CN105794409B - 一种基于高效采摘盘的果实采摘机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业自动化及机器人技术领域，尤其涉及一种基于高效采摘盘的果实采摘机器人，包括四轮智能平台、控制系统、图像识别系统、采摘臂和采摘盘；所述采摘盘包括底盘、支架、顶主体盘、顶主体盘升降机构、底盘旋转机构；所述底盘包括左半底盘、右半底盘、锥形轴承和外缘壳；顶主体盘为枝条状果实梳理采摘结构；顶主体盘升降机构通过电气控制实现了顶主体盘和底盘的汇合和远离，从而实现了对枝条的夹紧和放松。本发明提高了山茱萸、辣椒、枸杞和女贞子等枝条状分布果实的采摘劳动生产率、降低了农民的劳动强度和采摘成本，保证了果实及时采收和采摘的质量，对于促进农村经济发展、提高我国农业的现代化、智能化、加快农业科学进步具有不可估量的意义。

Description

一种基于高效采摘盘的果实采摘机器人

技术领域

本发明涉及农业自动化及机器人技术领域，尤其涉及一种针对山茱萸、辣椒和枸杞等结在枝条上并且呈现枝条状分布的果实进行高效采摘的自动化装置。

背景技术

枸杞又叫枸杞子，为茄科植物枸杞的成熟果实。具有多种保健功效，是卫生部批准的药食两用食物，适量食用有益健康。

枸杞子含有丰富的胡萝卜素、多种维生素和钙、铁等健康眼睛的必需营养物质，故有明目之功，俗称“明眼子”。历代医家治疗肝血不足、肾阴亏虚引起的视物昏化和夜盲症，常常使用枸杞子。枸杞是对人体健康有着重要的意义，可以对身体进行保健，是人们所喜爱的果实，宁夏枸杞的品质领先于全国各地，成为枸杞的代表，被誉为枸杞之乡。宁夏枸杞在中国栽培面积最大。枸杞的枝干遍布坚硬的木刺，增加了采摘的难度，采用特制的弯嘴长剪刀，在密布的木刺中小心翼翼的剪断枝干，保留果柄，将完好的、没有破损的枸杞快速收集，并在24小时内利用科学工艺制干储存。但是这种采摘效率及其低下，由于熟透的枸杞没有被即使采收，造成部分枸杞果实腐烂变质，影响枸杞品质，降低了枸杞的产量；并且由于枸杞的木刺的分布，极易对采摘人员造成伤害，大大增加了采摘难度。

由于这些果实生长的复杂性和农田环境的非结构化等特点，目前生产中采用的简单的手持式采摘器、采摘头和震动式采摘机等。

发明专利CN201210052814.0公布了便携式枸杞采摘机，包括手持部、采摘头、动力输出模块、电源。采摘头包括振动盘及采摘胶头等。采摘头中采摘胶头是由柔软的橡胶制成，因此，当振动盘带动采摘胶头做震动及梳滤动作将成熟的枸杞从树上摘下，以完成枸杞采摘。由于接触果树的采摘头部分是采摘胶头，它是由柔软耐用的橡胶制成，不会对果树造成伤害，同时也不会对未成熟的青果带来损伤，另外，上述便携式枸杞采摘机体积小、重量轻，因此方便携带。但是这种设备仍然需要采摘人员的参与，对于提高枸杞采摘的自动化非常有限。同时，该设备是对一串枸杞枝条进行采摘，极易容易将未成熟的枸杞一起采摘，对于提高枸杞的质量和产量非常不利。

发明专利CN201510275168.8公开了梳耙式枸杞采摘联合采收机，自走式收储车通过发动机驱动车轮行走，在收储车上设置着收储仓，收储车通过车架连接着采收架，在采收架内设置着梳耙果器支架,在梳耙果器支架内设置着收果圆筒，在梳耙果器支架的三棱面上依次分别均布固接着梳耙果器，梳耙果器的出料端与收果圆筒的收果孔连通，动力主轴分别传动均布的三根立式传动轴，传动轴分别通过均布设置的圆锥齿轮传动相对应的梳耙果器轴,梳耙果器轴位于上口敞开的收果仓内，在梳耙果器轴上径向均布着耙刷果齿排，在收果圆筒的底部设置着与存储仓相通的收果输送带。该发明可以用机械化代替人工采摘，实现采摘、装筐、输送一体化，采摘效率高，质量好，果实破损率低，降低劳动强度。但是该发明存在的一个致命问题是就是，所有的采摘需要人工进行干预操作，这样虽然能提高采摘质量，但是对于降低成本非常不利。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种由四轮智能平台、控制系统、图像识别系统、采摘臂和采摘盘组成的一种基于采摘盘的果实采摘机器人，用于高效的梳理式采摘盘对果实采摘，从而提高果实采摘效率和降低人工成本。

