一种基于机器视觉的花椒采摘机器人.pdf

《一种基于机器视觉的花椒采摘机器人.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种基于机器视觉的花椒采摘机器人.pdf（8页完整版）》请在专利查询网上搜索。

1、(10)授权公告号 CN 204132001 U (45)授权公告日 2015.02.04 CN 204132001 U (21)申请号 201420552548.2 (22)申请日 2014.09.25 A01D 46/30(2006.01) (73)专利权人 甘肃农业大学 地址 730000 甘肃省兰州市安宁区营门村 1 号 (72)发明人 万芳新 黄晓鹏 贺志洋 同长虹 (74)专利代理机构 北京中恒高博知识产权代理 有限公司 11249 代理人 刘洪京 (54) 实用新型名称 一种基于机器视觉的花椒采摘机器人 (57) 摘要 本实用新型公开一种基于机器视觉的花椒采 摘机器人， 包括行走。

2、机构、 视觉识别定位装置、 采 摘装置、 收集装置、 控制装置， 所述行走机构由四 个车轮、 底盘、 两个蜗轮减速电机、 轴承座构成， 涡 蜗轮减速电机通过电机座固定于底盘下面， 其动 力输出轴通过联轴器、 轴承与后轮连接， 通过轴承 座固定在底盘上 ； 所述底盘中部固定有 5 自由度 机械臂构成的采摘装置， 所述采摘装置的小臂上 固定有视觉识别定位装置， 所述底盘前端固定把 手， 所述底盘前侧固定有收集装置， 所述底盘后端 固定有控制装置。本实用新型能够对花椒果实进 行自动识别定位， 采摘收集。具有生产效率高， 自 动化程度高， 人力劳动减少的特点。 (51)Int.Cl. (ESM)同样的。

3、发明创造已同日申请发明专利 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)实用新型专利 权利要求书1页 说明书3页 附图3页 (10)授权公告号 CN 204132001 U CN 204132001 U 1/1 页 2 1. 一种基于机器视觉的花椒采摘机器人， 包括行走机构、 视觉识别定位装置、 采摘装 置、 收集装置、 控制装置， 其特征在于 ： 所述行走机构由四个车轮、 底盘、 两个蜗轮减速电机、 轴承座构成， 蜗轮减速电机通过电机座固定于底盘下面， 其动力输出轴通过联轴器、 轴承与 后轮连接， 通过轴承座固定在底盘上 ； 所述底盘中部固。

4、定有 5 自由度机械臂构成的采摘装 置， 所述采摘装置的小臂上固定有视觉识别定位装置， 所述底盘前端固定把手， 所述底盘前 侧固定有收集装置， 所述底盘后端固定有控制装置。 2.根据权利要求1所述的一种基于机器视觉的花椒采摘机器人， 其特征在于， 所述5自 由度机械臂由支柱、 大臂、 小臂、 腕部关节和相对应的伺服驱动电机组成， 支柱下端与底盘 通过螺栓固定， 支柱上安装有伺服电机四， 伺服电机四通过谐波齿轮减速安装有支座连接， 支座通过谐波减速齿轮与大臂连接， 连接处装有伺服电机一 ； 大臂与小臂活动连接， 关节处 装有伺服电机二， 小臂和腕部关节连接， 关节处安装有伺服电机三， 腕部关节上。

5、装有针对花 椒果实的末端执行器。 3. 根据权利要求 2 所述的一种基于机器视觉的花椒采摘机器人， 其特征在于， 所述末 端执行器由定梳齿、 动梳齿、 皮带、 皮带轮一、 皮带轮二、 直流电机和机架构成， 机架侧端焊 接有安装接头， 动梳齿通过轴承、 轴承座安装在在机架上， 在动梳齿轴的一端固定有皮带轮 一， 机架的侧面安装有直流电机， 直流电机动力输出轴安装有皮带轮二， 与动梳齿轴上的皮 带轮一通过皮带连接， 定梳齿固定在机架上。 4. 根据权利要求 1 所述的一种基于机器视觉的花椒采摘机器人， 其特征在于， 所述视 觉识别定位装置由双相机和图像识别定位模块组成， 双 CCD 相机安装小臂上。

