[發(fā)明專利]具有水果成熟度辨別功能的機(jī)器人手臂裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011029395.X
• 申請(qǐng)日: 2020-09-27
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN112136506A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉然;翟士朋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱理工大學(xué)
• 主分類號(hào): A01D46/30
• 分類號(hào): A01D46/30;G01L5/00;G01N21/84;G06K9/00
• 代理公司: 長(zhǎng)春眾邦菁華知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 22214
• 代理人: 張偉

本發(fā)明涉及一種具有水果成熟度辨別功能的機(jī)器人手臂裝置，屬于農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，解決了現(xiàn)有技術(shù)中采摘機(jī)器人對(duì)不同成熟度的蘋果辨別能力較差且在采摘過(guò)程中易造成果皮破損的問(wèn)題；包括機(jī)械臂機(jī)構(gòu)、柔性手爪機(jī)構(gòu)、RGBD攝像頭和控制臺(tái)，其中機(jī)械臂機(jī)構(gòu)包括第一機(jī)械臂和第二機(jī)械臂，柔性手爪機(jī)構(gòu)包括柔性指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)和用于控制柔性指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)抓取動(dòng)作的手爪舵機(jī)，柔性指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)包括三個(gè)呈包絡(luò)狀的柔性指，且每一個(gè)柔性指與水果接觸的一側(cè)設(shè)有柔性薄膜壓力傳感器；控制臺(tái)包括控制模塊和水果成熟度辨別模塊。本發(fā)明不但可以準(zhǔn)確的識(shí)別出成熟可采摘的果實(shí)，而且保證在采摘蘋果的同時(shí)保證果皮不會(huì)破損，極大的節(jié)約了采摘未成熟蘋果所造成的浪費(fèi)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種具有水果成熟度辨別功能的機(jī)器人手臂裝置。

背景技術(shù)

我國(guó)蘋果產(chǎn)量和栽培面積均居世界第一，是傳統(tǒng)優(yōu)勢(shì)出口產(chǎn)品。在蘋果的生產(chǎn)中，采摘作業(yè)是最費(fèi)力、最耗時(shí)的一個(gè)環(huán)節(jié)。目前蘋果采摘作業(yè)主要由人工完成，需要大量的勞動(dòng)力，隨著社會(huì)人口老齡化的不斷加深，存在采摘效率低、成本高、勞動(dòng)量大等問(wèn)題。一般蘋果的機(jī)械化采摘，通過(guò)振動(dòng)使蘋果樹(shù)上的果實(shí)掉落，甚至使用大面積拔除的方法，無(wú)法針對(duì)果實(shí)的具體的成熟度、大小等差異，致使果實(shí)的品質(zhì)受到很大的影響。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人正逐步替代人工采摘作業(yè)，這使得蘋果采摘機(jī)器人成為現(xiàn)代生產(chǎn)的重要需求。

現(xiàn)有技術(shù)中蘋果采摘機(jī)械手結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)成本高，機(jī)械手在采摘蘋果時(shí)容易造成果皮破損甚至破壞果肉，對(duì)果實(shí)的質(zhì)量造成嚴(yán)重的影響，同時(shí)傳統(tǒng)的蘋果采摘機(jī)械手智能程度較低，不具備識(shí)別蘋果成熟度的能力，容易采摘未成熟的果實(shí)，這樣不但影響蘋果采摘效率，同時(shí)會(huì)對(duì)種植果樹(shù)的商家造成損失。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)中蘋果采摘機(jī)械手存在的結(jié)構(gòu)復(fù)雜、生產(chǎn)成本高以及容易造成果皮破損甚至破壞果肉，對(duì)果實(shí)的質(zhì)量造成嚴(yán)重的影響，不具備識(shí)別蘋果成熟度的能力，容易采摘未成熟的果實(shí)的問(wèn)題，提供一種具有水果成熟度辨別功能的機(jī)器人手臂裝置，該裝置可以應(yīng)用于蘋果等水果的采摘機(jī)器人領(lǐng)域。

為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明采取如下的技術(shù)方案：

一種具有水果成熟度辨別功能的機(jī)器人手臂裝置，包括機(jī)械臂機(jī)構(gòu)、柔性手爪機(jī)構(gòu)、RGBD攝像頭和控制臺(tái)，所述機(jī)械臂機(jī)構(gòu)包括第一機(jī)械臂和第二機(jī)械臂；

所述第一機(jī)械臂的第一端與安裝在機(jī)械臂塔臺(tái)上的第一舵機(jī)的輸出軸固定連接，所述第一機(jī)械臂的第二端通過(guò)第一機(jī)械關(guān)節(jié)與所述第二機(jī)械臂的第一端連接，所述第二機(jī)械臂的第二端通過(guò)第二機(jī)械關(guān)節(jié)與所述柔性手爪機(jī)構(gòu)連接，所述第一機(jī)械關(guān)節(jié)和所述第二機(jī)械關(guān)節(jié)分別設(shè)有第二舵機(jī)和第三舵機(jī)，所述第一舵機(jī)、所述第二舵機(jī)和所述第三舵機(jī)分別與所述控制臺(tái)電連接；

所述柔性手爪機(jī)構(gòu)包括柔性指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)和用于控制所述柔性指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)抓取動(dòng)作的手爪舵機(jī)，所述柔性指關(guān)節(jié)機(jī)構(gòu)包括三個(gè)呈包絡(luò)狀的柔性指，且每一個(gè)所述柔性指與水果接觸的一側(cè)設(shè)有柔性薄膜壓力傳感器，所述柔性薄膜壓力傳感器和所述手爪舵機(jī)分別與所述控制臺(tái)電連接；

所述RGBD攝像頭固定安裝在云臺(tái)上，所述云臺(tái)通過(guò)支架與所述機(jī)械臂塔臺(tái)連接，且所述RGBD攝像頭和所述云臺(tái)分別與所述控制臺(tái)電連接；

所述控制臺(tái)包括控制模塊和水果成熟度辨別模塊，所述水果成熟度辨別模塊利用訓(xùn)練好的LeNet-5卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對(duì)所述RGBD攝像頭采集的水果圖片進(jìn)行識(shí)別，并將識(shí)別結(jié)果發(fā)送至所述控制模塊，所述控制模塊根據(jù)所述識(shí)別結(jié)果和所述RGBD攝像頭采集的水果圖片控制所述第一舵機(jī)、所述第二舵機(jī)、所述第三舵機(jī)和所述手爪舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，完成對(duì)目標(biāo)成熟水果的抓取動(dòng)作，同時(shí)所述控制模塊接收所述柔性薄膜壓力傳感器發(fā)送的傳感數(shù)據(jù)，并根據(jù)所述傳感數(shù)據(jù)調(diào)整所述手爪舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)具有以下有益效果：