一種基于機(jī)器視覺的花椒采摘機(jī)器人的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開一種基于機(jī)器視覺的花椒采摘機(jī)器人，包括行走機(jī)構(gòu)、視覺識(shí)別定位裝置、采摘裝置、收集裝置、控制裝置，所述行走機(jī)構(gòu)由四個(gè)車輪、底盤、兩個(gè)蝸輪減速電機(jī)、軸承座構(gòu)成，渦蝸輪減速電機(jī)通過電機(jī)座固定于底盤下面，其動(dòng)力輸出軸通過聯(lián)軸器、軸承與后輪連接，通過軸承座固定在底盤上；所述底盤中部固定有5自由度機(jī)械臂構(gòu)成的采摘裝置，所述采摘裝置的小臂上固定有視覺識(shí)別定位裝置，所述底盤前端固定把手，所述底盤前側(cè)固定有收集裝置，所述底盤后端固定有控制裝置。本實(shí)用新型能夠?qū)ń饭麑?shí)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別定位，采摘收集。具有生產(chǎn)效率高，自動(dòng)化程度高，人力勞動(dòng)減少的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】一種基于機(jī)器視覺的花椒采摘機(jī)器人

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于農(nóng)業(yè)器械領(lǐng)域，尤其涉及到基于機(jī)器視覺的花椒采摘機(jī)器人。

【背景技術(shù)】
[0002]花椒是我國(guó)廣泛種植的一種經(jīng)濟(jì)作物。目前收獲主要靠人工手摘和借助云梯、采果刀等簡(jiǎn)單工具輔助采收。林果采收機(jī)械的研究在我國(guó)仍處于起步階段，未見成熟先進(jìn)的實(shí)用機(jī)具報(bào)道?，F(xiàn)有技術(shù)中采用的收獲方式，雖對(duì)花椒能較好的提高收獲效率，但是所需人工勞動(dòng)力仍然巨大。多數(shù)采摘機(jī)械中，還缺乏收集工藝。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0003]本實(shí)用新型旨在克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種基于機(jī)器視覺的花椒采摘機(jī)器人，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)花椒果實(shí)的自動(dòng)識(shí)別、采摘，自動(dòng)化程度高，并對(duì)果實(shí)初步雜質(zhì)分離，人力勞動(dòng)減少，提聞生廣效率。
[0004]為了解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型提供了如下的技術(shù)方案:
[0005]一種基于機(jī)器視覺的花椒采摘機(jī)器人，包括行走機(jī)構(gòu)、視覺識(shí)別定位裝置、采摘裝置、收集裝置、控制裝置，所述行走機(jī)構(gòu)由四個(gè)車輪、底盤、兩個(gè)蝸輪減速電機(jī)、軸承座構(gòu)成，渦蝸輪減速電機(jī)通過電機(jī)座固定于底盤下面，其動(dòng)力輸出軸通過聯(lián)軸器、軸承與后輪連接，通過軸承座固定在底盤上；所述底盤中部固定有5自由度機(jī)械臂構(gòu)成的采摘裝置，所述采摘裝置的小臂上固定有視覺識(shí)別定位裝置，所述底盤前端固定把手，所述底盤前側(cè)固定有收集裝置，所述底盤后端固定有控制裝置。
[0006]進(jìn)一步地，所述5自由度機(jī)械臂由支柱、大臂、小臂、腕部關(guān)節(jié)和相對(duì)應(yīng)的伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成，支柱下端與底盤通過螺栓固定，支柱上安裝有伺服電機(jī)四，伺服電機(jī)四通過諧波齒輪減速安裝有支座連接，支座通過諧波減速齒輪與大臂連接，連接處裝有伺服電機(jī)一；大臂與小臂活動(dòng)連接，關(guān)節(jié)處裝有伺服電機(jī)二，小臂和腕部關(guān)節(jié)連接，關(guān)節(jié)處安裝有伺服電機(jī)三，腕部關(guān)節(jié)上裝有針對(duì)花椒果實(shí)的末端執(zhí)行器。
