【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及智能采摘，具体涉及一种轻量三自由度水果采摘机器人及采摘方法。
技术介绍
1、番茄、茄子、辣椒（包括甜椒）等茄果类蔬菜不仅味道鲜美，还对人体健康具有诸多益处；例如：茄子具有降低胆固醇、保护心血管等功效，番茄在抗氧化、降低心血管疾病等方面起到一定作用，辣椒富含维生素c和抗氧化剂、有助于增强免疫系统。
2、近年来，随着城市化建设的不断推进，农村劳动力大量涌入城市，导致收获季节的采摘劳动力严重匮乏，从而增加农业劳动力成本、无法做到蔬菜的适时采摘，造成蔬菜种植产量减少、品质降低。同时，传统的人工材质啊大多依赖人体肉眼对成熟茄果类蔬菜的位置进行定位，一是对采摘人员的经验要求较高（需要采摘人员自行判断茄果类蔬菜的成熟与否）、人为影响因素大，二是在眼睛长时间采摘过程中、易出现视觉疲劳，进而影响茄果类蔬菜的采摘定位精度以及判断准确度、进一步降低采摘效率，三是人工判断易出现错采、漏采、误采等问题，从而对茄果类蔬菜造成损伤。此外，为了应对劳动力匮乏的问题，现有技术中还存在通过采摘机器人进行蔬菜采摘的方式，但现有的采摘机器人识别判断精度低、无法实现蔬菜的精准识别，不仅极大的影响了采摘效率，还易造成采摘机械手臂对蔬菜损伤或出现错采、漏采等问题，严重制约了采摘机器人在茄果类蔬菜领域的应用。
技术实现思路
1、针对以上现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种轻量三自由度水果采摘机器人，该采摘机器人能够自动检测及定位茄果类蔬菜，从而实现对茄果类蔬菜的精准化夹持、剪切和收集，定位精
2、本专利技术的另一个目的在于提供上述采摘机器人的采摘方法。
3、本专利技术的目的通过以下技术方案实现：
4、一种轻量三自由度水果采摘机器人及采摘方法，包括驱动底盘、三自由度机械臂、末端执行机构与检测定位系统，驱动底盘包括承载底座与行走机构，行走机构设置在承载底座底部；三自由度机械臂设置在承载底座端面且三自由度机械臂末端（即远离承载底座的一端）设置末端执行机构；末端执行机构包括外壳、驱动组件、两个装夹组件、两组夹持运输组件、两个切割轮及收集箱，外壳内部设置驱动组件且外壳远离驱动组件的一端设置开口，开口处对称分布两个装夹组件，驱动组件与装夹组件之间通过夹持运输组件连接，切割轮设置在外壳的开口处且通过驱动组件控制，收集箱固定设置在外壳的底部且其端面对应装夹组件开设槽口；检测定位系统包括双目相机与中控设备，双目相机安装在承载底座上且与三自由度机械臂相对静止，中控设备设置在承载底盘上。
5、基于上述方案的进一步优化，所述三自由度机械臂包括固定支架、旋转盘、水平导轨、垂直导轨及悬臂，固定支架固定设置在承载底座端面且固定支架端面转动设置旋转盘，旋转盘端面通过定位支架固定设置水平导轨且水平导轨上通过第一滑动座滑动设置垂直导轨，悬臂通过第二滑动座滑动设置在垂直导轨上且悬臂远离第二滑动座的一端与外壳远离开口的一侧侧面固定连接。
6、基于上述方案的进一步优化，所述驱动组件包括直流减速电机、凸台齿轮、两根主动轴、主动齿轮及从动齿轮，直流减速电机固定设置在外壳靠近悬臂的一端端面且直流减速电机输出轴贯穿外壳端面后、与外壳内腔底面转动连接；凸台齿轮固定套接在直流减速电机位于外壳内腔的输出轴外壁；两根主动轴分别转动设置在凸台齿轮远离悬臂的一侧的外壳内腔且两根主动轴关于外壳中线对称设置，两根主动轴的外壁分别固定套接主动齿轮与从动齿轮且主动齿轮与从动齿轮相互啮合、主动齿轮与凸台齿轮相互啮合。
