CN103688662A - 一种花田食用玫瑰花花瓣自动分捡机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种花田食用玫瑰花花瓣自动分捡机器人，属于农产品加工机械技术领域。本发明包括采摘部分、分捡部分、视觉部分；采摘部分包括旋转刀片、前滚轮Ⅰ、前滚轮Ⅱ、传送带Ⅰ、传送带Ⅱ、前臂支架、中轴、中轴齿轮、后滚轮Ⅰ、后滚轮Ⅱ、后滚轮轴、电动机、电动机转轴、传动带、支架Ⅱ、定轴、从动轴承、驱动轴、驱动齿轮、驱动轴承，分捡部分包括夹持器导轨、夹持器、机械手、机械手导轨、支架Ⅰ、机械手前臂、机械手后臂、载板架、机械手轴承、机械手定轴、花瓣前载板、花瓣后载板、载板轴承、载板定轴、花托回收箱，视觉部分包括摄像机支架、CCD摄像机。本发明能有效降低劳动强度，解放生产力，实现玫瑰花采摘及花瓣分捡的自动化。

Description

一种花田食用玫瑰花花瓣自动分捡机器人

技术领域

本发明涉及一种花田食用玫瑰花花瓣自动分捡机器人，属于农产品加工机械技术领域。

背景技术

食用玫瑰花是世界驰名的香料，又是熏茶、酿酒、食品和医药的配料，有舒气和血之功，而无温燥之弊，成为深受医患欢迎的名贵药材，经济价值很高。我国玫瑰花及其产品的开发、加工技术有了显著的发展。现行的玫瑰花初加工工艺都是采用人工采摘、手工分捡的方法，将采摘来的玫瑰花花瓣分离后加工成各种产品，费时费力，劳动量大。随着科学技术在农产品加工领域的不断推广，广泛应用农业机器人，降低劳动强度，提高经济效率将成为现代农业发展的必然趋势。目前针对苹果、柑橘、番茄等果蔬的自动加工机械研究较为广泛，而食用玫瑰花的相关研究尚且不足，有必要对食用玫瑰花的自动加工机械进行研究，从而实现玫瑰花采摘及其花瓣分捡的自动化。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：提供了一种花田食用玫瑰花花瓣自动分捡机器人，用于花田间的食用玫瑰花采摘及其花瓣分捡，实现玫瑰花初加工的自动化。

本发明技术方案是：一种花田食用玫瑰花花瓣自动分捡机器人，包括采摘部分、分捡部分、视觉部分、车轮31、底座39；所述采摘部分包括旋转刀片1、前滚轮Ⅰ2、前滚轮Ⅱ3、传送带Ⅰ4、传送带Ⅱ5、前臂支架6、中轴7、中轴齿轮8、后滚轮Ⅰ25、后滚轮Ⅱ26、后滚轮轴27、电动机28、电动机转轴29、传动带30、支架Ⅱ32、定轴33、从动轴承34、驱动轴35、驱动齿轮36、驱动轴承37，分捡部分包括夹持器导轨11、夹持器12、机械手13、机械手导轨14、支架Ⅰ15、机械手前臂16、机械手后臂17、载板架18、机械手轴承19、机械手定轴20、花瓣前载板21、花瓣后载板22、载板轴承23、载板定轴24、花托回收箱38，视觉部分包括摄像机支架9、CCD摄像机10。