本发明的技术方案是：一种基于采摘盘的果实采摘机器人，包括四轮智能平台1、控制系统2、图像识别系统3、采摘臂4和采摘盘5。

由于所述的四轮智能平台1、控制系统2、图像识别系统3、采摘臂4都为现有的成熟技术，在这里只是简单介绍，不作详细考量。

所述四轮智能平台1主要为四轮移动车，作为控制系统2、图像识别系统3、采摘臂4和采摘盘5的移动载体，带动上述机构移动。

所述控制系统2作为采摘机器人的核心，主要实现采摘机器人系统的电气控制等。

所述图像识别系统3作为采摘机器人的信息输入，主要利用双目摄像机对外界果实、枝条等图像视频的采集，进而分析、处理和判断，并将最终的数据发送至控制系统2。

所述采摘臂4主要为4-6自由度的机械手，机械手的自由度越高，可采摘的区域越灵活，采摘臂4的功能为带动采摘盘5运动至待采摘区域，进而实现对果实等的采摘。

所述采摘盘5作为采摘机构的核心部件，主要利用梳理式的采摘方式实现对枝条状分布果实的采摘，包括：底盘51、支架52、顶主体盘53、顶主体盘升降机构54和底盘旋转机构55。

所述底盘51分为四个部分，包括：左半底盘511、右半底盘512、锥形轴承513和外缘壳514。

所述底盘51的外侧有外缘壳514保护，防止底盘51上的果实沿圆盘外侧滑落。其中，左半底盘511和右半底盘512都为开口为180°的扇形结构，即为半圆状结构，左半底盘511的半圆状结构的圆心处和锥形轴承513的外圈固定连接，支架52的下端和锥形轴承513的内圈固定连接，并且右半底盘512的半圆状结构的圆心处和支架52固定连接。所述支架52的末端还与采摘臂4的顶端连接并固定。

左半底盘511为单层结构，右半底盘512则为双层结构，中间夹层为空心结构，空心距离稍大于左半底盘511的厚度，使得左半底盘511可以嵌入至右半底盘512的夹层中间并可以在夹层中间围绕支架52并通过锥形轴承513转动。

所述的左半底盘511的上表面和右半底盘512的上表面设置有多个高度不一的橡胶帽5319，用于在进行对果实梳理时增大摩擦力，提高果实采摘的效率。

上述步骤实现的效果为：支架52和右半底盘512固定并和采摘机械手臂4连接固定，但左半底盘511可以通过锥形轴承513转动，从而实现左半底盘511可以嵌入至右半底盘512的夹层中间并可以在夹层中间转动，最终实现左半底盘511和右半底盘512之间夹角的改变。

上述结构优选的是：左半底盘511和右半底盘512之间在边缘处有缺口，即使左半底盘511和右半底盘512组成一个封闭圆形平面时，左半底盘511和右半底盘512之间有一个空隙，使得植株的主枝干顺利进入该空隙中，从而进行后续的采摘。

底盘旋转机构55作为实现左半底盘511旋转功能的结构，包括：旋转直流减速电机551、旋转直流减速电机支架552、主齿553和半圆副齿554。

旋转直流减速电机551通过旋转直流减速电机支架552固定在支架52上，主齿553和旋转直流减速电机551的轴连接，从而带动主齿553的转动，半圆副齿554实质为普通齿轮，形状比较特殊，呈现半圆状分布，通过螺栓固定在左半底盘511靠近圆心并处于圆心的外侧。主齿553和半圆副齿554进行机械啮合。

上述结构的效果为：旋转直流减速电机551的主轴转动带动主齿553的转动，由于主齿553和半圆副齿554啮合，但旋转直流减速电机551通过旋转直流减速电机支架552和支架52连接，因此半圆副齿554会转动，并且此时的半圆副齿554啮合和左半底盘511是通过螺栓固定连接的，因此带动左半底盘511的旋转。然而，左半底盘511可以嵌入至右半底盘512的夹层中间并可以在夹层中间转动，因此最终实现了左半底盘511和右半底盘512之间夹角的可控性改变。

所述顶主体盘53为枝条状果实梳理采摘结构，主要包括：皮带传送轮531，顶主体盘盘体532，皮带轮驱动组533。

所述皮带传送轮531为多组，呈现放射状从顶盘的中心向外侧分布，皮带传送轮531包括：皮带5311、主皮带驱动轮5312、副皮带从动轮5313、主皮带驱动轮支架5314和副皮带从动轮支架5315。其中主皮带驱动轮支架5314通过轴承结构和主皮带驱动轮5312连接，主皮带驱动轮支架5314安装在靠近支架52的顶主体盘盘体532上；副皮带从动轮支架5315同样通过轴承结构和副皮带从动轮5313连接，副皮带从动轮支架5315安装在远离支架52的顶盘外边缘上。非常重要的是：不同的主皮带驱动轮5312由于分别围绕支架52排布，显然，不同的主皮带驱动轮5312的轴并不在同一条直线上，因此使用联轴器5318将其连接，这样的作用是：当其中一个主皮带驱动轮5312转动时，可通过联轴器5318的带动作用，将所有的主皮带驱动轮5312进行驱动。

