[發(fā)明專利]一種基于雙目視覺的空間降維果實(shí)采摘順序規(guī)劃系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610192430.7
• 申請日: 2016-03-30
• 公開（公告）號: CN105773614B
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王孫安;陳先益;孟蛟;張斌權(quán);羅亮
• 申請（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號: B25J9/16
• 分類號: B25J9/16
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司61200
• 代理人: 安彥彥

1.一種基于雙目視覺的空間降維果實(shí)采摘順序規(guī)劃系統(tǒng)，其特征在于，包括平臺支架板(3)，平臺支架板(3)上設(shè)置有第一陀螺儀(26)、運(yùn)動(dòng)控制器(4)和第二電機(jī)旋轉(zhuǎn)支架(25)，第二電機(jī)旋轉(zhuǎn)支架(25)上設(shè)置有第二電機(jī)支架(24)，第二電機(jī)支架(24)內(nèi)設(shè)置有第二電機(jī)(6)，第二電機(jī)(6)頂部設(shè)置有第三電機(jī)旋轉(zhuǎn)支架(7)，第三電機(jī)旋轉(zhuǎn)支架(7)上設(shè)置有轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上設(shè)置有第三電機(jī)支架(9)，第三電機(jī)支架(9)內(nèi)設(shè)置有第三電機(jī)(21)，第三電機(jī)支架(9)頂部設(shè)置有能夠旋轉(zhuǎn)的第四電機(jī)(18)，第四電機(jī)(18)頂部設(shè)置有能夠旋轉(zhuǎn)的雙目相機(jī)(12)；其中，第二電機(jī)(6)下方設(shè)置第二陀螺儀(5)，第三電機(jī)(2)下方設(shè)置有第三陀螺儀(22)，第四電機(jī)(18)下方設(shè)置有第四陀螺儀(19)，雙目相機(jī)(12)上設(shè)置有第五陀螺儀(14)；運(yùn)動(dòng)控制器(4)與第二電機(jī)(6)、第三電機(jī)(2)、第四電機(jī)(18)相連；

所述平臺支架板(3)下表面還設(shè)置有第一電機(jī)(27)以及與第一電機(jī)(27)、第二電機(jī)(6)、第三電機(jī)(2)、第四電機(jī)(18)相連的驅(qū)動(dòng)器(28)；

所述第一陀螺儀(26)、運(yùn)動(dòng)控制器(4)位于第二電機(jī)旋轉(zhuǎn)支架(25)兩側(cè)；

所述第二電機(jī)旋轉(zhuǎn)支架(25)上設(shè)置有第二電機(jī)支架(24)，第二電機(jī)(6)設(shè)置在第二電機(jī)支架(24)上。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙目視覺的空間降維果實(shí)采摘順序規(guī)劃系統(tǒng)，其特征在于，所述平臺支架板(3)下方設(shè)置有平臺底座(1)，平臺底座(1)上表面對稱設(shè)置有第一45°連接件和第二45°連接件，平臺支架板(3)下表面對稱設(shè)置有第三45°連接件和第四45°連接件，第一45°連接件和第三45°連接件之間、第二45°連接件和第四45°連接件之間均設(shè)置有鋼絲繩減震器(29)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙目視覺的空間降維果實(shí)采摘順序規(guī)劃系統(tǒng)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括設(shè)置在第三電機(jī)旋轉(zhuǎn)支架(7)上的第一旋轉(zhuǎn)軸(23)和第一螺旋齒輪組(8)，第一螺旋齒輪組(8)固定在第一旋轉(zhuǎn)軸(23)和第二電機(jī)(6)上，第三電機(jī)支架(9)設(shè)置在第一旋轉(zhuǎn)軸(23)上。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于雙目視覺的空間降維果實(shí)采摘順序規(guī)劃系統(tǒng)，其特征在于，所述第三電機(jī)支架(9)上設(shè)置有第四電機(jī)旋轉(zhuǎn)支架(20)，第四電機(jī)旋轉(zhuǎn)支架(20)上設(shè)置有第四電機(jī)支架(10)，第四電機(jī)(18)設(shè)置在第四電機(jī)支架(10)內(nèi)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于雙目視覺的空間降維果實(shí)采摘順序規(guī)劃系統(tǒng)，其特征在于，所述第四電機(jī)支架(10)上設(shè)置有第二旋轉(zhuǎn)齒輪組(11)和雙相相機(jī)支架(17)，第二旋轉(zhuǎn)齒輪組(11)設(shè)置在第四電機(jī)(18)和第二旋轉(zhuǎn)軸(16)上，雙相相機(jī)支架(17)設(shè)置在第二旋轉(zhuǎn)軸(16)上。

