基于视觉导航的采摘机器人及控制方法与流程

文档序号:20909774发布日期:2020-05-29 12:57阅读:来源:国知局

技术特征:

1.一种基于视觉导航的采摘机器人,其特征在于,包括:

视觉导航模块,所述视觉导航模块用于对图像信息进行采集,通过实时采集田间的树干信息,将采集的图像数据信息反馈给工控机;

图像处理模块,所述图像处理模块用于对图像数据信息进行处理,利用所述工控机对接收到的图像数据信息进行图像处理;

计算模块,计算图像处理后的图像位姿,根据采摘机器人在田间中相对树干的位置偏差利用模糊控制器计算所述采摘机器人的转向时间;

执行模块,根据所述转向时间控制所述采摘机器人的转向,实现所述采摘机器人自主行走。

2.根据权利要求1所述的基于视觉导航的采摘机器人,其特征在于:所述图像处理模块包括:图像灰度化处理模块、图像二值化及去噪模块、特征点提取与导航基准线生成模块、图像感兴趣区域信息提取模块,其中所述图像灰度化处理模块与所述工控机相连,所述图像灰度化处理模块通过所述图像二值化及去噪模块与所述特征点提取与导航基准线生成模块相连,所述特征点提取与导航基准线生成模块与所述图像感兴趣区域信息提取模块相连。

3.根据权利要求2所述的基于视觉导航的采摘机器人,其特征在于:所述图像二值化及去噪模块利用最大熵阈值方法分割图像,包括用指定像素的结构元素进行形态学开运算,再对图像中所有阈值面积大于设定值的轮廓进行标记,作为下一步轮廓提取的对象,同时将小于所述阈值的斑块噪声去除。

4.根据权利要求3所述的基于视觉导航的采摘机器人,其特征在于:所述特征点提取与导航基准线生成模块中,基于最小正外接矩形的特征点提取方法对所述提取的阈值面积大于设定值的轮廓绘制出最小正外接矩形,计算出最小正外接矩形底边中点的坐标,中点的坐标即为树干与地面的交点,提取作业侧的特征点利用最小二乘法即可拟合出导航基准线。

5.根据权利要求4所述的基于视觉导航的采摘机器人,其特征在于:所述图像感兴趣区域信息提取模块中,采用动态感兴趣区域对单侧树干进行实时跟踪,包括程序开始时对感兴趣区域位置进行初始化,使感兴趣区域中心线位置与图像中心线位置重合,设定多个初始参数:图像中点横坐标、导航线斜率、导航线与x轴截距,在处理第一帧图像时,将树干中点横坐标小于所述图像中点横坐标的树干坐标放到同一个数组中,生成导航线方程。

6.根据权利要求1所述的基于视觉导航的采摘机器人,其特征在于:所述模糊控制器采用双输入单输出的形式,输入量为所述采摘机器人的横向偏差和偏角,输出量为所述采摘机器人的转向时间,对所述输入量和输出量进行模糊化,根据所述采摘机器人在田间相对树干的位置偏差,设定所述横向偏差的范围和偏角的范围,其中所述横向偏差、偏角被划分成多个模糊子集,所述输出量是对所述采摘机器人的转向方向和程度的控制,同样划分为多个模糊子集。

7.根据权利要求1所述的基于视觉导航的采摘机器人,其特征在于:所述采摘机器人包括采收末端,所述采收末端包括固定树干枝条的第一手指以及带动枝条来回振动的第二手指。

8.根据权利要求7所述的基于视觉导航的采摘机器人,其特征在于:所述第二手指通过曲柄摇杆装置与动力装置相连。

9.根据权利要求7所述的基于视觉导航的采摘机器人,其特征在于:所述采收末端固定在移动模块上,所述移动模块包括与所述采收末端连接的滑块,所述滑块可滑动的设置在第一轨道上,所述第一轨道可滑动的设置在第二导轨上,所述第一轨道的延伸方向与所述第二轨道的延伸方向相互垂直。

10.根据权利要求1所述的基于视觉导航的采摘机器人,其特征在于:所述采摘机器人包括第一转向动力装置、第一钢丝绳、第一转向离合器以及第二转向动力装置、第二钢丝绳、第二右转向离合器,其中所述第一转向动力装置通过所述第一钢丝绳与所述第一转向离合器的第一拨叉相连,所述第二转向动力装置通过所述第二钢丝绳与所述第二转向离合器的第二拨叉相连,所述第一拨叉和所述第二拨叉通过伸缩件相连。

11.根据权利要求1所述的基于视觉导航的采摘机器人,其特征在于:所述采摘机器人包括履带式底盘车,所述履带式底盘车上设有相机框架,所述摄像头安放在所述相机框架上。

12.一种基于视觉导航的采摘机器人的控制方法,其特征在于,包括如下步骤:

实时采集田间的树干信息,将采集的图像数据信息反馈给工控机;

利用所述工控机对接收到的图像数据信息进行图像处理;

计算图像处理后的图像位姿,根据采摘机器人在田间中相对树干的位置偏差利用模糊控制器计算所述采摘机器人的转向时间;

根据所述转向时间控制所述采摘机器人的转向,实现所述采摘机器人自主行走。


技术总结
本发明涉及一种基于视觉导航的采摘机器人及控制方法,包括:视觉导航模块,所述视觉导航模块用于对图像信息进行采集,通过实时采集田间的树干信息,将采集的图像数据信息反馈给工控机;图像处理模块,所述图像处理模块用于对图像数据信息进行处理,利用所述工控机对接收到的图像数据信息进行图像处理;计算模块,计算图像处理后的图像位姿,根据采摘机器人在田间中相对树干的位置偏差利用模糊控制器计算所述采摘机器人的转向时间;执行模块,根据所述转向时间控制所述采摘机器人的转向,实现所述采摘机器人自主行走。本发明精度高,识别速率快,鲁棒性强。

技术研发人员:李伟;张文强;王蓬勃;耿长兴;马跃
受保护的技术使用者:苏州博田自动化技术有限公司
技术研发日:2019.12.28
技术公布日:2020.05.29
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