一种基于机器视觉检测的机器人农业采摘装置的制作方法

1.本发明涉及农业智能机械技术领域，更具体地说，本发明涉及一种基于机器视觉检测的机器人农业采摘装置。


背景技术：

2.目前市面上的采摘方式是通过人工操控机器人进行采摘，智能化程度低，且采摘过程无法计数。因此，有必要提出一种基于机器视觉检测的机器人农业采摘装置，以至少部分地解决现有技术中存在的问题。


技术实现要素：

3.在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本发明的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
4.为至少部分地解决上述问题，本发明提供了一种基于机器视觉检测的机器人农业采摘装置，包括：
5.储存箱，所述储存箱底端设有行走装置，所述储存箱上设有计数装置，所述储存箱顶端设有采摘装置，所述采摘装置上设有视觉检测装置，所述采摘装置、视觉检测装置和行走装置均与控制器电连接。
6.优选的，所述储存箱内设有储存腔，所述储存腔内设有缓冲板，所述缓冲板滑动连接于所述储存腔中，所述缓冲板与所述储存腔的内壁底端之间设有缓冲弹簧。
7.优选的，所述计数装置包括：
8.第一管道，所述第一管道的一端穿过所述储存箱与漏斗连接，所述第一管道的另一端与第二管道的一端连接，所述第二管道的另一端与所述储存腔连通；
9.计数器，所述计数器设于所述第一管道的内壁上，所述计数器与所述控制器电连接；
10.缓冲垫，所述缓冲垫设于所述第二管道内壁底端。
11.优选的，所述采摘装置包括：
12.机器人，所述机器人的的一端设于所述储存箱顶端，所述机器人的另一端设有电动夹爪，所述机器人电动夹爪均与所述控制器电连接，所述视觉检测装置设于所述电动夹爪上。
13.优选的，所述视觉检测装置包括：
14.检测块，所述检测块设于所述电动夹爪上；
15.相机，所述检测块上设有所述相机，所述相机与所述控制器电连接。
16.优选的，所述行走装置为履带底盘。
17.优选的，所述漏斗由橡胶材料制成。
18.优选的，所述检测块内设有相机防护装置，所述相机防护装置包括：
19.相机槽，所述相机槽设于所述检测块上，所述相机设于所述相机槽内；
20.第一电机，所述第一电机设于所述相机槽的下方，所述第一电机与所述控制器电连接；
21.挡板孔，所述相机槽的内壁上设有两个所述挡板孔，两个所述挡板孔内分别滑动连接有第一挡板和第二挡板，所述第一挡板和第二挡板底端均设有滑动槽，所述滑动槽内侧壁上设有锯齿；
22.第一卷腔，所述第一卷腔设于所述第一挡板内，所述第一卷腔的内壁设有第二电机，所述第二电机与所述控制器电连接；
23.第一卷辊，所述第一卷辊套接于转轴上，所述转轴的一端与所述第二电机连接，所述转轴的另一端与所述第一卷腔的内壁转动连接；
24.卡块，所述卡块设于所述第一挡板上；
25.卡块槽，所述卡块槽设于所述第二挡板上，所述卡块与所述卡块槽相适配；
26.第二卷腔，所述第二卷腔设于所述第二挡板内，所述第二卷腔的一侧设有切换腔；
27.底座，所述底座的一端转动连接于所述切换腔内壁上，所述底座的另一端设有花键槽，所述花键槽内设有电磁铁，所述电磁铁与所述控制器电连接；
28.铁杆，所述铁杆的一端通过花键滑动连接于所述花键槽内，所述铁杆与所述电磁铁之间设有紧贴弹簧，所述铁杆的一端与切换块的一端连接，所述切换块的另一端设有多边形槽；
29.环形块，所述环形块套接于所述底座上，所述环形块与所述切换腔的内壁之间设有扭转弹簧；
30.第一转动杆，所述第一转动杆的一端与所述第二卷腔的内壁转动连接，所述第一转动杆的另一端伸入所述切换腔内与多边形块连接，所述多边形块与所述多边形槽相适配；
31.第二卷辊，所述第二卷辊套接于所述转动杆上，所述第二卷辊位于所述第二卷腔内；
32.防尘膜，所述防尘膜的一端与所述第一卷辊连接，所述防尘膜的另一端伸入所述第二卷腔内缠绕设于第二卷辊上；
