一种多机械臂协同的智能花盆搬运机器人

技术领域

本发明涉及花盘搬运管理的技术领域，尤其是涉及一种多机械臂协同的智能花盆搬运机器人。

背景技术

从“智慧农业”概念的提出，我国就一直在加快建设农业强国的步伐。随着产业结构的战略性调整，花卉种植业以高需求、高产值等方面的优势快速发展。我国的花卉产业市场具有深厚的产业基础，有着“朝阳产业”之称。但由于盆栽幼苗对环境要求较为特殊，因此往往需要根据幼苗不同的生长状态，对其进行分类存储管理。

目前，国内的花卉管理依赖于人工操作，不管是重型机械还是轻型机械的普及程度都比较低。由于人工操作的精度限制难以完成标准化、自动化。在空间成本上，为人工操作而发明的花卉培育场地空间利用率低下，在时间成本上，对于花盆转运这种重复性高的序列化操作，使用人力进行操作的效率比较低，限制了扩大生产的规模。基于目前国内花卉产业的现状，我们提出发明一种高效的多机械臂协同的智能花盆搬运机器人。

发明内容

针对目前国内的花卉管理过于依赖人工操作，人工操作的精度限制难以完成标准化、自动化的问题，本发明提供一种能够对不同颜色的花卉实现高精度抓取，并通过其颜色对其进行分类，根据花盆的不同颜色进行分类管理的多机械臂协同的智能花盆搬运机器人。

为实现上述目的，本发明可采取下述技术方案：一种多机械臂协同的智能花盆搬运机器人，包括底盘、机械臂、传感器组件、抓取组件和控制系统，其中底盘上方安装机械臂和传感器组件，机械臂的端部安装抓取组件，传感器组件连接控制系统，控制系统控制底盘、机械臂和抓取组件进行花盆搬运。

其中底盘为双层结构，包括上板和下板，上板和下板之间通过立柱连接固定，下板的下侧以环形阵列的方式安装四个行走电机，行走电机的转轴上安装行走轮，所述行走轮采用全向轮，底盘上还安装有陀螺仪。

上板的上侧面安装机械臂和传感器组件，其中机械臂安装在上板的外侧，传感器组件通过转轴安装在上板的中部，所述传感器组件包括摄像头和激光传感器。

机械臂包括固定座、舵机一和舵机二，固定座安装在上板上，固定座的上侧安装轴座，通过轴座安装舵机一，舵机一向外延伸撑臂，通过撑臂安装舵机二，舵机二的外侧固定安装抓取组件。

所述抓取组件包括主动齿轮、从动齿轮、弧形臂和驱动电机，舵机二的外端设置载板，载板的上方通过转轴安装主动齿轮和从动齿轮，主动齿轮和从动齿轮啮合，载板下方安装驱动电机，驱动电机传动连接主动齿轮，主动齿轮和从动齿轮向外延伸有对称的弧形臂。

该多机械臂协同的智能花盆搬运机器人还包括施肥组件，所述施肥组件包括水箱、水管和控制阀，底盘的上方安装水箱，机械臂的外端上方安装控制阀，水箱和电磁阀之间通过水管连通。

其中水箱安装有加压装置，水箱的下侧通过分流接头进行分流，并通过水管分别连接机械臂上安装的控制阀。

所述控制系统包括机械臂控制系统、运动控制系统、图像处理系统和花盆定位系统，其中机械臂控制系统控制机械臂进行动作，运动控制系统控制行走电机，实现对底盘的控制，图像处理系统采用基于动态区域判断的特征识别算法对图像进行识别，花盆定位系统利用OpenCV计算机视觉库定位花盆位置。

底盘上安装有十条机械臂，上板其中一组相对的侧边上每侧安装三条机械臂，另一组相对的侧边上每侧安装两条机械臂。

本发明的有益效果：本发明运用多种前沿算法、机器视觉、图像处理技术与多种软件平台相结合，提供一种高效、多功能、高精确度的多机械臂协同的智能花盆搬运机器人，该机器人能够对不同颜色的花卉实现高精度抓取，并通过其颜色对其进行分类，在抓取的同时，会对花盆中的花卉进行施肥，之后根据花盆的不同颜色进行分类管理。

