CN111837640A - 一种基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人 - Google Patents

一种基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人。该基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人通过摄像系统进行实时获取现场图像并进行图像识别，在识别到待采摘的农作物后通过算法控制第一履带系统和第二履带系统自动导航至最佳采摘位置，过程中还可以通过超声波传感器实时避障。到达最佳采摘位置后，运动处理器继续调用第一机械臂和/或第二机械臂对待采摘的农作物进行采摘。本发明所公开的基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人能够自动导航且精准采摘，减少了劳动成本和采摘工作的危险性。

Description

一种基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人
技术领域
本发明涉及农业采摘设备领域，特别涉及一种基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人。
背景技术
在水果的生产作业中，收获采摘是整个生产中最耗时最费力的一个环节。水果收获期间需投入的劳力约占整个种植过程的50％～70％。采摘作业质量的好坏直接影响到水果的储存、加工和销售，从而最终影响市场价格和经济效益。水果收获具有很强的时效性，属于典型的劳动密集型的工作。但是由于采摘作业环境和操作的复杂性，水果采摘的自动化程度仍然很低，目前国内水果的采摘作业基本上还是手工完成。在很多国家随着人口的老龄化和农业劳动力的减少，劳动力不仅成本高，而且还越来越不容易得到，而人工收获水果所需的成本在水果的整个生产成本中所占的比例竟高达33％～50％。高枝水果的采摘还带有一定的危险性。
因此，市场非常需要一种可以自动导航且采摘精准的基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人来代替人工作业。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人，能够通过摄像头进行实时拍摄并识别出待采摘的农作物，自动导航至最佳采摘位置，自动调用机械臂对待采摘的农作物进行采摘，减少了劳动成本和采摘工作的危险性。
本发明的实施例是这样实现的：
本发明提供一种基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人，其包括：
底盘、第一履带系统、第二履带系统、摄像系统、超声波传感器、存储箱和抓取系统；
所述底盘上设置有运动处理器、避障处理器和蓄电池；
所述第一履带系统和所述第二履带系统均包括至少两个进行驱动电机、至少两个主动轮、多个从动轮和履带；每个所述主动轮分别与对应的所述行进驱动电机固定；所述驱动电机分别与所述运动处理器和所述蓄电池电连接；
所述摄像系统包括第一摄像头和第二摄像头，所述第一摄像头和所述第二摄像头对称地设置于所述底盘上；所述第一摄像头和所述第二摄像头与所述运动处理器电连接；
所述超声波传感器设置于所述底盘的侧边，所述超声波传感器与所述避障处理器电连接；
所述存储箱设置于所述底盘上；
所述抓取系统包括第一机械臂和第二机械臂；所述第一机械臂分别与所述运动处理器和所述蓄电池电连接；所述第二机械臂分别与所述运动处理器和所述蓄电池电连接。
在本发明较佳的实施例中，所述底盘上还设置有多个降压电路板；所述驱动电机通过对应的所述降压电路板与所述蓄电池电连接；所述第一机械臂通过对应的所述降压电路板与所述蓄电池电连接；所述第二机械臂通过对应的所述降压电路板与所述蓄电池电连接。
可以理解，履带系统的动力来源于驱动电机，而驱动电机的动力来源于电力，因此驱动电机需要蓄电池通过降压电路板为其供电。
在本发明较佳的实施例中，所述第一履带系统和所述第二履带系统分别设置于所述底盘的两侧。
在本发明较佳的实施例中，同一履带系统中，所述主动轮之间通过所述履带传动连接，所述主动轮跟相邻的两个所述从动轮进行齿啮合进行传动，且相邻的两个所述从动轮通过履带进行传动连接。
可以理解，运动处理器可以通过控制驱动电机的运行来对第一履带系统和第二履带系统下达指令。
在本发明较佳的实施例中，所述底板上依次设置有第一舵机、云台、竖直支架，所述竖直支架通过十字架板连接有水平支架；在所述竖直支架内设置有竖直传动带，所述云台上设置有第一电机，所述第一电机与所述竖直传动带连接；所述水平支架固定于所述竖直传动带上；在所述水平支架内设置有水平传动带，所述水平支架内设置有第二电机，所述第二电机与所述水平传动带连接；所述水平传动带的两端设置有所述第一机械臂和所述第二机械臂；所述第一舵机、所述第一电机和所述第二电机均与所述运动处理器电连接；所述第一舵机、所述第一电机和所述第二电机均与所述蓄电池电连接。
可以理解，第一舵机和云台可以控制整合竖直支架和水平支架的水平转动情况。第一电机通过竖直传动带的运动可以控制水平支架的位置高度。第二电机通过水平传动带的运动可以控制两端机械臂的水平位置。
在本发明较佳的实施例中，所述第一机械臂和所述第二机械臂均分别包括机械臂舵机、多个气泵、多个气管和抓头装置；所述抓头装置包括多个柔性抓头，每个所述柔性抓头通过对应的所述气管与对应所述气泵连接，所述气泵与所述机械臂舵机连接；所述机械臂舵机和所述气泵都与所述运动处理器和所述蓄电池电连接。
可以理解，抓头装置上的每一个柔性抓头可以通过对应的气泵单独控制其弯曲程度。
在本发明较佳的实施例中，所述存储箱上设置有至少一个过滤器，所述过滤器上设置有多个过滤孔，所述过滤孔的尺寸大于第一阈值且小于第二阈值。
