10做垂直于水平面的旋轉(zhuǎn)運動，其運動角度范圍為120°，最大運動速度為60° /s ;第三關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸10通過第三關(guān)節(jié)動力傳送帶28與第三關(guān)節(jié)電機12連接，其一端設(shè)有第二采摘手導(dǎo)氣管固定座11、用于控制旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動角度和時間的第三關(guān)節(jié)復(fù)位光電開關(guān)8和與該開關(guān)8連接的第三關(guān)節(jié)光電開關(guān)擋片9，當該關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動時，擋片9將光線擋住，關(guān)節(jié)會一直轉(zhuǎn)動，直至擋片9沒有把光擋住為止；第三關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動臂10通過第二連接臂7與第四關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸4連接；在第三關(guān)節(jié)電機12內(nèi)設(shè)有第三關(guān)節(jié)諧波減速器；
第四關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸4做垂直于水平面的旋轉(zhuǎn)運動，其運動角度范圍為180°，最大運動速度為60° /s ;第四關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸4通過第四關(guān)節(jié)動力傳送帶30與第四關(guān)節(jié)電機6連接，其一端設(shè)有用于控制旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的轉(zhuǎn)動角度和時間的第四關(guān)節(jié)復(fù)位光電開關(guān)2和與該開關(guān)2連接的第四關(guān)節(jié)光電開關(guān)擋片3，當該關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動時，擋片3將光線擋住，關(guān)節(jié)會一直轉(zhuǎn)動，直至擋片3沒有把光擋住為止；轉(zhuǎn)動軸4上還設(shè)有防止機械手轉(zhuǎn)動過多的角度的第四關(guān)節(jié)機械擋塊、第四采摘手導(dǎo)氣管固定座29，第四關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動臂4通過第三連接臂31與氣動剪刀手連接；通過第四關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸4的轉(zhuǎn)動，控制氣動剪刀手在三維空間中靈活伸縮并采摘果實。
[0021]第二關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸22與第三關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸10之間的連接臂27長為380mm，第三關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸10至第四關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸4之間的連接臂7長為330mm ;整個關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸的最大展開半徑為850mm ;整體直立高度為1050mm。
[0022]第一關(guān)節(jié)電機、第二關(guān)節(jié)電機26、第三關(guān)節(jié)電機12和第四關(guān)節(jié)電機6分別與關(guān)節(jié)電氣系統(tǒng)連接，其內(nèi)設(shè)置有失電制動器和諧波減速器，由直流伺服電機驅(qū)動，分別控制每個關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸運動，其供電電源和功率分別為24v和400w，其中:減速器為諧波減速器。所述關(guān)節(jié)電氣系統(tǒng)由直流電機、編碼器、制動器和光電開關(guān)相連組成。
[0023]所述氣動剪刀手由氣泵32和與氣泵連接的可張開、閉合的剪刀手構(gòu)成，剪刀手內(nèi)設(shè)有采摘刀片33，刀片33下設(shè)有緩沖墊，在刀片一端還設(shè)有輔助采摘擋板I，氣泵32通過氣泵進氣管口與氣動系統(tǒng)連接，利用氣動系統(tǒng)帶來的壓力瞬間剪斷果實果柄，并夾住果柄末端，回收到果籃中。
[0024]如圖3所示，所述的雙目視覺系統(tǒng)主要通過兩個高清攝像機采集機械手前端的照片，通過采集卡傳送至PC處理端；其工作流程是:
步驟201:初始化攝像機和開啟PC處理端；
步驟202:所述的攝像機同時獲取圖像，并傳至PC處理端；
步驟203:對所獲取的兩幅圖像的亮度做直方圖均衡化處理，提高圖像對比度；