所述可根据目标的方位、高度进行旋转和升降的底座39位于分捡机器人的底层，用于装载机器人的各个零部件，底座39前后设有车轮31，可实现机器人的行走，支架Ⅰ15固定在底座39上并位于电动机28与支架Ⅱ32的对侧，中轴7由装置向外伸出，用于延伸至花丛中进行作业，中轴7可根据距离目标的远近调整长短，以适应作业范围内不同目标的要求，中轴7前端设有可自由旋转的旋转刀片1、前臂支架6，前臂支架6固定于中轴7前端并向装置的前方倾斜至旋转刀片1上方，旋转刀片1刀片可自由旋转，切割待采摘的玫瑰花花梗，前臂支架6可在中轴7的转动控制下自由摆动，以适应不同姿态生长的玫瑰花，中轴7末端设有中轴齿轮8，中轴齿轮8与驱动轴承37上的驱动齿轮36啮合，旋转刀片1上方左右两侧的前臂支架6上分别安装有前滚轮Ⅰ2、前滚轮Ⅱ3，用于将待采摘的玫瑰花限制在二者之间的间隔处，对于玫瑰花大小符合采摘要求的可顺利卡放于传送带Ⅰ4、传送带Ⅱ5上，前滚轮Ⅰ2、前滚轮Ⅱ3分别与传送带Ⅰ4、传送带Ⅱ5连接，传送带Ⅰ4、传送带Ⅱ5的另一端分别连接至后滚轮Ⅰ25、后滚轮Ⅱ26，传送带Ⅰ4、传送带Ⅱ5为可根据中轴7的长短进行伸缩的传送带，后滚轮Ⅰ25与后滚轮Ⅱ26通过后滚轮轴27同轴心相连、且在电动机28的控制下旋转，电动机28安装于底座39上，电动机转轴29与后滚轮轴27同轴心，工作时可驱动后滚轮Ⅰ25、后滚轮Ⅱ26旋转，使传送带Ⅰ4、传送带Ⅱ5将采摘下的玫瑰花传送至夹持器12处，驱动轴承37与驱动轴35连接，驱动轴35垂直安装于支架Ⅰ15上，定轴33与驱动轴35同轴心，且固定在支架Ⅱ32上，定轴33与从动轴承34连接，定轴33垂直安装于支架Ⅱ32上，支架Ⅱ32固定安装在底座39上，与电动机28同侧，从动轴承34与电动机转轴29通过传动带30连接、其在电动机转轴29的驱动下转动。

所述夹持器12位于传送带Ⅰ4、传送带Ⅱ5后段，夹持器12的夹持面多纹理，以提高摩擦，两个夹持器分别等距离的位于中轴7两侧，夹持器12与夹持器导轨11连接，夹持器导轨11垂直安装于支架Ⅰ15上，机械手13位于夹持器12的正上方，用于分捡的玫瑰花的花瓣，机械手13由柔性较好的粘性材料构成，由于花瓣与花托的接触部分较脆弱，而萼片与花托的接触部分相对较结实，因此当机械手13进行花瓣分捡时花瓣更容易掉落，机械手13通过机械手前臂16与机械手后臂17连接，机械手前臂16与机械手导轨14同轴心，且嵌套于机械手导轨14内，机械手导轨14安装于支架Ⅰ15上并近似垂直于底座39，机械手前臂16可沿机械手导轨14轴向滑动，机械手后臂17可根据机械手前臂16的运动自由摆动，机械手轴承19与机械手定轴20连接，机械手定轴20垂直安装于支架Ⅰ15上，机械手轴承19可按机械手定轴20的轴心转动，机械手轴承19与机械手后臂17底侧相切，机械手后臂17末端连接至载板架18，载板架18横跨在花瓣前载板21末端的两侧，花瓣前载板21的前端延伸至机械手13下方，载板定轴24上装有载板轴承23，载板定轴24垂直安装于支架Ⅰ15上，载板轴承23可按载板定轴24的轴心转动，载板轴承23与花瓣前载板21底面相切，使花瓣前载板21可依靠载板轴承23前后滑动，花瓣后载板22固定安装在支架Ⅰ15上并位于花瓣前载板21的出口处，用于收集分捡完的玫瑰花花瓣，花托回收箱38位于夹持器12下方，固定安装在底座39上，用于回收玫瑰花分捡后残留的花托、萼片等碎片。

