[发明专利]一种基于双目视觉的空间降维果实采摘顺序规划系统及方法

权利要求书

1.一种基于双目视觉的空间降维果实采摘顺序规划系统，其特征在于，包括平台支架板(3)，平台支架板(3)上设置有第一陀螺仪(26)、运动控制器(4)和第二电机旋转支架(25)，第二电机旋转支架(25)上设置有第二电机支架(24)，第二电机支架(24)内设置有第二电机(6)，第二电机(6)顶部设置有第三电机旋转支架(7)，第三电机旋转支架(7)上设置有转动机构，转动机构上设置有第三电机支架(9)，第三电机支架(9)内设置有第三电机(21)，第三电机支架(9)顶部设置有能够旋转的第四电机(18)，第四电机(18)顶部设置有能够旋转的双目相机(12)；其中，第二电机(6)下方设置第二陀螺仪(5)，第三电机(2)下方设置有第三陀螺仪(22)，第四电机(18)下方设置有第四陀螺仪(19)，双目相机(12)上设置有第五陀螺仪(14)；运动控制器(4)与第二电机(6)、第三电机(2)、第四电机(18)相连；

所述平台支架板(3)下表面还设置有第一电机(27)以及与第一电机(27)、第二电机(6)、第三电机(2)、第四电机(18)相连的驱动器(28)；

所述第一陀螺仪(26)、运动控制器(4)位于第二电机旋转支架(25)两侧；

所述第二电机旋转支架(25)上设置有第二电机支架(24)，第二电机(6)设置在第二电机支架(24)上。

2.根据权利要求1所述的基于双目视觉的空间降维果实采摘顺序规划系统，其特征在于，所述平台支架板(3)下方设置有平台底座(1)，平台底座(1)上表面对称设置有第一45°连接件和第二45°连接件，平台支架板(3)下表面对称设置有第三45°连接件和第四45°连接件，第一45°连接件和第三45°连接件之间、第二45°连接件和第四45°连接件之间均设置有钢丝绳减震器(29)。

3.根据权利要求1所述的基于双目视觉的空间降维果实采摘顺序规划系统，其特征在于，所述转动机构包括设置在第三电机旋转支架(7)上的第一旋转轴(23)和第一螺旋齿轮组(8)，第一螺旋齿轮组(8)固定在第一旋转轴(23)和第二电机(6)上，第三电机支架(9)设置在第一旋转轴(23)上。

4.根据权利要求1所述的基于双目视觉的空间降维果实采摘顺序规划系统，其特征在于，所述第三电机支架(9)上设置有第四电机旋转支架(20)，第四电机旋转支架(20)上设置有第四电机支架(10)，第四电机(18)设置在第四电机支架(10)内。

5.根据权利要求4所述的基于双目视觉的空间降维果实采摘顺序规划系统，其特征在于，所述第四电机支架(10)上设置有第二旋转齿轮组(11)和双相相机支架(17)，第二旋转齿轮组(11)设置在第四电机(18)和第二旋转轴(16)上，双相相机支架(17)设置在第二旋转轴(16)上。

6.根据权利要求5所述的基于双目视觉的空间降维果实采摘顺序规划系统，其特征在于，所述双相相机支架(17)上还设置有相机固定框(15)，双目相机(12)设置在相机固定框(15)内。

7.根据权利要求6所述的基于双目视觉的空间降维果实采摘顺序规划系统，其特征在于，所述相机固定框(15)上设置有传感器安装板(13)，第五陀螺仪(14)设置在传感器安装板(13)上。

8.一种基于双目视觉的空间降维果实采摘顺序规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)运动控制器(4)获取第一陀螺仪(26)、第二陀螺仪(5)的位姿，同时给驱动器(28)发送指令控制第一电机(27)旋转运动，直到第二陀螺仪(5)的状态与第一陀螺仪(26)一致则第一电机(27)停止转动；

2)运动控制器(4)获取第三陀螺仪(22)的位姿，并给驱动器(28)发送指令控制第二电机(6)旋转运动，通过第一螺旋齿轮组(8)使第一旋转轴(23)做旋转运动，当第三陀螺仪(22)位姿为水平时第二电机(6)停止运动；

3)运动控制器(4)获取第四陀螺仪(19)的位姿，同时给驱动器(28)发送指令控制第三电机(21)旋转运动，直到第四陀螺仪(19)的状态与采摘所需方向一致时候第三电机(21)停止转动；

4)运动控制器(4)获取第五陀螺仪(14)的位姿，并给驱动器(28)发送指令控制第四电机(18)旋转运动，通过第二螺旋齿轮组(11)使第二旋转轴(16)做旋转运动，当双目相机(12)的俯仰角度达到观察视角时，第四电机(18)停止运动；

5)若需要调整新的观察方位则重复步骤1)-4)的过程；

6)获取采摘目标信息，进行降维处理，具体包括以下步骤：

(1)设获取采摘目标位置数据集合X＝{X₁,X₂...X_s...X_n}，其中，X_s＝{x,y,z}，x,y,z为空间坐标值，s∈[1,n]，n为获取的采摘目标总数；

(2)采用isomap降维算法对步骤(1)中产生的20个三维空间采摘目标进行降维处理，将三维空间位置降到二维空间分布；将重新产生的数据集合记录为O＝{O₁,O₂...O_s...O_n}，其中，O_s＝{x,y}，x,y为空间坐标值，s∈[1,n]，n为获取的采摘目标总数；

7)模拟退火算法进行最优采摘顺序规划

(1)随机产生一条路径L(i)遍历各目标点，将O＝{O₁,O₂...O_s...O_n}中的各个目标连接，其中L(i)为路径总长度；

(2)改变任意两个目标点的连接顺序产生新的路径L(i+1)，若L(i+1)<L(i)，则接受新的路径，若L(i+1)≥L(i)，则按蒙特卡洛方法接受新解；

(3)重复循环步骤(1)和(2)，直到迭代温度低于ε时，ε表示终止条件阈值，得到最佳采摘顺序路径，其中，ε＝0.001。