采摘机器人、采摘方法、装置、电子设备和存储介质与流程

1.本发明涉及果实采摘领域，具体涉及一种采摘机器人、采摘方法、装置、电子设备和存储介质。


背景技术：

2.对于果实采摘，现阶段一般有两种采摘方式，其一为人工采摘，该方式费时费力，采摘效率低下；另一种方式则为利用机器人采摘，而现有技术中的采摘机器人一般都是agv+机械臂的结构，这种结构的采摘机器人一般适用于采摘靠近地面的果实，例如圣女果、草莓等，然而对于生长于树上的果实，例如杏子、苹果等，因为结构受限（考虑到采摘机器人整体的平衡性，机械臂的行程范围有极限），无法有效摘取树上的果实；若仅仅通过加长机械臂或增高agv，则容易降低采摘机器人的整体平衡性，容易导致采摘机器人倾覆，同时也会大大增加采摘机器人整体的重量，不便于移动和控制。
3.因此，现有技术有待改进和发展。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种采摘机器人、采摘方法、装置、电子设备和存储介质，能够有效采摘生长在树上且位于高处的果实。
5.第一方面，本技术提供一种采摘机器人，用于采摘生长于树上的果实，包括无人机，所述无人机绕其中心位置均匀环布有4个旋翼，所述采摘机器人还包括：机械臂，所述机械臂竖直设置在所述无人机的顶部中心位置上，所述机械臂远离所述无人机的一端设置有夹爪；所述夹爪上设置有力传感器；所述夹爪可绕所述机械臂的中轴线转动；所述夹爪用于夹持果实；四个网袋，四个所述网袋的大小和形状均相同；相邻的两个所述旋翼之间均设有一个所述网袋，且所述网袋绕所述无人机的中心位置均匀环布；所述网袋上下贯通且底部开口处设置有电磁开关，所述电磁开关用于控制所述网袋的底部开口的开合。
6.将机械臂和无人机结合，使得采摘机器人能够飞行至高空，从而使果实进入机械臂的行程范围内，以实现采摘。
7.进一步的，所述果实采摘机器人还设置有重量传感器，所述重量传感器用于监测四个所述网袋的承载重量。
8.实时监测各个网袋的承载重量，有利于确保采摘机器人整体的平衡性。
9.第二方面，本技术提供一种采摘方法，应用于如第一方面所述的采摘机器人的控制系统，所述采摘方法包括以下步骤：s1.获取目标果实的位置信息；s2.根据所述位置信息，控制所述采摘机器人升空至指定位置；s3.控制所述机械臂抓取所述目标果实并放入到所述网袋中；s4.控制所述采摘机器人返回地面卸载所述目标果实。
10.无人机和机械臂的配合使用能够使机械臂迅速靠近目标果实的位置从而实现对目标果实的采摘，所采摘的果实暂放在网袋中，从而实现一次升空采摘多个果实的效果。
11.进一步的，步骤s3中的具体步骤包括：s31.获取所述力传感器的力反馈信息；s32.根据所述力反馈信息判断是否抓取到所述目标果实；s33.在所述机械臂抓取到所述目标果实时，控制所述无人机下降并控制所述夹爪转动，以使所述目标果实受力摘离果树；s34.获取所述力传感器的力变化信息；s35.根据所述力变化信息判断是否摘取到所述目标果实。
12.通过力传感器能够快速判断机械臂是否正确抓取到目标果实并且顺利将目标果实从果树上摘离。
13.进一步的，步骤s3中的具体步骤包括：s36.控制所述机械臂携带所述目标果实按预设的放置顺序放置在对应的所述网袋中。
14.进一步的，步骤s3中的具体步骤包括：s37.通过重量传感器获取各个所述网袋的重量信息；s38.根据所述重量信息，控制所述机械臂携带所述目标果实放置在重量最小的网袋中。
15.进一步的，步骤s4中的具体步骤包括：s41.控制所述采摘机器人移动到地面的放置点上；s42.在到达所述放置点后控制所述电磁开关打开以使所述目标果实从所述网袋中卸载；s43.在所述目标果实全部卸载后，控制所述电磁开关关闭。
16.第三方面，本发明还提供了一种采摘装置，用于如第一方面所述的采摘机器人的控制系统，所述采摘装置包括：获取模块，用于获取目标果实的位置信息；第一控制模块，用于根据所述位置信息，控制所述采摘机器人升空至指定位置；第二控制模块，用于控制所述机械臂抓取所述目标果实并放入到所述网袋中；第三控制模块，用于控制所述采摘机器人返回地面卸载所述目标果实。
17.无人机和机械臂的协同作业使得采摘机器人能够顺利摘取位于果树上的果实，无需配备过长的机械臂，采摘机器人整体的重量也较轻。