所述摄像机支架9有两个，CCD摄像机10有两个，两个摄像机支架9分别安装于装置前端的传送带Ⅰ4、传送带Ⅱ5外侧，用于悬挂摄像机，可根据目标识别的需要调节摄像机的高度，以及二者之间的距离、夹角，两个CCD摄像机10分别通过摄像机支架9悬挂于中轴7两侧，由装置向外伸出，采用双目立体视觉技术，用于确定玫瑰花的位置及姿态，引导前臂支架6根据玫瑰花的生长姿态摆动，以适应不同姿态的玫瑰花，从而顺利将玫瑰花大小符合采摘要求的卡放于传送带Ⅰ4、传送带Ⅱ5上。

本发明的工作过程是：如图1-5所示，工作时首先根据目标识别的需要调节摄像机10的高度，以及二者之间的距离、夹角。机器人前后所设的车轮31可实现机器人的行走，根据待采摘目标方位的不同旋转底座39，同时根据目标高度的不同升降底座39，将中轴7朝向待采摘的玫瑰花，中轴7由装置向外伸出，用于延伸至花丛中进行作业，根据距离目标的远近调整中轴7的长短，以适应作业范围内不同目标的要求。      

当待采摘的玫瑰花竖直生长时，通过控制机器人的朝向，以及中轴7的长度，将玫瑰花卡放于前滚轮Ⅰ2、前滚轮Ⅱ3间的传送带上。控制旋转刀片1旋转，将花梗切断。然后启动电动机28，带动电动机转轴29旋转，此时控制电动机转轴29与后滚轮轴27连接，使后滚轮旋转，带动传送带将待分捡的玫瑰花传送至夹持器12处，与此同时传动带30带动从动轴承34转动，但从动轴承34空载运行，前臂支架6不摆动。

当待采摘的玫瑰花倾斜生长时，则需相应的调整前壁支架6的姿势，控制从动轴承34与驱动轴承37连接，从动轴承34在电动机转轴29的带动下转动，驱动轴承37跟随从动轴承34同轴心转动，从而使中轴齿轮8联动，控制前臂支架6摆动，与此同时，电动机转轴29空载运行，传送带不动作。使前臂支架6与玫瑰花生长的状态一致后，控制从动轴承34与驱动轴承37断开，然后通过控制中轴7的长度，将玫瑰花卡放于前滚轮Ⅰ2、前滚轮Ⅱ3间的传送带上。再次控制前臂支架6摆动致原水平状态，从而使玫瑰花被前滚轮Ⅰ2、前滚轮Ⅱ3限制在垂直状态，控制旋转刀片1旋转，将花梗切断。启动电动机28，带动电动机转轴29旋转，此时控制电动机转轴29与后滚轮轴27连接，使后滚轮旋转，带动传送带将待分捡的玫瑰花传送至夹持器12处。在上述过程中，电动机28可通过传动带30同时驱动电动机转轴29、从动轴承34转动，但后滚轮轴27、驱动轴承37上的驱动齿轮36则需要根据工作状态是玫瑰花传送或是前臂支架6姿势调整而选择性的转动。

当玫瑰花被传送带送至夹持器12处时，左右两侧的夹持器12可同时按夹持器导轨11的轨迹滑动，控制夹持器12将玫瑰花夹紧。由于仅花瓣为采集目标，因此夹持器12的夹持面不必考虑花托的损坏，故可采用摩擦性较大的材料，以保证夹持器12对花托的可靠抓持，然后机械手前臂16控制机械手13沿机械手导轨14轴向向下滑动至玫瑰花处。在此过程中，机械手后臂17根据机械手前臂16的运动自由摆动，机械手后臂17在机械手轴承19的作用下摆动，机械手后臂17末端的载板架18带动花瓣前载板21在载板轴承23的作用下向后滑动，则机械手13可顺利向下运动至待分捡的玫瑰花处。当机械手13携带着分捡完的玫瑰花花瓣向上运动时，此时机械手后臂17末端的载板架18带动花瓣前载板21在载板轴承23的作用下向前滑动，则机械手13可顺利向上运动至原位，花瓣前载板21返回到机械手13下方，然后松开机械手13，使花瓣落入花瓣前载板21上。如此往复，当机械手13进入分捡玫瑰花的下一循环时，花瓣前载板21在机械手后臂17的摆动下向后滑动，由于滑动的角度存在一定倾斜，故可使花瓣前载板21内的玫瑰花更好的滑落到花瓣后载板22上。

