[发明专利]葡萄树剪枝机器人装置

说明书

葡萄树剪枝机器人装置，包括自动导航模块、剪枝模块和双目立体视觉模块；所述的自动导航模块包括履带车、云台摄像机、左右轮驱动器和工控机；剪枝模块包括农业机械臂和末端修枝剪，农业机械臂，用于装备末端修枝剪，并引导末端修枝剪实现剪枝动作；末端修枝剪，用于实现剪枝动作；工控机包括用于分析处理葡萄树枝图像信息，提取剪枝点坐标信息，规划机械臂轨迹，并下发各关节运动指令；双目立体视觉模块包括两个工业摄像机、图像采集卡和工控机，两个工业摄像机采集葡萄树图像信息，通过图像采集卡将图像数据传送至工控机进行图像识别和处理。本发明能降低劳动强度、提高工作效率。

本发明涉及智能机器人领域，尤其是葡萄树剪枝机器人装置。

葡萄树的修剪可以调节生长和结果的关系，以增加葡萄产量。每年葡萄种植需要进行冬剪、更新修剪、夏剪等多次剪枝整枝。在葡萄树种植过程中，剪枝环节工作量大，任务繁重。目前，剪枝环节仍然以人工作业为主，机械化水平很低，劳动强度很大，需要更加高效省力的设备，将果农从繁重的手工劳动中解救出来。

计算机视觉是研究计算机模拟生物外显或宏观视觉功能的科学和技术，是涉及人工智能、神经生物学、计算机科学、图像处理以及模式识别等多个领域的交叉学科。计算机视觉技术是20世纪70年代初期在遥感图片和生物医学图片分析两项应用技术取得卓有成效后开始兴起的，其理论基础是70年代中后期逐渐形成的Marr视觉计算理论。

计算机视觉技术与人类视觉相比，具有很多优点，使得计算机视觉技术在农业领域的应用具有广阔的前景。计算机视觉技术在农业机械上的研究与应用，始于20世纪70年代末期，主要研究集中与农产品分选机械中利用计算机视觉技术对农产品(如苹果、桃、香蕉、西红柿、黄瓜等)进行品质检测和分级等，有些已取得了实用性成果。

为了克服已有人工葡萄剪枝作业的劳动强度大、工作效率低的不足，本发明提供降低劳动强度、提高工作效率的葡萄树剪枝机器人装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

葡萄树剪枝机器人装置，所述葡萄树剪枝机器人装置包括自动导航模块、剪枝模块和双目立体视觉模块；

所述的自动导航模块包括履带车、云台摄像机、左右轮驱动器和工控机；所述云台摄像机安装在履带车上，所述云台摄像机用于获取葡萄园路况图像信息；工控机用于分析处理路况图像信息，获取导航参数并下发导航参数至左右轮驱动器；所述左右轮驱动器根据导航参数来驱动履带车的行走机构；

所述的剪枝模块包括农业机械臂、末端修枝剪、关节驱动器和工控机。农业机械臂，用于装备末端修枝剪，并引导末端修枝剪实现剪枝动作；末端修枝剪，用于实现剪枝动作；工控机用于分析处理葡萄树枝图像信息，提取剪枝点坐标信息，规划机械臂轨迹，并下发运动指令至各关节控制器；关节驱动器根据运动指令，驱动农业机械臂和末端修枝剪完成剪枝动作；

所述的双目立体视觉模块包括两个工业摄像机、图像采集卡和工控机，两个工业摄像机采集葡萄树图像信息，通过图像采集卡将图像数据传送至工控机进行图像识别和处理。

进一步，所述的农业机械臂采用5自由度设计，包括自下而上依次连接的腰关节、肩关节、大臂、肘关节、小臂和腕关节，所述腕关节与所述末端修枝剪连接。

再进一步，所述的末端修枝剪采用二杆三副的平面机构，所述二杆三副的平面机构的连杆与上刀片联动。

更进一步，所述的双目立体视觉装置还包括照明装置，用于提供剪枝作业的光照环境；所述的照明装置采用四只高频荧光灯以及直流电源模块组成。

所述的双目立体视觉装置还包括支架，所述支架安装在所述的履带车上，两个工业摄像机和四只高频荧光灯安装在支架上，所述的支架采用套筒结构设计，可伸缩调节支架高度。