33.挡板装置，所述挡板装置设于所述检测块内，相邻两个所述挡板装置对称设于所述相机槽的两侧，所述挡板装置包括：
34.啮合腔，所述啮合腔设于所述检测块内，所述啮合腔位于所述第一电机的一侧；
35.第二转动杆，所述第二转动杆的一端与所述第一电机连接，所述第二转动杆的你另一端伸入所述啮合腔内第一锥齿轮连接；
36.第三转动杆，所述第三转动杆的一端与所述第二锥齿轮连接，所述第二锥齿轮与所述第一锥齿轮啮合，所述第三转动杆的另一端伸入挡板孔内与锯齿轮连接，所述锯齿轮与所述锯齿啮合。
37.优选的，所述电动夹爪上还设有缓冲装置，所述缓冲装置包括：
38.缓冲槽，所述缓冲槽设于所述电动夹爪上，所述缓冲槽的内壁底端设有压力传感器，所述压力传感器与所述控制器电连接；
39.安装块，所述安装块设于所述缓冲槽内，所述安装块的顶端设有安装槽，所述安装
块的底端设有焊接板，所述焊接板与所述压力传感器之间设有若干第一缓冲弹簧，所述安装块的侧壁与所述缓冲槽的内壁之间设有若干所述第二缓冲弹簧；
40.固定槽，所述安装槽的内壁上设有两个所述固定槽，所述固定槽内滑动连接有固定块，所述固定块与所述固定槽的内壁之间设有固定弹簧；
41.固定块槽，两个所述固定块槽设于所述检测块上；
42.稳定槽，两个所述稳定槽设于所述安装块的外壁上；
43.电动伸缩杆，两个所述电动伸缩杆设于所述缓冲槽的内壁上，所述电动伸缩杆与所述控制器电连接。
44.相比现有技术，本发明至少包括以下有益效果：
45.本发明所述的一种基于机器视觉检测的机器人农业采摘装置通过行走装置、视觉检测装置和采摘装置配合进行采摘，避免了人工操控进行采摘，智能化程度高；同时在采摘过程中，计数装置会对采摘的果实进行计数，确认已采摘量。
46.本发明所述的是一种基于机器视觉检测的机器人农业采摘装置，本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
47.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
48.图1为本发明一种基于机器视觉检测的机器人农业采摘装置的结构示意图；
49.图2为本发明一种基于机器视觉检测的机器人农业采摘装置的检测块的结构示意图；
50.图3为本发明一种基于机器视觉检测的机器人农业采摘装置相机防护装置的结构示意图；
51.图4为本发明一种基于机器视觉检测的机器人农业采摘装置的图3中a处结构示意图；
52.图5为本发明一种基于机器视觉检测的机器人农业采摘装置的第一挡板的结构示意图；
53.图6为本发明一种基于机器视觉检测的机器人农业采摘装置的切换腔的结构示意图；
54.图7为本发明一种基于机器视觉检测的机器人农业采摘装置第一卷腔的部分结构示意图；
55.图8为本发明一种基于机器视觉检测的机器人农业采摘装置的缓冲装置的结构示意图。
56.附图标记说明：1、储存箱；2、采摘装置；3、视觉检测装置；4、计数装置；5、行走装置；6、机器人；7、电动夹爪；8、储存腔；9、缓冲板；10、缓冲弹簧；11、漏斗；12、第一管道；13、计数器；14、缓冲垫；15、检测块；16、第一镜头；17、第二镜头；18、第二管道；19、相机防护装置；20、第一电机；21、啮合腔；22、挡板孔；23、第二转动杆；24、第一锥齿轮；25、第二锥齿轮；26、第三转动杆；27、锯齿轮；28、第一挡板；29、第二挡板；30、滑动槽；31、第一卷腔；32、第二
卷腔；33、第一卷辊；34、防尘膜；35、第一转动杆；36、第二卷辊；37、卡块槽；38、卡块；39、第二电机；40、切换腔；41、多边形块；42、切换块；43、多边形槽；44、底座；45、铁杆；46、花键槽；47、电磁铁；48、紧贴弹簧；49、环形块；50、扭转弹簧；51、相机槽；52、缓冲装置；53、安装块；54、固定块槽；55、安装槽；56、固定槽；57、固定槽；58、固定块；59、稳定槽；61、电动伸缩杆；62、缓冲槽；63、焊接板；64、第二缓冲弹簧；65、压力传感器；66、第一缓冲弹簧。