6、， 图像识别定 位模块安装在电子控制箱内 ； 双 CCD 相机获取图像后传输给图像识别定位模块， 图像识别 定位模块对图像进行滤除背景、 腐蚀、 膨胀、 左右图像标定、 定位、 建立空间坐标模型处理， 把花椒果实串的空间坐标传送给控制装置。 5. 根据权利要求 1 所述的一种基于机器视觉的花椒采摘机器人， 其特征在于， 所述收 集装置由风机、 风机电机、 输送管道、 收集箱构成， 输送管道一端与末端执行器相连， 另一端 与收集箱固定， 所述收集箱为内层和外壳构成的抽拉式结构， 所述收集箱内层近风机侧为 网状结构， 在收集箱侧端安装风机。 6. 根据权利要求 1 所述的一种基于机器视觉的花椒采摘。

7、机器人， 其特征在于， 所述控 制装置由电子控制器箱和蓄电池构成， 电子控制器箱包括安装在电子控制器箱内的图像识 别定位模块和电机驱动模块， 图像识别定位模块采集 CCD 相机传输来的图像， 进行处理， 识 别出图像中的花椒果实， 再对其位置坐标计算， 将计算出果实的坐标传输到电机驱动模块 ； 电机驱动模块驱动各伺服电机转动。 权 利 要 求 书 CN 204132001 U 2 1/3 页 3 一种基于机器视觉的花椒采摘机器人 技术领域 0001 本实用新型属于农业器械领域， 尤其涉及到基于机器视觉的花椒采摘机器人。 背景技术 0002 花椒是我国广泛种植的一种经济作物。目前收获主要靠人工手。

8、摘和借助云梯、 采 果刀等简单工具辅助采收。林果采收机械的研究在我国仍处于起步阶段， 未见成熟先进的 实用机具报道。 现有技术中采用的收获方式， 虽对花椒能较好的提高收获效率， 但是所需人 工劳动力仍然巨大。多数采摘机械中， 还缺乏收集工艺。 实用新型内容 0003 本实用新型旨在克服现有技术的缺陷， 提供一种基于机器视觉的花椒采摘机器 人， 能够实现对花椒果实的自动识别、 采摘， 自动化程度高， 并对果实初步杂质分离， 人力劳 动减少， 提高生产效率。 0004 为了解决上述技术问题， 本实用新型提供了如下的技术方案 ： 0005 一种基于机器视觉的花椒采摘机器人， 包括行走机构、 视觉识别。

9、定位装置、 采摘装 置、 收集装置、 控制装置， 所述行走机构由四个车轮、 底盘、 两个蜗轮减速电机、 轴承座构成， 涡蜗轮减速电机通过电机座固定于底盘下面， 其动力输出轴通过联轴器、 轴承与后轮连接， 通过轴承座固定在底盘上 ； 所述底盘中部固定有 5 自由度机械臂构成的采摘装置， 所述采 摘装置的小臂上固定有视觉识别定位装置， 所述底盘前端固定把手， 所述底盘前侧固定有 收集装置， 所述底盘后端固定有控制装置。 0006 进一步地， 所述 5 自由度机械臂由支柱、 大臂、 小臂、 腕部关节和相对应的伺服驱 动电机组成， 支柱下端与底盘通过螺栓固定， 支柱上安装有伺服电机四， 伺服电机四通过。

10、谐 波齿轮减速安装有支座连接， 支座通过谐波减速齿轮与大臂连接， 连接处装有伺服电机一 ； 大臂与小臂活动连接， 关节处装有伺服电机二， 小臂和腕部关节连接， 关节处安装有伺服电 机三， 腕部关节上装有针对花椒果实的末端执行器。 0007 进一步地， 所述末端执行器由定梳齿、 动梳齿、 皮带、 皮带轮一、 皮带轮二、 直流电 机和机架构成， 机架侧端焊接有安装接头， 动梳齿通过轴承、 轴承座安装在在机架上， 在动 梳齿轴的一端固定有皮带轮一， 机架的侧面安装有直流电机， 直流电机动力输出轴安装有 皮带轮二， 与动梳齿轴上的皮带轮一通过皮带连接， 定梳齿固定在机架上。 0008 进一步地， 所述。

