CN104590882B - 一种叶菜采收机器人的自动化运送装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种叶菜采收机器人的自动化运送装置及控制方法，采用如下技术方案：搬运小车、滚筒输送线、推筐机构、控制部分和菜篮。所述的搬运小车用于更换的菜篮并将盛满叶菜的菜篮运送至地头；所述的滚筒输送线用于将空菜篮传送到指定位置；所述的推筐机构用于将滚筒输送线上的盛满叶菜的菜篮推送到搬运小车上；所述的控制部分用于控制各个装置适时运作；所述的菜篮用于收集盛放叶菜。本发明采用推送菜篮控制部分和搬运小车控制部分对叶菜菜篮进行更换运送，实现收获蔬菜智能化运送，节省人力，有利于叶菜类蔬菜规模化采收。

Description

一种叶菜采收机器人的自动化运送装置及控制方法

技术领域

本发明属于农业机器人领域，涉及一种叶菜采收机器人的自动化运送装置及控制方法，尤其涉及新型绿叶菜工厂化生产中的收获后叶菜的自动化运送作业。

技术背景

我国大面积种植的蔬菜品种叶菜类蔬菜居多，叶菜类蔬菜不仅含有丰富的蛋白质、维生素和矿物质等营养物质，而且适应性强，适合一年四季种植；绿叶菜以它鲜、嫩的品质，深受广大消费者喜爱，市场需求量大，具有更好的经济价值。在设施农业生产中，日光温室是利用自然能源日光来提高室温，在寒冷冬季应用加温设备补充供暖，能更好的满足叶菜类蔬菜生长发育的需要。将温室的加温管道作为行驶轨道，使温室变成半结构化环境便于实现温室作业机器人的自动控制，降低了作业机器人的投入成本。

在日光温室温度、光照、肥水较好的条件下，叶菜类蔬菜一般30～60天内即可收获。目前叶菜等绿色蔬菜的嫩苗收获依靠人力完成，蔬菜的搬运也是繁重的工作，随着劳动力成本的提高，叶菜采收后的运送也成为一个需要解决的生产环节。

经对现有技术的文献检索发现，中国发明专利“绿色蔬菜收割机”专利申请号201110260154.0，提供了一种改变割刀高度，收割绿色蔬菜的蔬菜收割机。但该发明的蔬菜收割机在收割过程中需人力推动采收机械，特别是还需人工把盛满蔬菜的菜篮搬下来再更换空菜篮，并将盛满蔬菜的菜篮运送至地头。这样的操作需要大量的人力，生产效率低，浪费劳动力，特别是人需多次行走在农田中，压实土壤，不利于土地的耕整。因此，发明一种能在绿叶菜工厂化生产的温室自动搬运叶菜的装置，对于减少劳动量，提高工作效率有重要意义。

发明内容

本发明针对叶菜类蔬菜采收运送存在的不足，提供了一种叶菜采收机器人的自动化运送装置及控制方法，对叶菜类蔬菜的采收实现机械化智能化具有重要意义。

本发明的一种叶菜采收机器人的自动化运送装置采用如下技术方案：搬运小车、滚筒输送线、推筐机构、控制部分和菜篮。所述的搬运小车用于更换的菜篮并将盛满叶菜的菜篮运送至地头；所述的滚筒输送线用于将空菜篮传送到指定位置；所述的推筐机构用于将滚筒输送线上的盛满叶菜的菜篮推送到搬运小车上；所述的控制部分用于控制各个装置适时运作；所述的菜篮用于收集盛放叶菜。

所述的滚筒输送线安装在采收装置上，所述的滚筒输送线包括滚筒、旋转链轮、链条、驱动电机、滚筒固定板和挡板。所述的滚筒固定板设有若干间隔相同的定位孔，滚筒固定板固定在采收装置上，所述的滚筒两侧轴端通过滚筒固定板的定位孔固定，滚筒输送线在采收装置宽度方向上传送；所述的挡板挡在滚筒输送线传送的两侧上，挡板安装在采收装置上；所述的旋转链轮安装在滚筒一侧轴端上；所述的驱动电机通过电机支座固定在采收装置上，驱动电机通过链传动带动滚筒旋转，将放置在上面的空菜篮送到最远端。

