本发明涉及农业采摘，特别涉及一种茄子自动采摘机器人与目标检测方法。
背景技术：
1、茄子主要为大棚种植，规范化程度相对较高，大棚内茄子每垄间隔70-80cm，每株间距30-40cm。目前，茄子的种植护理采摘等过程主要还是由人工完成，但是成熟茄子根茎坚韧，人工剪切费力，作业时需要弯腰或蹲下，劳动强度大而且效率低。茄子自动化采摘是一种先进的农业技术，旨在利用自动化设备来提高茄子的采摘效率和精度。茄子自动化采摘系统包括视觉识别系统和机器人系统，能够实现高效、精准和可靠的作业，显著提升农业生产效率和产品质量。
2、cn221178502u公开了一种圆茄子采收装置，包括底座，所述底座的表面固定有收集筐和固定座，所述收集筐的侧边转动连接有翻转板，所述底座的下端转动连接有移动轮，所述底座和移动轮中间转动连接有减震结构，所述固定座的内部固定有转动舵机，所述转动舵机的上端传动连接有定位板，所述定位板的上端转动连接有变动架，所述变动架的上端转动连接有旋转舵机，所述变动架和旋转架的内部均设置有旋转舵机，所述旋转架的上端连接有驱动电机，所述驱动电机的表面传动连接有采收锯片。
3、cn109618670b公开了一种果蔬采摘分拣智能机器人，包括行走升降机构，末端采摘机构，接果输送机构，传送分拣机构及感应控制系统，其中：行走升降机构包括移动底座，安装在移动底座上的升降台；末端采摘机构安装在升降台上，包括多节机械臂，前端机械爪，安装在机械爪上的剪切机构，通过多节机械臂移动到果蔬位置，利用机械爪抓取果蔬，并通过剪切机构切断果茎；接果输送机构安装在升降台上，包括接果网兜，与网兜底部相连通的输果管，所述输果管直径大于一颗果蔬直径，小于两颗果蔬直径，机械爪摘取的果蔬送入接果网兜，并从输果管逐一落下；传送分拣机构安装在升降台表面，依次包括斜坡段，传送段及分拣段，斜坡段位于传送段的起始端，包括倾斜的底板及两侧挡板，且斜坡段的起始位置位于输果管正下方，所述传送段包括主动辊，从动辊及传送带，分拣段位于传送段的末端，包括支架，安装在支架顶部的转向阀，安装在转向阀上的分拣板，分拣板末端正对的移动底座上并排放置有多个果蔬框，输果管掉落的果蔬通过斜坡段滚落至传送段，并送至分拣段，分拣段根据果蔬尺寸及成熟度选择对应果蔬框下料；所述感应控制系统包括控制器，与控制器连接的多个红外传感器，重力传感器及视觉传感器，多个红外传感器并排安装在斜坡段两侧的挡板上，感应果蔬滚落距离，探测的数据发送至控制器，控制器根据距离数据计算果子直径，具体直径的计算方式为，每一对红外传感器运算得到一个果子直径值d＝l-a*t/2-b*t/2，其中l为两侧板之间的距离，a为一侧挡板上红外传感器发射光光速，b为另一侧挡板上红外传感器发射光光速，t为光发射碰触到果子反射回接收器所用时间，然后对多个红外测量数据进行就平均得到果子的直径，所述重力传感器安装传送带下表面，感应传送带上方果蔬重力值，并将重量值回传至控制器，控制器根据重量值以及果子直径运算得到果子成熟度r＝g/c，其中g表示果子的重量，c表示果子的体积，由直径运算得到，然后利用模糊pid分析系统计算出每种果子的成熟度系数，与控制器内预设的成熟度临界值进行对比，若超过临界值则表示过度成熟，则要单独放置一个果蔬框，若没有超过临界值则判断其圆周尺寸与控制器内预存的尺寸进行对比，如果大于预存尺寸则放在一个果蔬框，若小于预存尺寸则放在另一个果蔬框，视觉传感器安装在机械爪上，获取果子位置。
4、cn108401682b公开了一种球状果实采摘机器人末端执行器，包括气缸、连接杆、执行器主体和切割机构；其中，所述执行器主体包括圆柱形壳体、连接板、推杆、推板和第二支撑圆环；所述切割机构包括切割杆组件；所述连接杆的一端与所述气缸的活塞连接，另一端与所述推杆连接；所述圆柱形壳体一侧的底面开口，另一侧的底面与所述连接板连接；所述连接板的中心开设第一通孔，所述推杆未连接连接杆的一端穿过所述第一通孔，进入所述圆柱形壳体内部，并与推板连接；所述圆柱形壳体外侧面开设第二圆槽，所述第二圆槽与所述圆柱形壳体同轴，所述第二圆槽内设置第二支撑圆环；所述切割杆组件包括第一切割杆、第一固定块和刀片；所述第一切割杆的一端沿垂直于杆体的方向依次连接第一固定块和刀片，另一端为自由端；所述圆柱形壳体的侧面自开口的底面一侧向连接所述连接板的一侧沿轴向开设切割缺口；所述第一切割杆的自由端放置于所述切割缺口内，并且所述刀片朝