一种果蔬采摘机器人控制系统

1.本发明涉及机器人控制领域，尤其是涉及一种果蔬采摘机器人控制系统。


背景技术：

2.在果蔬种植领域中，果蔬成熟后的果蔬采摘是果农最为关心的问题。采用传统人工采摘劳动人员辛苦，且人体劳动强度有限，因此，果蔬采摘机器人的出现大大减轻了工人的工作量，提高了果蔬采摘的工作效率，果蔬采摘机器人已经成为代替人工采摘的重要工具；但是使用传统的控制系统对果蔬采摘机器人的控制精度以及控制效率很难达到使用要求，同时对于多臂协同作业的果蔬采摘机器人控制程序复杂，容易产生软件漏洞且不易被发现，控制精度低，运行效率低等问题。
3.本发明实施例的目的在于提供一种多臂协同采摘的果蔬采摘机器人控制系统，旨在解决传统的控制对果蔬采摘机器人的控制精度以及控制效率很难达到的要求，以及传统采摘机器人控制采摘速度慢的问题。


技术实现要素：

4.本发明采用的技术方案为一种果蔬采摘机器人控制系统，包括远程遥控控制端和机器人本体端，远程遥控控制端和机器人本体端进行交互连接，机器人本体端为果蔬采摘机器人；所述的远程遥控控制端通过远程遥控器控制果蔬采摘机器人进行移动、采摘以及采摘平台升降；所述的机器人本体端包括：用于控制机械臂运动的机械臂运动控制模块，用于控制采摘爪运动的采摘爪控制模块，用于控制采摘平台升降的平台升降控制模块，用于控制果蔬采摘机器人的图像采集和扫描数据的视觉感知模块，用于控制果蔬采摘机器人行驶移动的移动控制模块，用于控制果蔬采摘机器人自主移动导航的自主导航模块，电机驱动模块和数据采集控制模块。
5.进一步地，机械臂运动控制模块中的机械臂结构包括柔性机械臂和刚性机械臂；刚性机械臂包括驱动电机、导向杆，驱动电机与导向杆连接；柔性机械臂包括驱动丝电机、驱动丝，驱动丝电机与驱动丝连接。
6.进一步地，柔性机械臂和刚性机械臂的数量为两个或者两个以上，所有柔性机械臂和刚性机械臂能够同时进行采摘作业，同时完成对果蔬的采摘。
7.进一步地，采摘爪控制模块中的采摘爪包括刚性采摘爪、柔性采摘爪；刚性采摘爪包括刚性爪驱动电机、刚性爪，刚性爪驱动电机与刚性爪连接；柔性爪包括柔性爪手指；采摘爪完成对果蔬的抓取。
8.进一步地，所述的平台升降控制模块包括升降平台以及举升电机，升降平台由举升电机控制；升降平台上放置有采摘机械臂、视觉感知模块、自主导航模块，采摘机械臂能够随升降平台一起运动。
9.进一步地，所述的视觉感知模块包括双目相机、结构光红外相机、图像采集卡，图像采集卡将双目相机和结构光红外相机扫描得到数据转换成数字信号，并以相应的格式进
行存储；双目相机、结构光红外相机获取图像深度距离信息，为果蔬采摘机器人提供果实位置三维信息，果蔬采摘机器人根据果实三维坐标信息实现对果实的采摘。
10.进一步地，移动控制模块能够实现控制采摘机器人的移动，果蔬采摘机器人移动加减速，果蔬采摘机器人转向以及果蔬采摘机器人的急停控制功能。
11.进一步地，所述的自主导航模块包括双目相机、结构光相机、图像处理器，路径规划模块，双目相机、结构光相机采集果蔬采摘机器人周围图像，双目相机、结构光相机能够获取图像中三维信息，双目相机、结构光相机为果蔬采摘机器人提供周围环境三维信息，实现对果蔬采摘机器人对环境的感知；图像处理器实时处理双目相机和结构光相机采集的数据，根据采集的数据实时规划果蔬采摘机器人的运动轨迹。
12.进一步地，所述的电机驱动模块包括电机驱动器及编码器，电机驱动模块与数据采集控制模块进行交换数据，执行控制指令，完成驱动果蔬采摘机器人执行相应动作。
13.进一步地，一种果蔬采摘机器人控制方法，采用上述的控制系统，包括远程遥控控制模式和自主导航控制两种模式；
14.远程遥控控制模式由遥控手柄、遥控显示屏、视觉感知模块、机械臂运动控制系统、机器人本体端组成；具体步骤如下：
15.1)打开控制系统对程序进行自检，检查控制系统是否完好；
16.2)遥控手柄连接控制系统，显示屏连接控制系统，机器人本体端的控制系统完成初始化；
17.3)操控遥控手柄控制果蔬采摘机器人向前移动，以及控制升降平台移动；
18.4)视觉感知模块自动实时处理获得的环境信息，并将获取果蔬的三维坐标发送给机械臂运动控制模块，显示屏显示视觉感知模块传递过来的信息；
19.5)操控遥控手柄，发送果蔬采摘指令，驱动果蔬采摘机器人对果蔬进行采摘；
20.6)操控遥控手柄继续驱动果蔬采摘机器人继续前进；
21.7)重复步骤3～6实现遥控操作采摘机器人对果实进行采摘；
22.所述的自主导航采摘模式由视觉感知模块、电机驱动模块、自主导航模块、机械臂运动控制模块，其所有模块均载于机器人本体端，具体步骤如下：
23.1)打开控制系统对程序进行自检，检查系统是否完好；
24.2)采摘控制系统完成初始化；
25.3)视觉感知模块实时处理环境信息，根据获取到的图像信息控制控制果蔬采摘机器人的前进移动速度，以及控制果蔬采摘机器人的启停；
26.4)视觉感知模块自动实时处理获得的环境信息，并将获取果蔬三维坐标发送给机械臂运动控制模块；
27.5)机械臂运动控制模块根据视觉感知模块传递过来的信息实现对果蔬的自动采摘；
28.6)重复步骤3)～5)，实现果蔬采摘机器人对果蔬自动导航采摘。
29.本发明的有益之处至少包括：
30.(1)本发明所提出的控制方法能够同时对多个采摘机械臂进行控制，实现了多臂协同采收，显著性提高了果蔬采摘机器人工作效率；
