[發(fā)明專利]基于機(jī)器視覺(jué)的葡萄套袋機(jī)器人系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210110247.X
• 申請(qǐng)日: 2012-04-13
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102613041A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-08-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊慶華;劉燦;荀一;賈挺猛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): A01G13/02
• 分類號(hào): A01G13/02;A01G17/02;B25J5/00;B25J9/16
• 代理公司: 杭州天正專利事務(wù)所有限公司 33201
• 代理人: 王兵;王利強(qiáng)

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及智能機(jī)器人機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于機(jī)器視覺(jué)的葡萄套袋機(jī)器人系統(tǒng)。

背景技術(shù)

葡萄是我國(guó)重要的落葉果樹(shù)種類之一，其結(jié)果早、適應(yīng)性強(qiáng)、效益高。我國(guó)葡萄栽培自20世紀(jì)80年代以來(lái)得到了突飛猛進(jìn)地發(fā)展，葡萄栽培和加工已成為許多地區(qū)促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、增加農(nóng)民收入的主要途徑。30多來(lái)葡萄栽培面積和產(chǎn)量一直持續(xù)增長(zhǎng)。2010年全國(guó)葡萄栽培面積達(dá)到了828萬(wàn)畝，產(chǎn)量高達(dá)843萬(wàn)噸，并且葡萄種植面積年均增加30萬(wàn)畝。葡萄栽培面積和產(chǎn)量均居世界第5位。按鮮食葡萄產(chǎn)量，我國(guó)已連續(xù)多年高居首位。

目前，我國(guó)葡萄生產(chǎn)正處于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)與工業(yè)農(nóng)業(yè)混合型向現(xiàn)代農(nóng)業(yè)邁進(jìn)的關(guān)鍵時(shí)期。很多新的生產(chǎn)方式和發(fā)展方式正在快速融入葡萄產(chǎn)業(yè)。從葡萄種植到收割加工的深翻、施肥、噴藥、除草、中耕、澆灌、套袋、采摘、貯藏及加工等生產(chǎn)環(huán)節(jié)的工作強(qiáng)度較大，機(jī)械化程度很低，嚴(yán)重制約著我國(guó)的葡萄生產(chǎn)。

葡萄套袋后將果實(shí)與外界環(huán)境隔離，使果實(shí)不受到外界環(huán)境的不良損傷。這樣做有利于提高葡萄外觀品質(zhì)，促進(jìn)果實(shí)著色，使葡萄果面細(xì)嫩、光潔、色澤鮮艷；有利于防止葡萄遭受病、蟲(chóng)、鳥(niǎo)害，以及農(nóng)藥的污染，更好的實(shí)現(xiàn)了綠色食品的生產(chǎn)；有利于提高葡萄的好果率以及果穗重，增加果農(nóng)的直接經(jīng)濟(jì)效益。葡萄套袋時(shí)間是在疏果后，坐果穩(wěn)定期間進(jìn)行的，此時(shí)的葡萄都是綠色的，僅黃豆粒大小。

市場(chǎng)上目前應(yīng)用的葡萄果袋種類和顏色比較多，但其基本結(jié)構(gòu)相似。紙袋的袋口上粘貼了一條較軟的金屬絲，正確的套袋方法是用右手撐開(kāi)袋口，使套袋整個(gè)鼓起來(lái)，用左手托住袋的底部，使套袋底部?jī)蓚?cè)的通氣排水口張開(kāi)，袋體膨起，將袋從下向上拉起，果柄放在袋上方的切口處，使果穗位于袋的中央。最后將袋口用鐵絲綁緊，避免雨水流入。

目前葡萄套袋作業(yè)主要是由人工操作來(lái)完成，工作繁瑣，勞動(dòng)強(qiáng)度高，且效率低。葡萄套袋工作最好在7至10天左右完成，對(duì)于大面積種植葡萄的地區(qū)，需要大量的人力來(lái)完成這項(xiàng)工作。因此，對(duì)于人力資源比較貧乏的地區(qū)，人工套袋技術(shù)的應(yīng)用常常受到很大的制約。還有可能出現(xiàn)由于人工不足造成套袋不及時(shí)的狀況，給果農(nóng)經(jīng)濟(jì)收入產(chǎn)生嚴(yán)重的損失。面對(duì)這種突出的矛盾，果農(nóng)們急需一種葡萄自動(dòng)套袋的機(jī)器人來(lái)完成繁瑣的套袋工作。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服已有人工葡萄套袋作業(yè)的勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作效率低的不足，本發(fā)明提供一種降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高工作效率的基于機(jī)器視覺(jué)的葡萄套袋機(jī)器人系統(tǒng)。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是：

一種基于機(jī)器視覺(jué)的葡萄套袋機(jī)器人系統(tǒng)，包括機(jī)器人智能移動(dòng)平臺(tái)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)識(shí)別定位裝置和機(jī)械臂套袋裝置；

所述機(jī)器人智能移動(dòng)平臺(tái)包括履帶車、運(yùn)動(dòng)控制器、電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、車載計(jì)算機(jī)，云臺(tái)攝像機(jī)和二維激光測(cè)距儀，所述履帶車內(nèi)安裝車載計(jì)算機(jī)，所述車載計(jì)算機(jī)還包括自動(dòng)路徑導(dǎo)航模塊，將云臺(tái)攝像機(jī)獲取的導(dǎo)航路徑信息進(jìn)行計(jì)算，并將計(jì)算得到的路徑導(dǎo)航參數(shù)輸送給運(yùn)動(dòng)控制器，車輪電機(jī)驅(qū)動(dòng)器根據(jù)運(yùn)動(dòng)控制器輸出的兩輪差速對(duì)履帶車進(jìn)行路徑跟蹤；障礙物檢測(cè)模塊，利用二維激光測(cè)距儀的障礙物檢測(cè)傳感器對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行180°掃描，獲得障礙物的位置信息；

所述計(jì)算機(jī)視覺(jué)識(shí)別定位裝置包括豎直滑軌和用以采集葡萄圖像的雙目彩色CCD相機(jī)，所述雙目彩色CCD相機(jī)可上下移動(dòng)地安裝在所述豎直滑軌上，所述履帶車內(nèi)安裝車載計(jì)算機(jī)，所述車載計(jì)算機(jī)還包括用以根據(jù)葡萄圖像確定葡萄重心在圖像中的二維坐標(biāo)，再利用雙目立體定位算法確定深度信息，利用攝像機(jī)坐標(biāo)系和機(jī)器人坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，得到葡萄重心及葡萄中心線在機(jī)器人坐標(biāo)系中的空間坐標(biāo)及形狀參數(shù)的葡萄定位模塊；

機(jī)械臂套袋裝置包括機(jī)械臂、末端執(zhí)行器和套袋，所述機(jī)械臂安裝在所述履帶車上，所述機(jī)械臂上安裝末端執(zhí)行器，所述末端執(zhí)行器上安裝套袋。

進(jìn)一步，所述機(jī)械臂包括從下到上依次連接的基座、腰部、肩關(guān)節(jié)、大臂、肘關(guān)節(jié)、小臂和腕關(guān)節(jié)，所述基座固定安裝在履帶車上，所述基座上可轉(zhuǎn)動(dòng)地安裝腰部，所述腰部上安裝可俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)的肩關(guān)節(jié)，所述肩關(guān)節(jié)與大臂下端連接，所述大臂上端與可俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)的肘關(guān)節(jié)連接，所述肘關(guān)節(jié)與小臂下端連接，所述小臂上端與可俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)的腕關(guān)節(jié)連接，所述腕關(guān)節(jié)上安裝末端執(zhí)行器。