本发明涉及农业机器人，特别是关于水果采摘的自动化系统和方法，具体而言，涉及一种差速底盘及抓取机构协同四足机器人作业的智能控制系统。
背景技术：
1、传统的水果采摘工作主要依赖于人工劳动，存在劳动强度大、效率低、成本高等问题。随着机器人技术的发展，自动化采摘系统逐渐应用于果园等农业领域，以提高采摘效率、降低劳动成本和改善劳动条件。
2、针对水果采摘的自动化技术已经有所发展，主要包括基于机械臂的自动采摘系统和基于差速移动底盘的机器人。然而，传统的单一机器人系统存在着局限性，如机械臂工作范围有限、底盘机器人搬运能力受限等。
3、在水果采摘后，需要将水果运输到指定的地点，这通常需要穿越果园内的道路、小径等不规则地形。传统的机器人往往难以适应复杂的地形和环境，导致运输效率低下。
4、在水果运输过程中，需要确保机器人能够精准到达目的地，并避免碰撞、损坏果实等情况发生。传统的定位和导航技术在复杂的果园环境中可能存在定位精度不高、路径规划不准确等问题。
技术实现思路
1、针对传统水果采摘技术存在的各种不足，本发明的目的在于提供一种差速底盘及抓取机构协同四足机器人作业的智能控制系统，该系统具有高度的灵活性、适应性、精确性、安全性和智能化水平，是未来工业自动化和机器人技术发展的重要方向之一。
2、本发明通过以下技术方案来实现上述目的：
3、一种差速底盘及抓取机构协同四足机器人作业的智能控制系统，包括：
4、差速移动底盘及抓取机构，其包括一个用于定位、抓取的机械臂和一个用于将移动机械臂至抓取位置的差速移动底盘；其中，在所述机械臂上搭载有高分辨率的摄像头，用于实时采集目标区域的图像信息，并将采集到的图像传输到图像处理系统进行处理，以提取和识别目标特征；
5、四足机器人，用于将抓取好的目标移动至指定位置；
6、传感器组件，用于实时监测周围环境、目标位置以及障碍物检测；
7、控制单元，用于接收来自图像处理系统、传感器组件的信息，以及用户指令，通过控制规划机械臂的抓取路径、调整差速移动底盘的运动参数和协调四足机器人的移动轨迹，以实现差速移动底盘及抓取机构与四足机器人的协同作业。
8、根据本发明提供的一种差速底盘及抓取机构协同四足机器人作业的智能控制系统，所述在所述机械臂上搭载有高分辨率的摄像头，包括：
9、将摄像头安装在机械臂的末端或其他能够稳定支撑且便于调整的位置，且镜头朝向目标区域及其周围区域，确保摄像头视角无遮挡；
10、在使用前，对摄像头进行校准，包括调整摄像头的焦距、曝光时间、白平衡等参数；
11、在机械臂进行移动或作业时，测试摄像头图像的稳定性。
12、根据本发明提供的一种差速底盘及抓取机构协同四足机器人作业的智能控制系统，选择合适的视角和焦距，摄像头开始采集周围环境的图像，所述图像应覆盖到需要识别的目标区域及其周围区域；
13、基于usb协议或基于网络的实时传输协议，通过网络通信接口将采集到的图像传输到图像处理系统进行处理，在图像处理系统中设置缓冲区，并采用多线程或异步处理技术，使图像采集、传输和处理任务并行进行；
14、其中，在图像处理系统中设置本地存储单元，用于临时存储接收到的图像数据，以及将数据上传到云端存储服务；
15、其中，根据摄像头的分辨率和帧率，计算所需的数据传输速度。
16、根据本发明提供的一种差速底盘及抓取机构协同四足机器人作业的智能控制系统，通过图像处理系统对采集到的图像信息进行预处理；
17、利用深度学习模型提取目标果树特有的表面结构特征，实现果树的准确识别；
18、采用边缘检测算法，识别图像中的边界线，以便于区分目标果树与背景或其他物体；
19、基于边缘检测结果，提取出果树的完整轮廓；
20、通过颜色空间转换和颜色阈值分割，识别不同物体的颜色信息；
21、通过分析目标果树的图像，识别目标果实的位置或成熟度信息，果实的位置信息包括其在三维空间中的坐标(x,y,z)或相对于机械臂末端执行器的位置；
