果蔬采摘机器人运动控制系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种果蔬采摘机器人运动控制系统，包括PC机，运动控制单元，检测单元，无线通讯单元和上位机，所述检测单元包括传感器组和双目视觉系统，传感器单元经多串口卡通过PCI总线与PC机连接；双目视觉系统经视频采集卡通过PCI总线与PC机连接；所述运动控制单元包括运动控制器、驱动器和伺服电机，伺服电机通过驱动器与运动控制器连接，运动控制器通过PCI总线与PC机连接；PC机通过无线通讯单元与上位机连接。本实用新型专利技术不需要操作人员在现场监控，可远程监控和操作机器人的运转，且本实用新型专利技术使机器人运动灵活，能有效避开障碍，避免撞击。

【技术实现步骤摘要】

本技术属于机器人控制
，具体涉及一种果蔬采摘机器人运动控制系统。
技术介绍
中国是果蔬生产大国，2012年蔬菜产量达6.7亿吨，水果产量达2.4亿吨，居世界第一。果蔬生产过程中采摘的工作量最大，大约占全部劳动量的40%左右，采摘质量的优劣会对果蔬的存储、处理、加工及销售等方面均会有影响。目前采摘工作主要靠人工完成，采摘质量低、成本高、耗时长，难以适应规模化种植的需要。为了提高生产效益，将农民从繁重的采摘作业中解放出来，果蔬收获智能化是一个急需解决的问题。不论是中国制造2025战略，还是工业4.0概念，都把机器人发展放在了前所未有的高度。2014年6月9日，习主席在两院院士会议上提出，“机器人是 ‘制造业皇冠顶端的明珠’”；我省也把机器人列为重点发展的十大领域之首。果疏收获机器人就属于机器人范畴，是融合检测传感技术、自动控制技术、信息处理技术、伺服驱动技术、计算机技术和精密机械技术等多种技术于一体的交叉学科，其发展的重要性不言而喻。采摘机器人是利用多传感器融合技术，对采摘对象进行信息获取、成熟度判别、确定收获目标的三维空间信息及视觉标定；通过机械臂引导末端执行器完成抓取、切割、回收任务的高度协同自动化系统。采摘机器人一般由导航承载平台、目标识别定位装置、机械臂、末端执行器四大部分组成，基于机器视觉的果蔬信息获取技术是采摘机器人的核心技术。相比其他农业机器人，采摘机器人的工作环境更为严苛，它需要适应更为多变的光线条件，避让植株茎叶准确定位果实目标，柔性夹持果实并避免损伤果皮组织。研制果蔬采摘机器人可以辅助或代替人工采收，降低劳动强度，节约人力成本，提高果蔬种植经济效益。随着我国城市化进程的加快，大量剩余劳动力转变为第二、第三产业劳动力，农村劳动力的短缺将导致果蔬的成本增加，这必然会降低中国果蔬在世界市场上的竞争力。因此进行采摘机器人视觉系统的研究，研制适合于我国农业国情的农业机器人利于改善农业生产模式，缓解劳动力压力，对发展精准农业、绿色农业，提高农业生产效率，推进农业科技创新具有重要意义。
技术实现思路
针对上述现有技术中描述的不足，本技术的目的是提供一种能使机器人活动灵活，能有效避开障碍物防撞，可远程操作，使用方便的果蔬采摘机器人运动控制系统。为实现上述技术目的，本技术所采用的技术方案如下：一种果蔬采摘机器人运动控制系统，包括PC机，运动控制单元，检测单元，无线通讯单元和上位机，所述检测单元包括传感器组和双目视觉系统，传感器单元经多串口卡通过PCI总线与PC机连接；双目视觉系统经视频采集卡通过PCI总线与PC机连接；所述运动控制单元包括运动控制器、驱动器和伺服电机，伺服电机通过驱动器与运动控制器连接，运动控制器通过PCI总线与PC机连接；PC机通过无线通讯单元与上位机连接。所述传感器组包括超声波传感器、激光扫描测距仪和电子罗盘；超声波传感器、激光扫描测距仪和电子罗盘分别通过RS232总线连接至多串口卡上，多串口卡通过PCI总线连接至PC机上。所述超声波传感器型号为URM37 V3.2，电子罗盘型号为LP3300，激光扫描测距仪型号为URG-04LX 2，多串口卡型号为CP-118EL。所述双目视觉系统型号为 Bumblebee2。所述运动控制器型号为ADT-8940A1，驱动器型号为MCD505。伺服电机与行星减速机连接，且在伺服电机上安装有光电编码器，光电编码器与运动控制器连接。所述无线通讯单元包括无线路由器和无线网卡，无线网卡分别安装在上位机和PC机上，并通过无线路由器通讯。所述无线路由器的型号为TP-LINK TL-WR340G+ ；无线网卡的型号为 TP-LINK TL-WN322G+。本技术的传感器组通过多串口卡把采集到的信息传输到PC机中，双目视觉系统采集果蔬信息，并通过视频采集卡把视频信息传递到PC机中；PC机将接收到信息综合处理后通过PCI总线对运动控制器下达指令，运动控制器接到指令后，指示驱动器让伺服电机做相应转动，从而驱动机器人本体做相应的前进、后退、转弯等动作。