所述的推筐机构包括推板、第一钢绳、推筐滑轮、绕绳电机和第一滑轨。所述的推板上部设有一定宽度的平板，平板板面上伸出两根一定长度的探杆，平板下端面设有两根支架，两根支架穿过滚筒之间的间隙伸到滚筒底部；所述的第一滑轨固定在采收装置机架上，两滑轨的滑块分别与推板的支架连接；所述的推筐滑轮固定在采收装置机架的后侧，所述的绕绳电机固定在采收装置机架前侧；所述的第一钢绳一端固定在推板的平板上，绕过推筐滑轮，末端绕在绕绳电机轴上，将第一钢绳拉紧；所述的推板的探杆顶住滚筒输送线上的菜篮，绕绳电机转动，电机轴缠绕第一钢绳，推板随滑块向前运动，推板的探杆推动菜篮活动，探杆将菜篮推到更远距离。

所述的搬运小车包括小车机架、支撑板、滑轮组、第二钢绳、换筐滑轨和小车行走机构。所述的小车行走机构包括行进轮、行走电机、行进轮支架、链轮和链条。所述的行进轮通过行进轮支架固定在小车机架上。所述的行走电机固定在小车机架上，行走电机与行进轮采用链传动，驱动机架沿轨道行走。所述的滑轮组由四个滑轮组成，所述的四个滑轮固定在小车机架上，第一滑轮轴向是与小车机架宽度方向相同，第二滑轮轴向与小车机架长度方向相同，第三滑轮轴方向与第二滑轮轴向相同，第四滑轮轴向与第一相同，第二滑轮与第三滑轮是有一定距离的相同空间位置，第一滑轮在第二滑轮的上方，第四滑轮在第三滑轮的上方；所述的第二钢绳一端固定在左推板上，依次绕过第一滑轮、第二滑轮、第三滑轮、第四滑轮，末端与右推板连接；所述的左推板板面上设有两根探杆，所述的右推板与左推板相同，两推板两侧分别与两副换筐滑轨的滑块连接；所述的换筐滑轨固定在小车机架的支撑板上；一个空筐放置在右推板前面；采收装置上的推板向后推送菜篮过程中，菜篮与搬运小车上的左推板接触，菜篮推动左推板滑动，与左推板连接的第二钢绳被拉动，末端的第二钢绳随之拉动右推板，右推板推动搬运小车上的空菜篮向前滑动，当推板的探杆将盛满叶菜的菜篮推装到搬运小车合适位置上的同时，空菜篮被推到滚筒输送线上。

所述的控制部分是由推送菜篮控制部分和小车控制部分组成。所述的推送菜篮控制部分是由单片机控制系统通过限位信号输入接口串接行程开关，单片机控制系统通过控制信号输出接口分别联接输送线驱动器和绕绳驱动器，控制两个驱动器适时启动或关闭。所述的搬运小车控制部分是由单片机控制系统通过限位信号输入接口串接第一行程开关和第二行程开关，第一行程开关和第二行程开关将各自限位信号传给单片机控制系统；单片机控制系统通过控制信号输出接口联接行进驱动器，控制行走电机完成搬运小车的行进速度控制。

一种叶菜采收机器人的自动化运送装置的控制方法如下：

1)搬运小车触碰到载有盛满叶菜的菜篮的采收装置，搬运小车的单片机控制系统收到行第一程开关的限位信号，关闭搬运小车行走电机停止前进；同时推送菜篮的单片机控制系统接收到行程开关的信号，通过控制信号输出接口发出指令启动绕绳电机，推筐机构启动运转。

2)绕绳电机开始绕绳，绕在电机上的钢绳长度变短，推板推着盛满叶菜的菜篮往搬运小车左推板运动，推筐机构推送盛满叶菜的菜篮的过程中，菜篮与左推板接触，菜篮推动左推板滑动，与左推板连接的钢绳被拉动，末端的钢绳随之拉动右推板，右推板推动搬运小车上的空菜篮向前滑动，盛满叶菜的菜篮被推装到搬运小车上，空菜篮被推到滚筒输送线上，同时与左推板连接的滑块触碰到安装在滑轨上的第二行程开关，搬运小车的单片机控制系统收到第二行程开关的限位信号，启动搬运小车行走电机反转，搬运小车返回地头。

3)推送菜篮的单片机控制系统通过控制信号输出接口发出指令启动滚筒输送线的驱动电机，滚筒输送线启动运转，滚筒输送线的空菜篮经滚筒传送到最远端，完成采收作业所需菜篮的更换，采收装置继续采收蔬菜。