主皮带驱动轮5312和副皮带从动轮5313外侧有放射状的导向壳5316，倾角为45°，防止皮带跑偏。另外，主皮带驱动轮5312的宽度较窄，副皮带从动轮5313的宽度较宽。同时，在主皮带驱动轮5312和副皮带从动轮5313中间通过皮带5311连接。所述皮带5311外表面设置有多个高度不一的橡胶帽5319，用于在进行对果实梳理时增大摩擦力，提高果实采摘的效率。所述皮带5311的宽度较宽，宽度和副皮带从动轮5313的宽度基本持平，但是皮带5311平行结构部分中间由弹性橡胶条5317连接，即由相同宽度的皮带并排组成，并且各个皮带之间由软性尼龙连接，当皮带5311转动到副皮带从动轮5313处时，由于皮带的总宽度和副皮带从动轮5313的宽度基本持平，因此可以完全舒展开；但是当皮带处于主皮带驱动轮5312处时，由于主皮带驱动轮5312的宽度远远小于皮带的总宽度，此时皮带之间的弹性橡胶条5317和主皮带驱动轮5312外侧放射状的导向壳5316发挥作用，当皮带处于主皮带驱动轮5312处时，在导向壳5316的45°倾角的趋势的影响下，多余的皮带，即：比主皮带驱动轮5312宽度多出的皮带向外翻转，等通过主皮带驱动轮5312后，由于皮带向着副皮带从动轮5313运动，且副皮带从动轮5313的宽度较宽，此时皮带又会舒展开。上述结构的意义在于：由于皮带传送轮531为多组，如果主皮带驱动轮5312和副皮带从动轮5313的宽度一致，由于皮带传送轮531呈现放射状从顶盘的中心向外侧分布，那么需要保证主皮带驱动轮5312和副皮带从动轮5313的宽度极小，但是对于一个圆形的顶主体盘盘体532，内圆的半径小，外圆的半径大，这样不能对顶主体盘盘体532进行很好的覆盖，使得采摘时有大面积的未梳理区域，采摘效率低。反之，如果不采用弹性橡胶条5317和主皮带驱动轮5312外侧放射状的导向壳5316，由于皮带的总宽度和副皮带从动轮5313的宽度基本持平，因此可以完全舒展开，但是当皮带处于主皮带驱动轮5312处时，由于主皮带驱动轮5312的宽度远远小于皮带的总宽度，皮带此时会发生堆积现象，极大的影响采摘效率。

所述顶主体盘盘体532整体为一个大面积镂空的圆盘，镂空部分用于安装和固定皮带传送轮531和皮带轮驱动组533等。顶主体盘盘体532的圆盘重心为空心结构，和顶主体盘升降机构54的两个滑块本体5412固定连接，从而使得当滑块本体5412运动时，带动整套的顶主体盘盘体532运动，进行带动相关机构运动。

皮带轮驱动组533为驱动皮带传送轮531中的主皮带驱动轮5312进行转动的机构。主要包括：直流电机5331，蜗杆齿轮5332，涡轮齿轮5333，直流电机支架5334等。蜗杆齿轮5332和涡轮齿轮5333通过齿轮进行机械啮合。直流电机5331的主轴和蜗杆齿轮5332连接，涡轮齿轮5333和皮带传送轮531中的一个主皮带驱动轮5312的轴连接，由上述知：不同的主皮带驱动轮5312由于分别围绕支架52排布，因此使用联轴器5318将其连接，这样的作用是：当其中一个主皮带驱动轮5312转动时，可通过联轴器5318的带动作用，将所有的主皮带驱动轮5312进行驱动。同样，直流电机支架5334和直流电机5331固定连接，而后，直流电机支架5334固定在顶主体盘盘体532的合适位置上。这样整体的效果是：当伺服电机转动时带动蜗杆齿轮5332转动，此时通过齿轮啮合，涡轮齿轮5333也相应转动，然而涡轮齿轮涡轮齿轮5333和皮带传送轮531中的一个主皮带驱动轮5312的轴连接，从而带动某个主皮带驱动轮5312的轴转动。进而，由于本发明使用了联轴器5318将所有的主皮带驱动轮5312的轴进行了连接，因此所有的主皮带驱动轮5312开始转动，从而带动皮带5311和副皮带从动轮5313转动。

顶主体盘升降机构54为两个单独的升降滑台541，竖直放置。所述升降滑台541包括：升降滑台本体支架5411，滑块本体5412等。升降滑台本体支架5411与支架52平行固定，且两个单独的升降滑台541分别固定在支架52的对侧放置，即：两滑块本体5412沿径向朝向外侧放置。另外，所述顶主体盘升降机构54的两个单独的升降滑台541整体放置在底盘51的上侧。

