CN113021378A - 一种智慧农业用采摘机器人控制系统及方法 - Google Patents

一种智慧农业用采摘机器人控制系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种智慧农业用采摘机器人控制系统，包括行走驱动主体机构，所述行走驱动主体机构上分别安装有主控制器、存储机构、采摘机构和转运机构；本发明还公开了一种智慧农业用采摘机器人控制方法，包括以下步骤：接收采摘命令；移动并采摘；实时进行转运；采摘完成停止采摘；发送完成信号并返回。本发明通过主控制器和采摘机构的配合，使得微处理器模块和采摘控制模块对图像信息进行逐级处理，缓解处理压力，增加处理速度，提升采摘速度，通过夹持果蒂和剪切果蒂避免损坏果实来增加采摘良品率，通过转运机构负责果实的运输能够缩短机械臂模块行程而进一步增加采摘的效率。

Description

一种智慧农业用采摘机器人控制系统及方法
技术领域
本发明涉及农业智能机械领域，尤其涉及一种智慧农业用采摘机器人控制系统及方法。
背景技术
农业采摘是农业种植的重要过程之一，人力采摘会耗费大量劳动力，其投入的人力成本巨大，会提高农作物的售卖成本，导致农作物价格偏高，因此选择机器采摘能够减少劳动力成本，且能够降低劳动量，而机器采摘需要对机器进行精准的控制，避免出现误摘或摘错的情况。
现有的机器人采摘控制系统通常为定点采摘系统，即机器人设备处于一个固定的点，在采摘时只能够通过机械臂采摘并通过机械臂运回，其采摘和运输路径较长，导致采摘的效率较低，且不能够在某一区域无果实后自主更换采摘区域，智能化较低，且在采摘夹持的过程中，由于果实的软硬程度不同，容易出现夹坏的情况，使得采摘良品率较低。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有技术中存在采摘效率低、不能够自主更换区域且容易夹坏降低良品率的缺点，而提出的一种智慧农业用采摘机器人控制系统及方法。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种智慧农业用采摘机器人控制系统，包括行走驱动主体机构，所述行走驱动主体机构上分别安装有主控制器、存储机构、采摘机构和转运机构，所述主控制器分别连接行走驱动主体机构、存储机构、采摘机构和转运机构；
所述行走驱动主体机构用于在所述主控制器的控制下向果实移动，所述采摘机构用于在所述主控制器的控制下对果实标进行采摘，所述转运机构用于在所述主控制器的控制下将采摘完成的果实转运至存储机构。
优选地，所述主控制器包括：
微处理器模块，用于处理图像信息以及读取命令和发送命令信息；
电源模块，用于提供行走驱动主体机构、主控制器、存储机构、采摘机构和转运机构所需电能；
信号收发模块，用于接收控制命令以及发送微处理器模块发送的命令；
保护模块，用于对整个系统线路进行短路保护、过热保护和漏电保护；
所述电源模块分别连接微处理器模块、信号收发模块和保护模块，所述电源模块分别连接存储机构、采摘机构和转运机构，所述信号收发模块分别连接存储机构、采摘机构和转运机构。
优选地，所述存储机构包括监测模块，用于实时监测存储机构内部容量的变化，所述监测模块与信号收发模块连接，用于将容量实时变化数据实时传输至主控制器。
优选地，所述转运机构包括皮带传输模块和暂存模块，所述皮带传输模块分别与暂存模块和存储机构机械连接，用于将暂存模块内的果实转运至存储机构内。
优选地，所述采摘机构包括机械臂模块和采摘控制模块，所述机械臂模块包括夹持模块、剪切模块和图像采集模块；
所述图像采集模块与采摘控制模块连接，用于将周围图像信息传输至采摘控制模块分析处理并得到果实果蒂的位置信息、农作物位置信息以及地形信息；
所述采摘控制模块与主控制器上的信号收发模块连接，用于将分析处理得到的果实果蒂的位置信息、农作物位置信息以及地形信息通过信号收发模块传输至微处理器模块分析处理得到行走驱动主体机构的最佳行走路线以及采摘的最佳路径；
所述机械臂模块与采摘控制模块连接，用于在采摘控制模块的控制下按照采摘的最佳路径向果实靠近，且用于在采摘控制模块的控制下将采摘的果实放入暂存模块内；