11、视觉识别定位装置由双相机和图像识别定位模块组成， 双 CCD 相 机安装小臂上， 图像识别定位模块安装在电子控制箱内。双 CCD 相机获取图像后传输给 图像识别定位模块， 图像识别定位模块对图像进行滤除背景、 腐蚀、 膨胀、 左右图像标定、 定 位、 建立空间坐标模型处理， 把花椒果实串的空间坐标传送给控制装置。 0009 进一步地， 所述收集装置由风机、 风机电机、 输送管道、 收集箱构成， 输送管道一端 与末端执行器相连， 另一端与收集箱固定， 所述收集箱为内层和外壳构成的抽拉式结构， 所 述收集箱内层近风机侧为网状结构， 在收集箱侧端安装风机。 说 明 书 CN 204132001 U 。

12、3 2/3 页 4 0010 进一步地， 所述控制装置由电子控制器箱和蓄电池构成， 电子控制器箱包括安装 在电子控制器箱内的图像识别定位模块和电机驱动模块， 图像识别定位模块采集 CCD 相机 传输来的图像， 进行处理， 识别出图像中的花椒果实， 再对其位置坐标计算， 将计算出果实 的坐标传输到电机驱动模块 ； 电机驱动模块驱动各伺服电机转动。 从而使机械臂动作， 并带 动末端执行器运动到花椒果实位置进行采摘。 0011 与现有技术相比较， 本实用新型具有如下的有益效果 ： 0012 本实用新型基于机器视觉的花椒采摘机器人， 能够对花椒果实进行自动识别定 位， 采摘收集。与现有的采摘收获方式相。

13、比效率高， 同时自动化程度也大大提高， 极大的减 少人力的劳动。 附图说明 0013 图 1 为本实用新型基于机器视觉的花椒采摘机器人的主视图。 0014 图 2 为本实用新型基于机器视觉的花椒采摘机器人的左视图。 0015 图 3 为本实用新型基于机器视觉的花椒采摘机器人的俯视结构示意图。 0016 图 4 为本实用新型基于机器视觉的花椒采摘机器人的仰视结构示意图。 0017 图 5 为本实用新型所述末端执行器的示意图。 0018 图 6 为本实用新型所述控制装置的示意图。 0019 图中标记 ： 1. 末端执行器， 2. 腕部关节， 3. 伺服电机三， 4. 输送管道， 5. 小臂， 6.。

14、 双相机， 7 伺服电机二， 8. 收集箱， 9. 把手， 10. 风机， 11. 风机电机， 12. 底盘， 13. 车轮， 14. 伺服电机一， 15. 支柱， 16. 伺服电机四， 17. 支座， 18. 电子控制箱， 19. 蓄电池， 20. 大 臂， 21. 蜗轮减速电机， 22. 轴承座， 23. 动梳齿， 24. 皮带， 25 直流电机， 26. 皮带轮一， 27. 安装接头， 28. 机架， 29. 定梳齿， 30 皮带轮二， 31， 识别定位模块， 32 电机驱动模块。 具体实施方式 0020 以下结合附图对本实用新型的优选实施例进行说明， 应当理解， 此处所描述的优 选实施。

15、例仅用于说明和解释本实用新型， 并不用于限定本实用新型。 0021 如图 1-6 所示， 一种基于机器视觉的花椒采摘机器人， 包括行走机构、 视觉识别定 位装置、 采摘装置、 收集装置、 控制装置， 所述行走机构由四个车轮 13、 底盘 12、 两个蜗轮减 速电机 21、 轴承座 22 构成， 涡蜗轮减速电机 21 通过电机座固定于底盘 12 下面， 其动力输 出轴通过联轴器、 轴承与后轮连接， 通过轴承座 22 固定在底盘上。前轮轴通过轴承、 轴承 座 22 固定于底盘 12 下面， 其前轮与前轮轴通过轴承连接， 即两前轮转动相互独立， 从而避 免差速器的使用。两个蜗轮减速电机分别驱动两个后。

16、轮转动， 通过控制两驱动轮的转速差 来实现车体的前进后退及转向。当两驱动轮同时同速向前转动时， 车体前进 ； 反之， 车体后 退。当左驱动轮向前的转速大于右轮动时， 车体向右转向 ； 反之， 向左转向。所述底盘 12 中 部固定有 5 自由度机械臂构成的采摘装置， 所述采摘装置的小臂上固定有视觉识别定位装 置， 所述底盘前端固定把手 9， 所述底盘前侧固定有和收集装置， 所述底盘后端固定有控制 装置。 0022 所述 5 自由度机械臂由支柱 15、 大臂 20、 小臂 5、 腕部关节 2 和相对应的伺服驱动 电机组成， 支柱15下端与底盘12通过螺栓固定， 支柱15上端安装有伺服电机四16， 。