本发明的有益效果是：此装置可以有效降低劳动强度，解放生产力，实现玫瑰花采摘及花瓣分捡的自动化。

附图说明

图1为本发明的整体结构图；

图2为本发明的整体结构左视图；

图3为本发明的整体结构上视图；

图4为本发明的部分结构上视图；

图5为本发明的部分结构图。

图1-5中各标号为：1-旋转刀片，2-前滚轮Ⅰ，3-前滚轮Ⅱ，4-传送带Ⅰ，5传送带Ⅱ，6-前臂支架，7-中轴，8-中轴齿轮，9-摄像机支架，10-CCD摄像机，11-夹持器导轨，12-夹持器，13-机械手，14-机械手导轨，15-支架Ⅰ，16-机械手前臂，17-机械手后臂，18-载板架，19-机械手轴承，20-机械手定轴，21-花瓣前载板，22-花瓣后载板，23-载板轴承，24-载板定轴，25-后滚轮Ⅰ，26-后滚轮Ⅱ，27-后滚轮轴，28-电动机，29-电动机转轴，30-传动带，31-车轮，32-支架Ⅱ，33-定轴，34-从动轴承，35-驱动轴，36-驱动齿轮，37-驱动轴承，38-花托回收箱，39-底座。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。

实施例1：如图1-5所示，一种花田食用玫瑰花花瓣自动分捡机器人，包括采摘部分、分捡部分、视觉部分、车轮31、底座39；所述采摘部分包括旋转刀片1、前滚轮Ⅰ2、前滚轮Ⅱ3、传送带Ⅰ4、传送带Ⅱ5、前臂支架6、中轴7、中轴齿轮8、后滚轮Ⅰ25、后滚轮Ⅱ26、后滚轮轴27、电动机28、电动机转轴29、传动带30、支架Ⅱ32、定轴33、从动轴承34、驱动轴35、驱动齿轮36、驱动轴承37，分捡部分包括夹持器导轨11、夹持器12、机械手13、机械手导轨14、支架Ⅰ15、机械手前臂16、机械手后臂17、载板架18、机械手轴承19、机械手定轴20、花瓣前载板21、花瓣后载板22、载板轴承23、载板定轴24、花托回收箱38，视觉部分包括摄像机支架9、CCD摄像机10。

实施例2：如图1-5所示，一种花田食用玫瑰花花瓣自动分捡机器人，包括采摘部分、分捡部分、视觉部分、车轮31、底座39；所述采摘部分包括旋转刀片1、前滚轮Ⅰ2、前滚轮Ⅱ3、传送带Ⅰ4、传送带Ⅱ5、前臂支架6、中轴7、中轴齿轮8、后滚轮Ⅰ25、后滚轮Ⅱ26、后滚轮轴27、电动机28、电动机转轴29、传动带30、支架Ⅱ32、定轴33、从动轴承34、驱动轴35、驱动齿轮36、驱动轴承37，分捡部分包括夹持器导轨11、夹持器12、机械手13、机械手导轨14、支架Ⅰ15、机械手前臂16、机械手后臂17、载板架18、机械手轴承19、机械手定轴20、花瓣前载板21、花瓣后载板22、载板轴承23、载板定轴24、花托回收箱38，视觉部分包括摄像机支架9、CCD摄像机10。