所述夹持模块与采摘控制模块连接，用于在采摘控制模块的控制下按照采摘的最佳路径夹持果蒂靠近果实的一端；
所述剪切模块与采摘控制模块连接，用于在采摘控制模块的控制下按照采摘的最佳路径剪断果蒂远离果实的一端。
一种智慧农业用采摘机器人控制方法，应用于上述的智慧农业用采摘机器人控制系统，包括以下步骤：
A、接收采摘命令；主控制器通过信号收发模块接收到用户无线发送的采摘命令，微处理器模块将采摘命令解析并控制存储机构、采摘机构和转运机构启动；
B、移动并采摘；主控制器控制行走驱动主体机构向目标移动，且主控制器控制采摘机构对果实进行采摘；
C、实时进行转运；主控制器控制转运机构将采摘的果实转运至存储机构内；
D、采摘完成停止采摘；存储机构内存满时，主控制器控制采摘机构停止采摘并控制转运机构延迟停止；
E、发送完成信号并返回；主控制器通过信号收发模块向用户发送采摘完成信号，且主控制器控制行走驱动主体机构返回原位。
优选地，在步骤B中，所述主控制器控制行走驱动主体机构移动以及主控制器控制采摘机构采摘是基于：
主控制器将采摘命令通过信号收发模块转发至采摘控制模块中，采摘控制模块通过图像采集模块获取周围图像信息并进行处理分析，得到果实果蒂的位置信息、农作物位置信息以及地形信息，采摘控制模块将果实果蒂的位置信息、农作物位置信息以及地形信息通过信号收发模块输入至微处理器模块获得最佳行走路径和最佳采摘路径。
优选地，所述主控制器通过信号收发模块将最佳行走路径发送至行走驱动主体机构使其按照路径开始移动，所述主控制器通过信号收发模块将最佳采摘路径发送至采摘控制模块使其控制机械臂模块、夹持模块和剪切模块进行采摘并放入暂存模块内。
优选地，在步骤C中，所述主控制器通过信号收发模块控制转运机构启动，使得皮带传输模块转动并将暂存模块内的采摘的果实转运到存储机构内。
优选地，在步骤D中，所述监测模块通过信号收发模块连接将监测模块监测的数据实时发送至微处理器模块，当存储机构内即将到达限制位置时，微处理器模块发出停止采摘命令，则采摘机构复位停止采摘，转运机构延迟停止使得暂存模块内果实全部转运至存储机构内。
本发明具有以下有益效果：
1、通过在机械臂模块上设置图像采集模块，使得图像信息能够根据机械臂模块的移动而变化，即可以获得采摘的实时画面，增加采摘的精确度，使得夹持模块能够准确夹住果蒂靠近果实的一端以及剪切模块准确剪断果蒂远离果实的一端，且夹持模块通过夹持果蒂来采摘果实，避免直接夹持果实而导致果实被夹坏的可能性，使得采摘更加可靠，增加采摘的良品率。
2、主控制器内的微处理器模块通过信号收发模块与采摘控制模块连接，使得采摘控制模块将图像采集模块采集的图像信息进行预处理后发送至微处理器模块中进行再处理并得到最优行走路径和最优采摘路径，使得微处理器模块和采摘控制模块共同承担图像处理，降低处理压力，增加处理速度，使其能够快速自主选择合适路线以及合适的区域进行采摘，更加智能化。
3、转运机构通过皮带传输模块连接暂存模块和存储机构，采摘机构采摘的果实全部放入暂存模块内，能够有效的缩短采摘用的机械臂模块的行动路径，增加采摘的效率，且暂存模块内的果实被皮带传输模块快速持续实时转运至存储机构内，使得暂存模块内不会出现堵塞的情况，增加采摘存储的可靠性，提高了整个采摘过程的效率。
综上所述，本发明通过主控制器和采摘机构的配合，使得微处理器模块和采摘控制模块对图像信息进行逐级处理，缓解处理压力，增加处理速度，提升采摘速度，通过夹持果蒂和剪切果蒂避免损坏果实来增加采摘良品率，通过转运机构负责果实的运输能够缩短机械臂模块行程而进一步增加采摘的效率。
附图说明
图1为本发明提出的一种智慧农业用采摘机器人控制系统的组成结构框图；
图2为本发明提出的一种智慧农业用采摘机器人控制系统的组成示意图；
图3为本发明提出的一种智慧农业用采摘机器人控制方法的流程示意图。
图中：1行走驱动主体机构、2主控制器、21微处理器模块、22电源模块、23信号收发模块、24保护模块、3存储机构、31监测模块、4采摘机构、41机械臂模块、411夹持模块、412剪切模块、413图像采集模块、42采摘控制模块、5转运机构、51皮带传输模块、52暂存模块。