17、伺服电 说 明 书 CN 204132001 U 4 3/3 页 5 机四通过谐波齿轮减速安装有支座 17 连接。支座通过谐波减速齿轮与大臂 20 连接， 连接 处装有伺服电机一 14。大臂 20 与小臂 5 活动连接， 关节处装有伺服电机二 7， 通过谐波齿 轮减速， 在控制装置的驱动电路的驱动下， 实现大臂与小臂可控角度的转动。 小臂和腕部关 节连接， 关节处安装有伺服电机三 3， 通过谐波齿轮减速， 在控制装置驱动器的驱动下， 可以 实现小臂与手腕的可控角度转动。从而在控制装置驱动器的作用下， 可以实现机械臂在其 工作空间内的任意运动， 从而使得其末端执行器能够接近花椒果实。腕部关节上装。

18、有针对 花椒果实的末端执行器 1。 0023 所述末端执行器由定梳齿 29、 动梳齿 23、 皮带 24、 皮带轮一 26、 皮带轮二 30 和机 架 28 构成， 机架侧端焊接有安装接头 27， 用于连接机械臂。动梳齿 23 通过轴承、 轴承座安 装在在机架 28 上， 在动梳齿轴的一端固定有皮带轮一 26。机架的侧面安装有直流电机 25， 直流电机25动力输出轴安装有皮带轮二30， 与定梳齿轴上的皮带轮通过皮带24连接， 定梳 齿固定在机架上。 0024 所述的视觉识别定位装置是由双相机6和图像识别定位模块31组成。 双CCD相机 安装小臂 5 上， 图像识别定位模块安装在电子控制箱 18。

19、 内。在双 CCD 相机获取图像后传输 给图像识别定位模块， 图像识别定位模块对图像进行滤除背景、 腐蚀、 膨胀、 左右图像标定、 定位、 建立空间坐标模型处理， 把花椒果实串的空间坐标传送给驱动装置， 为驱动电路提供 信息。 0025 所述收集装置由风机10、 风机电机11、 输送管道4、 收集箱8构成， 输送管道4一端 与末端执行器 1 相连， 另一端与收集箱 8 固定。末端执行器 1 将采摘下的花椒果实通过输 送管道 4 输送到收集箱 8。所述收集箱为内和外壳构成的抽拉式结构， 当果实装满收集箱 时， 可抽出内层， 将果实取出。收集箱内层近风机侧为网状结构， 便于排出杂物。在收集箱 侧端。

20、安装的风机 10 产生负压， 将果实吸引到收集箱， 同时将果实中混杂的细小枝叶等杂质 通过风机排风口排出。 0026 所述控制装置由电子控制器箱箱 18 和蓄电池 19 构成， 电子控制箱内安装图像识 别定位模块31和电机驱动模块。 电机驱动模块主要由多路伺服电机驱动器32组成， 图像识 别模块由可编程控制器 DSP 和 FPGA 组成。图像识别定位模块采集 CCD 相机传输来的图像， 进行处理， 识别出图像中的花椒果实， 再对其位置坐标计算， 将计算出果实的坐标传输到电 机驱动模块 ； 电机驱动模块驱动各伺服电机转动， 从而使机械臂动作， 并带动末端执行器运 动到花椒果实位置进行采摘。其电源。

21、主要由电网 220V 交流电供给， 在没有电网供给时， 可 用蓄电池供电。220V 交流电进入后， 通过整流、 变压为 24V， 供给电子控制装置使用和蓄电 池充电。 0027 本实用新型能够对花椒果实进行自动识别定位， 采摘收集。与现有的采摘收获方 式相比效率高， 同时自动化程度也大大提高， 极大的减少人力的劳动。 0028 以上所述仅为说明本实用新型的实施方式， 并不用于限制本实用新型， 对于本领 域的技术人员来说， 凡在本实用新型的精神和原则之内， 所作的任何修改、 等同替换、 改进 等， 均应包含在本实用新型的保护范围之内。 说 明 书 CN 204132001 U 5 1/3 页 6 图 1 图 2 说 明 书 附 图 CN 204132001 U 6 2/3 页 7 图 3 图 4 说 明 书 附 图 CN 204132001 U 7 3/3 页 8 图 5 图 6 说 明 书 附 图 CN 204132001 U 8 。