[0007]進(jìn)一步地，所述末端執(zhí)行器由定梳齒、動(dòng)梳齒、皮帶、皮帶輪一、皮帶輪二、直流電機(jī)和機(jī)架構(gòu)成，機(jī)架側(cè)端焊接有安裝接頭，動(dòng)梳齒通過軸承、軸承座安裝在在機(jī)架上，在動(dòng)梳齒軸的一端固定有皮帶輪一，機(jī)架的側(cè)面安裝有直流電機(jī)，直流電機(jī)動(dòng)力輸出軸安裝有皮帶輪二，與動(dòng)梳齒軸上的皮帶輪一通過皮帶連接，定梳齒固定在機(jī)架上。
[0008]進(jìn)一步地，所述視覺識(shí)別定位裝置由雙相機(jī)和圖像識(shí)別定位模塊組成，雙CXD相機(jī)安裝小臂上，圖像識(shí)別定位模塊安裝在電子控制箱內(nèi)。雙CCD相機(jī)獲取圖像后傳輸給圖像識(shí)別定位模塊，圖像識(shí)別定位模塊對(duì)圖像進(jìn)行濾除背景、腐蝕、膨脹、左右圖像標(biāo)定、定位、建立空間坐標(biāo)模型處理，把花椒果實(shí)串的空間坐標(biāo)傳送給控制裝置。
[0009]進(jìn)一步地，所述收集裝置由風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)電機(jī)、輸送管道、收集箱構(gòu)成，輸送管道一端與末端執(zhí)行器相連，另一端與收集箱固定，所述收集箱為內(nèi)層和外殼構(gòu)成的抽拉式結(jié)構(gòu)，所述收集箱內(nèi)層近風(fēng)機(jī)側(cè)為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在收集箱側(cè)端安裝風(fēng)機(jī)。
[0010]進(jìn)一步地，所述控制裝置由電子控制器箱和蓄電池構(gòu)成，電子控制器箱包括安裝在電子控制器箱內(nèi)的圖像識(shí)別定位模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，圖像識(shí)別定位模塊采集CCD相機(jī)傳輸來(lái)的圖像，進(jìn)行處理，識(shí)別出圖像中的花椒果實(shí)，再對(duì)其位置坐標(biāo)計(jì)算，將計(jì)算出果實(shí)的坐標(biāo)傳輸?shù)诫姍C(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)各伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。從而使機(jī)械臂動(dòng)作，并帶動(dòng)末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)到花椒果實(shí)位置進(jìn)行采摘。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本實(shí)用新型具有如下的有益效果:
[0012]本實(shí)用新型基于機(jī)器視覺的花椒采摘機(jī)器人，能夠?qū)ń饭麑?shí)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別定位，采摘收集。與現(xiàn)有的采摘收獲方式相比效率高，同時(shí)自動(dòng)化程度也大大提高，極大的減少人力的勞動(dòng)。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1為本實(shí)用新型基于機(jī)器視覺的花椒采摘機(jī)器人的主視圖。
[0014]圖2為本實(shí)用新型基于機(jī)器視覺的花椒采摘機(jī)器人的左視圖。
[0015]圖3為本實(shí)用新型基于機(jī)器視覺的花椒采摘機(jī)器人的俯視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖4為本實(shí)用新型基于機(jī)器視覺的花椒采摘機(jī)器人的仰視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖5為本實(shí)用新型所述末端執(zhí)行器的示意圖。
[0018]圖6為本實(shí)用新型所述控制裝置的示意圖。
[0019]圖中標(biāo)記:1.末端執(zhí)行器，2.腕部關(guān)節(jié)，3.伺服電機(jī)三，4.輸送管道，5.小臂，6.雙相機(jī)，7伺服電機(jī)二, 8.收集箱,9.把手，10.風(fēng)機(jī),11.風(fēng)機(jī)電機(jī),12.底盤,13.車輪，14.伺服電機(jī)一，15.支柱，16.伺服電機(jī)四，17.支座，18.電子控制箱，19.蓄電池,20.大臂，21.蝸輪減速電機(jī)，22.軸承座，23.動(dòng)梳齒，24.皮帶，25直流電機(jī)，26.皮帶輪一，27.安裝接頭，28.機(jī)架，29.定梳齒，30皮帶輪二，31，識(shí)別定位模塊，32電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。

