CN105103795B - 樱桃采摘机械人末端执行器 - Google Patents

Abstract

一种樱桃采摘机械人末端执行器，包括樱桃果实定位机构、樱桃位姿识别机构、夹取采摘机构、果实收集机构。该机械手通过机器视觉对樱桃果实进行位姿定位，控制各步进电机顺序动作实现了樱桃采摘的智能采摘，实现智能化自动采摘，告别人力采摘，提高劳动生产率，采摘过程无刀片切割保证了樱桃果实的品质和污损性，既提高了劳动生产率有提高了果实品质，进而提升了经济价值。

Description

樱桃采摘机械人末端执行器

技术领域

本发明涉及农业机械类果蔬自动收获机器人领域，具体地说是一种樱桃采摘机械人末端执行器。

背景技术

目前， 随着农业机械领域的不断更新，果蔬采摘工作逐渐趋于全机械化。樱桃的成长位姿不同，且樱桃的果实个体较小、果实较柔嫩。中国实用新型专利201420298676.9末端执行器是一种樱桃采摘设备，它主要靠人力操作，通过眼部识别，手动调整利用剪刀剪切枝干，中国实用新型专利201420152423.0虽然采用导向装置，但依然靠眼部识别，人力操作实现，而且通过刀片切割难免会对樱桃果实造成损伤。

发明内容

本发明针对背景技术中提及的技术缺陷，提供一种结构简单、在保持樱桃果实完整的情况下，采摘效率大大提高的樱桃采摘机械人末端执行器。

实现上述发明目的采用的技术方案是：

一种樱桃采摘机械人末端执行器，包括樱桃果实定位机构、樱桃位姿识别机构、夹取采摘机构、果实收集机构；其中：

所述的樱桃果实定位机构为气吸式定位机构，包括导气筒和气泵，导气筒安装在导气筒支架的顶部，导气筒的尾部与气泵连接；

所述的樱桃位姿识别机构为双目式摄像头，该摄像头通过摄像头支架架装在樱桃果实定位机构的后方；

所述的夹取采摘机构安装在导气筒上方、樱桃位姿识别机构的前方，包括水平位移机构和移动夹取机构；所述的水平位移机构包括平移步进电机、滑轨和移动平台，平移步进电机通过安装支架安装在导气筒上方，滑轨沿导气筒长度方向水平设置在导气筒顶部，移动平台与滑轨滑动配合，平移步进电机的输出端通过连接件与移动平台连接；所述的移动夹取机构包括旋转步进电机、滚珠丝杠、滚珠丝杠座和夹持手，旋转步进电机安装在移动平台上，滚珠丝杠与旋转步进电机的输出端连接，滚珠丝杠座与滚珠丝杠活动配合，夹持手与滚珠丝杠座连接；

所述的果实收集机构包括一果实收集器，该果实收集器设置在导气筒端部下方。

平移步进电机与移动平台之间通过曲柄连杆机构连接。

夹持手包括夹持手前杆、夹持手后杆和夹持橡胶，夹持手后杆与滚珠丝杠座铰接，夹持手后杆与夹持手前杆铰接，夹持手前杆与安装支架铰接，夹持橡胶固定安装在夹持手前杆自由端。

夹持手前杆、夹持手后杆构成曲柄连杆机构。

摄像头的安装位置高于夹取采摘机构的安装位置。

果实收集器包括依次连接在一起的漏斗收集罩、柔性导管和果实存储箱。

夹持手前杆的自由端为弯曲的圆弧结构，夹持橡胶沿其圆弧曲面与其固接为一体。

本发明的有益效果是：该机械手通过机器视觉对樱桃果实进行位姿定位，控制各步进电机顺序动作实现了樱桃采摘的智能采摘，实现智能化自动采摘，告别人力采摘，提高劳动生产率，采摘过程无刀片切割保证了樱桃果实的品质和污损性，既提高了劳动生产率有提高了果实品质，进而提升了经济价值。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的整体结构俯视图。

图中：果实收集器1，导气筒支架2，夹持橡胶3，夹持手前杆4，滑轨5，移动平台6，安装支架7，曲柄连杆机构8，摄像头9，摄像头支架10，夹持手后杆11，滚珠丝杠座12，滚珠丝杠13，旋转步进电机14，平移步进电机15、导气筒16。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。

参见附图1-2，本发明所公开的这种樱桃采摘执行器，包括果实收集器1、导气筒支架2、夹持橡胶3、夹持手前杆4、滑轨5、移动平台6、安装支架7、曲柄连杆机构8、摄像头9、摄像头支架10、夹持手后杆11、滚珠丝杠座12、滚珠丝杠13、旋转步进电机14、平移步进电机15、导气筒16。

本发明公开的这种樱桃采摘机械人末端执行器，包括樱桃果实定位机构、樱桃位姿识别机构、夹取采摘机构、果实收集机构。

樱桃果实定位机构为气吸式定位机构，包括导气筒和气泵，导气筒安装在导气筒支架的顶部，导气筒的尾部与气泵连接。导气筒和导气筒支架垂直焊接固定，导气筒支架设置在导气筒中央部位。导气筒的直径较之一般的小樱桃较小，导气筒的尾端与气泵连接，气泵独立设置在该设备外部。

樱桃位姿识别机构为双目式摄像头，该摄像头通过摄像头支架架装在樱桃果实定位机构的后方；摄像头的安装位置高于夹取采摘机构的安装位置。摄像头支架为L型结构，其另一端与导气筒支架固接，另一端用于安装摄像头。通过双目视觉对樱桃果实进行位姿定位。