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于雙目視覺的空間降維果實(shí)采摘順序規(guī)劃系統(tǒng)，其特征在于，所述雙相相機(jī)支架(17)上還設(shè)置有相機(jī)固定框(15)，雙目相機(jī)(12)設(shè)置在相機(jī)固定框(15)內(nèi)。

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于雙目視覺的空間降維果實(shí)采摘順序規(guī)劃系統(tǒng)，其特征在于，所述相機(jī)固定框(15)上設(shè)置有傳感器安裝板(13)，第五陀螺儀(14)設(shè)置在傳感器安裝板(13)上。

8.一種基于雙目視覺的空間降維果實(shí)采摘順序規(guī)劃方法，其特征在于，包括以下步驟：

1)運(yùn)動(dòng)控制器(4)獲取第一陀螺儀(26)、第二陀螺儀(5)的位姿，同時(shí)給驅(qū)動(dòng)器(28)發(fā)送指令控制第一電機(jī)(27)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，直到第二陀螺儀(5)的狀態(tài)與第一陀螺儀(26)一致則第一電機(jī)(27)停止轉(zhuǎn)動(dòng)；

2)運(yùn)動(dòng)控制器(4)獲取第三陀螺儀(22)的位姿，并給驅(qū)動(dòng)器(28)發(fā)送指令控制第二電機(jī)(6)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過第一螺旋齒輪組(8)使第一旋轉(zhuǎn)軸(23)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)?shù)谌勇輧x(22)位姿為水平時(shí)第二電機(jī)(6)停止運(yùn)動(dòng)；

3)運(yùn)動(dòng)控制器(4)獲取第四陀螺儀(19)的位姿，同時(shí)給驅(qū)動(dòng)器(28)發(fā)送指令控制第三電機(jī)(21)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，直到第四陀螺儀(19)的狀態(tài)與采摘所需方向一致時(shí)候第三電機(jī)(21)停止轉(zhuǎn)動(dòng)；

4)運(yùn)動(dòng)控制器(4)獲取第五陀螺儀(14)的位姿，并給驅(qū)動(dòng)器(28)發(fā)送指令控制第四電機(jī)(18)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，通過第二螺旋齒輪組(11)使第二旋轉(zhuǎn)軸(16)做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)雙目相機(jī)(12)的俯仰角度達(dá)到觀察視角時(shí)，第四電機(jī)(18)停止運(yùn)動(dòng)；

5)若需要調(diào)整新的觀察方位則重復(fù)步驟1)-4)的過程；

6)獲取采摘目標(biāo)信息，進(jìn)行降維處理，具體包括以下步驟：

(1)設(shè)獲取采摘目標(biāo)位置數(shù)據(jù)集合X＝{X₁,X₂...X_s...X_n}，其中，X_s＝{x,y,z}，x,y,z為空間坐標(biāo)值，s∈[1,n]，n為獲取的采摘目標(biāo)總數(shù)；

(2)采用isomap降維算法對步驟(1)中產(chǎn)生的20個(gè)三維空間采摘目標(biāo)進(jìn)行降維處理，將三維空間位置降到二維空間分布；將重新產(chǎn)生的數(shù)據(jù)集合記錄為O＝{O₁,O₂...O_s...O_n}，其中，O_s＝{x,y}，x,y為空間坐標(biāo)值，s∈[1,n]，n為獲取的采摘目標(biāo)總數(shù)；

7)模擬退火算法進(jìn)行最優(yōu)采摘順序規(guī)劃

(1)隨機(jī)產(chǎn)生一條路徑L(i)遍歷各目標(biāo)點(diǎn)，將O＝{O₁,O₂...O_s...O_n}中的各個(gè)目標(biāo)連接，其中L(i)為路徑總長度；

(2)改變?nèi)我鈨蓚€(gè)目標(biāo)點(diǎn)的連接順序產(chǎn)生新的路徑L(i+1)，若L(i+1)<L(i)，則接受新的路徑，若L(i+1)≥L(i)，則按蒙特卡洛方法接受新解；

(3)重復(fù)循環(huán)步驟(1)和(2)，直到迭代溫度低于ε時(shí)，ε表示終止條件閾值，得到最佳采摘順序路徑，其中，ε＝0.001。