向所述圆柱形壳体中心轴的方向放置；所述第一切割杆的自由端与第一连接块的一端连接，所述第一连接块的另一端通过第一连接件与所述推板连接；所述第一连接件与第一连接块之间通过铰接方式连接；所述第一连接块上开设第二通孔，所述第二支撑圆环穿过所述第二通孔；所述切割缺口的数量为2个，两个所述切割缺口的长度相等且相对于所述圆柱形壳体的中心轴对称设置；所述切割杆组件数量为2个，所述两个切割杆组件的第一切割杆的自由端分别置于所述两个切割缺口内，所述两个切割杆组件的结构、尺寸及连接方式均相同；所述切割杆组件还包括第二切割杆，所述第二切割杆设置于所述第一切割杆和所述第一固定块之间，所述第二切割杆的两端分别与第一切割杆和第一固定块连接；所述第二切割杆的宽度大于所述第一切割杆的宽度。
5、由于大棚内茄子植株的排布规律，能够使用机器人代替人工进行茄子的日常护理、采摘等作业。目前针对球状果实的采用的采摘机器人结构复杂，控制过程繁琐，行走结构和机械臂结构复杂难以适应大棚内有限空间的作业，从而导致采摘效果差。
技术实现思路
1、长期实践发现，采摘机器人在作业过程中要充分考虑作业环境，机械臂的结构直接导致后期作业效率，由于茄子生长在繁茂的植株枝条之间，通常仅采用增加机械臂数量来增加自由度，往往导致整个机械结构复杂，进而导致控制算法复杂，且不能有效地适应在有限空间内采摘作业等技术问题。
2、有鉴于此，本发明旨在提出一种茄子自动采摘机器人包括：采摘执行机构，行走装置，目标检测模块；
3、所述采摘执行机构包括驱动电机组件、机械臂组件、末端执行器组件；所述机械臂组件的一端与所述驱动电机组件连接，所述机械臂组件的另一端与所述末端执行器组件连接；所述机械臂组件包括第一臂杆、第二臂杆、第三臂杆、第四臂杆，所述驱动电机组件包括第一驱动电机与第二驱动电机；所述第一臂杆一端与所述第一驱动电机的动力输出轴连接，所述第一臂杆另一端通过第一轴分别与所述第二臂杆、所述第三臂杆连接；所述第四臂杆的一端与所述末端执行器组件连接，所述第四臂杆的另一端通过第二轴与所述第二臂杆、所述第三臂杆连接；所述第二驱动电机的动力输出轴固定设置有第一同步轮，所述第一轴设置有第二同步轮和第三同步轮，所述第二轴设置有第四同步轮，所述第一同步轮与所述第二同步轮能够通过同步带进行动力传动，所述第三同步轮与所述第四同步轮通过同步带进行动力传动；
4、所述行走装置包括底盘机构与轮毂电机，所述采摘执行机构通过丝杆组件与所述底盘机构连接，所述底盘机构与所述轮毂电机连接，所述轮毂电机用于驱动车轮；
5、所述机械臂组件与所述末端执行器组件连接的一端固定设置有所述目标检测模块；所述目标检测模块用于识别成熟茄子果实。
6、在一种实施例中，所述第二驱动电机动力输出轴与所述第一同步轮设置有第一减速机构，所述第一驱动电机的动力输出轴与所述第一臂杆之间设置有第二减速机构；
7、所述第一减速机构、所述第二减速机构分别与支架可拆卸连接，所述支架与丝杆螺母固定连接。
8、在一种实施例中，所述第一臂杆能够通过第一连接座与所述第二减速机构输出轴连接，所述第二同步轮和所述第三同步轮之间设置有轴承座，所述第一臂杆能够通过所述轴承座与所述第一轴连接；所述第二臂杆、所述第三臂杆分别能够通过第二连接座、第三连接座与所述第一轴的两端连接；所述第二臂杆、所述第三臂杆分别能够通过轴承座与所述第二轴连接。
9、在一种实施例中，所述第四臂杆能够通过第二连接座与所述第二轴连接。
10、在一种实施例中，所述第二同步轮和所述第三同步轮大小和齿数相同。
11、在一种实施例中，所述末端执行器组件包括电动切割组件，所述电动切割组件与所述第四臂杆可拆卸连接。
12、在一种实施例中，所述底盘机构包括底盘支架、转向轮和至少两个车轮，所述车轮中同轴设置有所述轮毂电机，所述底盘支架为多根连接杆首尾相接，形成能够容纳储能电池的内部空间；所述底盘支架与所述转向轮连接，所述底盘支架与所述车轮连接。
13、在一种实施例中，所述目标检测模块包括深度相机与上位机模块，所述深度相机用于采集图像数据并能够对目标进行检测；所述上位机模块与所述深度相机连接，用于接收所述深度相机传输的图像数据。
14、本发明还公开了一种用于执行如上述的茄子自动采摘机器人的目标检测方法，所述目标检测方法包括，
15、步骤s1，训练基于yolo的茄子目标检测模型，将训练好的茄子目标检测模型部署至深度相机；
