CN217445883U - 一种基于机器视觉的草莓采摘机器人 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种基于机器视觉的草莓采摘机器人，其特征在于:主要由行走机构、收集机构、机械臂、末端执行器、视觉系统和激光传感器所组成；行走机构由电机及驱动模块组成；行走机构后半端与机械臂通过螺纹连接；行走机构前半端与收集机构通过粘接连接；末端执行器与机械臂通过焊接连接，末端执行器由夹取部分和小气缸组成；视觉系统与激光传感器位于末端执行器的后方的固定板上，视觉系统由两个视觉相机和两个LED灯组成。本发明具有以下优点：能实现自主行走和适应室内、室外及夜晚的草莓采摘环境，能精确对草莓识别、定位、抓取及收集，保护草莓果实不被破坏，提高采摘效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及农业机械技术领域，具体涉及到一种自动化草莓采摘机器人。
背景技术
近年来，草莓成为重要的经济作物，并且草莓营养丰富，含多种维生素，被人们称为“水果皇后”，深受广大消费者喜爱，草莓属于劳动密集型产物，随着农业种植采摘自动化的发展，实现草莓自动化采摘越来越有重要的意义。在过去三年中我国关于草莓采摘机器人的数量逐渐增多，表明了人们对农业中使用机器人的兴趣日益浓厚，但绝大多数的草莓采摘机器人存在摘取过程中容易损伤草莓果皮；末端执行器机械结构过于复杂、成本高；采摘效率低、误差大；不能同时适应室内和室外和夜晚等多种草莓采摘环境的问题。
发明内容
本实用新型针对现有技术存在的上述缺陷，提供了一种基于机器视觉的草莓采摘机器人，实现采摘草莓时保护草莓不受伤害，并且简化了末端执行器的机械结构，降低末端执行器的成本，提高了采摘效率和精准度，实现了同时适应室内、室外和夜晚等多种草莓采摘环境的问题。
本实用新型为了解决上述技术问题所采取的技术方案是: 一种基于机器视觉的草莓采摘机器人，其特征在于：主要由行走机构（1）、收集机构（2）、机械臂（3）、末端执行器（4）、视觉系统和激光传感器（5）所组成；行走机构（1）由电机及驱动模块组成；行走机构（1）后半端与机械臂（3）通过螺纹连接；行走机构（1）前半端与收集机构（2）通过粘接连接；末端执行器（4）与机械臂（3）通过焊接连接,末端执行器（4）由夹取部分（6）和小气缸（7）组成;视觉系统与激光传感器（5）位于末端执行器（4）后方的固定板（8）上，视觉系统由两个视觉相机（9）和两个LED灯（10）组成。
其中，所述行走机构采用了4轮驱动系统和4个带有摩擦纹的车轮，能同时适应室内和室外的草莓采摘环境。
其中，所述两个机械臂通过螺纹连接对称固定在行走机构的后半端，并对两机械臂进行限位，使其不会相撞。
其中，所述机械臂是能实现三个自由度运动的五轴机械臂，主要包括第一270度舵机、第二180度舵机、第三270度舵机、第四180度舵机、第五360度舵机和末端执行器；所述第一270度舵机的输出轴与固定在行走机构上的固定架相连，第一270度舵机与第二180度舵机通过第一传动臂相连，第二180度舵机与第三270度舵机通过第二传动臂相连，第三270度舵机与第四180度舵机通过第三传动臂相连，第四180度舵机与第五360度舵机通过第四传动臂相连，第五360度舵机的输出轴与末端执行器相连。
其中，所述末端执行器通过小气缸来控制杆一，使滑块一和滑块二向内滑动，通过杆二和杆三带动杆四和杆五使夹取部分实现抓取草莓的功能，并且末端执行器后端有个固定板。
其中，所述末端执行器的抓取部分由形状为碗状，在碗内布置有海绵防护垫和压力传感器。
其中，所述视觉系统通过视觉相机采集图像，然后视觉系统根据草莓颜色与环境颜色的区别判断出草莓大概形状，并对草莓是否符合摘取条件进行判断，通过计算两张采集图像中在草莓图像中心一定范围内，草莓颜色落在特定的颜色范围内的图像的平均像素点个数是否超过像素阈值来判断草莓是否合格，合格则进行采摘，否则认定草莓不合格不进行采摘。
其中，所述图像中心一定范围内是指以图像中拟合出的草莓形状的中心为中心，长宽的长度均为40~70个像素点组成的正方形区域，像素阈值的范围为100~600。
本实用新型具有以下有益效果：
实现采摘草莓时保护草莓不受伤害，并且简化了末端执行器的机械结构，降低末端执行器的成本，提高了采摘效率和精准度，实现了同时适应室内、室外和夜晚等多种草莓采摘环境的问题；可以有效降低果农的劳动负担，提高农业生产效率，利于进一步扩大草莓的生产规模，适应市场需求，从而获得更多的经济效益，并且有利于促进我国的农业科技进步和加速农业现代化的发展。