夹取采摘机构安装在导气筒上方、樱桃位姿识别机构的前方，包括水平位移机构和移动夹取机构。

水平位移机构包括平移步进电机、滑轨和移动平台，平移步进电机通过安装支架安装在导气筒上方，滑轨沿导气筒长度方向水平设置在导气筒顶部，移动平台与滑轨滑动配合，平移步进电机的输出端与移动平台之间通过通过曲柄连杆机构连接。曲柄连杆机构与移动平台之间构成曲柄滑块机构，通过平移步进电机带动曲柄连杆机构运动，实现移动平台在滑轨上水平滑动。

移动夹取机构包括旋转步进电机、滚珠丝杠、滚珠丝杠座和夹持手，旋转步进电机安装在移动平台上，滚珠丝杠与旋转步进电机的输出端连接，滚珠丝杠座与滚珠丝杠活动配合，夹持手与滚珠丝杠座连接。夹持手包括夹持手前杆、夹持手后杆和夹持橡胶，夹持手后杆与滚珠丝杠座铰接，夹持手后杆与夹持手前杆铰接，夹持手前杆与安装支架铰接，夹持橡胶固定安装在夹持手前杆自由端。夹持手前杆、夹持手后杆构成曲柄连杆机构。旋转步进电机运动后，带动滚珠丝杠转动，滚珠丝杠座与其活动配合，实现滚珠丝杠座在滚珠丝杠上水平移动，由于夹持手后杆与滚珠丝杠座铰接，夹持手后杆与夹持手前杆铰接，夹持手前杆与安装支架铰接，滚珠丝杠座带动夹持手后杆绕其销轴转动，夹持手后杆推动夹持手前杆，夹持手前杆与安装支架铰接，故夹持手前杆绕销轴转动，实现夹持手前杆自由端的夹紧和张开。夹持手前杆的自由端为弯曲的圆弧结构，夹持橡胶沿其圆弧曲面与其固接为一体。夹持橡胶能够增大夹持接触面的同时避免对果梗造成挤伤。

果实收集机构包括一果实收集器，该果实收集器设置在导气筒端部下方。果实收集器包括依次连接在一起的漏斗收集罩、柔性导管和果实存储箱。

本发明的动作过程是：

双目摄像头观测樱桃果实的位置将图像信息传递下位机处理，调整樱桃采摘末端执行器位姿靠近樱桃果实，然后气泵进行吸气工作，通过导气筒的气流吸取樱桃果实，进而使果梗位置基本无变动，此时平移步进电机动作一段行程，通过曲柄滑块机构推动导轨平台前进一段距离，使夹持手前杆伸出导轨并介于果实与枝干间的果梗区间内，旋转步进电机开始工作，带动滚珠丝杠旋转，实现滚珠丝杠座做直线平移，进而通过等效曲柄滑块机构实现夹持手夹持果梗的目的，夹持过程中夹持手前杆上的夹持橡胶保持与果梗接触，保证了果实果梗的品质，夹紧果梗后平移步进电机继续动作，推动整个夹持手沿导轨平移最终实现果梗与枝干的分离，接着旋转步进电机反向动作，滚珠丝杠反转实现夹持手松开果梗的目的，樱桃果实落入果实收集器内通过滑道进入果实收集箱，樱桃果实的采摘工作结束。

Claims (3)

1.一种樱桃采摘机械人末端执行器，包括樱桃果实定位机构、樱桃位姿识别机构、夹取采摘机构、果实收集机构；所述的樱桃果实定位机构为气吸式定位机构，包括导气筒和气泵，导气筒安装在导气筒支架的顶部，导气筒的尾部与气泵连接；所述的果实收集机构包括一果实收集器，该果实收集器设置在导气筒端部下方；其特征在于，

所述的樱桃位姿识别机构为双目式摄像头，该摄像头通过摄像头支架架装在樱桃果实定位机构的后方；摄像头的安装位置高于夹取采摘机构的安装位置；

所述的夹取采摘机构安装在导气筒上方、樱桃位姿识别机构的前方，包括水平位移机构和移动夹取机构；所述的水平位移机构包括平移步进电机、滑轨和移动平台，平移步进电机通过安装支架安装在导气筒上方，滑轨沿导气筒长度方向水平设置在导气筒顶部，移动平台与滑轨滑动配合，平移步进电机的输出端通过连接件与移动平台连接；所述的移动夹取机构包括旋转步进电机、滚珠丝杠、滚珠丝杠座和夹持手，旋转步进电机安装在移动平台上，滚珠丝杠与旋转步进电机的输出端连接，滚珠丝杠座与滚珠丝杠活动配合，夹持手与滚珠丝杠座连接；

平移步进电机与移动平台之间通过曲柄连杆机构连接；

所述的夹持手包括夹持手前杆、夹持手后杆和夹持橡胶，夹持手后杆与滚珠丝杠座铰接，夹持手后杆与夹持手前杆铰接，夹持手前杆与安装支架铰接，夹持橡胶固定安装在夹持手前杆自由端；所述的夹持手前杆、夹持手后杆构成曲柄连杆机构。

2.根据权利要求1所述的樱桃采摘机械人末端执行器，其特征在于，果实收集器包括依次连接在一起的漏斗收集罩、柔性导管和果实存储箱。

3.根据权利要求1所述的樱桃采摘机械人末端执行器，其特征在于，所述的夹持手前杆的自由端为弯曲的圆弧结构，夹持橡胶沿其圆弧曲面与其固接为一体。