本发明不仅提出了一种基于采摘盘的果实采摘机器人，还提出了一种相应的梳理式枝条状果实采摘方法。具体步骤如下：

一种基于采摘盘的果实采摘机器人，包括四轮智能平台1、控制系统2、图像识别系统3、采摘臂4和采摘盘5。

S1：首先采摘移动平台1移动至带采摘植株前后，通过图像识别系统3采集果实枝条的相关信息并发送至控制系统2，控制系统2控制采摘臂4并带动采摘盘5进行果实的采摘。

S2：主控模块22首先通过控制旋转直流减速电机551转动，由于主齿553和旋转直流减速电机551的轴连接，从而带动主齿553的转动，从而实现的效果为：旋转直流减速电机551的主轴转动带动主齿553的转动，由于主齿553和半圆副齿554啮合，但旋转直流减速电机551通过旋转直流减速电机支架552和支架52连接，因此半圆副齿554会转动，并且此时的半圆副齿554啮合和左半底盘511是通过螺栓固定连接的，因此带动左半底盘511的旋转。然而，左半底盘511可以嵌入至右半底盘512的夹层中间并可以在夹层中间转动，因此最终实现了左半底盘511和右半底盘512之间夹角的可控性改变。由于上述结构优选的是：左半底盘511和右半底盘512之间在边缘处有缺口，即使左半底盘511和右半底盘512组成一个封闭圆形平面时，左半底盘511和右半底盘512之间有一个空隙，使得植株的主枝干顺利进入该空隙中，从而进行后续的采摘。

并且，该步骤中，右半底盘512的半圆状结构的圆心处和支架52固定连接。所述支架52的末端还与采摘臂4的顶端连接并固定。另外，左半底盘511为单层饼状结构，右半底盘512则为双层饼状结构，中间夹层为空心结构，空心距离稍大于左半底盘511的厚度，使得左半底盘511可以嵌入至右半底盘512的夹层中间并可以在夹层中间围绕支架52并通过锥形轴承513转动。

S3：经过上述的步骤后，由于植株的主枝干等已经进入采摘盘5中的底盘51内，主控模块22通过控制顶主体盘升降机构54中的两个单独的升降滑台541中的滑块本体5412运动，此时两个升降滑台541中的滑块本体5412同时向下移动。然后，顶主体盘盘体532的圆盘重心为空心结构，和顶主体盘升降机构54的两个滑块本体5412固定连接，从而使得当滑块本体5412运动时，带动整套的顶主体盘盘体532运动，进行带动相关机构运动。本步骤的效果为：通过主控模块22控制顶主体盘升降机构54运动，进而带动整套的顶主体盘盘体532向下运动，此时的枝条被逐渐下压，分布于由左半底盘511和右半底盘512组成的一个封闭圆形平面上。

S4：主控模块22通过控制皮带轮驱动组533中的直流电机5331转动，从而将所有的主皮带驱动轮5312进行驱动。所述顶主体盘盘体532整体为一个大面积镂空的圆盘，镂空部分用于安装和固定皮带传送轮531和皮带轮驱动组533等。由于顶主体盘盘体532的圆盘重心为空心结构，和顶主体盘升降机构54的两个滑块本体5412固定连接，从而使得当滑块本体5412运动时，带动整套的顶主体盘盘体532运动，进行带动相关机构运动。

皮带轮驱动组533为驱动皮带传送轮531中的主皮带驱动轮5312进行转动的机构。由于直流电机5331的主轴和蜗杆齿轮5332连接，涡轮齿轮5333和皮带传送轮531中的一个主皮带驱动轮5312的轴连接，这样的作用是：当其中一个主皮带驱动轮5312转动时，可通过联轴器5318的带动作用，将所有的主皮带驱动轮5312进行驱动。当伺服电机转动时带动蜗杆齿轮5332转动，此时通过齿轮啮合，涡轮齿轮5333也相应转动，然而涡轮齿轮涡轮齿轮5333和皮带传送轮531中的一个主皮带驱动轮5312的轴连接，从而带动某个主皮带驱动轮5312的轴转动，最终实现了所有的主皮带驱动轮5312开始转动，从而带动皮带5311和副皮带从动轮5313转动。

并且在上述步骤中，最为关键步骤之一是：主皮带驱动轮5312和副皮带从动轮5313外侧有放射状的导向壳5316，倾角为45°，防止皮带跑偏。另外，主皮带驱动轮5312的宽度较窄，副皮带从动轮5313的宽度较宽。同时，在主皮带驱动轮5312和副皮带从动轮5313中间通过皮带5311连接。皮带5311外表面设置有多个高度不一的橡胶帽5319，用于在进行对果实梳理时增大摩擦力，提高果实采摘的效率。所述皮带5311的宽度较宽，宽度和副皮带从动轮5313的宽度基本持平，但是皮带5311平行结构部分中间由弹性橡胶条5317组成，即由相同宽度的皮带并排组成，并且各个皮带之间由软性尼龙连接，当皮带5311转动到副皮带从动轮5313处时，由于皮带的总宽度和副皮带从动轮5313的宽度基本持平，因此可以完全舒展开；但是当皮带处于主皮带驱动轮5312处时，由于主皮带驱动轮5312的宽度远远小于皮带的总宽度，此时皮带之间的弹性橡胶条5317和主皮带驱动轮5312外侧放射状的导向壳5316发挥作用，当皮带处于主皮带驱动轮5312处时，在导向壳5316的45°倾角的趋势的影响下，多余的皮带，即：比主皮带驱动轮5312宽度多出的皮带向外翻转，等通过主皮带驱动轮5312后，由于皮带向着副皮带从动轮5313运动，且副皮带从动轮5313的宽度较宽，此时皮带又会舒展开。上述结构的意义在于：由于皮带传送轮531为多组，如果主皮带驱动轮5312和副皮带从动轮5313的宽度一致，由于皮带传送轮531呈现放射状从顶盘的中心向外侧分布，那么需要保证主皮带驱动轮5312和副皮带从动轮5313的宽度极小，但是对于一个圆形的顶主体盘盘体532，内圆的半径小，外圆的半径大，这样不能对顶主体盘盘体532进行很好的覆盖，使得采摘时有大面积的未梳理区域，采摘效率低。反之，如果不采用弹性橡胶条5317和主皮带驱动轮5312外侧放射状的导向壳5316，由于皮带的总宽度和副皮带从动轮5313的宽度基本持平，因此可以完全舒展开，但是当皮带处于主皮带驱动轮5312处时，由于主皮带驱动轮5312的宽度远远小于皮带的总宽度，皮带此时会发生堆积现象，极大的影响采摘效率。

