CN106233937A - 一种阵列可伸缩式机械臂猕猴桃果实采摘机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阵列可伸缩式机械臂猕猴桃采摘机器人，最主要特征是：采用m×n个阵列式可伸缩式采摘手臂(2)对猕猴桃进行采摘；机器人车体(1)结构为柜式，在其底部安装万向轮(6)，车体(1)后面装有行进驱动电机及其控制系统箱(5)，m×n阵列式手臂安装架(8)焊接在车体(1)上面，可伸缩式手臂(2)的转动基座(11)焊接在车体(1)上，其内部设置有电机(12)，三指灵巧手(15)安装在手臂(2)末端，红外传感器(3)和双目摄像机(4)安装在三指灵巧手(15)内部，超声波传感器(10)安装于车体(1)前部，水果收集箱(7)安装在手臂安装架(8)下面。该机器人改善了目前各种采摘机器人单个采摘手臂采摘效率低的缺点。

Description

一种阵列可伸缩式机械臂猕猴桃果实采摘机器人

技术领域

本发明属于农业机械领域，具体涉及一种用于猕猴桃果实采摘的机器人。

背景技术

果实收获是一种劳动密集型的工作，在很多国家，由于人口老龄化和农业劳动力越来越缺乏，劳动力成本增加。果实采摘作业是目前蔬果生产链中最耗时、最费力的环节之一，采摘作业的质量的好坏直接影响到后续的加工和储藏。由于采摘作业的复杂性采摘自动化程度仍然很低，目前国内水果采摘基本都是人工进行。在众多的水果中，中国是猕猴桃的原产地，也是世界上猕猴桃栽培面积最大的国家。但目前猕猴桃的收获仍依靠人工收获，由于每个地区的猕猴桃采摘时间都相对集中，采摘时间短，所以需要投入大量的人力来采摘、分拣、装箱等劳动强度大、工作耗时而且成本越来越高。现有的农业果实采摘机械多为人工采摘或手工操作简单机构采摘，通常仅适宜小范围内作业，存在人工费高、采摘效率低、自动化程度低等问题，很难适应农业果实的规模种植和采摘要求，而且就算提高了对猕猴桃果实的识别和定位效率，由于果实生长分布范围广，几乎布满了整个空间，所以用一只机械手来采摘的采摘效率是非常低的。因此，发明的此千手观音猕猴桃果实采摘机器人对于实现猕猴桃采摘作业的机械化、自动化、智能化，特别是提高果实采摘的效率是有很重要的意义的。

发明内容

本发明的目的在于开发一种猕猴桃果实采摘机器人，具体就是针对采用棚架式的猕猴桃进行采摘，它解决了人工采摘和一般单臂或少臂采摘机器人采摘劳动强度大、效率低、成本高的问题，主要提高猕猴桃果实采摘的效率，实现采摘作业的机械化、自动化和智能化。

为实现上述目的，本发明的技术方案是：

这种千手观音伸缩式机械臂猕猴桃果实采摘机器人，包括机械执行系统和控制系统，其特征在于：m×n个阵列式可伸缩式采摘手臂对猕猴桃果实进行识别、定位、采摘，这种布局的设计在很大程度上提高了猕猴桃的采摘效率，改善了目前各种猕猴桃采摘机器采摘效率低的现状。

所述的车体结构为柜式，在其底部后面两个角上安装有两个万向轮用来改变行走方向，车体后面设置有行进驱动电机，m×n型阵列式可伸缩机械臂的安装架通过焊接固定车体上面，可伸缩式采摘机械手臂的转动基座直接焊接在安装架上，其内部设置有可伸缩式机械采摘手臂运动的驱动机构，三指灵巧手安装在可伸缩式手臂的末端，水果收集箱安装在手臂安装架的下面。

所叙述的可伸缩式采摘手臂包括转动基座、一级臂、二级臂、丝杠、三个直流伺服舵机和一个旋转直流电机，其中：所述的转动基座包括旋转直流电机和旋转机体，旋转直流电机通过螺栓连接安装在m×n型阵列式的可伸缩式机械臂安装架上。

所述的三指灵巧手包括三根手指、电机、传感器系统、图像采集识别系统。

所述的传感器系统包括红外传感器和超声波传感器。

所述的红外传感器安装在三指灵巧手内部。

所述的超声波传感器安装在车体的前面。

所述的控制系统包括运动控制器、数据采集、图像采集、伺服电机驱动器、双目摄像机、红外传感器、超声波传感器及控制电路等。

所述的双目摄像机位于三指灵巧手内部。

一种利用千手观音可伸缩式机械臂猕猴桃果实采摘机器人进行的果实采摘方法，包括以下步骤：

启动机器人移动平台，由超声波传感器测得车体与猕猴桃果树之间的距离从而控制车在棚架间的位置，使得车沿棚架式的猕猴桃地里的导航线运动，当机器人每移动一个车体长度路程后停下来，位于每个三指灵巧手内部的双目摄像机对各自上方一定区域范围内的猕猴桃实时的进行循环扫描采集，检测猕猴桃果实的位置；