与现有技术相比，本发明有如下优点：

1、本发明采用推送菜篮控制部分和搬运小车控制部分对菜篮进行搬运，实现收获蔬菜智能化，节省人力，有利于蔬菜规模化采收。

2、本发明运用搬运小车完成菜篮运送工作，既提高采收的工作效率，又减轻了人们的工作负担。

3、本发明满足自动化运作，操作方便简单。

附图说明

图1为一种叶菜采收机器人的自动化运送装置的结构图；

图2为一种叶菜采收机器人的自动化运送装置的正视图；

图3为一种叶菜采收机器人的自动化运送装置的俯视图；

图4为搬运小车滑轮组示意图；

图5为自动化运送装置更换菜篮流程图；

图6为推送菜篮控制部分原理图；

图7为搬运小车控制部分原理图；

图中：1、水平轨道 2、采收装置 3、空菜篮 4、链轮 5、挡板 6、车轮 7、小车机架 8、行走电机 9、驱动电机 10、第一滑轮 11、第一钢绳 12、蓄电池 13、推筐滑轮 14、滚筒 15、旋转链轮 16、支撑板 17、左推板 18、右推板 19、换筐导轨 20、第四滑轮 21、第三滑轮 22、第二钢绳 23、第二滑轮 24、盛满叶菜菜篮

具体实施方式

下面结合附图对本发明专利进行进一步描述。本发明所述一种叶菜采收机器人的自动化运送装置，如图1所示，针对有轨道的新型温室种植的叶菜类蔬菜，本发明的的自动化运送装置在采收叶菜过程中须与采收装置(2)配合使用，所述的滚筒输送线和推筐机构均安装在采收装置上运作，采收装置(2)依次对收获期的叶菜进行采集，随后自动化运送装置进行更换空菜篮和运走盛满的菜篮。

如图2、3所示，所述的滚筒输送线安装在采收装置上，所述的滚筒输送线包括滚筒(14)、旋转链轮(15)、链条、驱动电机(9)和滚筒固定板。所述的滚筒固定板设有若干间隔相同的定位孔，滚筒固定板固定在采收装置上；所述的滚筒两侧轴端(14)通过滚筒固定板的定位孔固定，滚筒输送线在采收装置宽度方向上传送；所述的挡板挡在滚筒输送线两侧上，挡板安装在采收装置上；所述的旋转链轮(15)安装在滚筒输送线的每个滚筒轴端上；所述的驱动电机(9)通过电机支座固定在机架上，驱动电机通过链传动带动滚筒旋转。

如图2、3、5所示，所述的推筐机构包括推板、第一钢绳(11)、推筐滑轮(13)、绕绳电机和第一滑轨。所述的推板上部设有一定宽度的平板，平板上伸出两根一定长度的探杆，平板下端面设有两根支架，支架穿过滚筒之间的间隙伸到滚筒底部；所述的第一滑轨两侧固定在采收装置上，两滑轨的滑块分别与推板的两根支架连接；所述的推筐滑轮(13)固定在采收装置的后侧上，所述的绕绳电机固定在采收装置上；所述的第一钢绳(11)一端固定在推板平板中间，绕过推筐滑轮，末端绕在绕绳电机轴上，将第一钢绳拉紧；所述的推板的探杆顶住滚筒输送线上的菜篮，绕绳电机转动，电机轴缠绕第一钢绳，推板随滑块向前运动，推板的探杆推动菜篮活动，探杆将菜篮推到更远距离。

如图2、3、4、5所示，所述的搬运小车包括小车机架(7)、支撑板(16)、滑轮组、第二钢绳(22)、左推板(17)、右推板(18)、换筐滑轨(19)和小车行进机构。所述的行走机构包括行进轮(6)、行走电机(8)、行进轮支架、链轮和链条。所述的行进轮通过行进轮支架固定在小车机架上。所述的行走电机固定在小车机架上，行走电机与行进轮采用链传动，驱动机架沿轨道行走。所述的滑轮组是四个滑轮组成的，所述的四个滑轮固定在小车机架上，第一滑轮(13)轴向是与小车机架(7)宽度方向相同，第二滑轮(23)轴向与小车机架(7)长度方向相同，第三滑轮轴(21)方向与第二滑轮轴向相同，第四滑轮(20)轴向与第一滑轮相同，第二滑轮与第三滑轮是有一定距离的相同空间位置，第一滑轮在第二滑轮的上方，第四滑轮在第三滑轮的上方；所述的第二钢绳(22)一端固定在左推板上，依次绕过第一滑轮、第二滑轮、第三滑轮、第四滑轮，末端与右推板连接；所述的左推板(17)板面上设有两根探杆，所述的右推板(18)与左推板结构相同，两推板两侧分别与两副滑轨的滑块连接；所述的换筐滑轨(19)固定在小车机架的支撑板上；一个空菜篮(3)放置在右推板前面；盛满叶菜菜篮(24)从滚筒输送线上推送到搬运小车上时，菜篮与左推板接触，菜篮推动左推板滑动，与左推板连接的第二钢绳被拉动，末端的第二钢绳随之拉动右推板，右推板推动搬运小车上的空菜篮向相反方向滑动，推着盛满蔬菜的菜篮装到小车上，空菜篮被推到采收装置上，采收装置继续采收蔬菜，搬运小车返回地头。