可以理解，上述第一阈值和第二阈值是根据待采摘农作物的尺寸来设定的，其目的是为了保证经过该过滤器过滤后的农作物为成熟的目标农作物，避免基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人误采到未成熟的农作物或野果。
在本发明较佳的实施例中，所述运动处理器为arduino uno控制板；所述避障处理器为NI-myrio控制板。
本发明公开了一种基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人。该基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人通过摄像系统进行实时获取现场图像并进行图像识别，在识别到待采摘的农作物后通过算法控制第一履带系统和第二履带系统自动导航至最佳采摘位置，过程中还可以通过超声波传感器实时避障。到达最佳采摘位置后，运动处理器继续调用第一机械臂和/或第二机械臂对待采摘的农作物进行采摘。本发明所公开的基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人能够自动导航且精准采摘，减少了劳动成本和采摘工作的危险性。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明实施例提供的一种基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人的结构示意图；
图2是图1所示的基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人的侧视结构示意图；
图3是图1所示的基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人的抓取系统的结构示意图；
图4是图1所示的基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人的存储箱的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
如图1所示，图1是本发明实施例提供的一种基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人的结构示意图。本发明提供一种基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人，其包括：底盘10、第一履带系统21、第二履带系统22、摄像系统、超声波传感器(图中未画出)、存储箱40和抓取系统50。
底盘10上设置有运动处理器、避障处理器和蓄电池。在本发明较佳的实施例中，运动处理器可以是arduino uno控制板；避障处理器可以是NI-myrio控制板。
参考图2所示，第一履带系统21和第二履带系统22均包括至少两个进行驱动电机、至少两个主动轮601、多个从动轮602和履带603；每个主动轮601分别与对应的行进驱动电机固定；驱动电机分别与运动处理器和蓄电池电连接。
摄像系统包括第一摄像头31和第二摄像头32，第一摄像头31和第二摄像头32对称地设置于底盘10上；第一摄像头31和第二摄像头32与运动处理器电连接。
可以理解，利用摄像头采集图像采集不同光照下成熟果实的图像，利用软件计算出每张图片中果实的RGB值，建立果实的RGB颜色库，将工作过程中机器人采集到的图像与数据库里的数据匹配，匹配成功则说明机器人视野中有成熟的果实。
超声波传感器设置于底盘10的侧边，超声波传感器与避障处理器电连接；存储箱40设置于底盘10上；抓取系统50包括第一机械臂51和第二机械臂52；第一机械臂51分别与运动处理器和蓄电池电连接；第二机械臂52分别与运动处理器和蓄电池电连接。
可以理解，本发明公开了一种基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人。该基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人通过摄像系统进行实时获取现场图像并进行图像识别，在识别到待采摘的农作物后通过算法控制第一履带系统和第二履带系统自动导航至最佳采摘位置，过程中还可以通过超声波传感器实时避障。到达最佳采摘位置后，运动处理器继续调用第一机械臂和/或第二机械臂对待采摘的农作物进行采摘。本发明所公开的基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人能够自动导航且精准采摘，减少了劳动成本和采摘工作的危险性。
在本发明较佳的实施例中，底盘10上还设置有多个降压电路板；驱动电机通过对应的降压电路板与蓄电池电连接；第一机械臂51通过对应的降压电路板与蓄电池电连接；第二机械臂52通过对应的降压电路板与蓄电池电连接。
可以理解，履带系统的动力来源于驱动电机，而驱动电机的动力来源于电力，因此驱动电机需要蓄电池通过降压电路板为其供电。
在本发明较佳的实施例中，第一履带系统21和第二履带系统22分别设置于底盘10的两侧。
在本发明较佳的实施例中，同一履带系统中，主动轮601之间通过履带603传动连接，主动轮601跟相邻的两个从动轮602进行齿啮合进行传动，且相邻的两个从动轮602通过履带603进行传动连接。
可以理解，运动处理器可以通过控制驱动电机的运行来对第一履带系统21和第二履带系统22下达指令。