【具體實(shí)施方式】
[0020]以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例進(jìn)行說(shuō)明，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的優(yōu)選實(shí)施例僅用于說(shuō)明和解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0021]如圖1-6所示，一種基于機(jī)器視覺的花椒采摘機(jī)器人，包括行走機(jī)構(gòu)、視覺識(shí)別定位裝置、采摘裝置、收集裝置、控制裝置，所述行走機(jī)構(gòu)由四個(gè)車輪13、底盤12、兩個(gè)蝸輪減速電機(jī)21、軸承座22構(gòu)成，渦蝸輪減速電機(jī)21通過電機(jī)座固定于底盤12下面，其動(dòng)力輸出軸通過聯(lián)軸器、軸承與后輪連接，通過軸承座22固定在底盤上。前輪軸通過軸承、軸承座22固定于底盤12下面，其前輪與前輪軸通過軸承連接，即兩前輪轉(zhuǎn)動(dòng)相互獨(dú)立，從而避免差速器的使用。兩個(gè)蝸輪減速電機(jī)分別驅(qū)動(dòng)兩個(gè)后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，通過控制兩驅(qū)動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速差來(lái)實(shí)現(xiàn)車體的前進(jìn)后退及轉(zhuǎn)向。當(dāng)兩驅(qū)動(dòng)輪同時(shí)同速向前轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，車體前進(jìn)；反之，車體后退。當(dāng)左驅(qū)動(dòng)輪向前的轉(zhuǎn)速大于右輪動(dòng)時(shí)，車體向右轉(zhuǎn)向；反之，向左轉(zhuǎn)向。所述底盤12中部固定有5自由度機(jī)械臂構(gòu)成的采摘裝置，所述采摘裝置的小臂上固定有視覺識(shí)別定位裝置，所述底盤前端固定把手9，所述底盤前側(cè)固定有和收集裝置，所述底盤后端固定有控制
>j-U ρ?α裝直。
[0022]所述5自由度機(jī)械臂由支柱15、大臂20、小臂5、腕部關(guān)節(jié)2和相對(duì)應(yīng)的伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成，支柱15下端與底盤12通過螺栓固定，支柱15上端安裝有伺服電機(jī)四16，伺服電機(jī)四通過諧波齒輪減速安裝有支座17連接。支座通過諧波減速齒輪與大臂20連接，連接處裝有伺服電機(jī)一 14。大臂20與小臂5活動(dòng)連接，關(guān)節(jié)處裝有伺服電機(jī)二 7，通過諧波齒輪減速，在控制裝置的驅(qū)動(dòng)電路的驅(qū)動(dòng)下，實(shí)現(xiàn)大臂與小臂可控角度的轉(zhuǎn)動(dòng)。小臂和腕部關(guān)節(jié)連接，關(guān)節(jié)處安裝有伺服電機(jī)三3，通過諧波齒輪減速，在控制裝置驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)下，可以實(shí)現(xiàn)小臂與手腕的可控角度轉(zhuǎn)動(dòng)。從而在控制裝置驅(qū)動(dòng)器的作用下，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械臂在其工作空間內(nèi)的任意運(yùn)動(dòng)，從而使得其末端執(zhí)行器能夠接近花椒果實(shí)。腕部關(guān)節(jié)上裝有針對(duì)花椒果實(shí)的末端執(zhí)行器I。
