[发明专利]履带式专用农业采摘机器人及其采摘方法

说明书

本发明公开了履带式专用农业采摘机器人及其采摘方法，涉及专用农业机器人领域，包括两个通过旋转底座和车身上部的导轨相连的采摘臂和每个通过舵机与采摘臂相连的采摘头，还包括计算机视觉子系统的相机组件，其通过螺栓与所述采摘头相连接，质量控制子系统利用螺栓与车身固定连接，用于管理采摘果实的质量，车身上部焊接固定有的存储子系统。本发明解决了机器人关节的伺服控制和制动问题，并可自动测绘出场地和树木的空间轮廓，并根据场景变化实时规划采摘路径、自动收集并分析捕捉到的视觉图像；通过将采摘头直接安装在机械臂上，缩小了产品的整体尺寸，减少了造价成本。而在采摘头上安装开放性计算机系统后，并可以随时更新应用程序。

技术领域

本发明涉及专用农业机器人领域，具体是一种履带式农业采摘专用机器人及其采摘方法。

背景技术

本发明所涉及的技术多数是指程序可编的、独立的，能够实现自动抓取、搬运工件、操作工具的装置。农业采摘机器人具有人体上肢的部分功能，且工作程序固定化、自动化。同时具有结构简单、成本低廉、容易维修的优势，但功能较少，适应性较差。目前，我国常把具有上述特点的农业采摘机器人称为专用农业采摘机器人，而把工业机械人称为通用农业采摘机器人。

现有技术中，一种农业采摘机器人的结构如图1所示，其控制系统103的采摘头包括计算机视觉子系统、质量控制子系统和存储子系统。视觉子系统负责收集并分析采摘的农产品的图像。质量控制子系统负责监测已采摘或可采摘的农产品的质量，并根据大小和质量对其进行分类。而存储子系统负责接收采摘的农产品，并将其储存在容器中。图1中的控制系统103采摘头只能通过手动编入采摘策略程序来学习采摘策略，属于封闭式计算机系统，且更新速度慢，修改该封闭系统的造价成本较高。故其不具备根据作业场地随环境变化而自行调整学习策略的功能，以及自主检测农产品重量、外形的功能。

因此，针对以上要求，提出并设计一种可以通过机器人行走来自动测绘、识别场地树木的大致空间轮廓，并具有自动规划采摘路径功能的履带式农业采摘机器人。

发明内容

本发明的目的是提出并设计一种可以通过机器人行走来自动测绘、识别场地树木的大致空间轮廓，并具有自动规划采摘路径功能的履带式农业采摘机器人，以解决背景技术中提到的问题。

为了解决上述问题，采用的技术方案为：

履带式专用农业采摘机器人，包括车身及其下方的履带车，包括两个通过旋转底座和车身上部的导轨相连的采摘臂和每个通过舵机与采摘臂相连的采摘头，采摘臂上还设置有计算机视觉子系统的相机组件，所述相机组件与所述采摘头固定连接，质量控制子系统同样与车身固定连接，能够控制采摘下来的农作物按质量优劣分类放置，此外还包括焊接固定在车身上端两侧的存储子系统，用于收纳采摘下来的农作物；履带车可以保证采摘作业可以经过一定坡度的土坡而不至于停止作业。

所述采摘臂中部固定有传感器模块，分为主动红外传感器和超声波测距传感器，两套传感器为上下分布，为可拆卸设置，其中主动红外传感器可通过主动发射红外线来完成测距功能，超声波测距传感器通过发射超声波掌握果树的实际距离，实际测量中，将两者的测量结果取交集，得出采摘臂与农作物或者果树的实际距离；

车身中部还安装有一个装载电源模块和通讯模块的箱体，所述电源模块由主副两套锂电池组组成，主电池组为履带车提供动力，副电池组专门为传感器模块和计算机视觉子系统供电；所述通讯模块能够与采摘场地上方的无人机以及后方控制室的工控机通信，能实时传输控制室传达的指令，电源模块外有便于更换电池组的拉手。

优选地，所述质量控制子系统通过计算机视觉组件生成质量度量，包括一些摄像机、灯组和软件进行图像捕获和分析。而摄像机的布置是为了获得所在位置时的整个画面。利用这些图像，让软件分析并测量农产品的三维形状，检测各种缺陷(包括但不限于腐烂、鸟害、喷雾残渣、霉变)。质量控制子系统可以通过调整生成模型的参数来恢复三维几何，以最大限度地提高模型与图像数据之间的一致性。