附图说明
图1为一种基于机器视觉的草莓采摘机器人的整体结构图。
图2为一种基于机器视觉的草莓采摘机器人的机械臂的侧视图。
图3为一种基于机器视觉的草莓采摘机器人的末端执行器的整体结构图。
图4为一种基于机器视觉的草莓采摘机器人的末端执行器的俯视图。
1-行走机构、2-收集机构、3-机械臂、4-末端执行器、5-激光传感器、6-夹取部分、7-小气缸、8-固定板、9-视觉相机、10-LED灯、11-车轮、12-固定架、13-第一270度舵机、14-第二180度舵机、15-第三180度舵机、16-第四180度舵机、17-第五360度舵机、18-第一传动臂、19-第二传动臂、20-第三传动臂、21-第四传动臂、22-杆一、23-滑块一、24-滑块二、25-杆二、26-杆三、27-杆四、28-杆五。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进行详细说明，但不作为对本实用新型的限定。
如图1至图4所示，一种基于机器视觉的草莓采摘机器人，其特征在于：主要由行走机构（1）、收集机构（2）、机械臂（3）、末端执行器（4）、视觉系统和激光传感器（5）所组成；行走机构（1）由电机及驱动模块组成；行走机构（1）后半端与机械臂（3）通过螺纹连接；行走机构（1）前半端与收集机构（2）通过粘接连接；末端执行器（4）与机械臂（3）通过焊接连接,末端执行器（4）由夹取部分（6）和小气缸（7）组成;视觉系统与激光传感器（5）位于末端执行器（4）后方的固定板（8）上，视觉系统由两个视觉相机（9）和两个LED灯（10）组成。
所述行走机构采用四轮驱动系统和四个带摩擦纹的车轮，可以使草莓采摘机器人更好适应室内和室外的草莓采摘环境，稳定工作，行走机构通过控制系统发送的命令实现自动行驶功能。
所述机械臂固定在行走机构的后半端靠小车中心的位置，通过螺纹连接把机械臂底端的固定架固定在行走机构上，使小车的重心更稳定，是一个三自由度机械臂，由五个舵机来控制机械臂来完成动作，主体部分由四个传动臂连接，手臂关节部位处均装有提供动力的舵机，控制机械臂精准使其达到指定位置，实现装置采摘和放置草莓的功能。
所述末端执行器与机械臂通过焊接连接，末端执行器通过小气缸推动杆一带动滑运动，从而块带动平面连杆机构运动，使夹取部分实现采摘草莓的功能，末端执行器的夹取部分布置有海绵防护垫和压力传感器。
所述压力传感器与小气缸通过控制系统相连，压力传感器的压力会实时反馈给控制系统，当压力达到一定值时控制系统会发送命令给小气缸使其停止运动，同时在夹取部分内布置的海绵垫，可以有效减少对草莓的伤害，以保护草莓。
所述激光传感器是为了确定草莓的位置，以对草莓进行定位采摘，激光传感器会反馈测量结果给控制系统，使控制系统计算出草莓位置发送命令给机械臂移动。
所述LED灯是为了实现草莓采摘机器人能实现在夜间进行采摘工作。
所述视觉相机通过模拟人类视觉原理，根据颜色识别出成熟的草莓，反馈给控制系统，通过激光传感器定位草莓位置，通过机械臂的运动，移动到采摘草莓的位置，然后通过末端执行器对草莓进行摘取，放进收集机构。
所述控制系统由包括树莓派及STM32单片机组成。
以上的仅为本实用新型的较佳实例而已，当然不能以此来限定本实用新型的权利范围，因此依本实用新型申请专利范围所作的等效变化，仍属于本实用新型的保护范围。
Claims (5)
1.一种基于机器视觉的草莓采摘机器人，其特征在于：主要由行走机构（1）、收集机构（2）、机械臂（3）、末端执行器（4）、视觉系统和激光传感器（5）所组成；行走机构（1）由电机及驱动模块组成；行走机构（1）后半端与机械臂（3）通过螺纹连接；行走机构（1）前半端与收集机构（2）通过粘接连接；末端执行器（4）与机械臂（3）通过焊接连接,末端执行器（4）由夹取部分（6）和小气缸（7）组成;视觉系统与激光传感器（5）位于末端执行器（4）后方的固定板（8）上，视觉系统由两个视觉相机（9）和两个LED灯（10）组成。
2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的草莓采摘机器人，其特征在于：行走机构（1）长450mm，宽300mm高150mm，并采用4个带有摩擦纹半径100mm厚80mm的车轮（11），使草莓采摘机器人重心降低，采用4轮驱动系统，可以使草莓采摘机器人更好适应室内和室外的采摘环境。
