[发明专利]一种人机交互式温室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温室果蔬采收机器人系统及其采收方法。该系统中：图像采集装置用于导航和果蔬图像的获取；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温室环境下的人为控制运动；果蔬输送装置负责果蔬采收后的传输；主控设备基于计算机集成了导航、采摘交互、设置及其他软硬件模块，对整个系统进行控制。图像采集装置包括导航图像和果蔬图像采集；机械手装置包括两个5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履带轮、电源、动力控制设备。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；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。相比野外果蔬采收机器人，温室果蔬采收机器人除了果蔬的精确识别定位以及采收路径规划由于非结构化环境以及现有技术的限制，还未能很好地解决外，工作空间也相对有限，对其平台架构的研究设计更为不易。

发明内容

本发明的目的是：提供一种人机交互式温室果蔬采收机器人，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：

一种人机交互式温室果蔬采收机器人系统，该系统包括：

导航图像采集装置：用于系统工作时移动全景导航图像的实时获取；

果蔬图像采集装置：用于系统工作时果蔬图像的获取；

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：用于在温室环境下的控制运动；

果蔬输送装置：用于负责果蔬采收后的传输；

主控设备：基于计算机集成了导航界面、采摘交互界面、设置界面及其他各个软硬件模块，用于对整个系统进行控制。

其中所述导航图像采集装置由360度全景影像机组构成，后经图像拼接后在人机交互界面上显示以此用于系统的远程指示移动。

其中所述果蔬图像采集装置包括两套单目彩色摄像机；考虑到系统平台大小受温室采收空间限制，而又要不遮挡图像采集，摄像机分别安置于两机械手末端执行器上，与主控设备上的相应接口相连，实现两路图像采集。

其中所述机械手装置包括2个5自由度机械臂，分别置于移动平台的轮侧对角位置；两机械臂为直角坐标系和关节式混合执行机构；机械手放置所采收果蔬，其旋转方向相逆，以免碰撞。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3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；第四个自由度为旋转自由度，用于调节后自由度机械臂的下俯或上仰角度以便于采收低矮或高架果蔬；第五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计算机连接进行通信控制；末端执行器则通过串口与主控计算机连接实现通信控制；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计算机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。