CN109739133A - 基于雷达定位的番茄采摘机器人系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一种基于雷达定位的番茄采摘机器人系统及其控制方法，包括主控制系统、底盘驱动系统、机械臂、视觉采集模块、雷达定位模块、称重模块、遥控模块、报警模块；主控制系统接受视觉采集模块采集到的彩色画面，首先对彩色画面进行分离，计算果实具体位置，再提取番茄的颜色，计算出番茄的像素点，然后进行轮廓提取，对番茄像素点进行分析，计算番茄是否已经成熟。本发明提供的一种智能番茄采摘机器人控制系统和方法，不仅解决了人为采摘果实番茄困难、成本高、劳动工作量大等问题，还克服了一般果实采摘机器人体积大、开发成本高和功耗高以及有些番茄被茎叶遮盖而无法采摘等缺点，而且机器人能够自主导航、数据传输快、适应更加复杂的工作环境。

Description

基于雷达定位的番茄采摘机器人系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及机器人在农业上的应用，具体涉及一种基于雷达定位的番茄采摘机器人系统及其控制方法。

背景技术

果蔬采摘机器人的研究始于20世纪60年代的美国，采用的收获方式主要是机械震摇式和气动震摇式，其缺点是果实易损，效率不高，特别是无法进行选择性的收获，在采摘柔软、新鲜的果实方面还存在很大的局限性。随着电子技术和科学技术的发展，特别是工业机器人技术、计算机图像处理技术和人工智能技术的成熟，采摘机器人的研究和开发技术得到了快速发展。

在番茄整个生产过程中，收获采摘约占整个作业量的40%，采摘质量的好坏直接影响番茄的存储、加工以及销售，从而最终影响市场价格和经济收益。由于采摘作业的复杂性，采摘自动化程度仍然很低。目前国内番茄采摘作业基本上仍然靠手工完成，随着人口老龄化和农业劳动力的减少，农业生产成本也将提高。番茄具有柔软易伤的特点，其生长发育程度不一，相互差异较大，必须细心轻柔的对待处理。由于采摘机器人的操作者是农民，不是具有机电知识的机电工程师，因此要求番茄采摘机器人必须具有高可靠性和操作简单的特点；采摘番茄的地点在农田里，地形比较复杂，地面高低不平，对于一般的轮式机器人移动底盘行走比较困难；对于机器人所要采摘的番茄并不是全部都裸露在外面，往往会有一部分被茎叶完全遮盖，而这些番茄无法被机器人所检测到，导致这些番茄被采摘漏掉；在栽种番茄的时候，番茄之间的距离基本上都是相等的，这就需要在机器人采摘的区域内进行路径规划，而传统路径规划需要人为在场地进行规划循迹，一般的循迹传感器容易受环境的影响，导致机器人不能在规定的路线内前进；国内对番茄采摘机器人的研究也有一定的成果，但大多是停留在研究阶段，而这些机器人体积比较大，制作成本比较高，距离机器人完全应用在实际生活中还有一定的差距。

发明内容

本发明的目的就是提供一种基于雷达定位的番茄采摘机器人系统及其控制方法，不仅解决了人为采摘果实番茄困难、成本高、劳动工作量大等问题，还克服了一般果实采摘机器人体积大、开发成本高和功耗高以及有些番茄被茎叶遮盖而无法采摘等缺点。

本发明的基于雷达定位的番茄采摘机器人系统，包括主控制系统、底盘驱动系统、机械臂、视觉采集模块、雷达定位模块、通讯模块、称重模块、遥控模块、报警模块，底盘驱动系统通过履带移动底盘使机器人能够在平坦或地形较复杂的农田移动；所述的视觉采集模块包括摄像头，通过总线协议与机器人主控制系统连接，摄像头将采集的数据传输给主控制系统树莓派，由树莓派处理，通过颜色判断番茄是否成熟，如果确定番茄成熟，通过双目识别算法计算番茄在空间的坐标，通讯模块将数据发送给主控制系统，然后给机械臂发送指令，采摘番茄，否则机器人前往下一目标点进行采摘；所述称重模块由称重传感器组成，与机器人主控制系统连接，果篮里的番茄重量达到设定值后，称重传感器给主控制系统发送信号，机器人将会自动回到起始点；所述的报警模块与主控制系统连接，当机器人回到起始点时，主控制系统给报警模块发送指令，报警鸣笛提醒工作人员；所述通讯模块由WIFI组成，通过树莓派处理摄像头采集的画面，由WIFI无线通讯系统实现主控制系统与树莓派之间和主控制系统与遥控器之间的信息传送，使用WIFI进行信号之间的传递，增加了系统的稳定性、灵活性；所述机械臂包括多自由度的机械手臂和机械爪，整个机械臂与底座连接由步进电机提供动力，主控制系统控制机械臂的运动；所述模块包括遥控器，遥控器控制机械臂，机器人无法检测到一些被枝叶覆盖的番茄，此时通过遥控器控制机械臂进行采摘，提高了机器人的采摘效率。

本发明的基于雷达定位的番茄采摘机器人控制方法，包括如下步骤，主控制系统接受视觉采集模块采集到的彩色画面，主控制系统首先对彩色画面进行通道分离，其次对通道滤波，然后计算果实具体位置，最后提取番茄的颜色；计算番茄具体位置时，首先对比通道直方图，红色通道为多点，青色为少点，由此计算出番茄的像素点，然后进行轮廓提取，对番茄像素点进行分析，如果某些点的相对位置较为靠近，那么把这些点归为同一组，其他点归为同一组，分组之后，对这些组进行包围，然后进行膨胀计算，如果能相互连接在一起，即视为番茄已经成熟,可以采摘。