同时，PC机通过无线网卡，把接收到的视频信息实时传到上位机中，使得操作人员在远处可以实时掌控机器人本体运行情况。本技术不需要操作人员在现场监控，可远程监控和操作机器人的运转，且本技术使机器人运动灵活，能有效避开障碍，避免撞击。附图说明图1为本技术的控制原理。具体实施方式如图1所示，一种果蔬采摘机器人运动控制系统，包括PC机，运动控制单元，检测单元，无线通讯单元和上位机。所述检测单元包括传感器组和双目视觉系统，传感器组经多串口卡通过PCI总线与PC机连接；所述传感器组包括型号为URM37 V3.2的超声波传感器、型号为URG-04LX 2的激光扫描测距仪和型号为LP3300的电子罗盘；超声波传感器、激光扫描测距仪和电子罗盘分别通过RS232总线连接至多串口卡上，多串口卡通过PCI总线连接至PC机上。所述多串口卡型号为CP-118EL。双目视觉系统型号为 Bumblebee2，并经视频采集卡通过PCI总线与PC机连接。该双目视觉系统集成了两台数字相机，可实时得到场景深度信息和三维模型。且该双目视觉系统为了用户使用的方便性，提前做好了相机及镜头参数校正。所述运动控制单元包括型号为ADT-8940A1的运动控制器、型号为MCD505的驱动器和伺服电机，伺服电机通过驱动器与运动控制器连接，运动控制器通过PCI总线与PC机连接；PC机通过无线通讯单元与上位机连接。为实现采摘机器人的无极运动，伺服电机与行星减速机连接，且在伺服电机上安装有光电编码器，光电编码器与运动控制器连接。光电编码器测量伺服电机的转速，并反馈信号给运动控制器，运动控制器将接收的反馈信号处理后可以得到伺服电机每转2000线～4000线的角度分辨率，配合大减速比精密行星减速机为采摘机器人的平滑速度控制提供可靠基础。所述无线通讯单元包括型号为TP-LINK TL-WR340G+的无线路由器和型号为 TP-LINK TL-WN322G+的无线网卡，无线网卡分别安装在上位机和PC机上，并通过无线路由器通讯。在本实施例中，PC机采用低功耗移动处理器，无风扇设计保证了系统的长时间可靠运行，PC机采用电子硬盘取代了传统的机械式硬盘，更适合于机器人运动应用场合。工作原理：采摘机器人在行进过程中，超声波传感器、激光扫描测距仪和电子罗盘进行四周信息的收集，达到路径规划、自身定位以及避障的目的，并通过多串口卡把收集到的信息传输到PC机中；双目视觉系统采集果蔬信息，并通过视频采集卡把视频信息传递到PC机中；PC机将接收到信息综合处理后通过PCI总线对运动控制器下达指令，运动控制器接到指令后，指示驱动器让伺服电机做相应转动，从而驱动机器人本体做相应的前进、后退、转弯等动作。同时，PC机通过无线网卡，把接收到的视频信息实时传到上位机中，使得操作人员在远处可以实时掌控机器人本体运行情况。而且，在行进过程中，光电编码器时刻检测伺服电机的转速，并将反馈信号传输至运动控制器内，运动控制器处理后发送命令给行星减速机，实现机器人的无极调速。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种果蔬采摘机器人运动控制系统，其特征在于：包括PC机，运动控制单元，检测单元，无线通讯单元和上位机，所述检测单元包括传感器组和双目视觉系统，传感器单元经多串口卡通过PCI总线与PC机连接；双目视觉系统经视频采集卡通过PCI总线与PC机连接；所述运动控制单元包括运动控制器、驱动器和伺服电机，伺服电机通过驱动器与运动控制器连接，运动控制器通过PCI总线与PC机连接；PC机通过无线通讯单元与上位机连接。

【技术特征摘要】
1.一种果蔬采摘机器人运动控制系统，其特征在于：包括PC机，运动控制单元，检测单元，无线通讯单元和上位机，所述检测单元包括传感器组和双目视觉系统，传感器单元经多串口卡通过PCI总线与PC机连接；双目视觉系统经视频采集卡通过PCI总线与PC机连接；所述运动控制单元包括运动控制器、驱动器和伺服电机，伺服电机通过驱动器与运动控制器连接，运动控制器通过PCI总线与PC机连接；PC机通过无线通讯单元与上位机连接。2.根据权利要求 1所述的果蔬采摘机器人运动控制系统，其特征在于：所述传感器组包括超声波传感器、激光扫描测距仪和电子罗盘；超声波传感器、激光扫描测距仪和电子罗盘分别通过RS232总线连接至多串口卡上，多串口卡通过PCI总线连接至PC机上。3.根据权利要求 2所述的果蔬采摘机器人运动控制系统，其特征在于：所述超声波传感器型号为URM37 V3.2，电子罗盘型号为LP3300，激光扫描测距仪型号...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡磊，张利伟，刘艳昌，侯志松，杨献峰，雷进辉，马鹏博，
申请(专利权)人：河南科技学院，
类型：新型
国别省市：河南;41