CN107322607A - 一种西瓜采摘机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种西瓜采摘机器人，行走机构包括行走平台和与行走平台相连接的机械足，行走平台的壳体内部的行走平台表面依次设置有步进电机、内燃机动力源发电机、电源变换器和导航装置，步进电机通过电机座固定于平台表面的中心位置，壳体顶部的外表面均匀设置有多个西瓜收纳箱，采摘机构包括竖向机械臂、第一机械臂、第二机械臂、第一步进电机、第二步进电机、机械爪和割刀步进电机，机械爪上设置有割刀步进电机，割刀步进电机的电机轴上设置有割刀，割刀另一端延伸至机械爪正下方，本发明通过行走机构、采摘机构与控制系统结合，使采摘自西瓜的动化程度高，且能移动灵活，大大提高了西瓜采摘环节的劳动效率。

Description

一种西瓜采摘机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种西瓜采摘机器人。

背景技术

现有的西瓜采摘机器人行走机构采用履带、轮式或滑移机构，尤其是全部爬满西瓜藤蔓的瓜田，容易损伤西瓜藤蔓，在采摘过程中不能对西瓜的进行识别定位，无法对掩盖在西瓜藤叶下的西瓜进行处理，且采摘时无法判断西瓜的成熟度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种自动化程度高，能灵活移动，大大提高了西瓜采摘环节的劳动效率的西瓜采摘机器人。

为实现上述目标，本发明的技术方案为：一种西瓜采摘机器人，其特征在于：包括行走机构和采摘机构，行走机构包括行走平台和与行走平台相连接的机械足，行走平台表面设置有壳体，壳体内部的行走平台表面依次设置有步进电机、内燃机动力源发电机、电源变换器和导航装置，步进电机通过电机座固定于平台表面的中心位置，壳体顶部的外表面均匀设置有多个西瓜收纳箱，采摘机构包括竖向机械臂、第一机械臂、第二机械臂、第一步进电机、第二步进电机、机械爪和割刀步进电机，步进电机的电机轴与竖向机械臂相连接，步进电机轴的轴线与竖向机械臂的轴线相重合，竖向机械臂的顶端固定有第一步进电机，第一步进电机的电机轴与第一机械臂相连接，第一步进电机的电机轴的轴线与竖向机械臂的轴线相垂直并与第一机械臂的轴线相重合，第一机械臂的另一端固定设置有第二步进电机，第二步进电机的电机轴与第二机械臂相连接，第二步进电机的电机轴的轴线与第一机械臂的轴线相垂直并与第二机械臂的轴线相重合，第二机械臂另一端上设置有机械爪，第二机械臂上设置有西瓜影像的采集摄像头和第一风机，机械爪上设置有割刀步进电机，割刀步进电机的电机轴上设置有割刀，割刀另一端延伸至机械爪正下方。

优选的，行走平台为六边形，机械足分别设置于行走平台的六个顶点处，机械足由驱动步进电机、足部摄像头、连接杆和行走机构组成，驱动步进电机的电机轴与连接杆相连接，连接杆的轴线垂直于驱动步进电机电机轴轴线，连接杆的另一端通过螺栓与足部步进电机的外表面固定连接，足部摄像头设置于连接杆侧表面，足部步进电机的电机轴上设置有连接法兰，行走机构包括足部液压缸、风机和圆柱底足，足部液压缸顶部通过法兰与连接法兰相连接，足部液压缸的活塞杆的末端设置有连接球头，圆柱底足顶部设置有与连接球头配合的球形凹槽，圆柱底足侧表面均布设置有多个横向拔叉，风机通过风机连接座设置于足部液压缸外侧表面。

优选的，连接杆由实心杆和空心杆组成，空心杆内部设置有台阶孔，实心杆一侧通过螺栓与足部步进电机的外表面固定连接，另一端设置有圆柱凸台，圆柱凸台可活动的插入空心杆内台阶孔的大口径的孔中，小口径孔中设置有弹簧，弹簧一端固定于小口径孔内，另一端与圆柱凸台固定连接，空心杆远离实心杆的一端与驱动步进电机的电机轴相连接，机械爪由采摘步进电机、由横向杆和竖向杆组成的倒“L”形的连接刀杆以及弧形夹持板组成，采摘步进电机对称设置于第二机械臂末端的两侧，采摘步进电机的电机轴分别与横向杆固定连接，其轴线与横向杆的轴线互相垂直，两竖向杆的相对内侧对称设置有通过螺栓与其连接的弧形夹持板，割刀步进电机设置于竖向杆侧壁，割刀步进电机的电机轴上设置的割刀的另一端延伸至两弧形夹持板的板的正下方。

