。本发明解决了人工采摘劳动强度大、效率低的问题,实现了采摘作业的机械化、自动化和智能化,实现了对果蔬的精准和无损摘取,保证了果蔬质量。

Description

一种采摘机器人控制系统
技术领域
本发明属于农业机器人控制技术领域,具体涉及一种采摘机器人控制系统。
背景技术
随着我国农业经济的快速增长,传统化的人工种植和人工采摘已渐渐被人们淘汰,因为人工作业既耗时又费力,其中果蔬采摘作业是目前果蔬生产链中最耗时、最费力的环节之一,因此果蔬采摘使用机器人代替人工已经成为现代农业发展的趋势。
现有的采摘机器人大多是手动控制,在实际应用中效率非常低下,而且采摘过程中往往会损坏果蔬,直接影响后期的加工和储藏。为了能够进一步促进采摘机器人的发展,需要研究一种自动控制的控制系统,能够既精准又快速且无损的采摘果蔬,从而使得采摘的效率和效果更好,也使采摘的果蔬可以完好无损,从而保证果蔬质量。
发明内容
本发明设计了一种采摘机器人控制系统,解决了人工采摘劳动强度大、效率低的问题,实现了采摘作业的机械化、自动化和智能化,实现了对果蔬的精准和无损摘取,保证了果蔬质量。
为了解决上述存在的问题,本发明采用了以下技术方案:
一种采摘机器人控制系统,包括机械爪控制模块、机械臂控制模块、底盘控制模块、平面定位系统、视觉识别系统和主控器,所述机械爪控制模块和机械臂控制模块分别通过控制器Ⅰ和控制器Ⅱ与所述主控器连接,所述底盘控制模块、平面定位系统和视觉识别系统分别与所述主控器连接;所述视觉识别系统识别果蔬的大小形状和空间位置信息并发送给所述主控器。
进一步,所述机械爪控制模块包括各关节电机和相应的电机驱动器,以及设置在机械爪上的压力传感器,各关节电机分别与相应的角度传感器连接,各电机驱动器和各角度传感器分别与所述控制器Ⅰ连接,所述压力传感器与所述控制器Ⅰ连接。
进一步,所述角度传感器是电位器式角度传感器。
进一步,所述机械臂控制模块包括各机械臂的舵机和相应的舵机驱动器、各机械臂关节处的伺服电机和相应的伺服电机驱动器,各伺服电机分别配置有相应的伺服电机编码器,所述各舵机驱动器、各伺服电机驱动器和各伺服电机编码器分别与所述控制器Ⅱ连接。
进一步,所述底盘控制模块包括各车轮电机和相应的车轮电机驱动器,各车轮电机分别配置有相应的车轮电机编码器,所述各车轮电机驱动器和各车轮电机编码器分别与所述主控器连接。
进一步,所述各车轮电机均是直流电机。
进一步,所述平面定位系统包括摄像头和工控机,所述摄像头和所述工控机连接,所述工控机和所述主控器连接;所述摄像头采集采摘机器人底盘与果树之间的位置关系数据并传送给所述工控机,所述工控机对接收到的数据进行储存和处理后传送给所述主控器,所述主控器根据所述工控机传来的信息向所述底盘控制模块发送指令使采摘机器人到达合适的采摘位置。
进一步,所述控制器Ⅰ 和控制器Ⅱ 分别通过串口与所述主控器连接。
进一步,所述主控器采用Arduino开发板;所述控制器Ⅰ采用STM系列开发板;所述控制器Ⅱ采用Arduino开发板。
该采摘机器人控制系统具有以下有益效果:
(1)本发明中,视觉识别系统能够识别果蔬的大小形状和空间位置并通过主控器控制界面快速调试机械爪的最佳抓取位姿,压力传感器用来感知采摘对象与采摘爪之间的压力,进而保护采摘对象在采摘过程中不受损害。
(2)本发明中,平面定位系统包括摄像头和工控机,摄像头采集小车与果实之间的位置关系后将数据传送给工控机,工控机储存并处理数据后将数据传送给主控器,主控器向电机驱动器发送指令,使小车能到达合适的采摘位置,进而实现精准的采摘作业。
(3)本发明提供了一种采摘机器人控制系统,使用方便,能有效缩短采摘作业调试时间,实现自动连续采摘,并且能够保证精准、无损、快速的果蔬采摘,此外降低了人工劳动强度,提高了采摘效率。
附图说明
图1:本发明实施方式中采摘机器人控制系统的结构示意图;
图2:本发明实施方式中机械爪控制模块的结构示意图;
图3:本发明实施方式中机械爪单指结构示意;
