仿生农作物采摘机器人

摘要

一种仿生农作物采摘机器人，包括基于气动人工肌肉的采摘管道，用于通入采摘管道内空腔的空气压力发生器，用于对通入各采摘管道内空腔的空气压力进行控制的气动压力比例控制阀，用于对通入各采摘管道内空腔的空气压力进行检测的压力传感器，用于对各气动压力比例控制阀进行协调控制的气动压力比例控制器，用于吸入采摘对象的脉冲式真空发生模块，用于控制执行采摘动作的采摘控制子系统，用于收集采摘对象容器，用于进行智能视频分析、自主导航和控制基于气动人工肌肉的采摘管道动作的微处理器和用于在采摘农作物区域内行走的采摘机器人的行走部分。本发明自然柔顺性好、机构简单、控制复杂度低、采摘效率高、环境适应性好、制造和维护成本低。

主权项

一种仿生农作物采摘机器人，其特征在于：包括基于气动人工肌肉的采摘管道，用于通入采摘管道内空腔的空气压力发生器，用于对通入各采摘管道内空腔的空气压力进行控制的气动压力比例控制阀，用于对通入各采摘管道内空腔的空气压力进行检测的压力传感器，用于对各气动压力比例控制阀进行协调控制的气动压力比例控制器，用于吸入采摘对象的脉冲式真空发生模块，用于控制执行采摘动作的采摘控制子系统，用于收集采摘对象容器，用于进行智能视频分析、自主导航和控制基于气动人工肌肉的采摘管道动作的微处理器和用于在采摘农作物区域内行走的采摘机器人的行走部分，其中，双目立体全景视觉传感器，用于获取仿生农作物采摘机器人周边的全景立体视觉视频图像，与所述的微处理器连接；所述的采摘控制子系统，用以控制所述的基于气动人工肌肉的采摘管道的三个自由度的动作，使得采摘口对准采摘对象；当采摘口对准采摘对象时控制所述的脉冲式真空发生模块动作产生脉冲式真空气流将采摘对象吸入到采摘管道中；所述的微处理器包括全景立体图像获取单元、自主导航子系统和智能视频分析子系统，所述的全景立体图像获取单元，用于获取初始化信息和全景立体视频图像；所述的自主导航子系统，用于从所述的双目立体全景视觉传感器获取的全景立体视觉视频图像，解析仿生农作物采摘机器人周围的地域环境，完成路径规划和避障任务；所述的智能视频分析子系统，用于从所述的双目立体全景视觉传感器获取的全景立体视觉视频图像，从全景立体视觉视频图像中解析出采摘对象的成熟度、大小以及所处的空间位置，为精细化、智能化采摘提供采摘口的空间位置信息；所述的基于气动人工肌肉的采摘管道，所述采摘管道的外形呈管三自由度肌肉状，管内分隔成三个互成120°的扇形柱状空腔，通过分别控制三个空腔的压力来实现沿中心轴Z方向的伸缩及任意一个方向的弯曲，实现三个自由度的控制；在所述的基于气动人工肌肉的采摘管道的内外管壁的橡胶基体中，夹有芳香族聚酰胺增强纤维，纤维走向与肌肉的轴向有一夹角α，考虑到所述的基于气动人工肌肉的采摘管道的柔软性，将夹角α设计为70°～80°；这样由于纤维单方向增强效果的影响，沿垂直于纤维方向的变形比沿纤维方向变形容易得多；将所述的基于气动人工肌肉的采摘管道分成若干个部件，包括管道终端、管道终端密封体、管道本体、管道连接密封体、管道连接法兰和通气管；其组装过程是：首先，将所述的管道终端密封体插入所述的管道本体的一端，接着将所述的管道终端盖住所述的管道终端密封体并用自攻螺钉将所述的管道终端密封体和所述的管道本体的一端固定在一起；将所述的管道连接密封体插入所述的管道本体的另一端，接着将所述的管道连接法兰的三个孔对准所述的管道连接密封体的三个孔并盖住，然后将所述的管道连接密封体和所述的管道本体的另一端固定连接在一起，最后将三根通气管分别插入所述的管道连接法兰的三个孔中；组装后的所述的基于气动人工肌肉的采摘管道中的采摘通道是上下连通的；所述的基于气动人工肌肉的采摘管道中的三个空腔只与三根通气管分别对应连通，空腔与外界保持密封状态。