优选的，弧形夹持板上设置有由超声波发射器和超声波接收器组成的超声波模块，两弧形夹持板的相对的内侧的一侧的上下两端设置有超声波发射器，另一侧的上下两端设置有与超声波发射器相对应的超声波接收器。

优选的，第二机械臂的末端设置有喷码器，喷码器的壳体通过螺栓与第二机械臂固定连接。

优选的，弧形夹持板的下端部设置有测重传感器，控制系统由内燃机动力源发电机、电源变换器、导航系统、无线通信模块、上位机和计算机控制系统，内燃机动力源发电机连接电源变换器，电源变换器分别连接导航系统、计算机控制系统、第一步进电机、第二步进电机、割刀步进电机、西瓜采集摄像头、驱动步进电机、足部摄像头、第一风机、足部步进电机、足部液压缸、超声波模块、喷码器、无线通信模块、测重传感器和风机，计算机控制系统分别连接导航系统、第一步进电机、第二步进电机、第一风机、割刀步进电机、西瓜采集摄像头、驱动步进电机、足部摄像头、足部步进电机、足部液压缸、风机、超声波模块、喷码器、无线通信模块和测重传感器，无线通信模块连接上位机。

本发明通过行走机构、采摘机构与控制系统结合，使采摘自西瓜的动化程度高，且能移动灵活，大大提高了西瓜采摘环节的劳动效率。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是行走机构的结构示意图；

图3是电气控制系统组成示意图。

图面说明：1、行走平台，2、机械足，3、壳体，4、步进电机，5、内燃机动力源发电机，6、电源变换器，7、导航装置，8、西瓜收纳箱，9、竖向机械臂，10、第一机械臂，11、第二机械臂，12、第一步进电机，13、第二步进电机，14、机械爪，15、割刀步进电机，16、采集摄像头，17、弧形夹持板，18、割刀，19、驱动步进电机，20、足部摄像头，21、连接杆，22、足部液压缸，23、风机，24、圆柱底足，25、横向拔叉，26、实心杆，27、空心杆，28、足部步进电机，29、弹簧，30、采摘步进电机，31、连接刀杆。

具体实施方式

结合附图详细描述本发明的技术方案，一种西瓜采摘机器人，包括行走机构和采摘机构，行走机构包括行走平台1和与行走平台相连接的机械足2，行走平台表面设置有壳体3，壳体内部的行走平台表面依次设置有步进电机4、内燃机动力源发电机5、电源变换器6和导航装置7，步进电机通过电机座固定于平台表面的中心位置，壳体顶部的外表面均匀设置有多个西瓜收纳箱8，采摘机构包括竖向机械臂9、第一机械臂10、第二机械臂11、第一步进电机12、第二步进电机13、机械爪14和割刀步进电机15，步进电机的电机轴与竖向机械臂相连接，步进电机轴的轴线与竖向机械臂的轴线相重合，电机轴实现竖向机械臂360度转动，竖向机械臂的顶端固定有第一步进电机，第一步进电机的电机轴与第一机械臂相连接，第一步进电机的电机轴的轴线与竖向机械臂的轴线相垂直并与第一机械臂的轴线相重合，第一机械臂的另一端固定设置有第二步进电机，第二步进电机的电机轴与第二机械臂相连接，第二步进电机的电机轴的轴线与第一机械臂的轴线相垂直并与第二机械臂的轴线相重合，第二机械臂另一端上设置有机械爪，第二机械臂上设置有西瓜影像的采集摄像头16和第一风机，采集摄像头用于采集西瓜的影像，机械爪上设置有割刀步进电机，割刀步进电机的电机轴上设置有割刀18，割刀另一端延伸至机械爪正下方；行走平台为六边形，机械足分别设置于行走平台的六个顶点处，机械足由驱动步进电机19、足部摄像头20、连接杆21和行走机构组成，驱动步进电机的电机轴与连接杆相连接，连接杆的轴线垂直于驱动步进电机电机轴轴线，连接杆的另一端通过螺栓与足部步进电机28的外表面固定连接，足部摄像头设置于连接杆侧表面，足部步进电机的电机轴上设置有连接法兰，行走机构包括足部液压缸22、风机23和圆柱底足24，足部液压缸顶部通过法兰与连接法兰相连接，足部液压缸的活塞杆的末端设置有连接球头，圆柱底足顶部设置有与连接球头配合的球形凹槽，圆柱底足侧表面均布设置有多个横向拔叉25，风机通过风机连接座设置于足部液压缸外侧表面，连接杆由实心杆26和空心杆27组成，空心杆内部设置有台阶孔，实心杆一侧通过螺栓与足部步进电机的外表面固定连接，另一端设置有圆柱凸台，圆柱凸台可活动的插入空心杆内台阶孔的大口径的孔中，小口径孔中设置有弹簧29，弹簧一端固定于小口径孔内，另一端与圆柱凸台固定连接，空心杆远离实心杆的一端与驱动步进电机的电机轴相连接，机械爪由采摘步进电机30、由横向杆和竖向杆组成的倒“L”形的连接刀杆31以及弧形夹持板17组成，采摘步进电机对称设置于第二机械臂末端的两侧，采摘步进电机的电机轴分别与横向杆固定连接，其轴线与横向杆的轴线互相垂直，两竖向杆的相对内侧对称设置有通过螺栓与其连接的弧形夹持板，割刀步进电机设置于竖向杆侧壁，割刀步进电机的电机轴上设置的割刀的另一端延伸至两弧形夹持板的板的正下方，弧形夹持板上设置有由超声波发射器和超声波接收器组成的超声波模块，两弧形夹持板的相对的内侧的一侧的上下两端设置有超声波发射器，另一侧的上下两端设置有与超声波发射器相对应的超声波接收器，第二机械臂的末端设置有喷码器，喷码器的壳体通过螺栓与第二机械臂固定连接，弧形夹持板的下端部设置有测重传感器，控制系统由内燃机动力源发电机、电源变换器、导航系统、无线通信模块、上位机和计算机控制系统，内燃机动力源发电机连接电源变换器，电源变换器分别连接导航系统、计算机控制系统、第一风机、第一步进电机、第二步进电机、割刀步进电机、西瓜采集摄像头、驱动步进电机、足部摄像头、足部步进电机、足部液压缸、超声波模块、喷码器、无线通信模块、测重传感器和风机，计算机控制系统分别连接导航系统、第一步进电机、第二步进电机、第一风机、割刀步进电机、西瓜采集摄像头、驱动步进电机、足部摄像头、足部步进电机、足部液压缸、风机、超声波模块、喷码器、无线通信模块和测重传感器，无线通信模块连接上位机。

