本發明涉及農業機器人領域，特別涉及一種基于近景深度傳感器的機器人實時逼近定位采摘方法。

背景技術：

目前機器人采摘作業過程中常用的手眼協調方法具有明顯不足：

（1）通常由視覺系統先完成對果實的識別和定位，進而引導機械臂和末端執行器趨近被定位的目標果實并完成摘取。遠景視覺系統在較遠位置實施探測，造成視場范圍內對象信息過多，處理過程過于復雜，且定位精度受到影響；視覺系統的識別定位和機械系統的運動執行分別順序間歇進行，存在“果實識別—果實定位—坐標信息傳遞—機械臂運動規劃—機械臂逼近—末端執行器摘取”的復雜環節，作業效率受到嚴重影響。

（2）部分由固定于機器人本體的遠景相機和安裝于末端執行器內的近景相機結合，實現對目標果實的識別定位和引導機械手完成采摘作業。通常先由遠景相機探測植株方位并引導機械手伸展靠近植株，進而利用安裝于末端執行器內的相機進行近景的識別定位。其過程不僅存在遠、近景相機的匹配問題，并需由遠景相機、機械手和近景相機的多環節間歇性動作來實現。同時，需要利用機械手攜帶近景相機相對目標對象的橫向運動來實現獲取目標對象的空間位置，定位過程繁瑣耗時，更無法保證作業效率。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種基于近景深度傳感器的機器人實時逼近定位采摘方法，實現采摘機器人作業中的實時連續定位采摘作業。

為了解決以上技術問題，本發明采用的具體技術方案如下：

一種基于近景深度傳感器的機器人實時逼近定位采摘方法，其特征在于：采摘機器人的機械臂（2）、末端執行器（1）和近景深度傳感器（3）從距離植株的冠層（4）較遠位置開始趨近果實（6）并完成采摘的連續動作行程分為樹冠搜索區間（s1）、子區域定位區間（s2）、子區域趨近動作區間(s3)、單果識別定位區間（s4）、果實摘取動作區間（s5）。

一種基于近景深度傳感器的機器人實時逼近定位采摘方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一，樹冠搜索區間（s1）：采摘機器人的機械臂（2）腕部轉動使近景深度傳感器（3）獲得整個冠層（4）的深度信息并由深度信息確定冠層（4）的整個輪廓的相對方位；

步驟二，子區域定位區間（s2）：此時機械臂（2）開始帶動末端執行器（1）和近景深度傳感器（3）向整個冠層（4）的方位迫近，在機械臂（2）運動的同時，采摘機器人的控制系統根據近景識別的需要，利用近景深度傳感器（3）獲得的整個冠層（4）的深度信息將冠層4劃分為多個子區域5并確定實施采摘的子區域5的順序；

步驟三，子區域趨近動作區間（s3）：在趨近動作切換深度閾值[d1]位置，根據首先實施采摘作業的子區域（5）的方位，機械臂（2）帶動末端執行器（1）和近景深度傳感器（3）切換動作向首先實施采摘作業的子區域（5）迫近；

步驟四，單果識別定位區間（s4）：當近景深度傳感器（3）到達近景識別定位深度閾值[d2]位置，機械臂（2）帶動末端執行器（1）和近景深度傳感器（3）繼續向首先實施采摘作業的子區域（5）迫近的同時，近景深度傳感器（3）對首先實施采摘作業的子區域（5）進行各果實（6）的近景識別定位，并確定進行果實（6）的摘取順序；

步驟五，果實摘取動作區間（s5）：在摘取動作切換閾值[d3]位置，根據首先實施摘取作業的果實（6）空間位置，機械臂（2）帶動末端執行器（1）和近景深度傳感器（3）切換動作向首先實施摘取作業的果實（6）迫近并到達后完成摘取；

步驟六，機械臂（2）繼續帶動末端執行器（1）和近景深度傳感器（3）按果實（6）的摘取順序完成對首先實施采摘作業的子區域（5）內其它果實（6）的摘取；

步驟七，機械臂（2）繼續帶動末端執行器（1）和近景深度傳感器（3）根據子區域定位區間（s2）中確定的實施采摘的子區域（5）的順序和各子區域（5）方位，將末端執行器（1）和近景深度傳感器（3）定位于下一子區域（5）的定位深度閾值[d2]處，并重復步驟五、步驟六，完成對該子區域（5）內果實（6）的識別定位和摘取；

