[发明专利]基于机器视觉的车载机械臂式水果拾取装箱系统及方法

权利要求书

1.基于机器视觉的车载机械臂式水果拾取装箱系统，其特征在于，包括：

自走车装置，用于搭载机器手臂装置，同时驱动整个基于机器视觉的车载机械臂式水果拾取装箱系统进行移动；

机器手臂装置，安装在自走车装置上，用于水果的拾取装箱；

机器视觉装置，安装在机器手臂装置中的末端执行器（13）上，用于识别并定位水果；

控制系统，安装在自走车装置中，用于控制自走车装置的运动并分析机器视觉装置传输的数据，驱动机器手臂装置完成对水果的抓取。

2.根据权利要求1所述的基于机器视觉的车载机械臂式水果拾取装箱系统，其特征在于，所述自走车装置包括车轮（9）和车架（10），所述车轮（9）安装在车架（10）的底部，所述车轮（9）内安装有用于驱动车轮（9）转动的电动马达（19）；所述车架（10）上部安装有电池模块（4），所述电池模块（4）外部的一侧安装有自走车电子调速器（17），所述自走车电子调速器（17）与车轮（9）、电动马达（19）均连接。

3.根据权利要求2所述的基于机器视觉的车载机械臂式水果拾取装箱系统，其特征在于，所述车架（10）中安装有控制系统，所述控制系统内安装有片上系统（18）、自走车单片机（16）和无线电接收器（15），所述自走车单片机（16）与片上系统（18）、自走车电子调速器（17）、无线电接收器（15）均连接，所述无线电接收器（15）接受遥控手柄的信号，并将信号传输到片上系统（18），片上系统（18）将信号传送给自走车单片机（16），自走车单片机（16）计算来自片上系统（18）的信号并将结果传输给自走车电子调速器（17），调节电动马达（19）的转速。

4.根据权利要求1所述的基于机器视觉的车载机械臂式水果拾取装箱系统，其特征在于，所述机器手臂装置包括：

机器手臂单片机（11），安装在机器手臂装置内部，与控制系统、机器手臂电子调速器（12）均连接，用于计算来自片上系统（18）的信号并将结果传输给机器手臂电子调速器（12）；

机器手臂电子调速器（12），安装在机器手臂装置内部，与机器手臂单片机（11）、机械臂（5）均连接，用于驱动各个机械臂（5）；

末端执行器（13），位于机器手臂装置末端，与机械臂（5）连接，用于拾取目标水果；

接触传感器（14），位于各个机械臂（5）连接处，与控制系统连接。

5.根据权利要求4所述的基于机器视觉的车载机械臂式水果拾取装箱系统，其特征在于，所述末端执行器（13）包括步进电机（6）和柔性机械爪（7），所述步进电机（6）与驱动控制器（8）、机器手臂单片机（11）、柔性机械爪（7）均连接，所述步进电机（6）用于驱动柔性机械爪（7）运动。

6.根据权利要求5所述的基于机器视觉的车载机械臂式水果拾取装箱系统，其特征在于，所述柔性机械爪（7）采用鳍条效应结构。

7.根据权利要求1所述的基于机器视觉的车载机械臂式水果拾取装箱系统，其特征在于，所述机器视觉装置包括：用于识别并定位水果的单目相机模块（21）、用于测量和水果之间距离的激光雷达模块（20），所述单目相机模块（21）和激光雷达模块（20）均直接与控制系统相连接，单目相机模块（21）和激光雷达模块（20）采集的数据直接传输给控制系统中片上系统（18）进行处理。

8.根据权利要求1所述的基于机器视觉的车载机械臂式水果拾取装箱系统，其特征在于，所述控制系统外部的一侧安装有紧急开关模块（1），所述自走车装置上安装有GPS模块（2）和路由器（3），所述紧急开关模块（1）、GPS模块（2）和路由器（3）分别与控制系统相连接，所述控制系统与电子计算机相连接。

9.一种水果拾取装箱方法，采用如权利要求2到8任一项所述的基于机器视觉的车载机械臂式水果拾取装箱系统，其特征在于，包括如下步骤：

通过激光雷达模块（20）和单目相机模块（21）对水果进行识别、定位，然后将水果的位置信息传输到片上系统（18）；

片上系统（18）获取水果的位置信息后，通过控制机器手臂单片机（11）、驱动机械臂（5）带动末端执行器（13）移动至水果的上方，通过激光雷达模块（20）调整机械臂（5）的位姿，实现果实抓取；

采用激光测距技术检测激光雷达模块（20）与水果的距离，进而判断末端执行器（13）是否成功拾取水果，若拾取水果失败，则返回初始位置再次抓取；若成功拾取水果，则通过片上系统（18）控制机器手臂单片机（11）驱动机械臂（5）带动末端执行器（13）移动至果箱，同时采用片上系统（18）记录的果箱深度图来确定摆放水果的位置，进而实现水果的顺序摆放；

整个水果的拾取装箱过程结束后，采用激光雷达模块（20）扫描果箱，得到果箱的深度图，并将其传输到片上系统（18）进行记录。