图6、7为控制部分的原理框图。所述的控制部分是由推送菜篮控制部分和小车控制部分组成，两个控制部分都由单片机控制系统控制，单片机控制系统设有接收传感器信号的解码接口、限位信号输入接口、控制信号输出接口、人机接口；推送菜篮控制系统由单片机通过控制信号输出接口分别联接输送线驱动器和绕绳驱动器，单片机根据用户设定，驱动各个电机运转或启动。推送菜篮控制部分的行程开关通过限位信号输入接口将限位信号输入到单片机控制系统，经过处理得到脉冲信号，通过控制信号接口把指令传达给输送线驱动器和绕绳驱动器，对驱动电机和绕绳电机进行控制；推送菜篮控制部分的行程开关安装在外侧滚筒固定板上。搬运小车的单片机控制系统由单片机通过限位信号输入接口将小车行程开关的限位信号输入到单片机控制系统，完成对行进驱动器的控制；第一行程开关安装在小车机架前侧，第二行程开关安装在与左推板连接滑轨上。

搬运小车单片机控制系统通过状态信号输出接口串接工作状态指示灯，前进状态为绿色，否则，变为红色。

所述一种叶菜采收机器人的自动化运送装置的控制方法如下：

1)搬运小车触碰到载有盛满叶菜的菜篮的采收装置，搬运小车的单片机控制系统收到第一行程开关信号，关闭搬运小车行走电机(8)停止前进；同时推送菜篮的单片机控制系统通过控制信号输出接口发出指令启动绕绳电机，绕绳电机开始转动。

2)绕绳电机开始绕绳，绕在电机上的钢绳(11)长度变短，推板推着盛满叶菜的菜篮(3)往搬运小车左推板(17)运动，盛满叶菜的菜篮推送到搬运小车上时，菜篮与左推板接触，菜篮推动左推板滑动，与左推板连接的钢绳被拉动，末端的钢绳随之拉动右推板(18)，右推板推动搬运小车上的空菜篮(3)向相反方向滑动，推着盛满蔬菜的菜篮装到搬运小车上，空菜篮被推到滚筒输送线上，同时与左推板连接的滑块触碰到安装在滑轨上的第二行程开关，搬运小车的单片机控制系统收到第二行程开关的限位信号，启动搬运小车行走电机反转，搬运小车返回地头。

3)推送菜篮的单片机控制系统通过控制信号输出接口发出指令启动输送线驱动电机(9)，滚筒输送线启动运转，滚筒输送线的空菜篮经滚筒传送到最远端的挡板处，完成更换采收所需的菜篮。

Claims (2)

1.一种叶菜采收机器人的自动化运送装置，其特征在于包括搬运小车、滚筒输送线、推筐机构、控制部分和菜篮；

所述的滚筒输送线安装在采收装置上，所述的滚筒输送线包括滚筒、旋转链轮、链条、驱动电机、滚筒固定板和挡板；所述的滚筒固定板设有若干间隔相同的定位孔，滚筒固定板固定在采收装置上，所述的滚筒两侧轴端通过滚筒固定板的定位孔固定，滚筒输送线在采收装置宽度方向上传送；所述的挡板挡在滚筒输送线传送的两侧上，挡板安装在采收装置上；所述的旋转链轮安装在滚筒一侧轴端上；所述的驱动电机通过电机支座固定在采收装置上，驱动电机通过链传动带动滚筒旋转，将放置在上面的空菜篮送到最远端；

