[发明专利]一种人机交互式野外果蔬采收机器人系统及其采收方法

说明书

本发明公开一种人机交互式野外果蔬采收机器人系统及其采收方法。该系统中：图像采集装置用于果蔬图像的实时获取；机械手装置用于根据人机交互结果采收目标果蔬；机器人移动平台用于野外环境下的人为控制运动；果蔬收拣装置负责果蔬的采收回置；主控设备集成了人机交互界面、控制界面及其他各个软件模块，对整个系统进行控制。图像采集装置包括两套单目彩色摄像机和智能控制云台；机械手装置包括四个4自由度机械臂本体及相应的末端执行器、伺服驱动器、执行电机等；机器人移动平台包括三角履带轮、电源、动力控制设备和人员驾驶舱。本发明基于人眼对果蔬的识别定位实现人机交互式的果蔬目标采收，而无果蔬颜色、形状大小和昼夜工作时间的限制。

技术领域

本发明涉及智能农业机器人技术领域，特别是涉及果蔬采收机器人系统及作业流程。

背景技术

在果蔬种植生产的过程中，采收作业是其重要环节，其作业质量的好坏直接关系到果蔬的储存、加工和销售，从而最终影响市场价格和经济效益。目前基本是手工作业，劳动强度大、消耗时间长，且具有一定的危险性；采用机械化采收不仅能减轻人们的劳动强度、节省人工成本、提高作业效率，而且能提高果蔬的经济效益，因此，研究开发果蔬采收机器人实现果蔬的机械化采收有着重要的实用价值和意义。然而目前国内外研究开发的果蔬采收机器人其商品化进程举步维艰，其主要原因之一是因为果蔬的精确识别定位以及采收路径规划由于种植园非结构化的环境以及现有技术的限制，还未能很好地解决，远不如人工采收。

发明内容

本发明的目的是：提供一种人机交互式野外果蔬采收机器人，通过人机交互确定采收目标果蔬及顺序，去除掉现有研究中还不能媲美人工的果蔬目标自动识别定位以及采收路径规划环节，由此可以采收不同颜色、不同形状大小的果蔬，工作时间也可以大大延长。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种人机交互式野外果蔬采收机器人系统，该系统包括：

图像采集装置：用于机器人控制运动后果蔬图像的实时获取；

机械手装置：用于根据人机交互结果获取的采收目标位置信息进行抓取分离；

机器人移动平台：用于在野外环境下的控制运动；

果蔬收拣装置：用于负责果蔬采收后回置于收拣篮框中；

主控设备：集成了人机交互界面、控制界面及其他各个软件模块，用于对整个系统进行控制。

其中所述图像采集装置包括两套单目彩色摄像机和智能控制云台设备；所述彩色摄像机安置在智能控制云台上，相当于人的眼睛，能够上下和左右移动旋转，与主控设备上的相应接口相连，实现两路图像采集；每套图像采集设备负责用于两机械手采收果蔬的图像实时获取。

其中所述机械手装置包括4个4自由度机械臂，两两分别置于移动平台的轮侧；机械臂的第一个自由度为横移自由度，用于机械手沿着导轨横轴移动；第二个自由度为旋转自由度，用来旋转移动后两个自由度机械臂；第三个自由度为升降自由度，起纵向抬升机械手的作用；第四个自由度为直动自由度，连接末端执行器直动采收目标果蔬；机械手各个自由度采用磁性元件作为限位传感器，以保护设备安全；末端执行器夹具加装内含压力传感器的柔性衬垫，最大限度避免果蔬损伤。机械手各自由度伺服驱动器基于现场总线组网后与主控设备串口连接进行通信控制；末端执行器则通过串口与主控设备连接实现通信控制；机械手其他各个限位、压力传感器通过开关量数据采集卡与主控设备PCI相连。

其中所述机械手末端执行器夹持中心加装有反射型激光测距仪，用于目标果蔬深度信息的获取。

其中所述机器人移动平台包括三角履带轮式车体、电源、动力控制设备、人员驾驶舱；电源用于提供系统能量；动力控制设备用于驱动所述三角履带轮式车体，收拣果蔬传送带的运转；人员驾驶舱用于工作人员控制机器人平台的移动以及果蔬采收的人机交互。