[发明专利]基于虚拟机器人与真实机器人集成的采摘系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及智能机器人领域，特别涉及基于虚拟机器人与真实机器人集成的采摘系统及方法。

背景技术

智能机器人的发展是近年来研究的热点，通过智能机器人的应用，在工业、农业生产中能有效提高作业效率、降低生产的劳动强度和成本。在农业机器人方面，果蔬收获机器人是发展现代化农业生产的主要手段之一，而采摘机器人的视觉定位系统是采摘作业能成功完成的关键技术之一。因此，采摘机器人的视觉定位系统必须能精确、有效地实现采摘目标的识别、定位，包括利用视觉系统进行机器人的行走导航等。

然而，相对于当前国内外农业生产的发展，农业机器人的研究所取得的成果仍然比较少，因农业环境的复杂性，存在采摘机器人的研究成果还只能在单一的实验室环境中进行采摘试验，而且存在采摘成功率不高，视觉定位精度低等问题。这不仅成为了制约采摘机器人走向应用的瓶颈问题，也对采摘机器人自动化技术以及其视觉定位系统的研究提出了更高的要求。

故提出了基于实时数据驱动的虚拟机器人与真实机器人多目视觉定位系统，为机器人视觉精确定位技术提供一种研究手段和思路，也从多领域角度去解决智能机器人实际应用的关键技术。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供基于虚拟机器人与真实机器人集成的采摘系统及方法。

本发明的另一目的在于提供基于虚拟机器人与真实机器人集成的采摘方法。

本发明的目的通过以下的技术方案实现：

基于虚拟机器人与真实机器人集成的采摘系统，包括视觉定位系统、真实机器人和虚拟机器人仿真系统，所述视觉定位系统完成采摘目标的定位，获得采摘目标的三维空间坐标信息后，指导真实机器人实时采摘，同时将获取的三维空间坐标信息通过数据传输线传递给虚拟机器人仿真系统，虚拟机器人实时模拟采摘过程。

所述的虚拟机器人仿真系统，包括机械手的结构设计模块、误差分析模块、机械手知识手册模块、双目立体视觉模块和机械手的运动仿真模块，所述的机械手的机构设计模块设计底座、手臂和末端执行器，用户可以对机械手的各个零部件进行参数化设计，通过类型的选择和尺寸的确定，在该系统中应用VC与SolidWorks的相互通信，将SolidWorks中的模型转换成三维坐标，实现对设计图纸和设计方案进行实时修改并更新；误差分析模块从机构误差、视觉误差和关联误差三方面对采摘点的三维位置误差进行分析；机械手知识手册模块采用树形结构，用于用户查看公式的推导、数据分析结果的比较信息；双目立体视觉模块用来采集采摘水果的图像，通过图像分割、腐蚀与膨胀、立体匹配图像处理算法对果实进行三维重建和定位，从而为机械手提供果实空间位置坐标参数；机械手的运动仿真模块通过EON进行三维视景虚拟仿真，包括正运动和逆运动仿真：正运动仿真是根据用户所输入的参数来驱动机械手按照预定的参数值运动；逆运动仿真是根据用户所给定的待采摘果实空间位置坐标值，反求解各关节具体值来驱动机械手按照计算的参数值运动，系统通过VC与SolidWorks的通信接口，将模型转换为三维坐标，再将坐标导入EON工作平台，来实现对机械手的运动控制，从而完成虚拟的采摘过程。

所述的真实机器人包括机械手、安装机械手的底座以及安装底座的托运小车。

所述的机械手包括关节一、关节二、关节三、关节四、小臂、末端执行器，设定托运小车的前进方向为X方向，Y方向与X方向垂直构成水平面，Z方向垂直水平面向上，关节一与底座的轴连接，使得整个机械手可以在Z轴上的旋转；关节二与关节一之间通过轴连接，实现机器人手臂绕Y轴上的旋转；机械臂绕Y轴旋转的同时，也可实现机械臂在Z轴方向上和X方向上的移动；关节三与关节二通过轴连接，扩大整个机械臂在Z轴方向上的移动范围；小臂与关节三通过轴连接，实现了机器人在X轴上的旋转；关节四与小臂通过轴连接，配合关节一绕底座旋转的同时，实现了整个机械臂X方向上的移动。

所述的视觉定位系统包括双目摄像头一、双目摄像头二以及安装双目摄像头一的支架，支架安装在关节三的顶部，双目摄像头安装在托运小车上。

本发明的另一目的通过以下的技术方案实现：

基于虚拟机器人与真实机器人集成的采摘方法，包含以下顺序的步骤：