[發明專利]一種基于視覺伺服的采摘機器人控制系統及控制方法

有效

• 申請號: 202010584519.4
• 申請日: 2020-06-24
• 公開（公告）號: CN111673755B
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發明（設計）人: 史穎剛;劉利;張煒;喬欣;楊田;方文虎;李凱;崔永杰
• 申請（專利權）人: 西北農林科技大學
• 主分類號: B25J9/18
• 分類號: B25J9/18;A01D46/30
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種基于視覺伺服的采摘機器人控制系統及控制方法，其特征在于，包括主控制器，以及分別與所述主控制器連接的底盤控制模塊、視覺模塊、導航定位模塊、機械臂控制模塊和機械爪控制模塊；所述視覺模塊包括單目視覺模塊和雙目視覺模塊，所述雙目視覺模塊為采摘機器人提供全局視野以確定采摘停靠點并輔助所述導航定位模塊工作，所述單目視覺模塊為采摘機器人提供采摘停靠點周圍采摘作業空間內被采摘果實的位置。本發明能夠減少視覺測量精度和機械臂定位精度對采摘作業成功率的影響，可以同時兼顧采摘速度和效率。

技術領域

本發明屬于農業機器人控制技術領域，具體涉及一種基于視覺伺服的采摘機器人控制系統及控制方法。

背景技術

隨著科技的發展，農業機械智能化程度不斷提高，使用機器人代替人工已經成為現代農業發展的趨勢。選擇性果實收獲是最耗時費力的農業作業環節之一，近40年來，人類一直試圖采用機器人從事這一工作。但由于作業環境復雜，作業對象的物理參數非結構化，有幾項關鍵因素影響選擇性果實收獲機器人的作業效果，其中之一是目標果實識別定位單元和采摘執行部件的精準協同作業，也就是手眼協同作業系統。

傳統的手眼協調作業系統中，主要包括“eye to hand”和“eye in hand”兩種方式。然而，基于“eye to hand”的手眼協調作業系統中，機械臂運動會導致目標物體遮蔽，當環境改變或相機移動時需要重新標定相機，視覺系統和機械系統的精度也會影響到作業成功率、作業精度和成本。在“eye in hand”的手眼協調作業系統的視野小，需要不斷調用攝像頭圖像的處理結果，反饋控制機械臂，機器人易抖動，影響系統的控制穩定性和采摘速度。

發明內容

為了同時兼顧自動化采摘過程中的作業精度和作業速度，達到快速高效采摘果蔬的效果，本發明設計了一種基于視覺伺服的采摘機器人控制系統及控制方法。

為了實現上述目的，本發明一方面采用了以下方案：

一種基于視覺伺服的采摘機器人控制系統，包括主控制器，以及分別與所述主控制器連接的底盤控制模塊、視覺模塊、導航定位模塊、機械臂控制模塊和機械爪控制模塊；所述視覺模塊包括單目視覺模塊和雙目視覺模塊，所述雙目視覺模塊為采摘機器人提供全局視野以確定采摘停靠點并輔助所述導航定位模塊工作，所述單目視覺模塊為采摘機器人提供采摘停靠點周圍采摘作業空間內被采摘果實的位置。

進一步，所述雙目視覺模塊包含雙目相機和雙目視覺處理器，所述雙目視覺處理器與所述主控制器連接并對所述雙目相機傳回的圖像進行處理。

進一步，所述單目視覺模塊包括單目相機和單目視覺處理器，所述單目視覺處理器與所述主控制器連接并對所述單目相機傳回的圖像進行處理。

進一步，所述雙目視覺處理器和所述單目視覺處理器采用同一個視覺處理器，所述視覺處理器為工控機。

進一步，所述雙目相機安裝在機械臂的基座正前方，所述單目相機安裝在所述機械臂的末端機械爪的中心位置。

進一步，還包括光電開關，所述光電開關安裝在所述末端機械爪的中心位置且與所述主控制器連接。

進一步，所述底盤控制模塊包括底盤電機控制器和輪轂電機，所述底盤電機控制器和輪轂電機各有兩個且一一對應；所述輪轂電機配置有相應的光電編碼器。

進一步，所述機械臂控制模塊包括腰部電機、肩部電機、肘部電機以及對應的電機控制器和霍爾傳感器，所述霍爾傳感器與所述主控制器相連以獲取相應電機的位置信息。

進一步，所述機械爪控制模塊包括舵機控制器及腕部舵機和手爪舵機，以控制所述機械臂腕部關節的運動及末端機械爪的開合。

另一方面，本發明還公開了一種基于視覺伺服的采摘機器人控制方法，包括以下步驟：