总结步骤S4的作用为：通过主控模块22控制皮带轮驱动组533中的直流电机5331转动，进而将所有的主皮带驱动轮5312进行驱动。由于所述皮带传送轮531为多组，呈现放射状从顶盘的中心向外侧分布，且遍布整个盘面；并且由于皮带5311外表面设置有多个高度不一的橡胶帽5319，使得果实被橡胶帽5319从枝条上分离，落在由左半底盘511和右半底盘512组成的一个封闭圆形平面上。

S5：通过主控模块22控制上述的模块工作一段时间后，此时左半底盘511和右半底盘512组成的一个封闭圆形平面上积累了足够多的果实，主控模块22会控制采摘臂4并且带动与采摘臂4相连的采摘盘5将采摘盘5中的果实倒入集果箱中。

S6：主控模块22控制采摘臂4完成步骤S5后，通过控制顶主体盘升降机构54中的两个单独的升降滑台541中的滑块本体5412向上运动，顶主体盘盘体532和底盘51的分离。然后重复步骤S1至S6，依次循环进行采摘。

本发明的有益效果是：

本发明抛弃现有的通用的采摘机械手，而使用的自主开发的针对枝条状果实采摘的采摘盘实现对果实的采摘，该装置简单、可靠和高效，可以大大提高采摘效率。

本发明巧妙的设计了左半底盘、右半底盘、及锥形轴承等结构，实现了底盘的角度可控，可以适应不同类型的植物果实的采摘，通用性广。

本发明设计了核心的呈现放射状和梳理功能的采摘盘，通过皮带传送轮，顶主体盘，皮带轮驱动组的配合，实现了果实的梳理、果实和枝条的分离功能，采摘效率极高。

本发明设计了具备特殊功能，即覆盖圆盘面的传送带轮组机构，通过皮带之间的弹性橡胶连接实现了皮带的宽度自动调整；通过主动轮和从动轮的宽度不同实现了整套圆盘面的覆盖，使得采摘面积利用最大化，效率最大化。

总之，本发明提高了山茱萸、辣椒、枸杞和女贞子等枝条状分布果实的采摘劳动生产率、降低了农民的劳动强度和采摘成本，保证了果实及时采收和采摘的质量，对于促进农村经济发展，提高我国农业的现代化、智能化、加快农业科学进步具有不可估量的意义。

附图说明

附图1为本发明一种基于采摘盘的果实采摘机器人的主视结构示意图。

附图2为本发明一种基于采摘盘的果实采摘机器人的立体结构示意图。

附图3为本发明采摘盘的主视结构示意图。

附图4为本发明采摘盘的底盘旋转机构的局部放大立体结构示意图。

附图5为本发明采摘盘的立体结构示意图。

附图6为本发明采摘盘的皮带传送轮的局部放大立体结构示意图。

附图7为本发明采摘盘的皮带传送轮的局部放大立体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1：

如图1、2、3和4所示，一种基于采摘盘的果实采摘机器人，包括四轮智能平台1、控制系统2、图像识别系统3、采摘臂4和采摘盘5。

实施例2：

如图1、2、3和4所示，所述四轮智能平台1主要为四轮移动车，作为控制系统2、图像识别系统3、采摘臂4和采摘盘5的移动载体，带动上述机构移动。

所述控制系统2作为采摘机器人的核心，主要实现采摘机器人系统的电气控制等。

所述图像识别系统3作为采摘机器人的信息输入，主要利用双目摄像机对外界果实、枝条等图像视频的采集，进而分析、处理和判断，并将最终的数据发送至控制系统2。

所述采摘臂4主要为4-6自由度的机械手，机械手的自由度越高，可采摘的区域越灵活，采摘臂4的功能为带动采摘盘5运动至待采摘区域，进而实现对果实等的采摘。

实施例3：

如图1和图5-7所示，所述采摘盘5作为采摘机构的核心部件，主要利用梳理式的采摘方式实现对枝条状分布果实的采摘，底盘51，支架52，顶主体盘53、顶主体盘升降机构54、底盘旋转机构55。

