无人机和机械车协同的采摘机器人系统和方法技术方案

本申请公开了无人机和机械车协同的采摘机器人系统和方法，本申请的系统包括地面载具、控制器和无人机；所述无人机携带有机械臂，所述无人机通过所述机械臂对采摘物进行采摘；所述地面载具设有漏斗装置和储存装置，所述无人机完成采摘后，所述地面载具通过所述漏斗装置接收采摘物，通过所述储存装置储存采摘物。本申请提出了地面载具和无人机的协同，能适应复杂多变的地形，实现了低成本采摘树体较高的水果，或长在狭窄空间处的、不能探入升降机和机械臂的位置上的水果。机械臂的位置上的水果。机械臂的位置上的水果。

【技术实现步骤摘要】
无人机和机械车协同的采摘机器人系统和方法


[0001]本申请涉及农业自动化领域，尤其是无人机和机械车协同的采摘机器人系统和方法。

技术介绍

[0002]水果的采摘周期一般较短，若不能被及时采摘，会过熟腐烂，造成浪费和经济损失。因此，如何高效率且精准地采摘水果便成为了需要解决的问题。
[0003]现有采摘机器人多使用六轴以上的机械臂来采摘水果，但机械臂的高度往往不足，无法采摘较高位置水果。加装剪刀式升降机或曲臂可能可以解决高度问题，但这导致底盘需承载额外较高的重量，造成采摘机器人成本高和能源浪费；此外，加装曲臂还要求底盘配备可伸出的支撑脚，才能防止升降机或曲臂侧翻，这要占据非常大的空间；最后，六轴机械臂移动缓慢，且活动空间大，容易剐蹭果树。
[0004]因此，相关技术存在的上述技术问题亟待解决。

