本发明涉及小麦种子表型信息计算领域的一种小麦种子表型信息获取方法，具体来说，涉及了一种基于机器人的小麦种子表型信息获取方法。
背景技术：
1、种子的发育受环境因子的调控，种子长度及千粒重均与种子的生长环境呈显著正相关关系，因此种子表型信息在植物种质资源研究中至关重要，但是高精度、高通量的获取小粒种子表型信息一直以来是种子研究的难点之一。传统的光学表型平台只能获取种子的二维平面信息，包括长度、宽度、周长、面积等，丢失了种子的高度信息，为解决此问题，部分科研人员采用对单粒小麦采集序列图像smf三维重建、3d点云重建等方案获取种子三维信息，但是存在数据处理耗时长、硬件配置要求高等缺陷，制约了信息采集的效率。
2、因此，有必要设计一种基于机器人的小麦种子表型信息获取方法，以解决上述问题。
技术实现思路
1、本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷与不足，提供一种基于机器人的小麦种子表型信息获取方法，本发明采用一种小型化、高精度的小尺寸负压抓取机构，可实现在物料的调整、搬运流程中对种子表型信息快速获取。
2、本发明采用的技术方案是：
3、一、一种基于机器人的小麦种子表型信息获取方法
4、步骤1：机械臂末端安装有负压抓取机构，构建负压抓取机构的吸嘴压缩-力学模型；
5、步骤2：利用相机拍摄料盘上的待检测小麦种子，获得小麦种子图像，再将小麦种子图像输入到深度学习网络模型中，检测获得当前小麦种子的长宽及位置信息；
6、步骤3：根据当前小麦种子的位置信息，驱动负压抓取机构到达当前小麦种子的上方；
7、步骤4：将负压抓取机构竖直向下移动至预设高度，采集预设高度下负压吸嘴处压力传感器的数值；
8、步骤5：根据预设高度下的负压抓取机构处压力传感器的数值和负压抓取机构的吸嘴压缩-力学模型计算获得吸嘴压缩高度，结合预设高度计算获得当前小麦种子的高度；
9、步骤6：由当前小麦种子的长宽以及高度组成小麦种子表型信息。
10、所述预设高度为负压抓取机构的负压吸嘴接触料盘上表面并且负压抓取机构的压力传感器数值为零。
11、所述步骤3中，利用改进的前馈-反馈控制方法控制负压抓取机构到达当前小麦种子的上方。
12、所述步骤3中，改进的前馈-反馈控制方法控制负压抓取机构运动的过程满足以下公式：
13、
14、θe(t)＝θd(t)-θ(t)
15、kp′＝kp+δkp
16、ki′＝ki+δki
17、其中，θ(t)为t时刻负压抓取机构的实际轨迹位置坐标；θd(t)为t时刻负压抓取机构的期望轨迹位置坐标；θe(t)为t时刻负压抓取机构的位置误差；kp为更新前的比例系数；kp′为更新后的比例系数；ki为更新前的积分系数；ki′为更新后的积分系数；δkp为比例系数变化量；δki为积分系数变化量；
18、所述比例系数变化量δkp和积分系数变化量δki是将负压抓取机构的位置误差输入到模糊控制器中，模糊控制器求解后获得的。
19、所述负压抓取机构包括安装件、机器人安装座、负压吸嘴和驱动机构；机器人安装座通过安装件与机械臂末端固定连接，机器人安装座中安装有负压吸嘴和驱动机构，驱动机构与负压吸嘴相连，驱动机构的驱动，控制负压吸嘴绕自身的旋转轴旋转。
20、所述驱动机构包括第一齿轮和步进电机；步进电机固定安装在机器人安装座中，步进电机的输出轴与第一齿轮同轴固连，第一齿轮与负压吸嘴连接。
21、所述负压吸嘴包括气管、套筒、轴承、轴套、密封环、上连接轴、空心压力传感器、下连接轴、压紧弹簧和活动吸管；套筒固定安装在机器人安装座中，套筒的上部与气管连通，上连接轴的上部通过轴承同轴安装在套筒内，上连接轴的下部伸出机器人安装座并且上连接轴的下部外套设有第二齿轮，第二齿轮与驱动机构连接；上连接轴的下部中安装有空心压力传感器，空心压力传感器下安装有下连接轴，下连接轴中安装有活动吸管，活动吸管在下连接轴内上下运动，活动吸管外设置有凸起缘，凸起缘上的活动吸管外套设有压紧弹簧，压紧弹簧的一端与下连接轴的下端面接触，压紧弹簧的另一端与凸起缘接触；套筒、上连接轴、空心压力传感器、下连接轴和活动吸管均中空设置。
22、所述步骤1中，负压抓取机构的吸嘴压缩-力学模型的公式如下：
23、