图4:本发明实施方式中机械臂控制模块的结构示意图;
图5:本发明实施方式中机械臂结构示意;
图6:本发明实施方式中底盘控制模块及平面定位系统的结构示意图。
附图标记说明:
1—机械爪控制模块;11—压力传感器;12—电机驱动器;13—关节电机;14—角度传感器;2—控制器Ⅰ;3—视觉识别系统;4—机械臂控制模块;41—舵机;42—舵机驱动器;43—伺服电机驱动器;44—伺服电机;45—伺服电机编码器;5—控制器Ⅱ;6—主控器;7—底盘控制模块;71—车轮电机驱动器;72—车轮电机;73—车轮电机编码器;8—平面定位系统;81—果树;82—摄像头;83—工控机。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明做进一步说明:
图1至图6示出了本发明采摘机器人控制系统的具体实施方式。图1是本实施方式中采摘机器人控制系统的结构示意图;图2和图3是本实施方式中机械爪控制模块和机械爪单指的结构示意图;图4和图5是本实施方式中机械臂控制模块和机械臂的结构示意图;图6是本实施方式中底盘控制模块及平面定位系统的结构示意图。
如图1所示,本实施方式中的采摘机器人控制系统,包括机械爪控制模块1、机械臂控制模块4、底盘控制模块7、平面定位系统8、视觉识别系统3和主控器6,机械爪控制模块1和机械臂控制模块4分别通过控制器Ⅰ2和控制器Ⅱ5与主控器6连接,底盘控制模块7、平面定位系统8和视觉识别系统3分别与主控器6连接。
视觉识别系统3:不仅要探测到目标的存在,还要计算出采摘对象的空间坐标 ,确定机械爪与作业对象之间的相对距离;确定目标对象的品质、形状和尺寸;对机器人运动行走进行视觉导航。
优选地,机械爪控制模块1包括各关节电机13和相应的电机驱动器12,以及设置在机械爪上的压力传感器11,各关节电机13分别与相应的角度传感器14连接,各电机驱动器12和各角度传感器14分别与控制器Ⅰ2连接,压力传感器11与控制器Ⅰ2连接,如图2和图3所示。
本实施例中,角度传感器14是电位器式角度传感器。
本实施例中,机械爪是三指机械爪,每个手指包括三个指关节;机械爪控制模块1包括9个关节电机驱动器12用于控制相对应关节电机13的运动。
优选地,机械臂控制模块4包括各机械臂的舵机41和相应的舵机驱动器42、各机械臂关节处的伺服电机44和相应的伺服电机驱动器43,各伺服电机44分别配置有相应的伺服电机编码器45,各舵机驱动器42、各伺服电机驱动器43和各伺服电机编码器45分别与控制器Ⅱ5连接,如图4和图5所示。各伺服电机44控制相对应机械臂的大臂和小臂的运动,各舵机41控制相对应机械臂相对底盘的转动,通过控制机械臂的位置从而能够精准的采摘果实。控制器Ⅱ 5将数据传递给伺服电机驱动器43,从而控制伺服电机44的运动,最终实现机械臂的大臂和小臂的运动,同时,控制器Ⅱ 5将数据传递给舵机驱动器42,从而控制舵机41的运动,最终实现机械臂相对底盘的转动。
优选地,底盘控制模块7包括各车轮电机72和相应的车轮电机驱动器71,各车轮电机72分别配置有相应的车轮电机编码器73,各车轮电机驱动器71和各车轮电机的编码器73分别与主控器6连接,如图6所示。
本实施例中,各车轮电机71均是直流电机。
优选地,平面定位系统8包括摄像头82和工控机83,摄像头82和工控机83连接,工控机83和主控器6连接;摄像头82采集采摘机器人底盘与果树81之间的位置关系数据并传送给工控机83,工控机83对接收到的数据进行储存和处理后传送给主控器6,主控器6根据工控机83传来的信息向底盘控制模块7发送指令使采摘机器人到达合适的采摘位置,如图6所示,从而实现精准的采摘。
优选地,控制器Ⅰ2和控制器Ⅱ5 分别通过串口与主控器6连接。
本实施例中,主控器6采用Arduino开发板;控制器Ⅰ2采用STM系列开发板;控制器Ⅱ5采用Arduino开发板。