步驟八，重復步驟七，直至該植株冠層（4）內的果實（6）采摘完成。

所述近景深度傳感器為realsense等能夠在冠層附近時獲得冠層輪廓、并在人工采摘的視覺距離范圍內對果實進行識別定位的深度傳感器。

本發明具有有益效果。本發明通過變機器人采摘中視覺系統的識別定位和機械系統的運動執行的多個環節間歇性流程為視覺系統與機械系統的連續并行流程，從而能夠將遠景輪廓導引和分區域近景識別定位結合，實現遠近景的快速連續逐次迫近，大大提高了機器人采摘作業的實時性和精度。

附圖說明

圖1為本發明基于近景深度傳感器的機器人實時逼近定位采摘過程示意圖。

圖2為本發明冠層的子區域劃分示意圖。

圖3為本發明實時連續逼近的近景深度傳感器與機械臂并行時序示意圖。

圖中：1.末端執行器，2.機械臂，3.近景深度傳感器，4.樹冠，5.子區域，6.果實，[d1].趨近動作切換深度閾值，[d2].近景識別定位深度閾值，[d3].摘取動作切換深度閾值，d1.樹冠搜索區間,s2.子區域定位區間，s3.子區域趨近動作區間，s4.單果識別定位區間，s5.果實摘取動作區間。

具體實施方式

如圖1所示，近景深度傳感器3安裝在機械臂2的腕部。采摘機器人作業時，采摘機器人的底盤行駛到植株附近并停止前進，采摘機器人開始對該植株的采摘作業。采摘機器人的機械臂2、末端執行器1和近景深度傳感器3從距離植株的冠層4較遠位置開始趨近果實6并完成采摘的連續動作行程分為樹冠搜索區間s1、子區域定位區間s2、子區域趨近動作區間s3、單果識別定位區間s4、果實摘取動作區間s5。如圖1和圖3所示，由遠及近完成采摘的過程如下：

（1）樹冠搜索區間s1：采摘機器人的機械臂2腕部轉動使近景深度傳感器3獲得整個冠層4的深度信息并由深度信息確定冠層4的整個輪廓的相對方位；

（2）子區域定位區間s2：此時機械臂2開始帶動末端執行器1和近景深度傳感器3向整個冠層4的方位迫近，在機械臂2運動的同時，采摘機器人的控制系統根據近景識別的需要，利用近景深度傳感器3獲得的整個冠層4的深度信息將冠層4劃分為多個子區域5并確定實施采摘的子區域5的順序，如圖2所示；

（3）子區域趨近動作區間s3：在趨近動作切換深度閾值[d1]位置，根據首先實施采摘作業的子區域5的方位，機械臂2帶動末端執行器1和近景深度傳感器3切換動作向首先實施采摘作業的子區域5迫近；

（4）單果識別定位區間s4：當近景深度傳感器3到達近景識別定位深度閾值[d2]位置，機械臂2帶動末端執行器1和近景深度傳感器3繼續向首先實施采摘作業的子區域5迫近的同時，近景深度傳感器3對首先實施采摘作業的子區域5進行各果實6的近景識別定位，并確定進行果實6的摘取順序；

（5）果實摘取動作區間s5：在摘取動作切換閾值[d3]位置，根據首先實施摘取作業的果實6空間位置，機械臂2帶動末端執行器1和近景深度傳感器3切換動作向首先實施摘取作業的果實6迫近并到達后完成摘取；

（6）機械臂2繼續帶動末端執行器1和近景深度傳感器3按果實6的摘取順序完成對首先實施采摘作業的子區域5內其它果實6的摘取；

（7）機械臂2繼續帶動末端執行器1和近景深度傳感器3根據子區域定位區間s2中確定的實施采摘的子區域5的順序和各子區域5方位，將末端執行器1和近景深度傳感器3定位于下一子區域5的定位深度閾值[d2]處，并重復步驟（5）、（6），完成對該子區域5內果實6的識別定位和摘取；

（8）重復步驟（7），直至該植株冠層4內的果實6采摘完成。