步驟204:正對紅色像素做二值化處理，去除非紅色區(qū)域；
步驟205:對二值圖像做腐蝕處理，腐蝕掉紅色細微小塊，去除干擾；
步驟206:膨脹處理，對大的紅色區(qū)適度還原；
步驟207:外形校對，判斷是否為蘋果形，若不是則返回202步；
步驟208:若外形校對通過，則計算出目標的三維坐標，并將數(shù)值傳送到機械手控制端;
如圖4所示，本發(fā)明采摘裝置的工作流程是: 步驟301:初始化機械臂及PC端；
步驟302:判斷CAN總線接收中斷標志是否為1，不是則等待；
步驟302:若CAN總線接收中斷標志為1，則判斷關(guān)節(jié)角度是否接收完，若不是，返回302 步；
步驟303:若關(guān)節(jié)的角度接收完，則規(guī)劃從非工作狀態(tài)初始位姿到工作狀態(tài)初始位姿的軌跡；
步驟304:通過CAN總線發(fā)送上一步所規(guī)劃的運動參數(shù)，機械臂進行復(fù)位運動；
步驟305:獲取目標點坐標；
步驟306:規(guī)劃工作狀態(tài)初始位姿到目標點的軌跡；
步驟307:通過CAN總線發(fā)送上一步所規(guī)劃的運動參數(shù)，機械臂執(zhí)行指令，運動至目標占.V，
步驟308:控制手抓抓取目標點的蘋果；
步驟309:規(guī)劃目標點到放置點的運動軌跡；
步驟310:通過CAN總線發(fā)送上一步所規(guī)劃的運動參數(shù)，機械臂執(zhí)行指令，運動至放置占.V，
步驟311:規(guī)劃放置點到工作狀態(tài)初始位姿的軌跡；
步驟312:通過CAN縱向發(fā)送上一步所規(guī)劃的運動參數(shù)，機械臂執(zhí)行指令，恢復(fù)到初始位姿。
[0025]機械臂的位姿運動:機械臂的位姿運動過程有運動至臨時位置和運動至采摘位置，所述的臨時位置即是機械臂將采摘到的蘋果放置至籃子的位姿；運動至臨時位置和采摘位置對于能否執(zhí)行采摘工作至關(guān)重要；機械臂的位姿運動實際上就是給出機械臂末端采摘手中心位姿讓機械臂走點對點的位置模式運動，該運動過程的步驟為:第一步根據(jù)雙目視覺系統(tǒng)獲取到的三維坐標進行逆運動學(xué)分析，求解出機械臂各關(guān)節(jié)的目標絕對角度；第二步獲取當前機械臂各關(guān)節(jié)的當前絕對角度，由目標絕對角度和當前絕對角度，從而解得機械臂各關(guān)節(jié)的相對運動角度，再由系統(tǒng)設(shè)置的時間確定機械臂各關(guān)節(jié)的運動速度、加速度的數(shù)值大?。坏谌较蚋麝P(guān)節(jié)驅(qū)動器下發(fā)運動速度、加速度、絕對位置指令，機械臂開始運動，使機械臂末端采摘手的中心到達指定的位姿，所述的系統(tǒng)設(shè)置時間默認為10s，可通過遠程控制上位機修改，所述的遠程控制上位機作用在于在必要的情況下使系統(tǒng)可人為控制。
【主權(quán)項】
1.一種基于雙目視覺的蘋果成熟度自動檢測及采摘機器人，其特征是:包括移動平臺和與移動平臺連接的雙目視覺系統(tǒng)、柔性機械手，雙目視覺系統(tǒng)設(shè)置在柔性機械手上；所述雙目視覺系統(tǒng)，由兩個圖像采集裝置組成；圖像采集裝置通過數(shù)據(jù)采集卡與智能控制系統(tǒng)連接，圖像采集裝置設(shè)置在距離地面高度約135cm的架子上；架子固定在移動平臺的左邊，兩個圖像采集裝置的距離相差47cm，并聚焦于柔性機械手前方60cm處。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙目視覺的蘋果成熟度自動檢測及采摘機器人，其特征是:所述柔性機械手包括從下至上順序連接的第一關(guān)節(jié)、第二關(guān)節(jié)、第三關(guān)節(jié)、第四關(guān)節(jié)、剪刀手機構(gòu)，每個關(guān)節(jié)均分別與對應(yīng)的傳動機構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機構(gòu)、光電機構(gòu)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙目視覺的蘋果成熟度自動檢測及采摘機器人，其特征是:所述旋轉(zhuǎn)機構(gòu)包括能水平、垂直自由旋轉(zhuǎn)的關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸、與關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸連接的關(guān)節(jié)電機和旋轉(zhuǎn)臂，關(guān)節(jié)電機、關(guān)節(jié)電氣系統(tǒng)連接，光電機構(gòu)與旋轉(zhuǎn)機構(gòu)相連；所述關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸從下至上分為第一關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸、第二關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸、第三關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸和第四關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸，剪刀手機構(gòu)與第四關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸連接，其中: 第一關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸平行于水平面做旋轉(zhuǎn)運動，運動角度范圍為180°，最大運動速度為60。 /s ； 第二關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸做垂直于水平面的旋轉(zhuǎn)運動，運動角度范圍為120°，最大運動速度為60。 /s ； 第三關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸做垂直于水平面的旋轉(zhuǎn)運動，運動角度范圍為120°，最大運動速度為60。 /s ； 第四關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸做垂直于水平面的旋轉(zhuǎn)運動，運動角度范圍為180°，最大運動速度為60。 /s ； 第二關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸與第三關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸之間的臂長為380mm，第三關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸至第四關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸之間的臂長為330mm ;整個關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸的最大展開半徑為850mm ;整體直立高度為1050mmo
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙目視覺的蘋果成熟度自動檢測及采摘機器人，其特征是:所述關(guān)節(jié)電機分別與每個關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸連接，內(nèi)設(shè)置有失電制動器和減速器，由直流伺服電機驅(qū)動，分別控制每個關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動軸運動，其供電電源和功率分別為24v和400w，其中:減速器為諧波減速器。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙目視覺的蘋果成熟度自動檢測及采摘機器人，其特征是:所述關(guān)節(jié)電氣系統(tǒng)由直流電機、編碼器和制動器相連組成。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙目視覺的蘋果成熟度自動檢測及采摘機器人，其特征是:所述剪刀手機構(gòu)由氣動系統(tǒng)和與氣動系統(tǒng)連接的可張開、閉合的剪刀手構(gòu)成，剪刀手內(nèi)設(shè)有刀片，刀片下設(shè)有緩沖墊。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于雙目視覺的蘋果成熟度自動檢測及采摘機器人，其特征是:所述的移動平臺為一四輪驅(qū)動平臺；其四輪驅(qū)動電機的額定工作電壓為48V，功率為100W，并帶有線數(shù)為2000的編碼器，減速比為35，電機額定轉(zhuǎn)速為20 r/s，每個輪子的直徑為34.5cm，并設(shè)有橡膠胎。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于雙目視覺的蘋果成熟度自動檢測及采摘機器人，其特征是：包括移動平臺和與移動平臺連接的雙目視覺系統(tǒng)、柔性機械手，雙目視覺系統(tǒng)設(shè)置在柔性機械手上；所述雙目視覺系統(tǒng)，由兩個圖像采集裝置組成；圖像采集裝置通過數(shù)據(jù)采集卡與智能控制系統(tǒng)連接，圖像采集裝置設(shè)置在距離地面高度約135cm的架子上；架子固定在移動平臺的左邊，兩個圖像采集裝置的距離相差47cm，并聚焦于柔性機械手前方60cm處。本發(fā)明能夠自動檢測蘋果的顏色、大小、形狀，然后對獲取的圖像進行自動處理、檢測與識別，以便提高系統(tǒng)的運行效率，且可實時反饋采摘情況，提高了采摘的準確率，大大提高其生產(chǎn)自動化水平，結(jié)構(gòu)簡單、自動化程度高，適用性廣。
【IPC分類】A01D46-24, G01C11-02
【公開號】CN104584779
【申請?zhí)枴緾N201510034444
【發(fā)明人】伍錫如, 黃國明, 黨選舉, 吳軍, 孫賢剛, 張向文, 彭智勇, 劉金霞, 汪杰君
【申請人】桂林電子科技大學(xué)
【公開日】2015年5月6日
【申請日】2015年1月23日