[0023]所述末端執(zhí)行器由定梳齒29、動(dòng)梳齒23、皮帶24、皮帶輪一 26、皮帶輪二 30和機(jī)架28構(gòu)成，機(jī)架側(cè)端焊接有安裝接頭27，用于連接機(jī)械臂。動(dòng)梳齒23通過軸承、軸承座安裝在在機(jī)架28上，在動(dòng)梳齒軸的一端固定有皮帶輪一 26。機(jī)架的側(cè)面安裝有直流電機(jī)25，直流電機(jī)25動(dòng)力輸出軸安裝有皮帶輪二 30，與定梳齒軸上的皮帶輪通過皮帶24連接，定梳齒固定在機(jī)架上。
[0024]所述的視覺識(shí)別定位裝置是由雙相機(jī)6和圖像識(shí)別定位模塊31組成。雙C⑶相機(jī)安裝小臂5上，圖像識(shí)別定位模塊安裝在電子控制箱18內(nèi)。在雙CCD相機(jī)獲取圖像后傳輸給圖像識(shí)別定位模塊，圖像識(shí)別定位模塊對(duì)圖像進(jìn)行濾除背景、腐蝕、膨脹、左右圖像標(biāo)定、定位、建立空間坐標(biāo)模型處理，把花椒果實(shí)串的空間坐標(biāo)傳送給驅(qū)動(dòng)裝置，為驅(qū)動(dòng)電路提供信息。
[0025]所述收集裝置由風(fēng)機(jī)1、風(fēng)機(jī)電機(jī)11、輸送管道4、收集箱8構(gòu)成，輸送管道4 一端與末端執(zhí)行器I相連，另一端與收集箱8固定。末端執(zhí)行器I將采摘下的花椒果實(shí)通過輸送管道4輸送到收集箱8。所述收集箱為內(nèi)和外殼構(gòu)成的抽拉式結(jié)構(gòu)，當(dāng)果實(shí)裝滿收集箱時(shí)，可抽出內(nèi)層，將果實(shí)取出。收集箱內(nèi)層近風(fēng)機(jī)側(cè)為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，便于排出雜物。在收集箱側(cè)端安裝的風(fēng)機(jī)10產(chǎn)生負(fù)壓，將果實(shí)吸引到收集箱，同時(shí)將果實(shí)中混雜的細(xì)小枝葉等雜質(zhì)通過風(fēng)機(jī)排風(fēng)口排出。
[0026]所述控制裝置由電子控制器箱箱18和蓄電池19構(gòu)成，電子控制箱內(nèi)安裝圖像識(shí)別定位模塊31和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊。電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊主要由多路伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器32組成，圖像識(shí)別模塊由可編程控制器DSP和FPGA組成。圖像識(shí)別定位模塊采集CCD相機(jī)傳輸來(lái)的圖像，進(jìn)行處理，識(shí)別出圖像中的花椒果實(shí)，再對(duì)其位置坐標(biāo)計(jì)算，將計(jì)算出果實(shí)的坐標(biāo)傳輸?shù)诫姍C(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)各伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使機(jī)械臂動(dòng)作，并帶動(dòng)末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)到花椒果實(shí)位置進(jìn)行采摘。其電源主要由電網(wǎng)220V交流電供給，在沒有電網(wǎng)供給時(shí)，可用蓄電池供電。220V交流電進(jìn)入后，通過整流、變壓為24V，供給電子控制裝置使用和蓄電池充電。
[0027]本實(shí)用新型能夠?qū)ń饭麑?shí)進(jìn)行自動(dòng)識(shí)別定位，采摘收集。與現(xiàn)有的采摘收獲方式相比效率高，同時(shí)自動(dòng)化程度也大大提高，極大的減少人力的勞動(dòng)。
[0028]以上所述僅為說(shuō)明本實(shí)用新型的實(shí)施方式，并不用于限制本實(shí)用新型，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于機(jī)器視覺的花椒采摘機(jī)器人，包括行走機(jī)構(gòu)、視覺識(shí)別定位裝置、采摘裝置、收集裝置、控制裝置，其特征在于:所述行走機(jī)構(gòu)由四個(gè)車輪、底盤、兩個(gè)蝸輪減速電機(jī)、軸承座構(gòu)成，蝸輪減速電機(jī)通過電機(jī)座固定于底盤下面，其動(dòng)力輸出軸通過聯(lián)軸器、軸承與后輪連接，通過軸承座固定在底盤上；所述底盤中部固定有5自由度機(jī)械臂構(gòu)成的采