具体实施方式
57.下面结合附图以及实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
58.应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
59.如图1-图8所示，本发明提供了一种基于机器视觉检测的机器人农业采摘装置，包括：
60.储存箱1，所述储存箱1底端设有行走装置5，所述储存箱1上设有计数装置4，所述储存箱1顶端设有采摘装置2，所述采摘装置2上设有视觉检测装置3，所述采摘装置2、视觉检测装置3和行走装置5均与控制器电连接。
61.上述技术方案的工作原理：在实际使用过程中，控制器通过行走装置5移动至采摘位置，控制器通过视觉检测装置3检测出果树上果实的位置，然后通过采摘装置2进行采摘，采摘装置2将采摘后的果实放置在计数装置4上，计数装置4完成计数并使得果实进入到储存箱1内部进行储存。
62.上述技术方案的有益效果：通过上述结构的设计，通过行走装置5、视觉检测装置3和采摘装置2配合进行采摘，避免了人工操控进行采摘，智能化程度高；同时在采摘过程中，计数装置4会对采摘的果实进行计数，确认已采摘量。
63.在一个实施例中，所述储存箱1内设有储存腔8，所述储存腔8内设有缓冲板9，所述缓冲板9滑动连接于所述储存腔8中，所述缓冲板9与所述储存腔8的内壁底端之间设有缓冲弹簧10。
64.上述技术方案的工作原理及有益效果：果实通过计数装置4进入到储存腔8中后，会落到缓冲板9上，从而使得缓冲弹簧10发生形变，对果实进行一定的缓冲，避免果实碰撞损坏，同时在移动过程中，缓冲板9上的果实在震荡时会通过缓冲弹簧9进行缓冲，避免果实在移动过中损坏。
65.在一个实施例中，所述计数装置4包括：
66.第一管道12，所述第一管道12的一端穿过所述储存箱1与漏斗11连接，所述第一管道12的另一端与第二管道18的一端连接，所述第二管道18的另一端与所述储存腔8连通；
67.计数器13，所述计数器13设于所述第一管道12的内壁上，所述计数器13与所述控制器电连接；
68.缓冲垫14，所述缓冲垫14设于所述第二管道18内壁底端。
69.上述技术方案的工作原理及有益效果：果实在采摘装置2采摘后，会将果实放在漏斗11上方，果实会经过漏斗11进入第一管道12，然后被第一管道12内的计数器13进行计数，然后落入第二管道18的缓冲垫14上，在从第二管道18进入到储存腔8内，果实被采摘后，计
数装置4会对采摘的果实进行计数，确认已采摘量。
70.在一个实施例中，所述采摘装置2包括：
71.机器人6，所述机器人6的的一端设于所述储存箱1顶端，所述机器人6的另一端设有电动夹爪7，所述机器人6和电动夹爪7均与所述控制器电连接，所述视觉检测装置3设于所述电动夹爪7上。
72.上述技术方案的工作原理及有益效果：通过视觉检测装置3确定果实的位置后，控制器控制机器人6带动电动夹爪7到果实位置，然后启动电动夹爪7完成果实的采摘，通过采摘装置2配合视觉检测装置3完成采摘，避免人工进行操控，提高了采摘过程中的智能化程度；其中机器人的型号为r6-0308，电动夹爪7的型号为gep500。
73.在一个实施例中，所述视觉检测装置3包括：
74.检测块15，所述检测块15设于所述电动夹爪7上；
75.相机16，所述检测块15上设有所述相机16，所述相机16与所述控制器电连接。
76.上述技术方案的工作原理及有益效果：通过相机16确定出成熟的果实位置后，控制器控制采摘装置2进行采摘，避免了人工确定果实位置，提供了采摘过程中的智能化程度。
77.在一个实施例中，所述行走装置5为履带底盘。
78.上述技术方案的工作原理及有益效果：履带底盘可以带动采摘机器人自行运动对果实进行采摘，避免了人工转移采摘机器人的位置，其中履带底盘5的型号为3t350*54.