实施例4：

如图5-7所示，所述底盘51分为四个部分，包括左半底盘511、右半底盘512、锥形轴承513和外缘壳514。

所述底盘51的外侧有外缘壳514保护，防止底盘51上的果实沿圆盘外侧滑落。其中，左半底盘511和右半底盘512都为开口为180°的扇形结构，即为半圆状结构，左半底盘511的半圆状结构的圆心处和锥形轴承513的外圈固定连接，支架52的下端和锥形轴承513的内圈固定连接，并且右半底盘512的半圆状结构的圆心处和支架52固定连接。所述支架52的末端还与采摘臂4的顶端连接并固定。

左半底盘511为单层结构，右半底盘512则为双层结构，中间夹层为空心结构，空心距离稍大于左半底盘511的厚度，使得左半底盘511可以嵌入至右半底盘512的夹层中间并可以在夹层中间围绕支架52并通过锥形轴承513转动。

所述的左半底盘511的上表面和右半底盘512的上表面设置有多个高度不一的橡胶帽5319，用于在进行对果实梳理时增大摩擦力，提高果实采摘的效率。

上述步骤实现的效果为：支架52和右半底盘512固定并和采摘机械手臂4连接固定，但左半底盘511可以通过锥形轴承513转动，从而实现左半底盘511可以嵌入至右半底盘512的夹层中间并可以在夹层中间转动，最终实现左半底盘511和右半底盘512之间夹角的改变。

上述结构优选的是：左半底盘511和右半底盘512之间在边缘处有缺口，即使左半底盘511和右半底盘512组成一个封闭圆形平面时，左半底盘511和右半底盘512之间有一个空隙，使得植株的主枝干顺利进入该空隙中，从而进行后续的采摘。

底盘旋转机构55作为实现左半底盘511旋转功能的结构，包括：旋转直流减速电机551、旋转直流减速电机支架552、主齿553和半圆副齿554。

旋转直流减速电机551通过旋转直流减速电机支架552固定在支架52上，主齿553和旋转直流减速电机551的轴连接，从而带动主齿553的转动，半圆副齿554实质为普通齿轮，形状比较特殊，呈现半圆状分布，通过螺栓固定在左半底盘511靠近圆心并处于圆心的外侧。主齿553和半圆副齿554进行机械啮合。

上述结构的效果为：旋转直流减速电机551的主轴转动带动主齿553的转动，由于主齿553和半圆副齿554啮合，但旋转直流减速电机551通过旋转直流减速电机支架552和支架52连接，因此半圆副齿554会转动，并且此时的半圆副齿554啮合和左半底盘511是通过螺栓固定连接的，因此带动左半底盘511的旋转。然而，左半底盘511可以嵌入至右半底盘512的夹层中间并可以在夹层中间转动，因此最终实现了左半底盘511和右半底盘512之间夹角的可控性改变。

实施例5：

如图5-7所示，所述顶主体盘53为枝条状果实梳理采摘结构，主要包括皮带传送轮531，顶主体盘盘体532，皮带轮驱动组533。

所述皮带传送轮531为多组，呈现放射状从顶盘的中心向外侧分布，皮带传送轮531包括皮带5311，主皮带驱动轮5312，副皮带从动轮5313，主皮带驱动轮支架5314，副皮带从动轮支架5315。其中主皮带驱动轮支架5314通过轴承结构和主皮带驱动轮5312连接，主皮带驱动轮支架5314安装在靠近支架52的顶主体盘盘体532上；副皮带从动轮支架5315同样通过轴承结构和副皮带从动轮5313连接，副皮带从动轮支架5315安装在远离支架52的顶盘外边缘上。非常重要的是：不同的主皮带驱动轮5312由于分别围绕支架52排布，显然，不同的主皮带驱动轮5312的轴并不在同一条直线上，因此使用联轴器5318将其连接，这样的作用是：当其中一个主皮带驱动轮5312转动时，可通过联轴器5318的带动作用，将所有的主皮带驱动轮5312进行驱动。

