【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及采摘机器人，特别是一种采摘机器人装置及控制方法。
技术介绍
1、南方串果主要有荔枝，荔枝是岭南四大佳果之一，中国是荔枝的原产地,也是最大的荔枝生产国,产量约占世界总产量的七成。虽然已研制了采摘机器人，但果农经济实用的自动化采摘技术仍然需要创新。目前采摘机器人用6自由度机械臂，具有柔性和自动化程度高，但市场对速度、高度和价格具有更高的期待。6自由度机械臂作业速度及时间上，一个作业循环速度需约12秒-15秒，这里包括：视觉二阶段的图像分类与边缘检测及定位，再通过机械臂控制系统进行轨迹规划算法，控制6个关节的运动实现采摘，把果实放到果框。在价格上，目前用户更需要高性价比及廉价的采摘机器人替代人工。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种低成本且具有高速采摘功能的采摘机器人装置及控制方法。
2、根据本专利技术第一方面实施例的采摘机器人装置，包括三自由度机械臂，所述三自由度机械臂包括沿竖直方向设置的z机械臂、沿水平面的x轴方向设置的x机械臂、沿水平面的y轴设置的y机械臂，所述z机械臂上设有z导轨、所述x机械臂上设有x导轨、所述y机械臂上设有y导轨，所述x机械臂与所述z机械臂连接且能够沿所述z导轨上下移动，所述y机械臂与所述x机械臂连接且能够沿所述x导轨往复移动；
3、相机模块和采摘机构，分别设置在所述y机械臂上，所述采摘机构能够沿所述y导轨移动；
4、控制模块，所述控制模块分别与所述x机械臂、所述
5、根据本专利技术的一些实施例，还包括可升降的移动底盘，所述三自由度机械臂设置在所述移动底盘上。
6、根据本专利技术的一些实施例，所述移动底盘包括底盘、设置在所述底盘底部的移动机构、设置在所述底盘上部的升降机构，所述控制模块分别与所述移动机构和所述升降机构电连接以控制所述移动底盘的移动和所述升降机构的升降。
7、根据本专利技术的一些实施例，所述z机械臂的长度为1.5m。
8、根据本专利技术的一些实施例，所述z机械臂包括两个，分别位于所述x机械臂的两端，所述x机械臂与两个所述z机械臂连接呈龙门架式。
9、根据本专利技术的一些实施例，在所述y机械臂的端部设有配重块。
10、根据本专利技术第二方面实施例的一种控制方法，应用于上述的采摘机器人装置，包括：
11、所述相机模块采集果树的三维图像并将所述三维图像反馈给所述控制模块；
12、所述控制模块分析所述三维图像的几何形状以建立几何模型；
13、所述控制模块根据所述几何模型得到树冠的最大半径ρmax和果树的高度，所述y机械臂的长度l为l＝ρmax+ω，ω为安全裕度；
14、所述相机模块采集目标果串的图像，所述控制模块采用yolact算法对目标果串进行分类和边缘检测，以分出目标果串的边缘和结果母枝；
15、在所述结果母枝上确定切割点位置；
16、分别控制所述x机械臂沿所述z导轨移动、所述y机械臂沿所述x导轨移动，使所述采摘机构移动到所述切割点的位置；
17、所述采摘机构夹持所述目标果串，所述采摘机构将所述结果母枝切割；
18、控制所述三自由度机械臂移动以将所述目标果串放入果篮。
19、根据本专利技术的一些实施例，ω＝50mm。
20、根据本专利技术的一些实施例，所述几何模型的建立步骤包括：
21、设定树冠的截面在水平面上的投影为圆形，树冠的三维空间曲面由n个半径为变量ρ的圆形的组合叠加；
22、用立体视觉算法对树冠的三维空间曲面进行三维点云重构，求出最大工作半径ρmax。
23、根据本专利技术的一些实施例，所述yolac算法的步骤包括：
24、构建多个目标果串数据集；
25、对数据集进行样本标注；
26、进行yolact网络模型训练以对多个目标果串进行分类、边缘检测，以分出目标果串的边缘和相应的结果母枝；
27、计算切割点位置。
28、根据本专利技术实施例的采摘机器人装置及控制方法，至少具有如下有益效果：通过建立果树的几何模型，计算得到最大半径和果树的高度，从而得到y机械臂和z机械臂的设计长度，在视觉检测的图像处理算法上，采用图像分类与边缘图像处理的一阶段的yolact检测新算法取代深度学习(yolov5)加实例分割(mask-rcnn)的二阶段处理方法，减少了图像处理的时间，并且本专利技术中的三自由度机械臂仅用3组机械臂(x机械臂、y机械臂和z机械臂)，比原有6自由度机械臂少了50％的硬件，成本降低，同时采摘速度增加。
29、本专利技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种采摘机器人装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的采摘机器人装置，其特征在于：还包括可升降的移动底盘(40)，所述三自由度机械臂(10)设置在所述移动底盘(40)上。
3.根据权利要求2所述的采摘机器人装置，其特征在于：所述移动底盘(40)包括底盘(41)、设置在所述底盘底部的移动机构、设置在所述底盘(41)上部的升降机构(42)，所述控制模块分别与所述移动机构和所述升降机构(42)电连接以控制所述移动底盘(40)的移动和所述升降机构(42)的升降。
4.根据权利要求1所述的采摘机器人装置，其特征在于：所述三Z机械臂(11)的长度为1.5m。
5.根据权利要求1所述的采摘机器人装置，其特征在于：所述三Z机械臂(11)包括两个，分别位于所述X机械臂(12)的两端，所述X机械臂(12)与两个所述三Z机械臂(11)连接呈龙门架式。
6.根据权利要求1所述的采摘机器人装置，其特征在于：在所述Y机械臂(13)的端部设有配重块(13)。
7.一种控制方法，应用于如权利要求1至6任一项所述的采摘机器人装置
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于：Ω＝50mm。
9.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述几何模型的建立步骤包括：
10.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，所述yolac算法的步骤包括：
...【技术特征摘要】
1.一种采摘机器人装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的采摘机器人装置，其特征在于：还包括可升降的移动底盘(40)，所述三自由度机械臂(10)设置在所述移动底盘(40)上。
3.根据权利要求2所述的采摘机器人装置，其特征在于：所述移动底盘(40)包括底盘(41)、设置在所述底盘底部的移动机构、设置在所述底盘(41)上部的升降机构(42)，所述控制模块分别与所述移动机构和所述升降机构(42)电连接以控制所述移动底盘(40)的移动和所述升降机构(42)的升降。
4.根据权利要求1所述的采摘机器人装置，其特征在于：所述三z机械臂(11)的长度为1.5m。
5.根据权利要求1...
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。