3.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的草莓采摘机器人，其特征在于：所述机械臂（3）是能实现三个自由度运动的五轴机械臂，主要包括第一270度舵机（13）、第二180度舵机（14）、第三270度舵机（15）、第四180度舵机（16）、第五360度舵机（17）和末端执行器（4）；所述第一270度舵机（13）的输出轴与固定在行走机构（1）上的固定架（12）相连，第一270度舵机（13）与第二180度舵机（14）通过第一传动臂（18）相连，第二180度舵机（14）与第三270度舵机（15）通过第二传动臂（19）相连，第三270度舵机（15）与第四180度舵机（16）通过第三传动臂（20）相连，第四180度舵机（16）与第五360度舵机（17）通过第四传动臂（21）相连，第五360度舵机（17）的输出轴与末端执行器（4）相连。
4.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的草莓采摘机器人，其特征在于：所述末端执行器（4）通过小气缸（7）来向外推动杆一（22），使滑块一（23）和滑块二（24）向内滑动，通过杆二（25）和杆三（26）带动杆四（27）和杆五（28）使夹取部分（6）实现抓取草莓的功能，并且末端执行器后端有个固定板（8），小气缸的推杆和控制杆一（22）通过粘接连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的草莓采摘机器人，其特征在于：末端执行器（4）的抓取部分由形状为碗状，在碗内布置有海绵防护垫和压力传感器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202221693453.3U CN217445883U (zh) | 2022-07-04 | 2022-07-04 | 一种基于机器视觉的草莓采摘机器人 |
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| CN202221693453.3U CN217445883U (zh) | 2022-07-04 | 2022-07-04 | 一种基于机器视觉的草莓采摘机器人 |
Publications (1)
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Family
ID=83239807
Family Applications (1)
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| CN202221693453.3U Active CN217445883U (zh) | 2022-07-04 | 2022-07-04 | 一种基于机器视觉的草莓采摘机器人 |
Country Status (1)
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| CN (1) | CN217445883U (zh) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115890703A (zh) * | 2022-11-29 | 2023-04-04 | 杭州瑞丰能源科技有限公司 | 精准分类回收茧的选茧机器人 |
| CN116326429A (zh) * | 2023-01-16 | 2023-06-27 | 农业农村部南京农业机械化研究所 | 一种大球盖菇的智能化采摘机械手 |
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2022
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN115890703A (zh) * | 2022-11-29 | 2023-04-04 | 杭州瑞丰能源科技有限公司 | 精准分类回收茧的选茧机器人 |
| CN116326429A (zh) * | 2023-01-16 | 2023-06-27 | 农业农村部南京农业机械化研究所 | 一种大球盖菇的智能化采摘机械手 |
| CN116326429B (zh) * | 2023-01-16 | 2023-10-10 | 农业农村部南京农业机械化研究所 | 一种大球盖菇的智能化采摘机械手 |
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