主皮带驱动轮5312和副皮带从动轮5313外侧有放射状的导向壳5316，倾角为45°，防止皮带跑偏。另外，主皮带驱动轮5312的宽度较窄，副皮带从动轮5313的宽度较宽。同时，在主皮带驱动轮5312和副皮带从动轮5313中间通过皮带5311连接。所述皮带5311外表面设置有多个高度不一的橡胶帽5319，用于在进行对果实梳理时增大摩擦力，提高果实采摘的效率。所述皮带5311的宽度较宽，宽度和副皮带从动轮5313的宽度基本持平，但是皮带5311平行结构部分中间由弹性橡胶条5317连接，即由相同宽度的皮带并排组成，并且各个皮带之间由软性尼龙连接，当皮带5311转动到副皮带从动轮5313处时，由于皮带的总宽度和副皮带从动轮5313的宽度基本持平，因此可以完全舒展开；但是当皮带处于主皮带驱动轮5312处时，由于主皮带驱动轮5312的宽度远远小于皮带的总宽度，此时皮带之间的弹性橡胶条5317和主皮带驱动轮5312外侧放射状的导向壳5316发挥作用，当皮带处于主皮带驱动轮5312处时，在导向壳5316的45°倾角的趋势的影响下，多余的皮带，即：比主皮带驱动轮5312宽度多出的皮带向外翻转，等通过主皮带驱动轮5312后，由于皮带向着副皮带从动轮5313运动，且副皮带从动轮5313的宽度较宽，此时皮带又会舒展开。上述结构的意义在于：由于皮带传送轮531为多组，如果主皮带驱动轮5312和副皮带从动轮5313的宽度一致，由于皮带传送轮531呈现放射状从顶盘的中心向外侧分布，那么需要保证主皮带驱动轮5312和副皮带从动轮5313的宽度极小，但是对于一个圆形的顶主体盘盘体532，内圆的半径小，外圆的半径大，这样不能对顶主体盘盘体532进行很好的覆盖，使得采摘时有大面积的未梳理区域，采摘效率低。反之，如果不采用弹性橡胶条5317和主皮带驱动轮5312外侧放射状的导向壳5316，由于皮带的总宽度和副皮带从动轮5313的宽度基本持平，因此可以完全舒展开，但是当皮带处于主皮带驱动轮5312处时，由于主皮带驱动轮5312的宽度远远小于皮带的总宽度，皮带此时会发生堆积现象，极大的影响采摘效率。

所述顶主体盘盘体532整体为一个大面积镂空的圆盘，镂空部分用于安装和固定皮带传送轮531和皮带轮驱动组533等。顶主体盘盘体532的圆盘重心为空心结构，和顶主体盘升降机构54的两个滑块本体5412固定连接，从而使得当滑块本体5412运动时，带动整套的顶主体盘盘体532运动，进行带动相关机构运动。

皮带轮驱动组533为驱动皮带传送轮531中的主皮带驱动轮5312进行转动的机构。主要包括：直流电机5331，蜗杆齿轮5332，涡轮齿轮5333，直流电机支架5334等。蜗杆齿轮5332和涡轮齿轮5333通过齿轮进行机械啮合。直流电机5331的主轴和蜗杆齿轮5332连接，涡轮齿轮5333和皮带传送轮531中的一个主皮带驱动轮5312的轴连接，由上述知：不同的主皮带驱动轮5312由于分别围绕支架52排布，因此使用联轴器5318将其连接，这样的作用是：当其中一个主皮带驱动轮5312转动时，可通过联轴器5318的带动作用，将所有的主皮带驱动轮5312进行驱动。同样，直流电机支架5334和直流电机5331固定连接，而后，直流电机支架5334固定在顶主体盘盘体532的合适位置上。这样整体的效果是：当伺服电机转动时带动蜗杆齿轮5332转动，此时通过齿轮啮合，涡轮齿轮5333也相应转动，然而涡轮齿轮涡轮齿轮5333和皮带传送轮531中的一个主皮带驱动轮5312的轴连接，从而带动某个主皮带驱动轮5312的轴转动。进而，由于本发明使用了联轴器5318将所有的主皮带驱动轮5312的轴进行了连接，因此所有的主皮带驱动轮5312开始转动，从而带动皮带5311和副皮带从动轮5313转动。

实施例6：

如图5-7所示，顶主体盘升降机构54为两个单独的升降滑台541，竖直放置。所述升降滑台541包括：升降滑台本体支架5411，滑块本体5412等。升降滑台本体支架5411与支架52平行固定，且两个单独的升降滑台541分别固定在支架52的对侧放置，即：两滑块本体5412沿径向朝向外侧放置。另外，所述顶主体盘升降机构54的两个单独的升降滑台541整体放置在底盘51的上侧。

上述实施例只是为了说明本发明的技术构思及特点，其目的是在于让本领域内的普通技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡是根据本发明内容的实质所作出的等效的变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于采摘盘的果实采摘机器人，其包括四轮智能平台、控制系统、图像识别系统、采摘臂和采摘盘，其特征在于，所述采摘盘包括底盘、支架、顶主体盘、顶主体盘升降机构、底盘旋转机构；所述底盘分为四个部分，包括左半底盘、右半底盘、锥形轴承、外缘壳；所述底盘外侧有外缘壳保护，所述左半底盘和右半底盘都为半圆形结构，左半底盘的半圆状结构的圆心处和锥形轴承的外圈固定连接，支架的下端和锥形轴承的内圈固定连接，并且右半底盘的半圆状结构的圆心处和支架固定连接；所述支架的末端还与采摘臂的顶端连接并固定；所述左半底盘为单层结构，右半底盘为双层结构，中间夹层为空心结构，空心距离大于左半底盘的厚度，左半底盘可以嵌入至右半底盘的夹层中间并可以在夹层中间围绕支架并通过锥形轴承转动；所述的左半底盘的上表面和右半底盘的上表面设置有橡胶帽；所述顶主体盘包括皮带传送轮、顶主体盘盘体、皮带轮驱动组。

