一种基于机器视觉的白芦笋采收机器人及采收方法

摘要

本发明提供了一种基于机器视觉的白芦笋采收机器人及采收方法，包括机架、行走装置、导向装置、定位装置、采收装置、收集装置和控制系统。行走装置用于驱动机器人行走；导向装置用于对机器人沿垄行走时的辅助导向；定位装置用于待采收白芦笋的定位并驱动采收装置到达采收位置；收集装置用于对采收完毕的白芦笋的收集；控制系统用于控制选择性白芦笋采收机器人完成行走、定位、采收、集箱等动作；采收装置包括横切式采收器头和夹切式采收器头两种技术方案，用于白芦笋的切根、夹持并带出土壤。本发明采用智能控制实现白芦笋的自动检测、定位、切根、夹持、拔取和集箱等一体化作业；采用横切式采收头或夹切式采收头，简化了采收步骤，提高了采收效率。

主权项

一种基于机器视觉的白芦笋采收机器人，其特征在于包括：机架、行走装置、导向装置、定位装置、采收装置、收集装置和控制系统组成；所述的行走装置包括行进轮、万向轮、驱动电机、蜗轮蜗杆变速器、传动轴、链轮、链条、行进轮支座、万向轮支座、传动轴支座；所述的行进轮为两个，分别通过行进轮支座固定在机架的后半部分，作为选择性白芦笋采收机器人行进的驱动轮总成；所述的万向轮为两个，分别通过万向轮支座对称固定在机架的前半部分，实现机器人行走过程中的转向；所述的驱动电机固定在机架的横梁上，驱动电机输出轴与蜗轮蜗杆变速器输入端相连并与两行进轮的连线保持垂直；所述的蜗轮蜗杆变速器通过螺栓固定在机架上，与驱动电机的输出轴通过花键连接，用以改变驱动电机输出扭矩的方向；所述的传动轴为中间部分有键槽，中间通过花键固定在蜗轮蜗杆变速器输出端，两端通过传动轴支座固定在机架上并与两行进轮连线平行；所述的链轮为四个，分别通过轴承固定在两行进轮上和传动轴两端，用于为行进轮传递动力；所述的链条与链轮配合，传递动力；所述的行进轮支座为两个，分别通过螺栓对称固定在机架后半部分下表面的两侧；所述的万向轮支座为两个，分别通过螺栓对称固定在机架前半部分下表面的两侧；所述的传动轴支座为两个，分别通过螺栓对称固定在机架后半部分上表面的两侧；所述的导向装置包括导向板、导向架；所述的导向架为左右两个，分别通过螺栓对称固定在机架的两侧，导向架与竖直方向成一定夹角；所述的导向板为左右两个，分别固定在导向架上，并与白芦笋田垄的两侧面保持平行；所述的定位装置包括支撑架、外箱体、箱体帘、定位直线导轨模组；所述的支撑架为两个门型结构，对称固定在机架中间部分的两侧；所述的外箱体为只有四个侧面的壳体，罩住两支撑架并固定在机架上；所述的箱体帘通过铆钉固定在外箱体下半部分的四周和外箱体镂空的一侧，箱体帘的下摆部分与田垄相接，为采收区域构建结构光环境；所述的定位直线导轨模组分为横向定位模组和纵向定位模组，其中两根横向定位模组通过螺栓平行固定在支撑架的上表面，纵向定位模组通过螺栓固定在上述两根横向定位模组的滑块上并与横向定位模组保持垂直，通过定位直线导轨模组的驱动可以实现在水平面上横向、纵向两个正交轴方向的定位；所述的收集装置包括传送板、收集筐；所述的传送板为一倒“V”结构，固定在机架前半部分，传送板中间为镂空，方便卸土；所述的收集筐一共有三个，其中两个对称悬挂在机架两侧，并与传送板保持在同一水平线上，接收从传送板滑下的白芦笋；另一个收集筐固定在机架的后半部分；所述的控制系统包括控制箱、相机、平行光源、剪切减速电机、夹持减速电机、旋转电机、驱动电机、电源、定位直线导轨模组、采收直线导轨模组；所述的控制箱包括控制器、电机驱动器，固定在机架上，主要实现图形图像处理、电机控制、通讯等功能；所述的控制器可由单片机、微处理器、工控机等其他具备同等处理能力设备和I/O驱动接口电路构成；所述的电机驱动器，根据电机类型选用不同型号的交、直流电机驱动器、步进电机驱动器、伺服电机驱动器等，接收由控制器发出的控制信号，驱动电机转动；所述的相机固定在上述纵向定位模组滑块的下端面上，用以拍照采集采收区域的图像信息；所述的相机在采收区域通过控制器控制电子快门；所述的平行光源固定在两支撑架下端面上，为相机提供拍摄光源；所述的剪切减速电机、夹持减速电机、旋转电机可和驱动电机配合定位直线导轨模组、采收直线导轨模组，用以实现白芦笋的精确定位、剪切和夹持操作，其中剪切减速电机、夹持减速电机、旋转电机可采用满足定位精度要求的步进电机、伺服电机等类型的电机；所述的电源可为控制系统的工作提供电能；所述的采收装置包括横切式采收器、剪切减速电机、夹持减速电机、采收直线导轨模组；所述的横切式采收器通过轴承套固定在采收直线导轨模组的滑块上；所述的剪切减速电机通过螺栓固定在采收直线导轨模组的滑块上，剪切减速电机输出轴与横切式采收器剪切中间轴相连；所述的夹持减速电机分为两个，分别通过螺栓固定在采收直线导轨模组的滑块上；所述的一个夹持减速电机通过齿轮与横切式采收器的夹持中间轴传动联接，带动夹持中间轴旋转；所述的另一个夹持减速电机通过齿轮与横切式采收器的外壳体传动联接，带动外壳体旋转；所述的采收直线导轨模组通过螺栓与定位装置中纵向定位模组滑块的侧面连接，实现横切式采收器的上下移动。