CN107637279A - 红花采摘机器人 - Google Patents

Abstract

一种红花采摘机器人，包括行走装置、图像采集装置、采摘装置、花丝收集装置、动力装置和控制装置。所述行走装置特征为履带式行进小车；所述图像采集装置安装在行走装置的后端部，包括相机支架和支架上的双目摄像机；所述采摘装置为安装在行进装置中部位置的六自由度采摘机械臂，以及安装在每个动臂关节处的步进电机；所述花丝收集装置包括输花软管、集花箱、滤网、风扇和风扇外罩，其中集花箱通过输花软管与采摘装置中的末端采摘头连接，并通过螺栓连接固定安放在行走装置的前端；所述动力装置和控制装置局安装在行进装置的底部。本发明可实现对红花的自动识别、采摘与收集，全程无需人工参与，完全解放劳动力，可为红花产业的跨越式发展提供动力。

Description

红花采摘机器人

技术领域

本发明设计一种红花采摘机器人，且特别适用于采摘盛开期的红花花丝，属于农业机械收获领域。

背景技术

红花是一种经济价值很高的作物，广泛应用于色素、中药材、保健品等领域，新疆是其主要的原产地。随着市场上红花需求的日益旺盛，种植面积不断扩大，然而红花的采摘主要还是依靠人工完成，人均采摘量仅为15 kg左右，劳动力缺乏现象日益明显；而且人工采摘时，需弯腰抓取，红花植株布满细条状针刺，长时间作业不仅对农户的身体造成一定的劳累损伤，而且由于花丝红色素的侵蚀，对手指同样造成不同程度的损害。

随着农业收获领域的快速机械化发展，研发出一种快速、高效、精确的智能采摘红花机器人具有重要的战略意义，同时对于增加新疆人民收入，稳定社会久安亦具有重要的社会价值。然而目前市场上并未出现一种适用于采摘红花花丝的采摘机器人，文献报道的大多数红花采收机尚处于试验阶段，都必须由人工参与才能完成采收工作。因此，研制一种智能、高效、精准识别的红花采摘机器人，是解决红花采摘难题的必要条件之一。

发明内容

为了克服背景技术中存在的问题，本发明提供了一种红花采摘机器人，目的是提供一种全自动、智能机械化的采摘方式，完全解放劳动力，促进红花产业的规模化发展。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种红花采摘机器人，包括行走装置、图像采集装置、采摘装置、花丝收集装置、动力装置和控制装置。所述行走装置特征为履带式行进小车，以电机为驱动器，作用是防止因农田土地不平，泥泞打滑的现象；所述图像采集装置安装在行走装置的后端部，包括以螺栓连接安装在行进装置上的相机支架，以及可以进行上下左右旋转的双目摄像机；所述采摘装置为六自由度采摘机械臂，包括母臂、动臂Ⅰ、动臂Ⅱ、动臂Ⅲ、动臂Ⅳ、末端采摘头，以及安装在动臂关节处的步进电机，所述母臂通过螺栓固定连接安装在行走装置的中部；所述花丝收集装置包括输花软管、集花箱、滤网、风扇和风扇外罩，其中集花箱通过输花软管与采摘装置中的末端采摘头连接，并通过螺栓连接固定安放在行走装置的前端；所述动力装置为可进行循环充电的蓄电池，安装在行走装置的底部；所述控制装置可对行走装置、图像采集装置、采摘装置、花丝收集装置和动力装置进行自动控制，安装在行走装置的底部。

作为优选，所述行进装置为履带式行进小车，避免了轮式结构在土地泥泞的情况下打滑现象的发生，同时也不会因田地的高低不平而行走困难。

作为优选，所述采摘装置为六自由度采摘机械臂，并且每一个动臂包括母臂都由一个步进电机进行驱动，可对经过的两侧红花进行无遗漏采摘；所述末端采摘头为对辊式采摘结构，可对红花进行无损伤采摘。

作为优选，所述图像采集装置为双目立体摄像机，可获取红花的三维坐标。

作为优选，所述花丝收集装置采用气吸原理，由风扇产生的气流吸力将红花由末端采摘头输送进集花箱，在集花箱与风扇之间安装有滤网，可防止花丝被风扇吸出箱外。

本发明的工作过程如下：当红花采摘机器人在田间进行红花采摘作业时，双目摄像机将拍摄的红花图像传到控制器，经控制器分析后获取红花的三维坐标，

然后将信号传递给采摘装置和行走装置；当行走装置靠近红花目标附近时，步进电机驱动机械臂进一步将末端采摘头靠近红花目标，然后电机驱动末端采摘头实施对花丝的采摘；采摘下来的花丝会在集花箱内风机产生的负压气流的作用下，经末端采摘头上方的通孔进入输花软管，最后被输送进集花箱。

相较于目前的红花收获机械，本发明的有益效果是，红花花丝的采摘不再由人工来完成，而是由一种全自动、智能机械化的红花采摘机器人完成，全程不需要人工的参与，完全解放了劳动力，对于实现红花产业的跨越式发展具有重要的推动作用。