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。
参照图1-3，一种智慧农业用采摘机器人控制系统，包括行走驱动主体机构1，行走驱动主体机构1上分别安装有主控制器2、存储机构3、采摘机构4和转运机构5，主控制器2分别连接行走驱动主体机构1、存储机构3、采摘机构4和转运机构5；
行走驱动主体机构1用于在主控制器2的控制下向果实移动，采摘机构4用于在主控制器2的控制下对果实标进行采摘，转运机构5用于在主控制器2的控制下将采摘完成的果实转运至存储机构3。
主控制器2包括：
微处理器模块21，用于处理图像信息以及读取命令和发送命令信息；
电源模块22，用于提供行走驱动主体机构1、主控制器2、存储机构3、采摘机构4和转运机构5所需电能；
信号收发模块23，用于接收控制命令以及发送微处理器模块21发送的命令；
保护模块24，用于对整个系统线路进行短路保护、过热保护和漏电保护；
电源模块22分别连接微处理器模块21、信号收发模块23和保护模块24，电源模块22分别连接存储机构3、采摘机构4和转运机构5，信号收发模块23分别连接存储机构3、采摘机构4和转运机构5。
存储机构3包括监测模块31，用于实时监测存储机构3内部容量的变化，监测模块31与信号收发模块23连接，用于将容量实时变化数据实时传输至主控制器2。
转运机构5包括皮带传输模块51和暂存模块52，皮带传输模块51分别与暂存模块52和存储机构3机械连接，用于将暂存模块52内的果实转运至存储机构3内。
采摘机构4包括机械臂模块41和采摘控制模块42，机械臂模块41包括夹持模块411、剪切模块412和图像采集模块413；
图像采集模块413与采摘控制模块42连接，用于将周围图像信息传输至采摘控制模块42分析处理并得到果实果蒂的位置信息、农作物位置信息以及地形信息；
采摘控制模块42与主控制器2上的信号收发模块23连接，用于将分析处理得到的果实果蒂的位置信息、农作物位置信息以及地形信息通过信号收发模块23传输至微处理器模块21分析处理得到行走驱动主体机构1的最佳行走路线以及采摘的最佳路径；
机械臂模块41与采摘控制模块42连接，用于在采摘控制模块42的控制下按照采摘的最佳路径向果实靠近，且用于在采摘控制模块42的控制下将采摘的果实放入暂存模块52内；
夹持模块411与采摘控制模块42连接，用于在采摘控制模块42的控制下按照采摘的最佳路径夹持果蒂靠近果实的一端；
剪切模块412与采摘控制模块42连接，用于在采摘控制模块42的控制下按照采摘的最佳路径剪断果蒂远离果实的一端。
一种智慧农业用采摘机器人控制方法，应用于上述的智慧农业用采摘机器人控制系统，包括以下步骤：
A、接收采摘命令；主控制器2通过信号收发模块23接收到用户无线发送的采摘命令，微处理器模块21将采摘命令解析并控制存储机构3、采摘机构4和转运机构5启动；
B、移动并采摘；主控制器2控制行走驱动主体机构1向目标移动，且主控制器2控制采摘机构4对果实进行采摘；
C、实时进行转运；主控制器2控制转运机构5将采摘的果实转运至存储机构3内；
D、采摘完成停止采摘；存储机构3内存满时，主控制器2控制采摘机构4停止采摘并控制转运机构5延迟停止；
E、发送完成信号并返回；主控制器2通过信号收发模块23向用户发送采摘完成信号，且主控制器2控制行走驱动主体机构1返回原位。
在步骤B中，主控制器2控制行走驱动主体机构1移动以及主控制器2控制采摘机构4采摘是基于：
主控制器2将采摘命令通过信号收发模块23转发至采摘控制模块42中，采摘控制模块42通过图像采集模块413获取周围图像信息并进行处理分析，得到果实果蒂的位置信息、农作物位置信息以及地形信息，采摘控制模块42将果实果蒂的位置信息、农作物位置信息以及地形信息通过信号收发模块23输入至微处理器模块21获得最佳行走路径和最佳采摘路径。
主控制器2通过信号收发模块23将最佳行走路径发送至行走驱动主体机构1使其按照路径开始移动，主控制器2通过信号收发模块23将最佳采摘路径发送至采摘控制模块42使其控制机械臂模块41、夹持模块411和剪切模块412进行采摘并放入暂存模块52内。