22、其中，分析图像中的障碍物、地形变化以及光照条件等，为机器人的导航和作业提供环境信息。
23、根据本发明提供的一种差速底盘及抓取机构协同四足机器人作业的智能控制系统，搭载机械臂的差速移动底盘根据果实的位置信息进行运动规划，确定最佳的运动轨迹，包括；
24、利用差速移动底盘上搭载的传感器组件或者机械臂搭载的摄像头获取果实的位置信息；
25、将获取到的果实位置信息转换为差速移动底盘的运动坐标系中；
26、应用dwa路径规划算法，根据果实位置和差速移动底盘当前位置，确定最佳的运动路径。
27、根据本发明提供的一种差速底盘及抓取机构协同四足机器人作业的智能控制系统，所述将获取到的果实位置信息转换为差速移动底盘的运动坐标系中，包括：
28、根据传感器和差速移动底盘的相对位置关系以及各自的坐标系定义，构建从传感器坐标系到差速移动底盘坐标系的变换矩阵，该变换矩阵包括平移和旋转，用于将传感器坐标系中的点转换到差速移动底盘坐标系中；其中，平移部分表示传感器坐标系原点在差速移动底盘坐标系中的位置，旋转部分表示传感器坐标系相对于差速移动底盘坐标系的旋转角度和方向；
29、将果实位置信息(x,y,z)在传感器坐标系中的坐标表示为向量形式；
30、使用变换矩阵将果实位置的向量从传感器坐标系转换到差速移动底盘坐标系中，变换后的向量表示果实在差速移动底盘坐标系中的位置。
31、根据本发明提供的一种差速底盘及抓取机构协同四足机器人作业的智能控制系统，在机械臂靠近目标果实后利用末端对果实进行采摘操作，包括；
32、在机械臂接近果实之前，通过视觉系统或传感器组件精确定位果实的位置；
33、机械臂运动规划，其包括：关节空间规划以及采样规划；
34、在夹持过程中，使用传感器组件监测机械臂末端与果实的接触情况，以及判断果实是否已经被夹持；
35、设计安全保护机制，防止夹爪误伤操作人员或其他周围物体。
36、根据本发明提供的一种差速底盘及抓取机构协同四足机器人作业的智能控制系统，所述关节空间规划包括：
37、关节空间插值：在起始关节配置和目标关节配置之间，通过插值算法生成一系列中间关节位置，这些位置通过逆运动学计算转换为机械臂末端的预期位置，以确保机械臂能够平滑地移动到目标位置；
38、关节空间优化：考虑机械臂的关节限制、动力学约束以及优化目标，使用优化算法找到最佳的关节轨迹；
39、所述采样规划包括：
40、配置空间采样：将运动规划问题转化为图搜索问题，在机械臂的配置空间中进行随机或启发式采样；
41、快速随机树搜索：利用采样得到的节点构建随机树，并通过搜索算法(找到从起始配置到目标配置的有效路径。
42、根据本发明提供的一种差速底盘及抓取机构协同四足机器人作业的智能控制系统，当差速移动底盘运行到四足机器人旁利用机械臂完成果实的移送时，具体包括：
43、差速移动底盘利用导航系统定位到四足机器人的旁边，并规划到达目标位置的最佳路径；
44、在底盘接近目标位置的过程中，预先调整机械臂至合适的工作位置；其中，预置位置应考虑到果实位置以及机械臂的工作范围，以确保能够有效地完成果实的移送；
45、当差速移动底盘到达目标位置，机械臂上的摄像头或传感器组件启动，对周围环境进行扫描和检测，利用视觉系统或传感器技术，准确识别并定位果实的具体位置；
46、基于果实的位置信息，规划机械臂的最佳夹取路径和动作；
47、机械臂按照规划路径运动至果实上方或附近，利用末端精确夹取果实；
48、夹取成功后，机械臂根据预设轨迹或实时计算的路径将果实移送到四足机器人的搬运装置上。
49、根据本发明提供的一种差速底盘及抓取机构协同四足机器人作业的智能控制系统，四足机器人根据周围环境将果实运输到指定位置，具体包括；
50、在四足机器人上安装激光雷达传感器，以获取周围环境的地图信息和障碍物位置；使用hgl-graph-slam三维激光雷达算法，利用激光雷达扫描的数据构建实时地图，并确定四足机器人的当前位置；