附图说明

图1为本发明整体结构侧视图。

图2为本发明整体结构俯视图。

图3为本发明机械臂整体结构示意图。

图4为本发明集花箱整体结构示意图。

图5为本发明末端采摘头结构示意图。

图中所示：1为行走装置，2为摄像机支架，3为双目摄像机，4为母臂5、动臂Ⅰ，6为动臂Ⅱ，7为动臂Ⅲ，8为动臂Ⅳ，9为末端采摘头，10为步进电机，11为输花软管，12为集花箱，13为风扇，14为滤网，15为风扇外罩。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，方便技术人员理解。

实施例1：

如图1-图5所示，本发明公开了一种红花采摘机器人，其特征在于：所述红花采摘机器人主要包括行走装置1、图像采集装置、采摘装置、花丝收集装置、动力装置和控制装置。所述行走装置1为履带式行进小车，其特征在于以滚轮驱动皮带，继而带动整个装置前进；所述图像采集装置主要包括摄像机支架2和双目摄像机3，摄像机支架2通过螺栓连接安装在行走装置1的后端，双目摄像机3安装相机支架上方，并可以实现上下左右的转动；所述采摘装置主要为六自由度机械臂结构，包括以螺栓连接安装在行走装置1中部的母臂4，与母臂4连接的动臂Ⅰ5，与动臂Ⅰ5连接的动臂Ⅱ6，与动臂Ⅱ6连接的动臂Ⅲ7，与动臂Ⅲ7连接的动臂Ⅳ8，最后为末端采摘头9，每一个结构之间都有一个步进电机10作为驱动，控制每一个动臂的旋转；所述花丝收集装置特征在于包括输花软管11、集花箱12、风扇13、滤网14和风扇外罩15，所述输花软管11为一种可自由弯曲的通管，将末端采摘头9与集花箱12连接，所述风扇13可产生气流吸力将采摘下来的花丝吸进集花箱12内，所述集花箱12和风扇13之间安装有滤网14，目的是防止花丝流失；所述动力装置和控制装置均安装在行走装置1的底部。

实施例2：

本实例与实施例1的区别在于所述末端采摘头9为对辊式红花采摘头，辊子间隙为5mm，利用辊子的摩擦力可将花丝挤压拉拔进采摘头内，同时设置在末端采摘头上部的输花口可方便采摘后的花丝直接进入输花软管。

实施例3：

本实例与实施例1的区别在于双目摄像机3通过冗余结构与摄像机支架2连接，可实现上下左右的自由转动，并且可以获取红花的三维坐标，其中一个摄像头获取的是红花的X和Y坐标信息，另一个摄像头获取的为Z坐标信息，通过控制器的分析可将坐标信息传递给行走装置1和采摘装置。

上述实施例仅为本发明较佳的实例而已，并非是对本发明实施方式的限定，凡在本发明精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (5)

1.一种红花采摘机器人，主要包括行走装置1、图像采集装置、采摘装置、花丝收集装置、动力装置和控制装置；所述行走装置1为履带式行进小车，其特征在于以滚轮驱动皮带，继而带动整个装置前进；所述图像采集装置主要包括摄像机支架2和双目摄像机3，摄像机支架2通过螺栓连接安装在行走装置1的后端，双目摄像机3安装相机支架上方，并可以实现上下左右的转动；所述采摘装置主要为六自由度机械臂结构，包括以螺栓连接安装在行走装置1中部的母臂4，与母臂4连接的动臂Ⅰ5，与动臂Ⅰ5连接的动臂Ⅱ6，与动臂Ⅱ6连接的动臂Ⅲ7，与动臂Ⅲ7连接的动臂Ⅳ8，最后为末端采摘头9，每一个结构之间都有一个步进电机10作为驱动，控制每一个动臂的旋转；所述花丝收集装置特征在于包括输花软管11、集花箱12、风扇13、滤网14和风扇外罩15，所述输花软管11为一种可自由弯曲的通管，将末端采摘头9与集花箱12连接，所述风扇13可产生气流吸力将采摘下来的花丝吸进集花箱12内，所述集花箱12和风扇13之间安装有滤网14，目的是防止花丝流失；所述动力装置和控制装置均安装在行走装置1的底部。

2.根据权利要求1所述的红花采摘机器人，其特征在于以履带式行进小车为行走装置。

3.根据权利要求1所述的红花采摘机器人，其特征在于图像采集装置主要包括双目摄像机3，通过冗余结构与摄像机支架2进行连接，并可实现上下左右的自由转动。

4.根据权利要求1所述的红花采摘机器人，其特征在于末端采摘头9为对辊式采摘方式，其输花口在辊子的正上方。

5.根据权利要求1所述的红花采摘机器人，其特征在于采摘装置为六自由度采摘机机械臂，以步进电机为驱动方式。