[发明专利]基于Kinect景深相机的水果自动采摘系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于Kinect景深相机的水果自动采摘系统，该系统包括：数据采集模块10、图像处理模块20和电机驱动模块30；其中，所述数据采集模块10使用Kinect景深相机，对水果进行图像信息的采集，并传输至图像处理模块20；所述图像处理模块20得到水果的图像信息后，对图像进行灰度化、成熟度判断、障碍物分割、水果区域定位等操作，并计算出机械手采摘所需角度及位置并传输至电机驱动模块30；所述电机驱动模块30根据角度和位置驱动机械手进行水果采摘。本发明方案利用颜色模型对成熟水果与背景的颜色架构进行分析，采用灰度阈值分割法进行分割，实现水果识别与避障，有效解决了成熟果实的识别以及采摘过程中的避障问题。

技术领域

本发明属于图像识别及机器定位，涉及一种基于Kinect景深相机的水果自动采摘系统及方法。

背景技术

进入21世纪，科学技术迅猛发展，农业机械的自动化程度越来越高，已成为当代农业必备的生产工具，直接影响着农民生产的方式和收益。

另外，随着农林业种植水平的提高和经济的发展，水果的种植已经从原先的分散种植向集中种植发展，大型甚至超大型的专一类型水果种植园频繁出现在各地，这使得对果园的作业从人工操作转化为机械操作成为可能。

但对于需要工时最多的果实采摘，由于采摘的专业性和果实分布的发散性，水果的采摘仍需要安排很多采摘人员在固定时间段进行采摘，这种人工采摘方式具有以下弊端：(1)采摘耗时较长，对于要求快速采摘的果实，往往导致很多果实来不及采摘即落下枝干，导致无法食用；(2)采摘成本高，在果实成熟的季节，人工成本较高，给种植园主造成较大的经济负担；(3)每一个采摘人员的专业经验不同，会导致一些尚未成熟的果实也被误采下来。

申请公布号为CN104541775A的发明专利申请公开了一种“智能化果树采摘系统”，该系统包括采摘机构、驱动机构、定位机构、果实信息采集机构和ARM11处理器，驱动机构用于驱动采摘机构，定位机构用于定位采摘机构的当前位置，果实信息采集机构采集并处理果树图像，以确定待采摘果树上的每一颗果实是否成熟以及实际位置，ARM11处理器与驱动机构和果实信息采集机构分别连接，基于每一颗果实是否成熟和实际位置以及采摘机构的当前位置确定对应果实的驱动信号，对应果实的驱动信号用于控制驱动机构驱动采摘机构到达对应果实的实际位置以实现对对应果实的采摘。该发明能够灵活到达每一颗成熟果实的位置并进行采摘，但其在采摘过程中没有考虑被枝干遮挡的情况，无法实现避障操作。

申请公布号为CN105144992A的发明专利申请公开了“一种草莓采摘收集装置”，该装置包括底座及设于底座上的采摘机构，该采摘机构包括垂直设于底座上的第二滑轨，第二滑轨上设有第二电机，第二电机连接有第二丝杆，该第二丝杆上设有第二丝母；第二丝母上水平设有第三滑轨，第三滑轨上设有第三电机，第三电机连接有第三丝杆，该第三丝杆上设有第三丝母座；第三丝母座上设有采摘臂，采摘臂的端部设有刀具，在采摘臂上刀具的下方设有采摘篮。该发明能够通过控制多个滑轨进行直角运动的方式将采摘臂前段的采摘篮运行至该果实的正下方，并通过刀具切断果实，果实在重力作用下沿采摘篮下端的果实传输筒减速滑入收集箱，完成一个草莓的采摘，具有稳定性高、成本低，采摘精度高，不易损伤果实外表，采摘效率高，但其无机器视觉定位技术，无法实现成熟果实的识别及定位。

发明内容

本发明目的在于提供一种基于Kinect景深相机的荔枝自动采摘系统及方法，实现能够准确识别成熟果实、灵活避开障碍物，成功采摘的功能，有效地解决了目前由于人工采摘水果效率低下而造成的经济损失以及对水果种植业发展的不利影响。