51、基于构建的地图和目标位置，使用路径规划算法dijkstra全局路径规划算法和mpc局部路径规划算法确定四足机器人到达大致位置的最佳路径。
52、控制四足机器人沿着规划好的路径移动，保持与地图上的路径一致，并避开障碍物；
53、在目标位置附近布置带有二维码标识的标志物，确保二维码能够被四足机器人识别到，在四足机器人搭载有rgb-d摄像头，用于识别和定位二维码；
54、对摄像头获取的图像进行处理，识别出二维码并获取其位置信息；
55、导航调整：根据识别到的二维码位置信息，调整四足机器人的导航目标，以确保四足机器人移动到二维码所代表的精确位置，四足机器人移动到二维码精确位置后，进行位置校准，确保其位置和姿态与二维码位置一致。
56、由此可见，相比于现有技术，本发明提供的方法具有以下有益效果：
57、1、高度灵活性和适应性：本发明结合差速移动底盘的机械臂能够在复杂多变的环境中灵活移动至指定位置，而四足机器人则能在不平坦或难以通行的地面上稳定行走，两者协同工作大大提高了整个系统在复杂环境中的作业能力和适应性。
58、2、增强的抓取精度和效率：本发明机械臂搭载的高分辨率摄像头和图像处理系统能够实时、准确地识别并定位目标，确保精确抓取。同时，通过优化机械臂的抓取路径和差速移动底盘的运动参数，可以显著提高抓取效率，减少不必要的移动和等待时间。
59、3、高效协同作业：本发明通过控制单元能够实时接收并处理来自多个传感器和图像处理系统的信息，通过智能算法规划出最优的协同作业方案，确保机械臂和四足机器人之间的无缝衔接和高效配合，从而提升整体作业效率。
60、4、强大的环境感知能力：本发明通过传感器组件的引入使得系统能够实时监测周围环境、目标位置以及障碍物情况，有效避免碰撞和意外发生，提高了作业的安全性和可靠性。
61、5、可扩展性和模块化设计：该系统可能采用模块化设计，使得机械臂、差速移动底盘和四足机器人等组件可以根据具体任务需求进行更换或升级，从而满足不同场景下的作业要求，提高了系统的可扩展性和灵活性。
62、6、降低人力成本：自动化抓取系统的应用可以显著减少人工干预，降低人力成本，提高生产效率。同时，在危险或恶劣环境下作业时，还能有效保障人员的安全。
63、因此，本发明通过差速移动底盘和四足机器人结合了不同的移动方式，能够更灵活地适应各种复杂的果园地形和环境。底盘机械臂可通过差速运动在不平坦的地形上移动，而四足机器人则具备良好的越障能力，能够穿越或绕过各种地形障碍物；底盘机械臂和四足机器人的协同作业可以充分利用各自的优势，实现高效的水果采摘和运输。另外，机械臂负责采摘工作，而四足机器人则负责搬运和运输，从而提高了整体的运输效率；利用激光雷达导航和二维码导航组合的方式四足机器人系统可以实现对目标位置的精准定位和导航。
64、下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
1.一种差速移动底盘及抓取机构与四足机器人协同作业的自动化抓取系统，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述在所述机械臂上搭载有高分辨率的摄像头，包括：
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述将获取到的果实位置信息转换为差速移动底盘的运动坐标系中，包括：
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于：
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于：
9.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
10.根据权利要求9所述的系统，其特征在于：