在步骤C中，主控制器2通过信号收发模块23控制转运机构5启动，使得皮带传输模块51转动并将暂存模块52内的采摘的果实转运到存储机构3内。
在步骤D中，监测模块31通过信号收发模块23连接将监测模块31监测的数据实时发送至微处理器模块21，当存储机构3内即将到达限制位置时，微处理器模块21发出停止采摘命令，则采摘机构4复位停止采摘，转运机构5延迟停止使得暂存模块52内果实全部转运至存储机构3内。
本发明在使用时，首先，主控制器2通过信号收发模块23接收到用户无线发送的采摘命令，微处理器模块21将采摘命令解析并控制存储机构3、采摘机构4和转运机构5启动。
其次，主控制器2将采摘命令通过信号收发模块23转发至采摘控制模块42中，采摘控制模块42通过图像采集模块413获取周围图像信息并进行处理分析，得到果实果蒂的位置信息、农作物位置信息以及地形信息，采摘控制模块42将果实果蒂的位置信息、农作物位置信息以及地形信息通过信号收发模块23输入至微处理器模块21获得最佳行走路径和最佳采摘路径，主控制器2通过信号收发模块23将最佳行走路径发送至行走驱动主体机构1使其按照路径开始移动，主控制器2通过信号收发模块23将最佳采摘路径发送至采摘控制模块42使其控制机械臂模块41、夹持模块411和剪切模块412进行采摘并放入暂存模块52内。
再者，主控制器2通过信号收发模块23控制转运机构5启动，使得皮带传输模块51转动并将暂存模块52内的采摘的果实转运到存储机构3内。
然后，监测模块31通过信号收发模块23连接将监测模块31监测的数据实时发送至微处理器模块21，当存储机构3内即将到达限制位置时，微处理器模块21发出停止采摘命令，则采摘机构4复位停止采摘，转运机构5延迟停止使得暂存模块52内果实全部转运至存储机构3内。
最后，主控制器2通过信号收发模块23向用户发送采摘完成信号，且主控制器2控制行走驱动主体机构1返回原位。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智慧农业用采摘机器人控制系统，包括行走驱动主体机构(1)，其特征在于，所述行走驱动主体机构(1)上分别安装有主控制器(2)、存储机构(3)、采摘机构(4)和转运机构(5)，所述主控制器(2)分别连接行走驱动主体机构(1)、存储机构(3)、采摘机构(4)和转运机构(5)；
所述行走驱动主体机构(1)用于在所述主控制器(2)的控制下向果实移动，所述采摘机构(4)用于在所述主控制器(2)的控制下对果实标进行采摘，所述转运机构(5)用于在所述主控制器(2)的控制下将采摘完成的果实转运至存储机构(3)。
2.根据权利要求1所述的一种智慧农业用采摘机器人控制系统，其特征在于，所述主控制器(2)包括：
微处理器模块(21)，用于处理图像信息以及读取命令和发送命令信息；
电源模块(22)，用于提供行走驱动主体机构(1)、主控制器(2)、存储机构(3)、采摘机构(4)和转运机构(5)所需电能；
信号收发模块(23)，用于接收控制命令以及发送微处理器模块(21)发送的命令；
保护模块(24)，用于对整个系统线路进行短路保护、过热保护和漏电保护；
所述电源模块(22)分别连接微处理器模块(21)、信号收发模块(23)和保护模块(24)，所述电源模块(22)分别连接存储机构(3)、采摘机构(4)和转运机构(5)，所述信号收发模块(23)分别连接存储机构(3)、采摘机构(4)和转运机构(5)。
3.根据权利要求2所述的一种智慧农业用采摘机器人控制系统，其特征在于，所述存储机构(3)包括监测模块(31)，用于实时监测存储机构(3)内部容量的变化，所述监测模块(31)与信号收发模块(23)连接，用于将容量实时变化数据实时传输至主控制器(2)。
4.根据权利要求2所述的一种智慧农业用采摘机器人控制系统，其特征在于，所述转运机构(5)包括皮带传输模块(51)和暂存模块(52)，所述皮带传输模块(51)分别与暂存模块(52)和存储机构(3)机械连接，用于将暂存模块(52)内的果实转运至存储机构(3)内。