7、基于上述方案的进一步优化，所述装夹组件包括上夹持块、下夹持块、限位凸台与紧固螺钉，上夹持块与下夹持块之间组合形成内部中空的夹持爪且夹持爪卡接在对应外壳的开口端部，两组夹持组件的夹持爪对称设置，外壳的开口端部对应夹持爪固定设置限位凸台，紧固螺钉螺旋贯穿限位凸台且与对应的夹持爪连接；夹持运输组件包括主动轮、从动轴、从动轮、中间轴、中间轮与同步带，主动轮固定套接在对应的主动轴外壁且位于对应的主动齿轮或从动齿轮上侧，夹持爪远离限位凸台的一端内腔转动设置从动轴且从动轴外壁对应主动轮固定套接从动轮，从动轴与限位凸台之间的夹持爪内腔转动设置中间轴且中间轴外壁对应从动轮固定套接中间轮，中间轮外径大于从动轮外径，主动轮与对应的从动轮、中间轮之间通过同步带连接且同步带外圈均匀分布同步锯齿。
8、基于上述方案的进一步优化，所述切割轮分别固定套接在两根主动轴的外壁且位于主动轮与主动齿轮或从动齿轮之间，切割轮的外径大于主动齿轮或从动齿轮的外径且两个切割轮之间交错设置。
9、一种轻量三自由度水果采摘机器人的采摘方法，包括：
10、步骤一、通过行走机构带动整个采摘机器人运动至待采摘位置，并启动双目相机实时采集种植田内的图像；
11、步骤二、中控设备根据双目相机采集的图像进行茄果类蔬菜的检测，并获取相机坐标系下茄果类蔬菜的采摘点与三维点云；
12、步骤三、中控设备根据茄果类蔬菜采摘点进行三自由度机械臂的控制、使得末端执行机构到达对应采摘点；
13、步骤四、控制末端执行机构对茄果类蔬菜进行采摘与收集；
14、步骤五、所有机构复位、采摘机器人运动至下一点位，进行下一次茄果类蔬菜的采摘收集。
15、基于上述方案的进一步优化，所述步骤二中“中控设备根据双目相机采集的图像进行茄果类蔬菜的检测”的具体方法为：
16、首先，对双目相机获取的图像进行颜色空间的转换：
17、对于 v（即 value）：
18、
19、对于 s（即 saturation）：
20、
21、对于 h（即 hue）：
22、
23、同时，若h＜0、则 h=h+360°；
24、然后，预设 hsv阈值范围创建掩码，若颜色空间转换后的图像像素在阈值范围内，则判定其符合颜色条件、该像素掩码值为255，若颜色空间转换后的图像像素不在阈值范围内，则判定不符合颜色条件、该像素掩码值为0，生成掩码图像；
25、最后，对掩膜图像获得的目标区域进行形态学闭运算，即对目标区域进行先膨胀后腐蚀的操作，从而获得茄果类蔬菜外层轮廓。
26、基于上述方案的进一步优化，所述步骤二中“获取相机坐标系下茄果类蔬菜的采摘点与三维点云”的具体方法为：
27、采用光结构投影技术发射带有图案的红外光，并将反射回来的红外光线发送到realsense vision d4处理器，经过本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种轻量三自由度水果采摘机器人，其特征在于：包括驱动底盘、三自由度机械臂、末端执行机构与检测定位系统，驱动底盘包括承载底座与行走机构，行走机构设置在承载底座底部；三自由度机械臂设置在承载底座端面且三自由度机械臂末端设置末端执行机构；末端执行机构包括外壳、驱动组件、两个装夹组件、两组夹持运输组件、两个切割轮及收集箱，外壳内部设置驱动组件且外壳远离驱动组件的一端设置开口，开口处对称分布两个装夹组件，驱动组件与装夹组件之间通过夹持运输组件连接，切割轮设置在外壳的开口处且通过驱动组件控制，收集箱固定设置在外壳的底部且其端面对应装夹组件开设槽口；检测定位系统包括双目相机与中控设备，双目相机安装在承载底座上且与三自由度机械臂相对静止，中控设备设置在承载底盘上。
2.根据权利要求1所述的一种轻量三自由度水果采摘机器人及采摘方法，其特征在于：所述三自由度机械臂包括固定支架、旋转盘、水平导轨、垂直导轨及悬臂，固定支架固定设置在承载底座端面且固定支架端面转动设置旋转盘，旋转盘端面通过定位支架固定设置水平导轨且水平导轨上通过第一滑动座滑动设置垂直导轨，悬臂通过第二滑动座滑动设置在垂直导
3.根据权利要求1或2所述的一种轻量三自由度水果采摘机器人，其特征在于：所述驱动组件包括直流减速电机、凸台齿轮、两根主动轴、主动齿轮及从动齿轮，直流减速电机固定设置在外壳靠近悬臂的一端端面且直流减速电机输出轴贯穿外壳端面后、与外壳内腔底面转动连接；凸台齿轮固定套接在直流减速电机位于外壳内腔的输出轴外壁；两根主动轴分别转动设置在凸台齿轮远离悬臂的一侧的外壳内腔且两根主动轴关于外壳中线对称设置，两根主动轴的外壁分别固定套接主动齿轮与从动齿轮且主动齿轮与从动齿轮相互啮合、主动齿轮与凸台齿轮相互啮合。
