[發(fā)明專利]一種機(jī)器人模糊采摘方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810237080.0
• 申請日: 2018-03-21
• 公開（公告）號: CN108541458A
• 公開（公告）日: 2018-09-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張勤;聶騰偉;劉嘉超
• 申請（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號: A01D46/30
• 分類號: A01D46/30;B25J9/16
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強

本發(fā)明公開了一種機(jī)器人模糊采摘方法。本發(fā)明通過圖像處理獲取目標(biāo)蘋果的位置信息和果實的果軸方向，機(jī)械臂可以根據(jù)采摘目標(biāo)周圍背景情況（如樹枝分布，果實干涉等情況）確定采摘路徑，只要機(jī)械手的抓取方向與果軸方向在一定的角度范圍內(nèi)，都可以通過機(jī)械手末端的復(fù)合運動，實現(xiàn)蘋果的采摘。與傳統(tǒng)的采摘方法相比，無需知道果柄的具體姿態(tài)，極大減少了視覺系統(tǒng)負(fù)擔(dān)，提高了果實識別的速度；機(jī)械手采摘路徑柔性大，可以有效避開目標(biāo)果實周圍的枝干和果實之間的干涉，適用于各種背景下果實的采摘。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及采摘機(jī)器人技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域，特別是涉及一種機(jī)器人模糊采摘方法。

背景技術(shù)

我國水果種植面積與產(chǎn)量均占世界總量第一，其中蘋果占比最大，且近幾年平均同比增產(chǎn) 8% ~ 10%；收獲和采摘是蘋果生產(chǎn)中最費力和最耗時的一個環(huán)節(jié)，收獲采摘勞動量約占整個生產(chǎn)勞動量的幾乎一半。為了減輕果農(nóng)的勞動強度和降低采摘成本，蘋果采摘機(jī)器人的開發(fā)和應(yīng)用是一個重要途徑。

目前，市場上沒有商品化的蘋果采摘機(jī)器人產(chǎn)品。由于采摘環(huán)境的非結(jié)構(gòu)性和復(fù)雜性，采摘機(jī)械手爪設(shè)計困難且其采摘動作要依賴于視覺系統(tǒng)對蘋果姿態(tài)和果梗方向的識別；自然狀況下，視覺系統(tǒng)極易受到自然光照的影響，果實識別率和定位精度低；采摘機(jī)器人成本高、實用性低、平均采摘周期長且效率低；另外，機(jī)械臂抓取采摘路徑規(guī)劃難度比較大，很容易與樹枝碰撞和剮蹭，造成蘋果和果樹損傷。

機(jī)器人模糊采摘方法基于果實-果梗-枝條力學(xué)系統(tǒng)的機(jī)理，采用機(jī)械手末端空間復(fù)合采摘動作，只要機(jī)械手的抓取方向與果軸方向在一定的角度范圍內(nèi)，都可以通過機(jī)械手末端的復(fù)合運動，實現(xiàn)蘋果的采摘，減少了視覺系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，抓取采摘路徑規(guī)劃柔性大，機(jī)械手可以根據(jù)采摘目標(biāo)背景環(huán)境確定路徑，以便避開復(fù)雜枝條。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服上述現(xiàn)有蘋果采摘機(jī)器人過度依賴機(jī)器視覺系統(tǒng)對蘋果姿態(tài)和果梗準(zhǔn)確識別、機(jī)械臂抓取采摘路徑規(guī)劃難度大、蘋果末端執(zhí)行器采摘動作效率低、實用性能差等技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種基于機(jī)械手末端空間復(fù)合運動的機(jī)器人模糊采摘方法。

本發(fā)明解決上述現(xiàn)有技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括如下方面：

通過圖像處理獲取果實的位置和果軸方向信息，在保證機(jī)械手的采摘方向和果軸方向夾角α在一定范圍內(nèi)，機(jī)械臂可以根據(jù)目標(biāo)果實周圍的情況進(jìn)行路徑規(guī)劃以確定機(jī)械手的采摘路徑，然后機(jī)械爪抓取采摘目標(biāo)；最后，通過機(jī)械手末端的復(fù)合運動，實現(xiàn)果實采摘。

所述的復(fù)合運動是指機(jī)械手末端相對于抓取方向的偏心轉(zhuǎn)動及前后移動和機(jī)械臂拉運動的復(fù)合，能夠?qū)崿F(xiàn)對果實的拉、扭、掰等動作。

所述夾角α是指三指機(jī)械手中心線方向和果軸方向所成銳角，其中α的范圍為（0°，90°）；

進(jìn)一步，所述的機(jī)械手抓取采摘路徑選取方法為根據(jù)采摘目標(biāo)周圍背景信息，利用路徑規(guī)劃確定避開目標(biāo)果實周圍枝干及果實之間干涉的路徑。

進(jìn)一步，所述復(fù)合動作，其幅度大小由機(jī)械手末端偏心大小及前后位移大小和機(jī)械臂拉動位移大小確定；又偏心大小和位移大小根據(jù)水果的不同種類、不同品種的采摘閥值確定。

所述的采摘閥值是指果實脫離果樹時需要的最大力或力矩等物理量；

上述一種機(jī)器人模糊采摘方法的其它方案是，所述的機(jī)械手末端復(fù)合動作可以根據(jù)不同品種的蘋果，不同種類的球狀類果實進(jìn)行相應(yīng)運動調(diào)整，然后同上述過程類似，進(jìn)行果實的采摘；

所述的不同種類的球狀類果實是指非簇單只類果實，例如（橘子、橙子等）。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢體現(xiàn)在：

1、本發(fā)明提出了模糊采摘的方法，只需要知道果實位置信息和果軸的大致方向，不需要視覺系統(tǒng)對果實姿態(tài)以及果梗位置的準(zhǔn)確識別，極大減少視覺定位和識別精度，且能避免不確定的自然環(huán)境對果實采摘的限制。