24、式中，fs为吸嘴末端下压力；θ为活动吸管末端接触点的切线与水平线夹角；fs为活动吸管与下连接轴的动擦力；fms为活动吸管的重力；ftan为压紧弹簧的弹力；μxz为活动吸管与下连接轴的静摩擦系数；fzc为活动吸管与下连接轴水平方向的支持力；k为压紧弹簧的弹性系数；δxtan为压紧弹簧的变形量。
25、二、一种存储介质
26、所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现所述的方法。
27、所述的计算机程序为对应实现所述方法的指令。
28、本发明的有益效果是：
29、1、本发明中的一种负压抓取机构体积小巧，可安装于多种结构形式机械臂，机构自身具备1维自由度，增加了机械臂的灵活性，提升应用场景的普适性。
30、2、本发明中的一种负压抓取机构末端机构通过机器人的运动控制算法和多传感器的融合，可以实现物料的可靠抓取和长宽高三维表型信息获取，解决了基于rgb相机的机械臂只能获取二维图像信息的不足。
1.一种基于机器人的小麦种子表型信息获取方法，其特征在于，方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于机器人的小麦种子表型信息获取方法，其特征在于，所述预设高度为负压抓取机构的负压吸嘴接触料盘上表面并且负压抓取机构的压力传感器数值为零。
3.根据权利要求1所述的一种基于机器人的小麦种子表型信息获取方法，其特征在于，所述步骤3中，利用改进的前馈-反馈控制方法控制负压抓取机构到达当前小麦种子的上方。
4.根据权利要求3所述的一种基于机器人的小麦种子表型信息获取方法，其特征在于，所述步骤3中，改进的前馈-反馈控制方法控制负压抓取机构运动的过程满足以下公式：
5.根据权利要求1所述的一种基于机器人的小麦种子表型信息获取方法，其特征在于，所述负压抓取机构包括安装件(1)、机器人安装座(2)、负压吸嘴(3)和驱动机构(7)；机器人安装座(2)通过安装件(1)与机械臂末端固定连接，机器人安装座(2)中安装有负压吸嘴(3)和驱动机构(7)，驱动机构(7)与负压吸嘴(3)相连，驱动机构(7)的驱动，控制负压吸嘴(3)绕自身的旋转轴旋转。
6.根据权利要求5所述的一种基于机器人的小麦种子表型信息获取方法，其特征在于，所述驱动机构(7)包括第一齿轮(71)和步进电机(72)；步进电机(72)固定安装在机器人安装座(2)中，步进电机(72)的输出轴与第一齿轮(71)同轴固连，第一齿轮(71)与负压吸嘴(3)连接。
7.根据权利要求5所述的一种基于机器人的小麦种子表型信息获取方法，其特征在于，所述负压吸嘴(3)包括气管(6)、套筒(31)、轴承(32)、轴套(33)、密封环(34)、上连接轴(35)、空心压力传感器(36)、下连接轴(37)、压紧弹簧(38)和活动吸管(39)；套筒(31)固定安装在机器人安装座(2)中，套筒(31)的上部与气管(6)连通，上连接轴(35)的上部通过轴承(32)同轴安装在套筒(31)内，上连接轴(35)的下部伸出机器人安装座(2)并且上连接轴(35)的下部外套设有第二齿轮，第二齿轮与驱动机构(7)连接；上连接轴(35)的下部中安装有空心压力传感器(36)，空心压力传感器(36)下安装有下连接轴(37)，下连接轴(37)中安装有活动吸管(39)，活动吸管(39)在下连接轴(37)内上下运动，活动吸管(39)外设置有凸起缘，凸起缘上的活动吸管(39)外套设有压紧弹簧(38)，压紧弹簧(38)的一端与下连接轴(37)的下端面接触，压紧弹簧(38)的另一端与凸起缘接触；套筒(31)、上连接轴(35)、空心压力传感器(36)、下连接轴(37)和活动吸管(39)均中空设置。
8.根据权利要求7所述的一种基于机器人的小麦种子表型信息获取方法，其特征在于，所述步骤1中，负压抓取机构的吸嘴压缩-力学模型的公式如下：
9.一种存储介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1～4任一所述的方法。
10.根据权利要求9所述的一种存储介质，其特征在于，其中所述的计算机程序为对应实现权利要求1～4任一所述方法的指令。