技术实现思路

[0005]本申请旨在解决相关技术中的技术问题之一。为此，本申请实施例提供无人机和机械车协同的采摘机器人系统和方法，能够高效率且精准地采摘水果便成为了需要解决的问题。
[0006]根据本申请实施例一方面，提供无人机和机械车协同的采摘机器人系统，所述系统包括地面载具、控制器和无人机；
[0007]所述无人机携带有机械臂，所述无人机通过所述机械臂对采摘物进行采摘；
[0008]所述地面载具设有漏斗装置和储存装置，所述无人机完成采摘后，所述地面载具通过所述漏斗装置接收采摘物，通过所述储存装置储存采摘物；
[0009]所述控制器通过无线信号控制所述地面载具和所述无人机运行。
[0010]在其中一个实施例中，所述无人机利用深度双目相机和视觉SLAM算法进行避障、定位采摘物和移动。
[0011]在其中一个实施例中，所述深度双目相机获得所述无人机到采摘物的深度距离信息和二维平面图像，根据所述深度距离信息和二维平面图像获得三维立体模型。
[0012]在其中一个实施例中，所述无人机移动至预设位置后，向所述机械臂发送控制指令控制所述机械臂将水果采摘下来；
[0013]其中，所述预设位置为采摘物处于所述机械臂抓取范围的位置。
[0014]在其中一个实施例中，所述漏斗装置和所述储存装置通过螺旋管道连接，所述漏斗装置通过所述螺旋管道将采摘物运送至所述储存装置。
[0015]在其中一个实施例中，所述无人机完成采摘后通知所述地面载具，所述地面载具收到通知后根据采摘物的高度升降到对应位置，所述对应位置为所述漏斗装置与采摘物的距离小于预设距离的位置。
等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
[0035]在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。
[0036]水果是一类很常见的作物，采摘周期短，若不能被及时采摘，会过熟腐烂，导致巨大浪费和经济损失。因此，如何能够帮助农民高效率且精准地采摘水果便成为了一个难题。
[0037]针对这一情况，利用机械来帮助农民在短时间内完成采摘是一个好的选择。现有采摘机器人多使用六轴以上的机械臂来采摘水果，但机械臂的高度往往不足，无法采摘较高位置水果。加装剪刀式升降机或曲臂可能可以解决高度问题，但这导致底盘需承载额外较高的重量，造成采摘机器人成本高和能源浪费；此外，加装曲臂还要求底盘配备可伸出的支撑脚，才能防止升降机或曲臂侧翻，这要占据非常大的空间；最后，六轴机械臂移动缓慢，且活动空间大，容易剐蹭果树。针对这些问题，本申请设计了一种由无人机、自动伸缩管道以及履带车底盘构成的水果采摘无人机系统。该系统在无人机上安装机械臂，低成本采摘树体较高的水果，或长在狭窄空间处的、不能探入升降机和机械臂的位置上的水果。
[0038]图1为本申请实施例提供的无人机和机械车协同的采摘机器人系统整体设计图，如图1所示，本申请提供的无人机和机械车协同的采摘机器人系统包括：地面载具、控制器和无人机；所述无人机携带有机械臂，所述无人机通过所述机械臂对采摘物进行采摘；所述地面载具设有漏斗装置和储存装置，所述无人机完成采摘后，所述地面载具通过所述漏斗装置接收采摘物，通过所述储存装置储存采摘物；所述控制器通过无线信号控制所述地面载具和所述无人机运行。
[0039]其中，无人机携带的机械臂材质为轻量型碳管机械臂，无人机载重能力有限，因此需要采用坚固且轻量化的材料作为机械臂材料，减少无人机的载重负担。
[0040]本申请采用开源自动驾驶仪，包括地面站，硬件和SDK，可以使用通用协议与计算机，照相机和其他硬件等，其主要功能包括：可控制许多不同的设备机架/类型，包括：飞机(多旋翼，固定翼和垂直起降)，地面车辆和水下潜航器。适用于设备控制器，传感器和其他外围设备的硬件选择。灵活的飞行模式和安全功能。
[0041]其次，视觉传感器方面，本申请采用深度双目相机，通过双摄像头获得从无人机到目标水果的深度距离信息，加上摄像头拍摄的二维平面图像，汇集成三维立体图像。本申请使用深度学习算法，并利用双目相机检测和分辨多种果蔬的类别以及位置。
[0042]可选地，所述无人机利用深度双目相机和视觉SLAM算法进行避障、定位采摘物和移动。自主移动控制方面，本申请采用基于视觉的同步定位和制图(simultaneous localization and mapping，SLAM)，假设场景是静态情况下，通过摄像机的运动来获取图像序列并得到场景三维模型，履带车要移动时，调用已经降落在起降平台上的无人机双目摄像头，估计现场摄像头的姿态和位置，完成定位和建图，从而实现自主移动控制。
[0043]本实施例的深度双目相机获得所述无人机到采摘物的深度距离信息和二维平面
图像，根据所述深度距离信息和二维平面图像获得三维立体模型。之后系统可以利用相关算法，根据得到的三维立体模型分析当前的采摘物属于哪种农作物，便于操作人员分辨是否要进行采摘。
[0044]可选地，所述无人机移动至预设位置后，向所述机械臂发送控制指令控制所述机械臂将水果采摘下来；其中，所述预设位置为采摘物处于所述机械臂抓取范围的位置。在机械臂方面，本申请采用的三指柔性水果采摘机械手，其中，旋转电机为3650无刷直流减速行星电机，机械手电机为系列丝杠步进电机。机械臂操控的具体流程为：给机械手步进电机正向电流时，三指抓紧，然后给机械臂的旋转电机指令进行旋转，将水果采摘下来，当无人机到达预定位置放置水果时，给机械手的步进电机反向电流，将水果放下。
[0045]可本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.无人机和机械车协同的采摘机器人系统，其特征在于，所述系统包括地面载具、控制器和无人机；所述无人机携带有机械臂，所述无人机通过所述机械臂对采摘物进行采摘；所述地面载具设有漏斗装置和储存装置，所述无人机完成采摘后，所述地面载具通过所述漏斗装置接收采摘物，通过所述储存装置储存采摘物；所述控制器通过无线信号控制所述地面载具和所述无人机运行。2.根据权利要求1所述的无人机和机械车协同的采摘机器人系统，其特征在于，所述无人机利用深度双目相机和视觉SLAM算法进行避障、定位采摘物和移动。3.根据权利要求2所述的无人机和机械车协同的采摘机器人系统，其特征在于，所述深度双目相机获得所述无人机到采摘物的深度距离信息和二维平面图像，根据所述深度距离信息和二维平面图像获得三维立体模型。4.根据权利要求1所述的无人机和机械车协同的采摘机器人系统，其特征在于，所述无人机移动至预设位置后，向所述机械臂发送控制指令控制所述机械臂将水果采摘下来；其中，所述预设位置为采摘物处于所述机械臂抓取范围的位置。5.根据权利要求1所述的无人机和机械车协同的采摘机器人系统，其特征在于，所述漏斗装置和所述储存装置通过螺旋管道连接，所述漏斗装置通过所述螺旋管道将采摘物运送至所述储存装...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹力量，吴贺俊，徐白云，闻健，苏凡，
申请(专利权)人：中山大学，
类型：发明
国别省市：