行走平台采用六边形结构、六边形可以方便行走平台的前后左右的移动且容易保持行走平台稳定，内燃机动力源发电机，可产生220V50Hz交流电，电源变换器将内燃机动力源发电机产生的交流电，经过电源模块变换为各个用电部件需要的电压，导航系统可以接收GPS或北斗导航信息，并将数据传送给计算机控制系统实现机器人的运动线路的控制，机器控制系统主要完成机器人的导航控制、机器人移动控制、采摘控制、风机控制、摄像头控制和西瓜大小判断、成熟度判断、物联网无线通信网络的控制，驱动步进电机通过计算机控制系统的控制来驱动连接杆转动，与连接杆另一端相连的足部步进电机驱动液压缸转动，进而驱动圆柱底足运动，通过各个驱动不紧电机和足部电机的控制旋转来驱动整个行走平台的运动，连接杆可由空心杆和实心杆组成，实心杆的圆柱凸台插入空心杆内，在空心杆内滑动伸缩，实心杆上的圆柱凸台与空心杆内的弹簧相连接，能拉动伸开后的圆柱凸台复位，足部液压缸的活塞杆的末端设置有连接球头，圆柱底足顶部设置有与连接球头配合的球形凹槽，方便圆柱底足适应各种不平的地面，圆柱底足侧表面均布设置有多个横向拔叉，方便拨开瓜藤和叶子，足部液压缸上的风机用来吹开西瓜的叶子，足部摄像头设置于连接杆侧表面，在风机吹开瓜叶时，方便圆柱底足找到合适的落脚点，在第二机械臂上设置采集摄像头和第一风机，第一风机吹开西瓜蔓叶，方便采集摄像头采集西瓜影像，当通过计算机控制系统识别出有西瓜后，先判断西瓜大小是否符合设定的尺寸大小阈值，不符合设定阈值时就放弃采摘该西瓜，符合设定阈值时就控制采摘机构移动至该西瓜，采摘步进电机控制连接刀杆，使连接刀杆带动弧形板合拢并吊起西瓜，此时利用弧形夹持板上设置的超声波发射器和超声波接收器，判断西瓜是否成熟，若西瓜达到成熟标准后，通过割刀步进电机驱动割刀割断西瓜蔓藤，完成西瓜的采摘过程，通过测重传感器测量西瓜的质量，然后通过喷码器在西瓜表面喷涂西瓜的采摘时间、产地、质量等相关信息，并通过物联网的无线网络上传到上位机服务器实现西瓜信息统计及溯源等服务功能。

以上显示和描述了本发明的基本原理，主要特征和优点，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围。

Claims (6)