本发明提供的多机械臂协同的智能花盆搬运机器人实现多机械臂协同作业，具有自主运行、自动导航、图像精准识别、精准抓取和精准分类的特点，能够完成抓取、摆放、施肥等一系列连贯性操作，从而实现花卉的自动化搬运。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明结构设计框视图。

图3是本发明底盘行走轮布局结构示意图。

图4是本发明抓取组件的结构示意图。

图5是本发明十个机械臂的布局结构示意图。

图6是本发明软件控制框视图。

图中标号：底盘1，上板101，立柱102，下板103，行走轮104，行走电机105，机械臂2，固定座201，轴座202，舵机一203，舵机二204，传感器组件3，转轴301，施肥组件4，水箱401，水管402，控制阀403，抓取组件5主动齿轮501，从动齿轮502，弧形臂503，驱动电机504。

实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例1：本发明公开一种如图1和图2所示的多机械臂协同的智能花盆搬运机器人，该机器人通过软硬件结合的方式，采用高集成度的智能花盆搬运机器人，以及高清晰度工业摄像头、高精度步进电机等硬件设备，配合软件控制系统实现对不同颜色的花卉实现高精度抓取，并通过其颜色对其进行分类，根据花盆的不同颜色进行分类管理。

具体该多机械臂协同的智能花盆搬运机器人包括底盘1、机械臂2、传感器组件3、抓取组件5和控制系统，其中底盘1上方安装机械臂2和传感器组件3，机械臂2的端部安装抓取组件5，传感器组件3连接控制系统，控制系统控制底盘1、机械臂2和抓取组件5进行花盆搬运。

控制系统包括机械臂控制系统、运动控制系统、图像处理系统和花盆定位系统，其中利用机械臂控制系统使机械臂根据接收到的指令做出各种设计动作，运动控制系统通过将上位机发送的控制参数输入程序，将输出参数应用至电机，实现对底盘1的控制，图像处理系统采用基于动态区域判断的特征识别算法，基于相对的像素偏移对图像进行识别，花盆定位系统利用OpenCV计算机视觉库，在理想的呈像固定位置周围向外搜索，距离最近且颜色、面积满足要求的轮廓位置即可认定为花盆位置，不断调整区间阈值，直至能清晰的检测出图像，即完成程序设计。

为了实现对不同颜色的花盆进行精准分类，所述控制系统还包括花盆分类系统，通过多线程图像处理程序，使用单独线程不停的刷新图像缓冲区，对图像进行处理后将结果放入共享内存里，大大降低了图像延时，提高了整体可靠性，从而更好地进行花盆分类。

如图1和图3所示，其中底盘1为双层结构，包括上板101和下板103，上板101和下板103之间通过立柱102连接固定，下板103的下侧以环形阵列的方式安装四个行走电机105，行走电机105的转轴上安装行走轮104。

所述上下板之间还安装有电源装置，所述电源装置采用锂电池或铅酸电池，电源装置能够增加底盘1的重量，确保机器人底盘的稳定，避免机器人在移动或搬运花盆的过程中倾倒。

行走电机105安装在下板103的四个边角位置，并且行走电机的输出轴分别朝向不同的四个方向，在行走电机105的输出轴上安装行走轮104，对角位置的两个行走轮104平行，同一侧边的行走轮相互垂直。

所示行走电机105采用高精度步进电机，所述行走轮104采用双排结构的全向轮，还可以采用麦克纳姆轮。

上板101的上侧面安装机械臂2和传感器组件3，其中机械臂2安装在上板101的外侧，传感器组件2通过转轴301安装在上板101的中部，所述传感器组件3包括摄像头、激光传感器。

传感器组件3连接控制系统，通过摄像头为控制系统中的图像处理系统和花盆分类系统提供图像以及色彩数据，利用激光传感器为运动控制系统和花盆定位系统提供定位以及距离信息。

如图6所示，控制系统将运动参数传递到底盘运动控制器，底盘运动控制器获取安装在底盘上的陀螺仪以及激光传感器的数据，通过上述数据修正机器人正前方位置和目标位置，通过计算转角偏差和位移偏差，从而判断机器人当前姿态和移动方向的误差是否满足要求，不满足要求，返回结果重新调整计算，满足结果则退出计算循环控制执行花盘搬运操作。

