一种基于视觉感知与双刃剪切的猕猴桃疏果机器

本发明涉及果树疏果装置，具体涉及一种基于视觉感知与双刃剪切的猕猴桃疏果机器人。背景技术：1、猕猴桃是一种多产的植物，通常会结出大量的果实。疏果作为一项重要的农艺技术，旨在控制果实的数量，以提高果实的品质和产量。若果树未经适当的疏果处理，果实将太过密集，导致果实过小，品质下降，并导致树木过度耗尽能量。因此，疏果已成为猕猴桃果园提高产量和品质的必要途径。2、目前果树疏果方式主要为人工疏果、化学疏果和机械疏果等方式，人工疏果作业费工费时，同时作业随意性强，疏果充分性和一致性因人而异，影响果树产出的稳定性和商品性，化学疏果需要谨慎操作，遵循相关的使用指南，确保安全性和环保问题。机械疏果可以高效大量的处理果实，同时疏果均匀性也更好，但目前专用疏果机械缺乏，少量已报道的疏果机，未搭载智能化的精准控制系统，其自动化、智能化、精准化水平低，存在疏果质量不高、损伤果树和浪费植物养分等问题。因此有必要研发一种猕猴桃疏果机器人，以期实现差异化幼果精准疏除。技术实现思路1、针对现有技术中存在的不足和缺陷研发一种基于视觉感知与双刃剪切的猕猴桃疏果机器人。2、本发明为解决其技术问题，采用的技术方案如下:3、一种基于视觉感知与双刃剪切的猕猴桃疏果机器人，其包括双刃剪切末端执行器、机械臂、控制箱、承载支架、视觉感知系统、底盘总成。4、机械臂包含底座、主构架、伺服电机、大臂、小臂、小臂水平保持连杆、腕部、三角保持架、小臂传动杆、大臂水平保持连杆、传动板。其中底座与底盘总成通过承载支架相固接，主构架与底座通过球铰相铰接，伺服电机与主构架相固接，传动板与大臂水平保持连杆通过球铰相铰接，三角保持架与大臂相固接，三角保持架与小臂传动杆和小臂水平保持连杆分别通过球铰相铰接，腕部与小臂相固接。5、双刃剪切末端执行器包含上位刃、下位刃、传动装置、上套环、动力传输轴、支撑轴、挡板、联轴器、电机模块、固定底座、下套环和支架底座。其中支架底座与机械臂的腕部相固接，上位刃和下位刃相铰接，并与传动装置固接，传动装置与动力传输轴相插接获取动力，实现上位刃和下位刃之间的剪切运动，支撑轴和动力传输轴通过上套环和挡板上固定位置的通孔分别与下套环和联轴器相插接，固定底座与下套环相固接，电机模块置于固定底座中，且与联轴器相插接，电机模块与控制箱电信连接。6、视觉感知系统包含rgb-d相机a、rgb-d相机b和相机支架。其中，相机支架由abs材料制成。rgb-d相机与相机支架相固接,相机支架与承载支架相固接。rgb-d相机b实时采集猕猴桃疏果区域道路图像，检测并定位道路两侧猕猴桃树干位置信息，根据视野中左右树干的距离变化调整底盘总成转向，当距离相等时走直线，保持猕猴桃疏果机器人在道路中间行驶。rgb-d相机a对待疏果区域的猕猴桃冠层采集图像并传输至控制箱，控制箱运行目标检测程序处理采集图像，进行幼果检测，同时运行实例分割与结果枝长势判定程序，进而确定保留果实数量，为机械臂运动提供位置信息。7、本发明作业时，rgb-d相机b实时采集猕猴桃疏果区域道路图像，检测并定位道路两侧猕猴桃树干位置信息，根据视野中左右树干的距离变化调整底盘总成转向，当距离相等时走直线，保持猕猴桃疏果机器人在道路中间行驶。当猕猴桃疏果机器人行驶至待疏果区域，rgb-d相机a对待疏果区域的猕猴桃冠层采集图像并传输至控制箱，控制箱运行目标检测程序处理采集图像，进行幼果检测，同时运行实例分割与结果枝长势判定程序，进而确定保留果实数量，计算并输出待疏除幼果的三维坐标，为机械臂运动提供位置信息。