摘裝置，所述采摘裝置的小臂上固定有視覺識(shí)別定位裝置，所述底盤前端固定把手，所述底盤前側(cè)固定有收集裝置，所述底盤后端固定有控制裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器視覺的花椒采摘機(jī)器人，其特征在于，所述5自由度機(jī)械臂由支柱、大臂、小臂、腕部關(guān)節(jié)和相對(duì)應(yīng)的伺服驅(qū)動(dòng)電機(jī)組成，支柱下端與底盤通過螺栓固定，支柱上安裝有伺服電機(jī)四，伺服電機(jī)四通過諧波齒輪減速安裝有支座連接，支座通過諧波減速齒輪與大臂連接，連接處裝有伺服電機(jī)一；大臂與小臂活動(dòng)連接，關(guān)節(jié)處裝有伺服電機(jī)二，小臂和腕部關(guān)節(jié)連接，關(guān)節(jié)處安裝有伺服電機(jī)三，腕部關(guān)節(jié)上裝有針對(duì)花椒果實(shí)的末端執(zhí)行器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于機(jī)器視覺的花椒采摘機(jī)器人，其特征在于，所述末端執(zhí)行器由定梳齒、動(dòng)梳齒、皮帶、皮帶輪一、皮帶輪二、直流電機(jī)和機(jī)架構(gòu)成，機(jī)架側(cè)端焊接有安裝接頭，動(dòng)梳齒通過軸承、軸承座安裝在在機(jī)架上，在動(dòng)梳齒軸的一端固定有皮帶輪一，機(jī)架的側(cè)面安裝有直流電機(jī)，直流電機(jī)動(dòng)力輸出軸安裝有皮帶輪二，與動(dòng)梳齒軸上的皮帶輪一通過皮帶連接，定梳齒固定在機(jī)架上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器視覺的花椒采摘機(jī)器人，其特征在于，所述視覺識(shí)別定位裝置由雙相機(jī)和圖像識(shí)別定位模塊組成，雙冗0相機(jī)安裝小臂上，圖像識(shí)別定位模塊安裝在電子控制箱內(nèi)；雙^0相機(jī)獲取圖像后傳輸給圖像識(shí)別定位模塊，圖像識(shí)別定位模塊對(duì)圖像進(jìn)行濾除背景、腐蝕、膨脹、左右圖像標(biāo)定、定位、建立空間坐標(biāo)模型處理，把花椒果實(shí)串的空間坐標(biāo)傳送給控制裝置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器視覺的花椒采摘機(jī)器人，其特征在于，所述收集裝置由風(fēng)機(jī)、風(fēng)機(jī)電機(jī)、輸送管道、收集箱構(gòu)成，輸送管道一端與末端執(zhí)行器相連，另一端與收集箱固定，所述收集箱為內(nèi)層和外殼構(gòu)成的抽拉式結(jié)構(gòu)，所述收集箱內(nèi)層近風(fēng)機(jī)側(cè)為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，在收集箱側(cè)端安裝風(fēng)機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于機(jī)器視覺的花椒采摘機(jī)器人，其特征在于，所述控制裝置由電子控制器箱和蓄電池構(gòu)成，電子控制器箱包括安裝在電子控制器箱內(nèi)的圖像識(shí)別定位模塊和電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊，圖像識(shí)別定位模塊采集相機(jī)傳輸來(lái)的圖像，進(jìn)行處理，識(shí)別出圖像中的花椒果實(shí)，再對(duì)其位置坐標(biāo)計(jì)算，將計(jì)算出果實(shí)的坐標(biāo)傳輸?shù)诫姍C(jī)驅(qū)動(dòng)模塊；電機(jī)驅(qū)動(dòng)模塊驅(qū)動(dòng)各伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。
【文檔編號(hào)】A01D46/30GK204132001SQ201420552548
【公開日】2015年2月4日 申請(qǐng)日期:2014年9月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月25日
【發(fā)明者】萬(wàn)芳新, 黃曉鵬, 賀志洋, 同長(zhǎng)虹 申請(qǐng)人:甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)