79.在一个实施例中，所述漏斗11由橡胶材料制成。
80.上述技术方案的工作原理及有益效果：橡胶材料制成的漏斗11在果实从采摘装置落下时起一个缓冲作用，避免果实发生损坏。
81.在一个实施例中，所述检测块15内设有相机防护装置19，所述相机防护装置19包括：
82.相机槽51，所述相机槽51设于所述检测块15上，所述相机16设于所述相机槽51内；
83.第一电机20，所述第一电机20设于所述相机槽51的下方，所述第一电机20与所述控制器电连接；
84.挡板孔22，所述相机槽51的内壁上设有两个所述挡板孔22，两个所述挡板孔22内分别滑动连接有第一挡板28和第二挡板29，所述第一挡板28和第二挡板29底端均设有滑动槽30，所述滑动槽30内侧壁上设有锯齿；
85.第一卷腔31，所述第一卷腔31设于所述第一挡板28内，所述第一卷腔31的内壁设有第二电机39，所述第二电机39与所述控制器电连接；
86.第一卷辊33，所述第一卷辊33套接于转轴上，所述转轴的一端与所述第二电机39连接，所述转轴的另一端与所述第一卷腔31的内壁转动连接；
87.卡块38，所述卡块38设于所述第一挡板28上；
88.卡块槽37，所述卡块槽37设于所述第二挡板29上，所述卡块38与所述卡块槽37相适配；
89.第二卷腔32，所述第二卷腔32设于所述第二挡板29内，所述第二卷腔32的一侧设有切换腔40；
90.底座44，所述底座44的一端转动连接于所述切换腔40内壁上，所述底座44的另一
端设有花键槽46，所述花键槽46内设有电磁铁47，所述电磁铁47与所述控制器电连接；
91.铁杆45，所述铁杆45的一端通过花键滑动连接于所述花键槽46内，所述铁杆45与所述电磁铁47之间设有紧贴弹簧48，所述铁杆45的一端与切换块42的一端连接，所述切换块42的另一端设有多边形槽43；
92.环形块49，所述环形块49套接于所述底座44上，所述环形块49与所述切换腔40的内壁之间设有扭转弹簧50；
93.第一转动杆35，所述第一转动杆35的一端与所述第二卷腔32的内壁转动连接，所述第一转动杆35的另一端伸入所述切换腔40内与多边形块41连接，所述多边形块41与所述多边形槽43相适配；
94.第二卷辊36，所述第二卷辊36套接于所述转动杆35上，所述第二卷辊36位于所述第二卷腔32内；
95.防尘膜34，所述防尘膜34的一端与所述第一卷辊33连接，所述防尘膜34的另一端伸入所述第二卷腔32内缠绕设于第二卷辊36上；
96.挡板装置，所述挡板装置设于所述检测块15内，相邻两个所述挡板装置对称设于所述相机槽51的两侧，所述挡板装置包括：
97.啮合腔21，所述啮合腔21设于所述检测块15内，所述啮合腔21位于所述第一电机20的一侧；
98.第二转动杆23，所述第二转动杆23的一端与所述第一电机20连接，所述第二转动杆23的你另一端伸入所述啮合腔21内第一锥齿轮24连接；
99.第三转动杆26，所述第三转动杆26的一端与所述第二锥齿轮25连接，所述第二锥齿轮25与所述第一锥齿轮24啮合，所述第三转动杆26的另一端伸入挡板孔22内与锯齿轮27连接，所述锯齿轮27与所述锯齿啮合。
100.上述技术方案的工作原理：在实际使用过程中，2启动视觉检测装置时，控制器启动第一电机20，第一电机20通过第二转动杆23带动第一锥齿轮24转动，第一锥齿轮24通过第二锥齿轮25带动第三转动杆26带动锯齿轮27转动，锯齿轮27通过锯齿带动第一挡板28和第二挡板29往相反方向运动，在第一挡板28和第二挡板29往相反方向运动过程中，第一卷辊33会将防尘膜34从第二卷辊36上拉出，在防尘膜34被拉出时，第二卷辊36会带动第一转动杆35转动，第一转动杆35通过切换块42、铁杆45、底座44和环形块49使得扭转弹簧50扭转积聚势能，从而将防尘膜34拉紧，且在第一挡板28和第二挡板29往相向运动时，扭转弹簧50带动第一转动杆35将防尘膜34重新缠绕在第二卷辊36上；在防尘膜34使用过久后，启动电磁铁47，电磁铁47通过磁力带动铁杆45向下移动，铁杆45带动切换块42向下移动，使得多边形块41离开多边形槽43，然后启动第二电机39，第二电机39带动第一卷辊33转动，将使用过久的防尘膜34收集使得使用过久的防尘膜缠绕在第一卷辊33上，将第二卷辊36上未使用的防尘膜34进行使用，然后关闭电磁铁47，使得多边形块41重新进入多边形槽43中，完成防尘膜34的更换，其中防尘膜34为光学薄膜。
101.上述技术方案的有益效果：通过上述结构的设计，在实际使用过程中，在视觉检测装置3不使用时，第一挡板28和第二挡板29紧贴在一起，将相机16保护于相机槽51中，避免相机受到破坏；在视觉检测装置使用过程中，第一挡板28和第二挡板29会展开，将相机16露出，同时两个挡板之间会拉出防尘膜34，避免灰尘堆积在相机16的镜头上，使得相机16的视