机械臂运动，带动腕部的双刃剪切末端执行器对准待疏除幼果，之后小臂继续带动双刃剪切末端执行器径直向上运动，待上套环完全套过幼果，启动电机，上位刃和下位刃进行剪切运动，切断幼果果柄，实现精准疏果。8、本发明所述一种基于视觉感知与双刃剪切的猕猴桃疏果机器人采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：9、(1)本发明所设计一种基于视觉感知与双刃剪切的猕猴桃疏果机器人，以rgb-d相机b实时采集猕猴桃疏果区域道路图像作为依据，由控制模块针对驱动装置载体进行行进控制，以及通过rgb-d相机a对待疏果区域的猕猴桃冠层采集图像并传输至控制箱，控制箱运行目标检测程序处理采集图像，进行幼果检测确定待疏除幼果的三维坐标，再通过机械臂实现双刃剪切末端执行器对待疏除幼果的精准移动定位，并通过所设计传动装置结合双刃剪切末端执行器，实现对待疏除幼果的剪切操作，有效提高疏果精度和效率；10、(2)本发明所设计一种基于视觉感知与双刃剪切的猕猴桃疏果机器人中，针对双刃剪切末端执行器，具体设计为上位刃、下位刃、传动装置、上套环、动力传输轴、支撑轴、挡板、联轴器、电机模块、固定底座、下套环和支架底座的组合机构，再通过配合电机模块和控制箱，实现上位刃和下位刃的配合剪切操作，提高效率，同时与人工疏果相比，疏果均匀性更好；11、(3)本发明所设计一种基于视觉感知与双刃剪切的猕猴桃疏果机器人中，rgb-d相机b实时采集猕猴桃疏果区域道路图像，检测并定位道路两侧猕猴桃树干位置信息，根据视野中左右树干的距离变化调整底盘总成转向。技术特征：1.一种基于视觉感知与双刃剪切的猕猴桃疏果机器人，包括双刃剪切末端执行器（1）、机械臂（2）、控制箱（3）、承载支架（4）、视觉感知系统（5）、底盘总成（6）六个部分，其特征在于：双刃剪切末端执行器（1）与机械臂（2）的腕部（207）相固接，机械臂（2）、控制箱（3）、视觉感知系统（5）均与承载支架（4）相固接，承载支架（4）与底盘总成（6）相固接，控制箱（3）分别与双刃剪切末端执行器（1）、机械臂（2）、视觉感知系统（5）、底盘总成（6）相电信连接；2.根据权利要求1所述的一种基于视觉感知与双刃剪切的猕猴桃疏果机器人，其特征在于：rgb-d相机b（503）实时采集猕猴桃疏果区域道路图像，检测并定位道路两侧猕猴桃树干位置信息，根据视野中左右树干的距离变化调整底盘总成（6）转向，当距离相等时走直线，保持猕猴桃疏果机器人在道路中间行驶；rgb-d相机a（501）获取待疏果区域彩色图和对齐后的深度图之后，控制箱（3）中运行目标检测程序处理彩色数据，结合深度图对幼果进行精准定位，得到待疏除猕猴桃幼果以rgb-d相机a（501）为中心的空间坐标，通过相关计算及rgb-d相机a（501）与机械臂（2）的位置关系获得待疏除猕猴桃幼果的世界坐标，同时控制箱（3）中运行实例分割与结果枝长势判定程序，进而确定保留果实数量；最后疏除多余果实时应先疏除短小果枝上的果实,保留长果枝和中等果枝上的果实，且只能留中心果，实现顺序疏果。技术总结一种基于视觉感知与双刃剪切的猕猴桃疏果机器人属于果树疏果装置技术领域；以视觉感知系统(5)所采集的图像作为导航路线及幼果定位依据，控制箱（3）对底盘总成(6)进行运动控制，以及通过控制机械臂(2)实现双刃剪切末端执行器(1)和待疏除幼果的精准定位，实现待疏除幼果果柄的剪切操作，具有结构新颖、有效提高植株疏果效率的特点。技术研发人员：傅隆生,史宇飞,李瑞受保护的技术使用者：西北农林科技大学技术研发日：技术公布日：2024/4/8