5.根据权利要求4所述的一种智慧农业用采摘机器人控制系统，其特征在于，所述采摘机构(4)包括机械臂模块(41)和采摘控制模块(42)，所述机械臂模块(41)包括夹持模块(411)、剪切模块(412)和图像采集模块(413)；
所述图像采集模块(413)与采摘控制模块(42)连接，用于将周围图像信息传输至采摘控制模块(42)分析处理并得到果实果蒂的位置信息、农作物位置信息以及地形信息；
所述采摘控制模块(42)与主控制器(2)上的信号收发模块(23)连接，用于将分析处理得到的果实果蒂的位置信息、农作物位置信息以及地形信息通过信号收发模块(23)传输至微处理器模块(21)分析处理得到行走驱动主体机构(1)的最佳行走路线以及采摘的最佳路径；
所述机械臂模块(41)与采摘控制模块(42)连接，用于在采摘控制模块(42)的控制下按照采摘的最佳路径向果实靠近，且用于在采摘控制模块(42)的控制下将采摘的果实放入暂存模块(52)内；
所述夹持模块(411)与采摘控制模块(42)连接，用于在采摘控制模块(42)的控制下按照采摘的最佳路径夹持果蒂靠近果实的一端；
所述剪切模块(412)与采摘控制模块(42)连接，用于在采摘控制模块(42)的控制下按照采摘的最佳路径剪断果蒂远离果实的一端。
6.一种智慧农业用采摘机器人控制方法，其特征在于，应用于权利要求1至5任一项所述的智慧农业用采摘机器人控制系统，所述智慧农业用采摘机器人控制方法，包括以下步骤：
A、接收采摘命令；主控制器(2)通过信号收发模块(23)接收到用户无线发送的采摘命令，微处理器模块(21)将采摘命令解析并控制存储机构(3)、采摘机构(4)和转运机构(5)启动；
B、移动并采摘；主控制器(2)控制行走驱动主体机构(1)向目标移动，且主控制器(2)控制采摘机构(4)对果实进行采摘；
C、实时进行转运；主控制器(2)控制转运机构(5)将采摘的果实转运至存储机构(3)内；
D、采摘完成停止采摘；存储机构(3)内存满时，主控制器(2)控制采摘机构(4)停止采摘并控制转运机构(5)延迟停止；
E、发送完成信号并返回；主控制器(2)通过信号收发模块(23)向用户发送采摘完成信号，且主控制器(2)控制行走驱动主体机构(1)返回原位。
7.根据权利要求6所述的一种智慧农业用采摘机器人控制方法，其特征在于，在步骤B中，所述主控制器(2)控制行走驱动主体机构(1)移动以及主控制器(2)控制采摘机构(4)采摘是基于：
主控制器(2)将采摘命令通过信号收发模块(23)转发至采摘控制模块(42)中，采摘控制模块(42)通过图像采集模块(413)获取周围图像信息并进行处理分析，得到果实果蒂的位置信息、农作物位置信息以及地形信息，采摘控制模块(42)将果实果蒂的位置信息、农作物位置信息以及地形信息通过信号收发模块(23)输入至微处理器模块(21)获得最佳行走路径和最佳采摘路径。
8.根据权利要求7所述的一种智慧农业用采摘机器人控制方法，其特征在于，所述主控制器(2)通过信号收发模块(23)将最佳行走路径发送至行走驱动主体机构(1)使其按照路径开始移动，所述主控制器(2)通过信号收发模块(23)将最佳采摘路径发送至采摘控制模块(42)使其控制机械臂模块(41)、夹持模块(411)和剪切模块(412)进行采摘并放入暂存模块(52)内。
9.根据权利要求6所述的一种智慧农业用采摘机器人控制方法，其特征在于，在步骤C中，所述主控制器(2)通过信号收发模块(23)控制转运机构(5)启动，使得皮带传输模块(51)转动并将暂存模块(52)内的采摘的果实转运到存储机构(3)内。
10.根据权利要求6所述的一种智慧农业用采摘机器人控制方法，其特征在于，在步骤D中，所述监测模块(31)通过信号收发模块(23)连接将监测模块(31)监测的数据实时发送至微处理器模块(21)，当存储机构(3)内即将到达限制位置时，微处理器模块(21)发出停止采摘命令，则采摘机构(4)复位停止采摘，转运机构(5)延迟停止使得暂存模块(52)内果实全部转运至存储机构(3)内。
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