本发明中,视觉识别系统3采集果实的形态和大小,然后将数据传送给主控器6,主控器6通过控制器Ⅰ 2使机械爪调整抓取姿势;在调整过程中压力传感器11将采集到的信号传递给控制器Ⅰ 2,实现机械爪力的控制,进而实现机械爪抓取果实时不损坏果实。此外,机械爪指关节连接处还设置有角度传感器14,角度传感器14与控制器I 2连接,从而实现机械爪采摘姿势的调整。
本发明中,通过平面定位系统,收集果实和小车的空间位置关系,从而使小车到达合适的采摘位置,实现精准的果实采摘。
本发明中,通过视觉识别系统收集果实的形状和大小,并通过主控器的控制界面快速调试机械爪的最佳抓取位姿,通过在机械爪模块中安装压力传感器,使压力传感器将采集到的信号传递给控制器Ⅰ,实现机械手的力控制,进而避免机械爪在采摘时损伤果实,保证果实质量。也即本发明可以根据不同种类果蔬的形状、大小虚拟调试出机械手的各种最佳抓取姿态,从而保证采摘过程中果实损伤小。
本发明中,提供了一种采摘机器人控制系统,使用方便,能有效缩短采摘作业调试时间,实现自动连续采摘,从而达到快速采摘的目的。
上面结合附图对本发明进行了示例性的描述,显然本发明的实现并不受上述方式的限制,只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进,或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的,均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种采摘机器人控制系统,其特征在于,包括机械爪控制模块、机械臂控制模块、底盘控制模块、平面定位系统、视觉识别系统和主控器,所述机械爪控制模块和机械臂控制模块分别通过控制器Ⅰ和控制器Ⅱ与所述主控器连接,所述底盘控制模块、平面定位系统和视觉识别系统分别与所述主控器连接;所述视觉识别系统识别果蔬的大小形状和空间位置信息并发送给所述主控器。
2.根据权利要求1所述的采摘机器人控制系统,其特征在于,所述机械爪控制模块包括各关节电机和相应的电机驱动器,以及设置在机械爪上的压力传感器,各关节电机分别与相应的角度传感器连接,各电机驱动器和各角度传感器分别与所述控制器Ⅰ连接,所述压力传感器与所述控制器Ⅰ连接。
3.根据权利要求2所述的采摘机器人控制系统,其特征在于,所述角度传感器是电位器式角度传感器。
4.根据权利要求1、2或3所述的采摘机器人控制系统,其特征在于,所述机械臂控制模块包括各机械臂的舵机和相应的舵机驱动器、各机械臂关节处的伺服电机和相应的伺服电机驱动器,各伺服电机分别配置有相应的伺服电机编码器,所述各舵机驱动器、各伺服电机驱动器和各伺服电机编码器分别与所述控制器Ⅱ连接。
5.根据权利要求1至4任一所述的采摘机器人控制系统,其特征在于,所述底盘控制模块包括各车轮电机和相应的车轮电机驱动器,各车轮电机分别配置有相应的车轮电机编码器,所述各车轮电机驱动器和各车轮电机编码器分别与所述主控器连接。
6.根据权利要求5所述的采摘机器人控制系统,其特征在于,所述各车轮电机均是直流电机。
7.根据权利要求1至6任一所述的采摘机器人控制系统,其特征在于,所述平面定位系统包括摄像头和工控机,所述摄像头和所述工控机连接,所述工控机和所述主控器连接;
所述摄像头采集采摘机器人底盘与果树之间的位置关系数据并传送给所述工控机,所述工控机对接收到的数据进行储存和处理后传送给所述主控器,所述主控器根据所述工控机传来的信息向所述底盘控制模块发送指令使采摘机器人到达合适的采摘位置。
8.根据权利要求1至7任一所述的采摘机器人控制系统,其特征在于,所述控制器Ⅰ和控制器Ⅱ分别通过串口与所述主控器连接。
9.根据权利要求1至8任一所述的采摘机器人控制系统,其特征在于,所述主控器采用Arduino开发板;所述控制器Ⅰ采用STM系列开发板;所述控制器Ⅱ采用Arduino开发板。
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