所述的推筐机构包括推板、第一钢绳、推筐滑轮、绕绳电机和第一滑轨；所述的推板上部设有一定宽度的平板，平板板面上伸出两根一定长度的探杆，平板下端面设有两根支架，两根支架穿过滚筒之间的间隙伸到滚筒底部；所述的第一滑轨固定在采收装置机架上，第一滑轨的滑块分别与推板的两根支架连接；所述的推筐滑轮固定在采收装置机架的后侧，所述的绕绳电机固定在采收装置机架前侧；所述的第一钢绳一端固定在推板的平板上，绕过推筐滑轮，末端绕在绕绳电机轴上，将第一钢绳拉紧；所述的推板的探杆顶住滚筒输送线上的菜篮，绕绳电机转动，电机轴缠绕第一钢绳，推板随滑块向前运动，推板的探杆推动菜篮活动，探杆将菜篮推到更远距离；

所述的搬运小车包括小车机架、支撑板、滑轮组、第二钢绳、换筐滑轨和小车行走机构；所述的小车行走机构包括行进轮、行走电机、行进轮支架、链轮和链条；所述的行进轮通过行进轮支架固定在小车机架上；所述的行走电机固定在小车机架上，行走电机与行进轮采用链传动，驱动小车机架沿轨道行走；所述的滑轮组由四个滑轮组成，所述的四个滑轮固定在小车机架上，第一滑轮轴向是与小车机架宽度方向相同，第二滑轮轴向与小车机架长度方向相同，第三滑轮轴方向与第二滑轮轴向相同，第四滑轮轴向与第一滑轮轴向相同，第二滑轮与第三滑轮是有一定距离的相同空间位置，第一滑轮在第二滑轮的上方，第四滑轮在第三滑轮的上方；所述的第二钢绳一端固定在左推板上，依次绕过第一滑轮、第二滑轮、第三滑轮、第四滑轮，末端与右推板连接；所述的左推板板面上设有两根探杆，所述的右推板与左推板相同，两推板两侧分别与两副换筐滑轨的滑块连接；所述的换筐滑轨固定在小车机架的支撑板上；一个空筐放置在右推板前面；采收装置上的推板向后推送菜篮过程中，菜篮与搬运小车上的左推板接触，菜篮推动左推板滑动，与左推板连接的第二钢绳被拉动，末端的第二钢绳随之拉动右推板，右推板推动搬运小车上的空菜篮向前滑动，当推板的探杆将盛满叶菜的菜篮推装到搬运小车合适位置上的同时，空菜篮被推到滚筒输送线上；

所述的控制部分是由推送菜篮控制部分和小车控制部分组成；所述的推送菜篮控制部分是由单片机控制系统通过限位信号输入接口串接行程开关，单片机控制系统通过控制信号输出接口分别联接输送线驱动器和绕绳驱动器，控制两个驱动器适时启动或关闭；所述的搬运小车控制部分是由单片机控制系统通过限位信号输入接口串接第一行程开关和第二行程开关，第一行程开关和第二行程开关将各自限位信号传给单片机控制系统；单片机控制系统通过控制信号输出接口联接行进驱动器，控制行走电机完成搬运小车的行进速度控制。

2.根据权利要求1所述一种叶菜采收机器人的自动化运送装置的控制方法如下：

1)搬运小车触碰到载有盛满叶菜的菜篮的采收装置，搬运小车的单片机控制系统收到第一行程开关的限位信号，关闭搬运小车行走电机停止前进；同时推送菜篮的单片机控制系统接收到推送菜篮控制部分的行程开关的信号，通过控制信号输出接口发出指令启动绕绳电机，推筐机构启动运转；

2)绕绳电机开始绕绳，绕在电机上的钢绳长度变短，推板推着盛满叶菜的菜篮往搬运小车左推板运动，推筐机构推送盛满叶菜的菜篮的过程中，菜篮与左推板接触，菜篮推动左推板滑动，与左推板连接的钢绳被拉动，末端的钢绳随之拉动右推板，右推板推动搬运小车上的空菜篮向前滑动，盛满叶菜的菜篮被推装到搬运小车上，空菜篮被推到滚筒输送线上，同时与左推板连接的滑块触碰到安装在滑轨上的第二行程开关，搬运小车的单片机控制系统收到第二行程开关的限位信号，启动搬运小车行走电机反转，搬运小车返回地头；

3)推送菜篮的单片机控制系统通过控制信号输出接口发出指令启动滚筒输送线的驱动电机，滚筒输送线启动运转，滚筒输送线的空菜篮经滚筒传送到最远端，完成采收作业所需菜篮的更换，采收装置继续采收蔬菜。