所述可根据目标的方位、高度进行旋转和升降的底座39位于分捡机器人的底层，底座39前后设有车轮31，支架Ⅰ15固定在底座39上并位于电动机28与支架Ⅱ32的对侧，可根据距离目标的远近调整长短的中轴7由装置向外伸出，中轴7前端设有可自由旋转的旋转刀片1、前臂支架6，前臂支架6固定于中轴7前端并向装置的前方倾斜至旋转刀片1上方，中轴7末端设有中轴齿轮8，中轴齿轮8与驱动轴承37上的驱动齿轮36啮合，旋转刀片1上方左右两侧的前臂支架6上分别安装有前滚轮Ⅰ2、前滚轮Ⅱ3，前滚轮Ⅰ2、前滚轮Ⅱ3分别与传送带Ⅰ4、传送带Ⅱ5连接，传送带Ⅰ4、传送带Ⅱ5的另一端分别连接至后滚轮Ⅰ25、后滚轮Ⅱ26，传送带Ⅰ4、传送带Ⅱ5为可根据中轴7的长短进行伸缩的传送带，后滚轮Ⅰ25与后滚轮Ⅱ26通过后滚轮轴27同轴心相连，电动机28安装于底座39上，电动机转轴29与后滚轮轴27同轴心，驱动轴承37与驱动轴35连接，驱动轴35垂直安装于支架Ⅰ15上，定轴33与驱动轴35同轴心，且固定在支架Ⅱ32上，定轴33与从动轴承34连接，定轴33垂直安装于支架Ⅱ32上，支架Ⅱ32固定安装在底座39上，与电动机28同侧，从动轴承34与电动机转轴29通过传动带30连接。

所述夹持器12位于传送带Ⅰ4、传送带Ⅱ5后段，两个夹持器分别等距离的位于中轴7两侧，夹持器12与夹持器导轨11连接，夹持器导轨11垂直安装于支架Ⅰ15上，机械手13位于夹持器12的正上方，机械手13通过机械手前臂16与机械手后臂17连接，机械手前臂16与机械手导轨14同轴心，且嵌套于机械手导轨14内，机械手导轨14安装于支架Ⅰ15上，机械手轴承19与机械手定轴20连接，机械手定轴20垂直安装于支架Ⅰ15上，机械手轴承19与机械手后臂17底侧相切，机械手后臂17末端连接至载板架18，载板架18横跨在花瓣前载板21末端的两侧，花瓣前载板21的前端延伸至机械手13下方，载板定轴24上装有载板轴承23，载板定轴24垂直安装于支架Ⅰ15上，载板轴承23与花瓣前载板21底面相切，花瓣后载板22固定安装在支架Ⅰ15上并位于花瓣前载板21的出口处，花托回收箱38位于夹持器12下方，固定安装在底座39上。

所述摄像机支架9有两个，CCD摄像机10有两个，两个摄像机支架9分别安装于装置前端的传送带Ⅰ4、传送带Ⅱ5外侧，两个CCD摄像机10分别通过摄像机支架9悬挂于中轴7两侧，由装置向外伸出。

    上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (4)

1.一种花田食用玫瑰花花瓣自动分捡机器人，其特征在于：包括采摘部分、分捡部分、视觉部分、车轮（31）、底座（39）；所述采摘部分包括旋转刀片（1）、前滚轮Ⅰ（2）、前滚轮Ⅱ（3）、传送带Ⅰ（4）、传送带Ⅱ（5）、前臂支架（6）、中轴（7）、中轴齿轮（8）、后滚轮Ⅰ（25）、后滚轮Ⅱ（26）、后滚轮轴（27）、电动机（28）、电动机转轴（29）、传动带（30）、支架Ⅱ（32）、定轴（33）、从动轴承（34）、驱动轴（35）、驱动齿轮（36）、驱动轴承（37），分捡部分包括夹持器导轨（11）、夹持器（12）、机械手（13）、机械手导轨（14）、支架Ⅰ（15）、机械手前臂（16）、机械手后臂（17）、载板架（18）、机械手轴承（19）、机械手定轴（20）、花瓣前载板（21）、花瓣后载板（22）、载板轴承（23）、载板定轴（24）、花托回收箱（38），视觉部分包括摄像机支架（9）、CCD摄像机（10）。