机械臂2包括固定座201、舵机一203和舵机二205，固定座201安装在上板101上，固定座201的上侧安装轴座202，通过轴座202安装舵机一203，舵机一203向外延伸撑臂204，通过撑臂安装舵机二205，舵机二205的外侧固定安装抓取组件5。

如图4所示，所述抓取组件5包括主动齿轮501、从动齿轮502、弧形臂503和驱动电机504，舵机二205的外端设置载板，载板的上方通过转轴安装主动齿轮501和从动齿轮502，主动齿轮501和从动齿轮502啮合，载板下方安装驱动电机504，驱动电机504传动连接主动齿轮501，主动齿轮501和从动齿轮502向外延伸有对称的弧形臂503。

考虑到多条机械臂展开时机械结构的稳定性和设计复杂度，如图5所示，本实施例采用一对三个机械臂面，一对两个机械臂面组成具有十个机械臂的结构方案，采用串行总线舵机为机械臂的动力关节提供动力，通过改变舵机的角度从而调整机械臂到指定位置，有效地提高了机械臂工作时的稳定性。

本发明自动化程度高，操作简单，按下开关键，机器人即开始工作，通过高精度工业摄像头把采集到的数据反馈给控制系统，经过运算之后，智能机器人会走近待抓取物体，对不同颜色的花盆实现高精度抓取，并通过其颜色对其进行分类，根据花盆的不同颜色进行分类管理。

硬件上，采用十机械臂的智能花盆搬运机器人，同时利用高清晰度工业摄像头配合高精度步进电机及舵机等，可以对花盆进行精确抓取。

软件系统上，采用机械臂控制程序使机械臂可以根据接收到的指令做出各种设计动作，保证机械臂能够有条不紊地完成指定动作。开发了运动底盘与主板之间的通信程序；运动控制程序通过将上位机发送的控制参数输入程序，将输出参数应用至电机，实现对底盘的控制。采用基于动态区域判断的特征识别算法的图像处理程序和利用OpenCV计算机视觉库的花盆定位程序，可以对不同颜色的花盆进行精准分类。

本发明采用多机械臂结构，如图2所示，机械臂控制程序具体为多机械臂协作程序，多机械臂协作程序利用仿生方程来控制各个机械臂的运动，实现协同搬运花盘的功能，通过对仿生方程进行求解和优化，可以使机械臂的动作更加协调和高效。

运动控制程序具体包括了自主导航程序，通过自主导航程序花盘搬运机器人能够在工作区域内自主移动和定位，自主导航程序可以通过与底板控制程序和通信程序的配合，实现机器人的路径规划、障碍物避障和定位等功能，底板控制程序可以控制机器人的运动，通信程序可以与外部设备进行通信，例如激光导航系统和定位传感器。

图像处理程序和花盆定位程序具体为视觉识别程序，花盘搬运机器人通过视觉系统来感知花盘的位置和状态，以便进行准确的搬运操作。视觉识别程序包括图像处理程序、图像定位程序和图像分类程序，图像处理程序可以对采集到的图像进行预处理，提取出花盘的特征，图像定位程序可以根据花盘的特征，确定其在工作区域中的位置和姿态，图像分类程序可以对花盘进行分类，以便选择合适的搬运策略。

本发明不仅能够完成对采集对象的识别、数据收集合处理及抓取等一系列任务，而且具加自动化、智能化，具有精确度好、稳定性好等优点，整机全自动化运行，大大地减少了劳动力，节省了人力资源成本，提高了工作效率，同时，通过对本发明机器人的程序进行修改，还可以对其他物体进行抓取，适用范围较为广泛。

实施例2：进一步的，本发明提供的多机械臂协同的智能花盆搬运机器人还包括有施肥组件4，如图1所示，在底盘的上方安装水箱401，混合配置的液体肥料罐装到水箱中，机械臂2的外端且位于抓取组件5后侧的上方安装控制阀403，所述控制阀403采用电磁阀，水箱401和电磁阀之间通过水管402连通，所述水管402采用柔性软管。

水箱401安装有加压装置，通过加压装置提高水箱中的压强，从而液体肥料能够通过水管402向外输送，控制阀403根据控制系统的指令启闭，为机械臂抓取的花盘进行施肥操作。

本发明采用十机械臂结构，每条机械臂上均安装控制阀403，所述水箱401的下侧通过分流接头等进行分流，并通过水管402分别连接机械臂上安装的控制阀。

本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。