如图3所示，图3是图1所示的基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人的抓取系统的结构示意图。在本发明较佳的实施例中，底板上依次设置有第一舵机501、云台502、竖直支架503，竖直支架503通过十字架板550连接有水平支架504；在竖直支架503内设置有竖直传动带505，云台502上设置有第一电机506，第一电机506与竖直传动带505连接；水平支架504固定于竖直传动带505上；在水平支架504内设置有水平传动带508，水平支架504内设置有第二电机507，第二电机507与水平传动带508连接；水平传动带508的两端设置有第一机械臂51和第二机械臂52；第一舵机501、第一电机506和第二电机507均与运动处理器电连接；第一舵机501、第一电机506和第二电机507均与蓄电池电连接。
可以理解，第一舵机501和云台502可以控制整合竖直支架503和水平支架504的水平转动情况。第一电机506通过竖直传动带505的运动可以控制水平支架504的位置高度。第二电机507通过水平传动带508的运动可以控制两端机械臂的水平位置。
在本发明较佳的实施例中，第一机械臂51和第二机械臂52均分别包括机械臂舵机509、多个气泵510、多个气管511和抓头装置；抓头装置包括多个柔性抓头512，每个柔性抓头512通过对应的气管511与对应气泵510连接，气泵510与机械臂舵机509连接；机械臂舵机509和气泵510都与运动处理器和蓄电池电连接。
可以理解，抓头装置上的每一个柔性抓头512可以通过对应的气泵510单独控制其弯曲程度。
如图4所示，图4是图1所示的基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人的存储箱的结构示意图。在本发明较佳的实施例中，存储箱40上设置有至少一个过滤器410，过滤器410上设置有多个过滤孔420，过滤孔420的尺寸大于第一阈值且小于第二阈值。
可以理解，上述第一阈值和第二阈值是根据待采摘农作物的尺寸来设定的，其目的是为了保证经过该过滤器410过滤后的农作物为成熟的目标农作物，避免基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人误采到未成熟的农作物或野果。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人，其特征在于，包括：
底盘、第一履带系统、第二履带系统、摄像系统、超声波传感器、存储箱和抓取系统；
所述底盘上设置有运动处理器、避障处理器和蓄电池；
所述第一履带系统和所述第二履带系统均包括至少两个进行驱动电机、至少两个主动轮、多个从动轮和履带；每个所述主动轮分别与对应的所述行进驱动电机固定；所述驱动电机分别与所述运动处理器和所述蓄电池电连接；
所述摄像系统包括第一摄像头和第二摄像头，所述第一摄像头和所述第二摄像头对称地设置于所述底盘上；所述第一摄像头和所述第二摄像头与所述运动处理器电连接；
所述超声波传感器设置于所述底盘的侧边，所述超声波传感器与所述避障处理器电连接；
所述存储箱设置于所述底盘上；
所述抓取系统包括第一机械臂和第二机械臂；所述第一机械臂分别与所述运动处理器和所述蓄电池电连接；所述第二机械臂分别与所述运动处理器和所述蓄电池电连接。
2.根据权利要求1所述的基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人，其特征在于，
所述底盘上还设置有多个降压电路板；
所述驱动电机通过对应的所述降压电路板与所述蓄电池电连接；
所述第一机械臂通过对应的所述降压电路板与所述蓄电池电连接；
所述第二机械臂通过对应的所述降压电路板与所述蓄电池电连接。
3.根据权利要求2所述的基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人，其特征在于，
所述第一履带系统和所述第二履带系统分别设置于所述底盘的两侧。
4.根据权利要求3所述的基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人，其特征在于，
同一履带系统中，所述主动轮之间通过所述履带传动连接，所述主动轮跟相邻的两个所述从动轮进行齿啮合进行传动，且相邻的两个所述从动轮通过履带进行传动连接。
5.根据权利要求2所述的基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人，其特征在于，
所述底板上依次设置有第一舵机、云台、竖直支架，所述竖直支架通过十字架板连接有水平支架；
在所述竖直支架内设置有竖直传动带，所述云台上设置有第一电机，所述第一电机与所述竖直传动带连接；所述水平支架固定于所述竖直传动带上；
在所述水平支架内设置有水平传动带，所述水平支架内设置有第二电机，所述第二电机与所述水平传动带连接；所述水平传动带的两端设置有所述第一机械臂和所述第二机械臂；
所述第一舵机、所述第一电机和所述第二电机均与所述运动处理器电连接；所述第一舵机、所述第一电机和所述第二电机均与所述蓄电池电连接。
6.根据权利要求5所述的基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人，其特征在于，
所述第一机械臂和所述第二机械臂均分别包括机械臂舵机、多个气泵、多个气管和抓头装置；
所述抓头装置包括多个柔性抓头，每个所述柔性抓头通过对应的所述气管与对应所述气泵连接，所述气泵与所述机械臂舵机连接；
所述机械臂舵机和所述气泵都与所述运动处理器和所述蓄电池电连接。
7.根据权利要求2所述的基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人，其特征在于，
所述存储箱上设置有至少一个过滤器，所述过滤器上设置有多个过滤孔，所述过滤孔的尺寸大于第一阈值且小于第二阈值。
8.根据权利要求2所述的基于视觉识别的山地果园智能采摘机器人，其特征在于，
所述运动处理器为arduino uno控制板；所述避障处理器为NI-myrio控制板。
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