2.根据权利要求1所述的花田食用玫瑰花花瓣自动分捡机器人，其特征在于：所述可根据目标的方位、高度进行旋转和升降的底座（39）位于分捡机器人的底层，底座（39）前后设有车轮（31），支架Ⅰ（15）固定在底座（39）上并位于电动机（28）与支架Ⅱ（32）的对侧，可根据距离目标的远近调整长短的中轴（7）由装置向外伸出，中轴（7）前端设有可自由旋转的旋转刀片（1）、前臂支架（6），前臂支架（6）固定于中轴（7）前端并向装置的前方倾斜至旋转刀片（1）上方，中轴（7）末端设有中轴齿轮（8），中轴齿轮（8）与驱动轴承（37）上的驱动齿轮（36）啮合，旋转刀片（1）上方左右两侧的前臂支架（6）上分别安装有前滚轮Ⅰ（2）、前滚轮Ⅱ（3），前滚轮Ⅰ（2）、前滚轮Ⅱ（3）分别与传送带Ⅰ（4）、传送带Ⅱ（5）连接，传送带Ⅰ（4）、传送带Ⅱ（5）的另一端分别连接至后滚轮Ⅰ（25）、后滚轮Ⅱ（26），传送带Ⅰ（4）、传送带Ⅱ（5）为可根据中轴（7）的长短进行伸缩的传送带，后滚轮Ⅰ（25）与后滚轮Ⅱ（26）通过后滚轮轴（27）同轴心相连，电动机（28）安装于底座（39）上，电动机转轴（29）与后滚轮轴（27）同轴心，驱动轴承（37）与驱动轴（35）连接，驱动轴（35）垂直安装于支架Ⅰ（15）上，定轴（33）与驱动轴（35）同轴心，且固定在支架Ⅱ（32）上，定轴（33）与从动轴承（34）连接，定轴（33）垂直安装于支架Ⅱ（32）上，支架Ⅱ（32）固定安装在底座（39）上，与电动机（28）同侧，从动轴承（34）与电动机转轴（29）通过传动带（30）连接。

3.根据权利要求1所述的花田食用玫瑰花花瓣自动分捡机器人，其特征在于：所述夹持器（12）位于传送带Ⅰ（4）、传送带Ⅱ（5）后段，两个夹持器分别等距离的位于中轴（7）两侧，夹持器（12）与夹持器导轨（11）连接，夹持器导轨（11）垂直安装于支架Ⅰ（15）上，机械手（13）位于夹持器（12）的正上方，机械手（13）通过机械手前臂（16）与机械手后臂（17）连接，机械手前臂（16）与机械手导轨（14）同轴心，且嵌套于机械手导轨（14）内，机械手导轨（14）安装于支架Ⅰ（15）上，机械手轴承（19）与机械手定轴（20）连接，机械手定轴（20）垂直安装于支架Ⅰ（15）上，机械手轴承（19）与机械手后臂（17）底侧相切，机械手后臂（17）末端连接至载板架（18），载板架（18）横跨在花瓣前载板（21）末端的两侧，花瓣前载板（21）的前端延伸至机械手（13）下方，载板定轴（24）上装有载板轴承（23），载板定轴（24）垂直安装于支架Ⅰ（15）上，载板轴承（23）与花瓣前载板（21）底面相切，花瓣后载板（22）固定安装在支架Ⅰ（15）上并位于花瓣前载板（21）的出口处，花托回收箱（38）位于夹持器（12）下方，固定安装在底座（39）上。

4.根据权利要求1所述的花田食用玫瑰花花瓣自动分捡机器人，其特征在于：所述摄像机支架（9）有两个，CCD摄像机（10）有两个，两个摄像机支架（9）分别安装于装置前端的传送带Ⅰ（4）、传送带Ⅱ（5）外侧，两个CCD摄像机（10）分别通过摄像机支架（9）悬挂于中轴（7）两侧，由装置向外伸出。

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