4.根据权利要求3所述的一种轻量三自由度水果采摘机器人，其特征在于：所述装夹组件包括上夹持块、下夹持块、限位凸台与紧固螺钉，上夹持块与下夹持块之间组合形成内部中空的夹持爪且夹持爪卡接在对应外壳的开口端部，两组夹持组件的夹持爪对称设置，外壳的开口端部对应夹持爪固定设置限位凸台，紧固螺钉螺旋贯穿限位凸台且与对应的夹持爪连接；夹持运输组件包括主动轮、从动轴、从动轮、中间轴、中间轮与同步带，主动轮固定套接在对应的主动轴外壁且位于对应的主动齿轮或从动齿轮上侧，夹持爪远离限位凸台的一端内腔转动设置从动轴且从动轴外壁对应主动轮固定套接从动轮，从动轴与限位凸台之间的夹持爪内腔转动设置中间轴且中间轴外壁对应从动轮固定套接中间轮，中间轮外径大于从动轮外径，主动轮与对应的从动轮、中间轮之间通过同步带连接且同步带外圈均匀分布同步锯齿。
5.采用如权利要求1～4中任一项所述的一种轻量三自由度水果采摘机器人的采摘方法，其特征在于：包括：
6.根据如权利要求5所述的一种轻量三自由度水果采摘机器人的采摘方法，其特征在于：所述步骤二中“中控设备根据双目相机采集的图像进行茄果类蔬菜的检测”的具体方法为：
7.根据权利要求5所述的一种轻量三自由度水果采摘机器人的采摘方法，其特征在于：所述步骤二中“获取相机坐标系下茄果类蔬菜的采摘点与三维点云”的具体方法为：
8.根据权利要求7所述的一种轻量三自由度水果采摘机器人的采摘方法，其特征在于：所述步骤三具体为：
...【技术特征摘要】
1.一种轻量三自由度水果采摘机器人，其特征在于：包括驱动底盘、三自由度机械臂、末端执行机构与检测定位系统，驱动底盘包括承载底座与行走机构，行走机构设置在承载底座底部；三自由度机械臂设置在承载底座端面且三自由度机械臂末端设置末端执行机构；末端执行机构包括外壳、驱动组件、两个装夹组件、两组夹持运输组件、两个切割轮及收集箱，外壳内部设置驱动组件且外壳远离驱动组件的一端设置开口，开口处对称分布两个装夹组件，驱动组件与装夹组件之间通过夹持运输组件连接，切割轮设置在外壳的开口处且通过驱动组件控制，收集箱固定设置在外壳的底部且其端面对应装夹组件开设槽口；检测定位系统包括双目相机与中控设备，双目相机安装在承载底座上且与三自由度机械臂相对静止，中控设备设置在承载底盘上。
2.根据权利要求1所述的一种轻量三自由度水果采摘机器人及采摘方法，其特征在于：所述三自由度机械臂包括固定支架、旋转盘、水平导轨、垂直导轨及悬臂，固定支架固定设置在承载底座端面且固定支架端面转动设置旋转盘，旋转盘端面通过定位支架固定设置水平导轨且水平导轨上通过第一滑动座滑动设置垂直导轨，悬臂通过第二滑动座滑动设置在垂直导轨上且悬臂远离第二滑动座的一端与外壳远离开口的一侧侧面固定连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种轻量三自由度水果采摘机器人，其特征在于：所述驱动组件包括直流减速电机、凸台齿轮、两根主动轴、主动齿轮及从动齿轮，直流减速电机固定设置在外壳靠近悬臂的一端端面且直流减速电机输出轴贯穿外壳端面后、与外壳内腔底面转动连接；凸台齿轮固定套接在直流减速电机位于外壳内腔的输出轴外壁；两根主动轴分别转动设置在凸台齿轮远离悬臂的一侧的外壳内腔且...
【专利技术属性】
技术研发人员：林桂潮，林乐禧，谭炜健，冯健远，杨火荣，郑培煌，丘圳中，傅文平，张景然，麦淳宇，卢泽熹，谭键聪，郑乔垒，柯梓淇，邓佳旭，谢锴涵，郑文豪，陈柏坚，赖元昊，郑展望，姚上泉，李家树，张宇森，吴睿希，李曼琦，冯雨楠，叶天华，
申请(专利权)人：仲恺农业工程学院，
类型：发明
国别省市：
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