当检测到摄像机视野范围内有果实时，主控制器向运动控制器发送命令，双目摄像机用来采集果树、果实的图像信息以及采摘机械臂路径中的障碍物图像信息，然后主控制器对成熟果实图像及障碍物图像进行识别，判断出视野内猕猴桃果实数量，逐个识别出视野内猕猴桃果实并提取其空间位置及形状等特征信息，确定采摘顺序。再由位于每个三指灵巧手内部的红外传感器来探测猕猴桃的相对于三指灵巧手的空间位置坐标，获取水果抓取所需要的位置信息，然后信息采集器将这些信息反馈给每个伺服电机控制器来控制各个可伸缩式机械臂动作采摘猕猴桃，然后三指灵巧手向下靠近猕猴桃输送管口，接着三指灵巧手的手指慢慢松开将采摘到的猕猴桃放如输送管中送到水果采集箱内。

当机器人每移动一个车体长度路程后停下来，等待m×n个采摘单元按照上述采摘过程对其各自上部一定区域的猕猴桃进行采摘，直到所有的猕猴桃都采摘完后再向前步进一个车体的距离重复上述动作，对采摘区的所有猕猴桃进行采摘。

本发明主要解决的是采摘劳动力短缺且成本过高，大大的提高了猕猴桃采摘的效率、保证了果实及时采摘收获和果实的质量。

附图说明

图1为本发明的一种千手观音猕猴桃果实采摘机器人结构的模型图；

图2为本发明的一种千手观音猕猴桃果实采摘机器人局部示意图；

图3为本发明的一种千手观音猕猴桃果实采摘机器人的m×n型阵列示意图；

图4为本发明的控制系统的主要功能模块构成示意图。

附图标号说明：1.车体，2.可伸缩式机械臂，3.红外传感器，4.双目摄像机，5.行进驱动电机及控制系统箱，6.万向后轮，7.水果收集箱，8.m×n型阵列式机械臂安装架，9.小电机，10.超声波传感器，11.转动基座，12.基座旋转电机，13.带软毛的输送管，14.直流伺服舵机，15.三指灵巧手。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步阐述。

本发明千手观音猕猴桃果实采摘机器人，包括机械执行系统和控制系统，其特征在于：采用多个可伸缩式机械手臂呈m×n型阵列式分布于采摘车体(1)上对猕猴桃的果实进行识别、定位、采摘，所述的车体(1)结构为柜式，在其底部后面两个角上安装有两个万向轮(6)用来改变行走方向，车体(1)后面设置有行进驱动电机及控制系统箱(5)，m×n型阵列式可伸缩机械臂的安装架(8)通过焊接固定车体(1)上面，可伸缩式采摘机械臂(2)的转动基座(11)直接焊接在车体(1)上，其内部设置有可伸缩式采摘机械臂运动的驱动机构基座旋转电机(12)，三指灵巧手(15)安装在可伸缩式采摘机械臂(2)末端水果收集箱(7)安装在手臂安装架(8)的下面，所叙述的可伸缩式采摘机械臂包括转动基座(11)、一级臂、二级臂、丝杠、三个直流伺服舵机和一个旋转直流电机，其中：所述的转动基座(11)包括旋转直流电机(12)和旋转机体，旋转直流电机(12)通过螺栓连接安装在m×n型阵列式的可伸缩式机械臂安装架(8)上。所述的三指灵巧手(15)包括三根手指、电机、传感器系统、图像采集识别系统。所述的传感器系统包括红外传感器(3)和超声波传感器(10)，所述的红外传感器(3)安装在三指灵巧手(15)内部。所述的超声波传感器(10)安装在车体(1)的前面。所述的双目摄像机(4)位于三指灵巧手(15)内部。

上面以具体实施例予以说明本发明的结构与工作原理，本发明并不局限于以上实施例，根据上述的说明内容，凡在本发明精神与原则之上所作的任何修改、同等替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种千手观音伸缩式机械臂猕猴桃果实采摘机器人，包括机械执行系统和控制系统，其特征在于：m×n个阵列式可伸缩式采摘手臂对猕猴桃果实进行识别、定位、采摘，这种布局的设计在很大程度上提高了猕猴桃的采摘效率，改善了目前各种猕猴桃采摘机器采摘效率低的现状；

2.根据权利要求1所述的一种千手观音伸缩式机械臂猕猴桃果实采摘机器人，其特征在于，所述的车体结构为柜式，在其底部后面两个角上安装有两个万向轮用来改变行走方向，车体后面设置有行进驱动电机，m×n型阵列式可伸缩机械臂的安装架通过焊接固定车体上面，可伸缩式采摘机械手臂的转动基座直接焊接在安装架上，其内部设置有可伸缩式机械采摘手臂运动的驱动机构，三指灵巧手安装在可伸缩式手臂的末端，水果收集箱安装在手臂安装架的下面；

3.根据权利要求2所叙述的一种千手观音伸缩式机械臂猕猴桃果实采摘机器人，其特征在于，所叙述的可伸缩式采摘手臂包括转动基座、一级臂、二级臂、三个直流伺服舵机和一个旋转直流电机，其中：所述的转动基座包括旋转直流电机和旋转机体，旋转直流电机通过螺栓连接安装在m×n型阵列式的可伸缩式机械臂安装架上；

所述的三指灵巧手包括三根手指、电机、传感器系统、图像采集识别系统；

所述的传感器系统包括红外传感器和超声波传感器；

所述的红外传感器安装在三指灵巧手内部；

所述的超声波传感器安装在车体的前面；

4.根据权利要求1所叙述的一种千手观音伸缩式机械臂猕猴桃果实采摘机器人，其特征在于所述的控制系统包括运动控制器、数据采集、图像采集、伺服电机驱动器、双目摄像机、红外传感器、超声波传感器及控制电路等；

所述的双目摄像机位于三指灵巧手内部。