18.第四方面，本发明提供了一种电子设备，包括处理器以及存储器，所述存储器存储有计算机可读取指令，当所述计算机可读取指令由所述处理器执行时，运行如上述采摘方法中的步骤。
19.第五方面，本发明提供了一种存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时运行如上述采摘方法中的步骤。
20.由上可知，第一方面，本技术的采摘机器人通过设置无人机使其能够在空中移动从而弥补了因机械臂本身的结构限制无法抓取到果实的问题；第二方面，采摘机器人还均匀分布设置4个旋翼和4个网袋，其一能够确保采摘机器人一次性收纳足够多的果实，减少
往返次数，其二能够确保收集果实时采摘机器人可以保持平衡，避免失控；第三方面，网袋底部设置磁控开关，卸载果实时也无需人工操作即可实现快速卸载。
21.本技术的其他特征和优点将在随后的说明书阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本技术实施例了解。本技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
22.图1为本技术实施例提供的采摘机器人其中一个方向的结构示意图。
23.图2为本技术实施例提供的采摘机器人的另一个方向的结构示意图。
24.图3为本技术实施例提供的采摘方法的一种流程图。
25.图4为本技术实施例提供的采摘装置的一种结构示意图。
26.图5为本技术实施例提供的电子设备的结构示意图。
27.标号说明：100、无人机；110、旋翼；200、机械臂；210、夹爪；300、网袋；310、电磁开关；400、获取模块；500、第一控制模块；600、第二控制模块；700、第三控制模块；1301、处理器；1302、存储器；1303、通信总线。
具体实施方式
28.下面将结合本技术实施例中附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
29.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
30.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”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。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个所述特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
31.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接或可以相互通讯；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。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。
32.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
33.下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本发明。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本发明提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。
34.现代农业中，为了提供采摘效率往往会使用机器人辅助采摘或直接控制机器人自动采摘代替人工采摘，而这类型的采摘机器人一般为agv和机械臂组成的复合机器人，该采摘机器人通过履带式的agv或足式的agv在地面上行走从而带动机械臂到达不同位置，再通过控制机械臂采摘植株上的果实完成整个采摘任务。然而大部分植株，例如苹果树、杏子树等，部分果实生长在果树顶部，其高度超出机械臂的行程范围导致机械臂无法正常完成采摘，或机械臂难以从果树底部穿过错综复杂的树枝到达果树顶部以抓取到顶部的果实（强行穿过树枝会对果树、机械臂和果实造成损伤）。而单纯通过增加机械臂的长度，不但提高了采摘机器人整体的造价成本，还需要搭配更大更重的agv才能保持采摘机器人整体的稳定性（机械臂伸长时采摘机器人整体的重心会偏移，需要更大更重的agv才能确保重心始终位于agv上而不至于导致采摘机器人倾覆），从而导致了采摘机器人整体的重量增加，这不利于采摘机器人在果园、大棚等复杂且狭窄的空间实现顺畅且稳定的移动。