觉检测能力下降，影响对果实的检测能力；且在防尘膜34上的灰尘影响到相机16的视觉检测能力时，相机防护装置19会自动更换防护膜34，避免防护膜34堆积灰尘影响到相机16的视觉检测能力时，提高采摘机器了的智能化程度；且在采摘装置2采摘时，相机16检测到电动夹爪7离果实的距离小于预设值时，控制器会使得两个挡板合拢，对相机16进行保护，避免果树的树枝穿过防尘膜34将相机镜头刮花或损坏。
102.在一个实施例中，所述电动夹爪7上还设有缓冲装置52，所述缓冲装置52包括：
103.缓冲槽62，所述缓冲槽62设于所述电动夹爪7上，所述缓冲槽63的内壁底端设有压力传感器65，所述压力传感器65与所述控制器电连接；
104.安装块53，所述安装块53设于所述缓冲槽62内，所述安装块53的顶端设有安装槽55，所述安装块53的底端设有焊接板63，所述焊接板63与所述压力传感器65之间设有若干第一缓冲弹簧66，所述安装块53的侧壁与所述缓冲槽62的内壁之间设有若干所述第二缓冲弹簧64；
105.固定槽56，所述安装槽55的内壁上设有两个所述固定槽56，所述固定槽56内滑动连接有固定块58，所述固定块58与所述固定槽57的内壁之间设有固定弹簧57；
106.固定块槽54，两个所述固定块槽54设于所述检测块15上；
107.稳定槽59，两个所述稳定槽59设于所述安装块53的外壁上；
108.电动伸缩杆61，两个所述电动伸缩杆61设于所述缓冲槽62的内壁上，所述电动伸缩杆61与所述控制器电连接。
109.上述技术方案的工作原理：在实际使用过程中，将检测块3按入安装槽55内，使得固定块58卡于固定块槽54内，完成检测块3的安装；在采摘装置2进行采摘时，电动夹爪7在移动过程中和采摘机器人行走过程中均会产生震动，当震动不大时，产生各个方向的震动在作用于检测块15时，会被安装块53与采摘机器人之间的第一缓冲弹簧66和第二缓冲弹簧64缓冲掉，从而保持检测块15的稳定性；当震动过大时，在第一缓冲弹簧66缓冲过程中，压力传感器65在检测的压力值与预设值相差过大时，控制器启动电动伸缩杆61，使得电动伸缩杆61伸长进入到稳定槽59中，将安装块53与电动夹爪7固定在一起，避免将检测块15甩出。
110.上述技术方案的有益效果：通过上述结构的设计，通过设有的缓冲装置52的安装槽62，可以方便检测块15的安装与拆卸，方便对内部相机16进行检修和维护；在使用过程中，采摘装置2和采摘机器人产生的轻微震动会被缓冲装置52吸收，避免检测块15内的相机16震动影响相机聚焦，导致相机16无法对果实进行定位。
111.在一个实施例中，所述储存箱1顶端设有摄像机，所述摄像机与所述控制器连接，通过摄像机在采摘前对果树上的果实数量进行检测，从而实时监测采摘机器人是否将果实采摘完全，步骤如下：
112.步骤1：在控制器控制行走装置5到达指定位置后，控制器控制摄像机对果树进行拍照，获得果树图像；
113.步骤2：将步骤1中的果树图像分割为w个部分，并进行二值化处理和去除噪音；
114.步骤3：测出成熟果实的像素点数为x，和每个部分果实的像素点小计，依次为y1，y2，y3…yw
；
115.步骤4：通过下列公式获得每个部分的果实数量，公式如下：
[0116][0117][0118]
其中，μ为果实个体均匀元素，x
max
为最大果实的像素点数；
[0119]
步骤5：将所有部分的果实数量相加得到果实总数kj；
[0120]
步骤6：在采摘完成后，将计数装置2获得的此处果实数s与果实总数k相比较，此处果实数s小于果实总数k，控制器控制视觉检测装置3再次对果树进行检测。
[0121]
上述技术方案的工作原理：在实际使用过程中，在到达一个采摘位置后，通过摄像机对果树进行拍摄，然后获得一个果树图像，在对果树图像进行处理，从而获得果树总数k，在将在此处采摘装置2采摘的果实数，即计数装置2获得的此次果实数s与果实总数k相比较，如果此处果实数s小于果实总数k，视觉检测装置3再次对果树进行检测。
[0122]
上述技术方案的有益效果：通过上述结构的设计，通过计数装置2获得的此次果实数s与果实总数k相比较，在此处果实数s小于果实总数k时，视觉检测装置3再次对果树进行检测，避免视觉检测装置3有漏检成熟果实导致采摘率降低。
[0123]
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0124]
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
[0125]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节与这里示出与描述的图例。