2.如权利要求1所述的一种基于采摘盘的果实采摘机器人，其特征在于，所述左半底盘和右半底盘之间在边缘处有缺口即左半底盘和右半底盘组成一个封闭圆形平面时，左半底盘和右半底盘之间有空隙，可使得植株的主枝干顺利进入该空隙中。

3.如权利要求1所述的一种基于采摘盘的果实采摘机器人，其特征在于，所述底盘旋转机构包括：旋转直流减速电机、旋转直流减速电机支架、主齿和半圆副齿；旋转直流减速电机通过旋转直流减速电机支架固定在支架上，主齿和旋转直流减速电机的轴连接，从而带动主齿的转动，半圆副齿是半圆状分布的齿轮，通过螺栓固定在左半底盘靠近圆心并处于圆心的外侧；主齿和半圆副齿进行机械啮合；旋转直流减速电机的主轴转动带动主齿的转动，主齿和半圆副齿啮合，旋转直流减速电机通过旋转直流减速电机支架和支架连接，使得半圆副齿转动，并且半圆副齿和左半底盘是通过螺栓固定连接的，从而带动左半底盘旋转；左半底盘可以嵌入至右半底盘的夹层中间并可以在夹层中间转动，使得左半底盘和右半底盘之间夹角的可控性改变。

4.如权利要求1所述的一种基于采摘盘的果实采摘机器人，其特征在于，所述皮带传送轮至少为两组，呈放射状从顶主体盘盘体的底侧中心向外侧分布， 皮带传送轮包括皮带、主皮带驱动轮、副皮带从动轮、主皮带驱动轮支架、副皮带从动轮支架。

5.如权利要求4所述的一种基于采摘盘的果实采摘机器人，其特征在于，主皮带驱动轮支架通过轴承结构和主皮带驱动轮连接，主皮带驱动轮支架安装在靠近支架的顶主体盘盘体上；副皮带从动轮支架同样通过轴承结构和副皮带从动轮连接，副皮带从动轮支架安装在远离支架的顶主体盘外边缘上；不同组的皮带传送轮的主皮带驱动轮使用联轴器将其连接使得当其中一个主皮带驱动轮转动时，可通过联轴器的带动作用，将所有的主皮带驱动轮进行驱动。

6.如权利要求4所述的一种基于采摘盘的果实采摘机器人，其特征在于，主皮带驱动轮和副皮带从动轮外侧有放射状的导向壳，倾角为45°，可防止皮带跑偏；主皮带驱动轮的宽度较副皮带从动轮的宽度窄；主皮带驱动轮和副皮带从动轮通过皮带连接；所述皮带外表面设置有橡胶帽；所述皮带的宽度与副皮带从动轮的宽度相同，皮带平行结构部分中间由弹性橡胶条连接，即由相同宽度的皮带并排组成，并且各个皮带之间由软性尼龙连接，当皮带转动到副皮带从动轮处时，由于皮带的总宽度和副皮带从动轮的宽度相同，因此可以完全舒展开；但是当皮带位于主皮带驱动轮处时，由于主皮带驱动轮的宽度小于皮带的总宽度，此时皮带之间的弹性橡胶条和主皮带驱动轮外侧放射状的导向壳发挥作用，当皮带处于主皮带驱动轮处时，在导向壳的45°倾角的影响下，皮带比主皮带驱动轮宽度多出的皮带向外翻转，等通过主皮带驱动轮后，由于皮带向着副皮带从动轮运动，且副皮带从动轮的宽度宽，皮带又会舒展开。

7.如权利要求4所述的一种基于采摘盘的果实采摘机器人，其特征在于，所述顶主体盘盘体整体为一个大面积镂空的圆盘，镂空部分用于安装和固定皮带传送轮和皮带轮驱动组；顶主体盘盘体的圆盘中心为空心结构，和顶主体盘升降机构的两个滑块本体固定连接，从而使得当滑块本体运动时，带动整套的顶主体盘盘体运动，从而带动相关机构运动；皮带轮驱动组为驱动皮带传送轮中的主皮带驱动轮进行转动的机构，包括：直流电机、蜗杆齿轮、涡轮齿轮、直流电机支架。

8.如权利要求7所述的一种基于采摘盘的果实采摘机器人，其特征在于， 蜗杆齿轮和蜗轮齿轮通过齿轮进行机械啮合，直流电机的主轴和蜗杆齿轮连接，蜗杆齿轮与蜗轮齿轮连接，蜗轮齿轮和皮带传送轮中的一个主皮带驱动轮的轴连接；直流电机支架和直流电机固定连接，直流电机支架固定在顶主体盘盘体上；当直流电机转动时带动蜗杆齿轮转动，通过齿轮啮合，蜗轮齿轮也相应转动，蜗轮齿轮和皮带传送轮中的一个主皮带驱动轮的轴连接，从而带动一个主皮带驱动轮的轴转动。