35.在某些优选的实施例中，一种采摘机器人，用于采摘生长于树上的果实（树上的果实距离地面有一定高度距离），包括无人机100，无人机100绕其中心位置均匀环布有4个旋翼110，采摘机器人还包括：机械臂200，机械臂200竖直设置在无人机100的顶部中心位置上，机械臂200远离无人机100的一端设置有夹爪210；夹爪210上设置有力传感器；夹爪210可绕机械臂200的中轴线转动；夹爪210用于夹持果实；四个网袋300，四个网袋300的大小和形状均相同；相邻的两个旋翼110之间均设有一个网袋300，且网袋300绕无人机100的中心位置均匀环布；网袋300上下贯通且底部开口处设置有电磁开关310，电磁开关310用于控制网袋300的底部开口的开合。
36.本实施例将传统采摘机器人上的agv替换为无人机100，无人机100携带机械臂200升空使得机械臂200能够靠近果树的顶部从而实现对顶部果实的采摘。
37.力传感器能够反馈夹爪210与果实之间的作用力，例如夹爪210为四指夹爪，每个指抓贴近果实的一侧均设置有一个力传感器，当控制系统接收到4个数值相同的力反馈信号，则认为夹爪210成功夹持果实，此时控制机械臂将果实从果树中摘下然后放置在网袋300上，本实施例中4个网袋300绕无人机100的中心均匀环布设置，与现有的在底部设置网
袋的无人机相比，本实施例的采摘机器人能够容纳更多的果实，有利于减少采摘过程装卸的往复次数；同时，现有的在底部设置网袋的无人机一般也会将机械臂一并设置在底部才能够顺利将所采摘的果实投放至网袋而不会被旋翼阻碍，然而机械臂与网袋同时设置在底部在进行实际采摘时，网袋会严重限制机械臂的运动空间，同时还会增加机械臂与网袋相互碰撞的风险（例如将果实从果树上摘下时，果实与果树分离瞬间，机械臂受惯性作用容易与网袋碰撞），而本实施例中的网袋300并不会限制机械臂200的运动空间，有利于减少碰撞风险，同时4个网袋300均匀环布，能够确保采摘过程中无人机100飞行平稳。
38.需要说明的是，可以在机械臂200上设置驱动电机以驱动夹爪210转动。
39.进一步的，网袋300底部设置有电磁开关310，通过控制电流的通断实现电磁开关310的启闭，从而实现快速便捷的果实卸载，无需人工拆卸网袋300收集果实，大大提高了采摘效率。
40.在某些实施例中，果实采摘机器人还设置有重量传感器，重量传感器用于监测四个网袋300的承载重量。
41.通过实时监测各个网袋300的承载重量，确保重量均匀分布，有利于避免采摘机器人倾覆。
42.在某些实施例中，每个网袋均可以单独设置一个重量传感器。
43.在某些实施例中，一种采摘方法，应用于采摘机器人的控制系统，其步骤包括：s1.获取目标果实的位置信息；s2.根据位置信息，控制采摘机器人升空至指定位置；s3.控制机械臂200抓取目标果实并放入到网袋300中；s4.控制采摘机器人返回地面卸载目标果实。
44.本实施例中，可以通过在机械臂200末端设置双目相机对目标果实实现目标识别和定位，从而获得目标果实的位置，当机械臂200抓取到目标果实后则控制机械臂200将果实从果树上摘离并暂放在任一个网袋300中，待所有网袋300均满载后控制无人机返回地面卸载果实。
45.需要说明的是，本实施例中采摘机器人升空的指定位置指的是能够使机械臂200顺利抓取到目标果实的位置，采摘机器人在该指定位置下时，目标果实在机械臂200的行程范围内，目标果实能够被机械臂200抓取。
46.在某些实施例中，步骤s3中的具体步骤包括：s31.获取力传感器的力反馈信息；s32.根据力反馈信息判断是否抓取到目标果实；s33.在机械臂200抓取到目标果实时，控制无人机100下降并控制夹爪210转动，以使目标果实受力摘离果树；s34.获取力传感器的力变化信息；s35.根据力变化信息判断是否摘取到目标果实。