1.一种西瓜采摘机器人，其特征在于：包括行走机构和采摘机构，行走机构包括行走平台和与行走平台相连接的机械足，行走平台表面设置有壳体，壳体内部的行走平台表面依次设置有步进电机、内燃机动力源发电机、电源变换器和导航装置，步进电机通过电机座固定于平台表面的中心位置，壳体顶部的外表面均匀设置有多个西瓜收纳箱，采摘机构包括竖向机械臂、第一机械臂、第二机械臂、第一步进电机、第二步进电机、机械爪和割刀步进电机，步进电机的电机轴与竖向机械臂相连接，步进电机轴的轴线与竖向机械臂的轴线相重合，竖向机械臂的顶端固定有第一步进电机，第一步进电机的电机轴与第一机械臂相连接，第一步进电机的电机轴的轴线与竖向机械臂的轴线相垂直并与第一机械臂的轴线相重合，第一机械臂的另一端固定设置有第二步进电机，第二步进电机的电机轴与第二机械臂相连接，第二步进电机的电机轴的轴线与第一机械臂的轴线相垂直并与第二机械臂的轴线相重合，第二机械臂另一端上设置有机械爪，第二机械臂上设置有西瓜影像的采集摄像头和第一风机，机械爪上设置有割刀步进电机，割刀步进电机的电机轴上设置有割刀，割刀另一端延伸至机械爪正下方。

2.根据权利要求1所述的西瓜采摘机器人，其特征在于：行走平台为六边形，机械足分别设置于行走平台的六个顶点处，机械足由驱动步进电机、足部摄像头、连接杆和行走机构组成，驱动步进电机的电机轴与连接杆相连接，连接杆的轴线垂直于驱动步进电机电机轴轴线，连接杆的另一端通过螺栓与足部步进电机的外表面固定连接，足部摄像头设置于连接杆侧表面，足部步进电机的电机轴上设置有连接法兰，行走机构包括足部液压缸、风机和圆柱底足，足部液压缸顶部通过法兰与连接法兰相连接，足部液压缸的活塞杆的末端设置有连接球头，圆柱底足顶部设置有与连接球头配合的球形凹槽，圆柱底足侧表面均布设置有多个横向拔叉，风机通过风机连接座设置于足部液压缸外侧表面。

3.根据权利要求2所述的西瓜采摘机器人，其特征在于：连接杆由实心杆和空心杆组成，空心杆内部设置有台阶孔，实心杆一侧通过螺栓与足部步进电机的外表面固定连接，另一端设置有圆柱凸台，圆柱凸台可活动的插入空心杆内台阶孔的大口径的孔中，小口径孔中设置有弹簧，弹簧一端固定于小口径孔内，另一端与圆柱凸台固定连接，空心杆远离实心杆的一端与驱动步进电机的电机轴相连接，机械爪由采摘步进电机、由横向杆和竖向杆组成的倒“L”形的连接刀杆以及弧形夹持板组成，采摘步进电机对称设置于第二机械臂末端的两侧，采摘步进电机的电机轴分别与横向杆固定连接，其轴线与横向杆的轴线互相垂直，两竖向杆的相对内侧对称设置有通过螺栓与其连接的弧形夹持板，割刀步进电机设置于竖向杆侧壁，割刀步进电机的电机轴上设置的割刀的另一端延伸至两弧形夹持板的板的正下方。

4.根据权利要求3所述的西瓜采摘机器人，其特征在于：弧形夹持板上设置有由超声波发射器和超声波接收器组成的超声波模块，两弧形夹持板的相对的内侧的一侧的上下两端设置有超声波发射器，另一侧的上下两端设置有与超声波发射器相对应的超声波接收器。

5.根据权利要求4所述的西瓜采摘机器人，其特征在于：第二机械臂的末端设置有喷码器，喷码器的壳体通过螺栓与第二机械臂固定连接。

6.根据权利要求5所述的西瓜采摘机器人，其特征在于：弧形夹持板的下端部设置有测重传感器，控制系统由内燃机动力源发电机、电源变换器、导航系统、无线通信模块、上位机和计算机控制系统，内燃机动力源发电机连接电源变换器，电源变换器分别连接导航系统、计算机控制系统、第一步进电机、第二步进电机、割刀步进电机、西瓜采集摄像头、驱动步进电机、足部摄像头、第一风机、足部步进电机、足部液压缸、超声波模块、喷码器、无线通信模块、测重传感器和风机，计算机控制系统分别连接导航系统、第一步进电机、第二步进电机、第一风机、割刀步进电机、西瓜采集摄像头、驱动步进电机、足部摄像头、足部步进电机、足部液压缸、风机、超声波模块、喷码器、无线通信模块和测重传感器，无线通信模块连接上位机。