31.(2)本发明提出的控制方法能够具有远程遥控模式和自主导航采摘模式，能够根
据具体环境进行选择，具有良好的环境适应性；
32.(3)本发明解决了传统控制方法对果实采摘机器人控制精度低以及控制效率低等问题，此外，本发明结构简单，操作方便，能大幅度果蔬采摘机器人使用成本；
附图说明
33.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
34.图1为本发明所提供的果蔬采摘机器人控制系统结构图；
35.图2为本发明所提供的果蔬采摘机器人控制系统控制方法流程图；
具体实施方式
36.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
37.在本发明的描述中,需要理解的是,术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系,仅是为了使于描述本发明和简化描述,而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作,因此不能理解为对本发明的限制。
38.此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上。
39.参考附图1，一种果蔬采摘机器人控制系统，包括远程遥控控制端和机器人本体端，所述的远程遥控控制端通过远程遥控器控制采摘机器人进行移动、采摘、采摘平台升降等操作；所述的机器人本体端包括：用于控制机械臂运动的机械臂运动控制模块，用于控制采摘爪运动的采摘爪控制模块，用于控制采摘平台升降的平台升降控制模块，用于机器人采集图像和扫描数据的视觉感知模块，用于控制行驶移动的采摘机器人移动控制模块，用于机器人自主导航模块，电机驱动模块等；
40.所述的机械臂运动控制模块中的机械臂结构包括柔性机械臂和刚性机械臂但不限于以上机械臂结构；刚性机械臂包括驱动电机、导向杆；柔性机械臂包括驱动丝电机、驱动丝等；
41.本实施例中，所述的机械臂的数量为两个，两个机械臂分别布置与升降平台的两侧，两侧机械臂可以同时进行协同作业，同时完成对果实的采摘；
42.所述的采摘爪控制模块中的采摘爪包括刚性采摘爪、柔性采摘爪但不限于以上采摘爪结构；刚性采摘爪包括驱动电机、刚性爪；柔性爪包括柔性爪手指；采摘爪完成对果实抓取操作；本实施例中，采摘爪采用柔性采摘爪，由八个柔性采摘手指构成，八个采摘手指
完成对果实采摘；
43.本实施例中，所述的平台升降模块包括升降平台，以及举升电机；升降平台上放置采摘机械臂，采摘机械臂跟随升降平台一起运动；平台升降模块通过控制举升电机的工作控制平台升起与降低；
44.本实施例中，所述的视觉感知模块包括双目相机、结构光红外相机、图像采集卡但不限于以上图像感知元件，图像采集卡将全景相机和结构光相机扫描得到数据转换成数字信号，以相应的格式进行存储；
45.本实施例中，所述的采摘机器人移动控制模块，其特征在于，移动控制模块包括控制采摘机器人的移动、采摘机器人移动加减速、采摘机器人转向控制以及采摘机器人急停控制；
46.本实施例中，所述的自主导航模块包括双目相机、结构光相机、图像处理器，路径规划模块，图像处理器实时处理全景相机和结构光相机采集的数据，根据采集的数据实时规划采摘机器人的运动轨迹；
47.本实施例中，所述的电机驱动模块包括电机驱动器及编码器，驱动模块与数据采集控制模块进行交换数据，执行控制指令，完成驱动机器人执行相应动作；
48.参见附图2，一种果蔬采摘机器人控制方法，采用上述的控制系统，包括远程遥控模式和自动导航采摘两种模式；
49.本实施例中，远程遥控模式由遥控手柄、视觉感知模块、机械臂运动控制系统、采摘机器人本体等组成；具体步骤如下：
50.1)打开控制系统对程序进行自检，检查系统是否完好；
51.2)遥控手柄连接控制系统，显示屏连接控制系统，机器人控制系统完成初始化；
52.3)人操控遥控手柄控制采摘机器人向前移动，以及控制升降平台移动到合适位置；
53.4)视觉感知模块自动实时处理获得的环境信息，并将获取果实三维坐标发送给机械臂运动控制模块，显示屏显示视觉感知模块传递过来的信息；
54.5)人操控遥控手柄，发送采摘指令，驱动采摘机器人对果实进行采摘；
55.6)人操控遥控手柄继续驱动采摘机器人继续前进；
56.7)重复3～6实现遥控操作采摘机器人对果实进行采摘；
57.本实施例中，自动导航采摘模式由视觉感知模块、驱动模块等，其所有模块均载于机器人本体，具体步骤如下：
58.1)打开控制系统对程序进行自检，检查系统是否完好；
59.2)采摘控制系统完成初始化；
60.3)视觉感知模块实时处理环境信息，根据获取到的图像信息控制控制采摘机器人前进移动速度，以及控制机器人的启停；
61.4)视觉感知模块自动实时处理获得的环境信息，并将获取果实三维坐标发送给机械臂运动控制模块；
62.5)机械臂运动控制模块根据视觉感知模块传递过来的信息实现对果实的自动采摘；
63.6)重复步骤3～5，实现果蔬采摘机器人对果实自动导航采摘；
64.在本发明的描述中,需要说明的是,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接:可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。