47.本实施例中，通过力传感器反馈的信息判断夹爪是否正确抓取到目标果实，在机械臂200正确抓取到目标果实后，无人机100则往下降的方向飞行，此时目标果实受机械臂200夹持，且机械臂随着无人机100的下降产生牵引力和夹爪210转动提供的扭力，最终使目标果实从果树上被摘离。因为在果实与果树分离瞬间，机械臂200夹持目标果实的作用力会
出现骤变，根据这种力变化信息可以判断出果实是否成功与果树分离。
48.例如，夹爪210成功夹持目标果实时，作用力为a的数值，当机械臂200牵引目标果实时，该作用力会增加成为b的数值，在果实与果树分离瞬间，作用力会从b的数值骤变成c的数值，随着采摘机器人稳定后作用力最终重新变为a的数值。
49.在某些实施例中，步骤s3中的具体步骤包括：s36.控制机械臂200携带目标果实按预设的放置顺序放置在对应的网袋300中。
50.在其中一种实施例中，基于4个网袋300的位置分布，控制机械臂200按顺时针或逆时针的顺序依次将所采摘到的果实放置在对应的网袋300上，例如，预设的放置顺序为网袋a
→
网袋b
→
网袋c
→
网袋d（视4个网袋300的分布呈正方形，其中网袋a与网袋c对角设置，网袋b与网袋d对角设置），在采摘过程中，机械臂200按照该顺序循环执行，以将目标果实轮流放置在4个网袋300中直至4个网袋300均满载。
51.在另一种实施例中，预设的放置顺序为网袋a
→
网袋c
→
网袋b
→
网袋d（视4个网袋300的分布呈正方形，其中网袋a与网袋c对角设置，网袋b与网袋d对角设置），在采摘过程中，机械臂200按照该顺序循环执行，以将目标果实轮流放置在4个网袋300中直至4个网袋300均满载，而这种放置顺序更有利于确保采摘机器人整体的平衡性（果实对角放置，能够保持采摘机器人对角位置的平衡），避免采摘机器人在采摘过程中倾覆。
52.需要说明的是，当机械臂200采摘失败时（例如机械臂200未正确抓取目标果实，或机械臂200未成功将目标果实从果树上摘离），则机械臂200重新抓取另一个目标果实时，会将该果实放置在上一次采摘失败时所应放置的网袋300中，例如，上一次采摘的果实应当放置在网袋a中，然而采摘失败，当机械臂200采摘下一个果实时，则将该果实放置在网袋a中。
53.在实际应用时，每个果实的重量均不相同，若仅按照预设的放置顺序将果实放置在各个网袋300中，有可能会出现各个网袋300承载相同的果实数量却有不同的承载重量的情况，当网袋300之间的承载重量差异过大时，有可能导致采摘机器人倾覆。
54.在某些优选实施例中，步骤s3中的具体步骤包括：s37.通过重量传感器获取各个网袋300的重量信息；s38.根据重量信息，控制机械臂200携带目标果实放置在重量最小的网袋300中。
55.本实施例通过重量传感器实时监测各个网袋300的承载重量，机械臂200采摘到果实时会优选将果实放置在承载重量最小的一个网袋300中，从而有效确保各个网袋300之间的承载重量差异不会过大。
56.在某些实施例中，步骤s4中的具体步骤包括：s41.控制采摘机器人移动到地面的放置点上；s42.在到达放置点后控制电磁开关310打开以使目标果实从网袋300中卸载；s43.在目标果实全部卸载后，控制电磁开关310关闭。
57.本实施例中，采摘机器人底部也可以设置摄像头实现对地面放置点的识别和定位，从而确保采摘机器人能够准确下降至地面的放置点上，控制电磁开关310打开时有利于果实能够准确卸载于放置点上。本实施例的采摘机器人能够完成自动卸载，免除了人工拆卸网袋300进行果实收集的过程，大大减少了人力成本同时实现网袋300中果实的一键快速卸载，以及网袋300的一键快速封闭，有利于减少在放置点的停留时间，使采摘机器人迅速完成卸载并迅速做好准备重新返回作业点继续采摘作业。
58.需要说明的是，可以通过在各个网袋300上设置传感器监测果实是否全部卸载，例如设置红外传感器检测网袋300底部是否有果实；又例如设置重力传感器检测网袋300的承载重量；又例如设置视觉传感器获取各个网袋300的图像，但不仅限于此。