本发明的基于雷达定位的番茄采摘机器人系统由雷达进行定位导航,无需通过人为方式在工作区域内进行路径规划，同时采用遥控器控制机械臂，采摘解被枝叶遮盖的番茄，不仅解决了人为采摘果实番茄困难、成本高、劳动工作量大等问题，还克服了一般果实采摘机器人体积大、开发成本高和功耗高以及有些番茄被茎叶遮盖而无法采摘等缺点，而且机器人能够自主导航、数据传输快、适应更加复杂的工作环境。

附图说明

图1是本发明的系统结构框图。

具体实施方式

一种基于雷达定位的番茄采摘机器人系统，包括主控制系统STM32、底盘驱动系统、机械臂、视觉采集模块、雷达定位模块、通讯模块、称重模块、遥控模块、报警模块，底盘驱动系统通过履带移动底盘使机器人在农田移动；所述的视觉采集模块包括摄像头，通过总线协议与机器人主控制系统连接，摄像头将采集的数据传输给主控制系统树莓派，由树莓派处理，通过颜色判断番茄是否成熟，如果确定番茄成熟，通过双目识别算法计算番茄在空间的坐标，通讯模块将数据发送给主控制系统，然后给机械臂发送指令，采摘番茄，否则机器人前往下一目标点进行采摘；所述称重模块由称重传感器组成，与机器人主控制系统连接，果篮里的番茄重量达到设定值后，称重传感器给主控制系统发送信号，机器人将会自动回到起始点；所述的报警模块与主控制系统连接，当机器人回到起始点时，主控制系统给报警模块发送指令，报警鸣笛提醒工作人员；所述通讯模块由WIFI组成，通过树莓派处理摄像头采集的画面，由WIFI无线通讯系统实现主控制系统与树莓派之间和主控制系统与遥控器之间的信息传送；所述机械臂包括多自由度的机械手臂和机械爪，整个机械臂与底座连接由步进电机提供动力，主控制系统控制机械臂的运动；所述模块包括遥控器，遥控器控制机械臂，机器人无法检测到的被枝叶覆盖的番茄，可通过遥控器控制机械臂进行采摘。

一种基于雷达定位的番茄采摘机器人控制方法，包括如下步骤，主控制系统接受视觉采集模块采集到的彩色画面，主控制系统首先对彩色画面进行通道分离，其次对通道滤波，然后计算果实具体位置，最后提取番茄的颜色；计算番茄具体位置时，首先对比通道直方图，红色通道为多点，青色为少点，由此计算出番茄的像素点，然后进行轮廓提取，对番茄像素点进行分析，如果某些点的相对位置较为靠近，那么把这些点归为同一组，其他点归为同一组，分组之后，对这些组进行包围，然后进行膨胀计算，如果能相互连接在一起，即视为番茄已经成熟,可以采摘。

Claims (2)

1.一种基于雷达定位的番茄采摘机器人系统，包括主控制系统、底盘驱动系统、机械臂、视觉采集模块、雷达定位模块、通讯模块、称重模块、遥控模块、报警模块，其特征在于：底盘驱动系统通过履带移动底盘使机器人在农田移动；所述的视觉采集模块包括摄像头，通过总线协议与机器人主控制系统连接，摄像头将采集的数据传输给主控制系统树莓派，由树莓派处理，通过颜色判断番茄是否成熟，如果确定番茄成熟，通过双目识别算法计算番茄在空间的坐标，通讯模块将数据发送给主控制系统，然后给机械臂发送指令，采摘番茄，否则机器人前往下一目标点进行采摘；所述称重模块由称重传感器组成，与机器人主控制系统连接，果篮里的番茄重量达到设定值后，称重传感器给主控制系统发送信号，机器人将会自动回到起始点；所述的报警模块与主控制系统连接，当机器人回到起始点时，主控制系统给报警模块发送指令，报警鸣笛提醒工作人员；所述通讯模块由WIFI组成，通过树莓派处理摄像头采集的画面，由WIFI无线通讯系统实现主控制系统与树莓派之间和主控制系统与遥控器之间的信息传送；所述机械臂包括多自由度的机械手臂和机械爪，机械臂与底座连接由步进电机提供动力，主控制系统控制机械臂的运动；所述模块包括遥控器，遥控器控制机械臂，机器人无法检测到的被枝叶覆盖的番茄，通过遥控器控制机械臂进行采摘。

2.一种基于雷达定位的番茄采摘机器人控制方法，其特征在于：它包括如下步骤，主控制系统接受视觉采集模块采集到的彩色画面，主控制系统首先对彩色画面进行通道分离，其次对通道滤波，然后计算果实具体位置，最后提取番茄的颜色；计算番茄具体位置时，首先对比通道直方图，红色通道为多点，青色为少点，由此计算出番茄的像素点，然后进行轮廓提取，对番茄像素点进行分析，如果某些点的相对位置较为靠近，那么把这些点归为同一组，其他点归为同一组，分组之后，对这些组进行包围，然后进行膨胀计算，如果能相互连接在一起，即视为番茄已经成熟,进行采摘。