[发明专利]一种温室环境下黄瓜采摘机器人系统及采摘方法

说明书

技术领域

本发明涉及智能机器人技术领域，特别是涉及一种温室环境下黄瓜采摘机器人系统及采摘方法。 

背景技术

随着计算机和自动控制技术的迅速发展，农业机械将迈入高度自动化、智能化时期。机器人已经逐步渗入到农业生产中，特别是在设施农业的生产过程中，机器人的使用将成为农业向自动化和智能化发展的重要标志。在果蔬生产作业中，收获采摘约占整个作业量的40％。采摘作业质量的好坏直接影响到果蔬的存储、加工和销售，从而最终影响市场价格和经济效益。由于采摘作业的复杂性，采摘自动化程度仍然很低，目前国内果蔬采摘作业基本上还是手工完成，尤其在温室内，工作环境较差，收获作业的劳动强度大，因此研究适用温室环境果实采摘机器人具有重要意义。 

果实采摘机器人的首要任务是识别和定位出目标，以便为收获机械提供可靠的运动参数，并最终完成果实的采摘。因此，视觉部分信息处理准确与否直接关系到最终收获机器人执行精度和采摘效率。农业机器人又与某种非结构环境相联系，作业空间结构复杂、信息多义及弱鲁棒性，较之一般工业机器人其应用难度更大，这对前端视觉感知提出更高的要求。加之与诸多果蔬(如苹果、西红柿、樱桃、甜橙)相比，黄瓜颜色特征更接近于瓜叶、茎秆，目标背景多元、近似信息叠加成为果实信息提取的难点。 

发明内容

本发明实施例要解决的问题是提供一种温室环境下黄瓜采摘机器人系统及采摘方法，以实现机器人的自动导航和黄瓜的自动收获。 

为达到上述目的，本发明实施例的技术方案提供一种温室环境下黄瓜采摘机器人系统，所述系统包括： 

双目立体视觉系统，用于采集黄瓜图像，实时加以处理，获取收获目标的位置信息； 

机械臂装置，用于根据所述收获目标的位置信息，进行所述收获目标的抓取和分离； 

机器人移动平台，用于在温室环境下自主运动； 

所述双目立体视觉系统包括： 

两个黑自摄像机，用于同步获取场景中的收获目标的近红外图像，分别进行目标分割、品质分析和特征提取，确定左右图像中黄瓜的抓取点位置； 

双通道视觉实时处理器，与所述两个黑白摄像机连接，用于判断摄像机公共视场范围内、左右图像中是否有彼此对应的抓取点的匹配点；当有对应匹配点时，所述双通道视觉实时处理器基于左右图像抓取点的视差，由三角法原理进行三维信息重建，并计算目标抓取点到双目立体视觉系统坐标原点的X、Y、Z坐标，将距离最近的抓取点目标作为当前采摘对象，并由所述双目立体视觉系统原点与机械臂装置原点的相对位置关系推出与机械臂装置对应的收获目标的位置信息，并将位置信息发送至机械臂装置的运动控制卡； 

所述机械臂装置包括： 

执行机构； 

运动控制卡，用于根据所述双通道视觉实时处理器发送的收获目标的位置信息进行轨迹规划，并下发运动指令； 

关节驱动器，用于根据所述运动指令，带动所述执行机构实现所述收获目标的抓取和分离动作； 

所述机器人移动平台包括： 

行走机构； 

电机驱动器，用于驱动所述行走机构； 

云台摄像头，用于获取环境图像信息； 

处理器，用于分析所述图像信息，获取并下发导航参数； 

运动控制器，用于根据所述导航参数，控制所述电机驱动器驱动所述行走机构进行运动。 

其中，所述双目立体视觉系统还包括照明装置，用于提供适于收获目标的识别采摘的光照环境；所述照明装置包括对称阵列分布的四个光源和一个自适应能量输出的直流电源模块，所述电源模块用于给所述四个光源提供电源。 

其中，所述双目立体视觉系统还包括滤光设备，分别安装于所述两个黑白摄像机的镜头前；所述滤光设备为近红外光谱波段、峰值透过率大于90％的窄带干涉滤光器。 

其中，所述双目立体视觉系统还包括支架，所述支架以套筒方式固定在所述机器人移动平台上，并支撑所述双目立体视觉系统，根据需要完成所述双目立体视觉系统的升降和旋转。 

其中，所述机械臂装置采用5自由度设计，包括基座旋转、肩关节俯仰、肘关节俯仰、腕关节俯仰和腕关节旋转。 

其中，所述双目立体视觉系统与机械臂装置之间采用网口和RS232串口连接，进行通信。 

其中，所述双目立体视觉系统与机器人移动平台之间采用RS232串口连接，进行通信。