16、步骤s2，采用深度相机采集图像数据，计算得到目标茄子与所述深度相机之间的相对位置，并计算出目标茄子与电动切割组件之间的相对位置；
17、步骤s3，计算所述丝杆组件、所述机械臂组件中第一臂杆、第二臂杆、第三臂杆、第四臂杆所需运动距离，控制所述第一驱动电机、所述第二驱动电机与所述丝杆组件执行操作。
18、本发明提供了一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行本技术如上述的目标检测方法。
19、本发明公开的茄子自动采摘机器人设置有采摘执行机构，行走装置，目标检测模块；通过机械臂组件连接驱动电机组件与末端执行器组件，通过第一臂杆、第二臂杆、第三臂杆和第四臂杆构成的四边形连杆机构与同步带传动相结合，由第一驱动电机驱动第一臂杆调整机械臂角度，第二驱动电机将动力通过第一同步轮、第二同步轮、第三同步轮、第四同步轮传输至第二臂杆、第三臂杆、第四臂杆的机械运动和角度调整，结构简单易于操作控制，机械臂组件采用平行四边形连杆机构使机械臂结构紧凑，俯仰动态性能高，末端角度操作灵活，自由度分离，控制解算简单。辅助以同步带传动使驱动质量分布集中在根部，节省所需的驱动力矩，两者相互作用下，能够快速地将茄子自动采摘机器人中末端执行器组件定位至空间中合适的位置。通过行走装置调整作业空间，目标检测模块将目标的空间位置快速地转换为第一驱动电机和第二驱动电机的控制指令，能实现对目标茄子的检测及高精度定位功能，实现高精度的操作。本发明还公开了一种用于上述茄子自动采摘机器人的目标检测方法，使得整个机器人的智能化更高，能够快速调整作业空间，对目标茄子根茎进行高可靠精确识别和定位测量，基于机器视觉引导机器人对茄子果蒂自动剪切，实现无人化采摘作业。
20、本发明的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
1.一种茄子自动采摘机器人，其特征在于，所述茄子自动采摘机器人包括：采摘执行机构，行走装置，目标检测模块；
2.根据权利要求1所述的茄子自动采摘机器人，其特征在于，所述第二驱动电机(12)动力输出轴与所述第一同步轮(51)设置有第一减速机构(71)，所述第一驱动电机(11)的动力输出轴与所述第一臂杆(21)之间设置有第二减速机构(72)；
3.根据权利要求2所述的茄子自动采摘机器人，其特征在于，所述第一臂杆(21)能够通过第一连接座(61)与所述第二减速机构(72)输出轴连接，所述第二同步轮(52)和所述第三同步轮(53)之间设置有轴承座(62)，所述第一臂杆(21)能够通过所述轴承座(62)与所述第一轴(41)连接；所述第二臂杆(22)、所述第三臂杆(23)分别能够通过第二连接座(64)、第三连接座(65)与所述第一轴(41)的两端连接；所述第二臂杆(22)、所述第三臂杆(23)分别能够通过轴承座(62)与所述第二轴(42)连接。
4.根据权利要求3所述的茄子自动采摘机器人，其特征在于，所述第四臂杆(24)能够通过第四连接座(63)与所述第二轴(42)连接。
5.根据权利要求1所述的茄子自动采摘机器人，其特征在于，所述第二同步轮(52)和所述第三同步轮(53)大小和齿数相同。
6.根据权利要求1所述的茄子自动采摘机器人，其特征在于，所述末端执行器组件(3)包括电动切割组件(32)，所述电动切割组件(32)与所述第四臂杆(24)可拆卸连接。
7.根据权利要求1-6任意一项所述的茄子自动采摘机器人，其特征在于，所述底盘机构(4)包括底盘支架(93)、转向轮(92)和至少两个车轮(91)，所述车轮(91)中同轴设置有所述轮毂电机(5)，所述底盘支架(93)为多根连接杆首尾相接，形成能够容纳储能电池的内部空间；所述底盘支架(93)与所述转向轮(92)连接，所述底盘支架(93)与所述车轮(91)连接。
8.根据权利要求1-6任意一项所述的茄子自动采摘机器人，其特征在于，所述目标检测模块(31)包括深度相机与上位机模块，所述深度相机用于采集图像数据并能够对目标进行检测；所述上位机模块与所述深度相机连接，用于接收所述深度相机传输的图像数据。
9.一种用于执行如权利要求1-8任意一项所述的茄子自动采摘机器人的目标检测方法，其特征在于，所述目标检测方法包括，
10.一种机器可读存储介质，其特征在于，该机器可读存储介质上存储有指令，该指令用于使得机器执行本发明如权利要求9所述的目标检测方法。