59.请参照图4，图4是本技术一些实施例中的一种采摘装置，用于上述采摘机器人的控制系统，该采摘装置以计算机程序的形式集成在该采摘装置的后端控制设备中，该采摘装置包括：获取模块400，用于获取目标果实的位置信息；第一控制模块500，用于根据位置信息，控制采摘机器人升空至指定位置；第二控制模块600，用于控制机械臂200抓取目标果实并放入到网袋300中；第三控制模块700，用于控制采摘机器人返回地面卸载目标果实。
60.在某些实施例中，第二控制模块600用于在控制机械臂200抓取目标果实并放入到网袋300中的时候执行：s31.获取力传感器的力反馈信息；s32.根据力反馈信息判断是否抓取到目标果实；s33.在机械臂200抓取到目标果实时，控制无人机100下降并控制夹爪210转动，以使目标果实受力摘离果树；s34.获取力传感器的力变化信息；s35.根据力变化信息判断是否摘取到目标果实。
61.在某些实施例中，第二控制模块600用于在控制机械臂200抓取目标果实并放入到网袋300中的时候执行：s36.控制机械臂200携带目标果实按预设的放置顺序放置在对应的网袋300中。
62.在某些实施例中，第二控制模块600用于在控制机械臂200抓取目标果实并放入到网袋300中的时候执行：s37.通过重量传感器获取各个网袋300的重量信息；s38.根据重量信息，控制机械臂200携带目标果实放置在重量最小的网袋300中。
63.在某些实施例中，第三控制模块700用于在控制采摘机器人返回地面卸载目标果实的时候执行：s41.控制采摘机器人移动到地面的放置点上；s42.在到达放置点后控制电磁开关310打开以使目标果实从网袋300中卸载；s43.在目标果实全部卸载后，控制电磁开关310关闭。
64.请参照图5，图5为本技术实施例提供的一种电子设备的结构示意图，本技术提供一种电子设备，包括：处理器1301和存储器1302，处理器1301和存储器1302通过通信总线1303和/或其他形式的连接机构（未标出）互连并相互通讯，存储器1302存储有处理器1301可执行的计算机程序，当计算设备运行时，处理器1301执行该计算机程序，以执行上述第二方面的实施例的任一可选的实现方式中的采摘方法，以实现以下功能：获取目标果实的位置信息；根据位置信息，控制采摘机器人升空至指定位置；控制机械臂200抓取目标果实并放入到网袋300中；控制采摘机器人返回地面卸载目标果实。
65.本技术实施例提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，执行上述第二方面的实施例的任一可选的实现方式中的采摘方法，以实现以下功
能：获取目标果实的位置信息；根据位置信息，控制采摘机器人升空至指定位置；控制机械臂200抓取目标果实并放入到网袋300中；控制采摘机器人返回地面卸载目标果实。
66.其中，存储介质可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，如静态随机存取存储器（static random access memory, 简称sram），电可擦除可编程只读存储器（electrically erasable programmable read-only memory, 简称eeprom），可擦除可编程只读存储器（erasable programmable read only memory, 简称eprom），可编程只读存储器（programmable red-only memory, 简称prom），只读存储器（read-only memory, 简称rom），磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。
67.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
68.另外，作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
69.再者，在本技术各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
70.在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
71.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。