CN108501009B - 一种捡蛋机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种捡蛋机器人，属于先进制造及机器视觉相关技术设备领域。机器人包括六关节机械臂及与所述六关节机械臂固定连接的夹爪；夹爪部分主要包括基板；用于带动基板沿Z轴移动的升降机构；安装于所述基板上的X轴鸡蛋夹持机构，所述X轴鸡蛋夹持机构具有够进行X轴移动的X轴蛋托；安装于所述基板上的Y轴鸡蛋夹持机构，所述Y轴鸡蛋夹持机构具有够进行Y轴移动的Y轴蛋托；安装于所述基板侧面并用于识别蛋槽内有无鸡蛋的第一摄像头；安装于所述基板下表面并用于判定鸡蛋位置的第二摄像头。本发明所提供的机器人，能够将目标鸡蛋从鸡蛋群中分离并抓取。

Description

一种捡蛋机器人

技术领域

本发明涉及先进制造及机器视觉相关技术设备领域，具体的说，是涉及一种捡蛋机器人。

背景技术

在目前的大型养鸡场中，需要人工捡拾鸡蛋，并将鸡蛋以大头向上，小头向下的规则整齐的放在蛋筐中。人工捡蛋工作量较大，需要耗费较大的体力，效率较低。

为了解决上述弊端，现有技术中，存在部分关于捡蛋机器人和捡蛋夹爪相关技术的研究。例如：公开号为CN202264222U的中国专利文献提供了一种自动捡鸡蛋机械手。该方案主要包括三个夹爪、控住三个夹爪动作的气缸及能够多自由度动作的主体。该方案通过在三个夹爪上安装传感器用于检测鸡蛋位置，三个夹爪协同动作将鸡蛋抓起，主体动作将鸡蛋放置于托盘中，能够在一定程度上节省人力，提高工作效率。

又如说，公开号为CN105145407A的中国专利文献提供了一种自动拾取鸡蛋的机器人。其主要包括六关节机器人主体，便于机器人移动的滑板和固定滑轨、方形鸡蛋筒组件和鸡蛋架组件。机器人主体带动方形鸡蛋筒组件移动及动作，方形鸡蛋筒组件用于捡拾鸡蛋，鸡蛋架组件用于容纳未被收走的鸡蛋。该方案中，通过多个传感器检测鸡蛋的数量及机器人的位置变化，并能够批量从鸡蛋架组件中收走鸡蛋。

上述两个方案中，均存在一定的缺陷，即：两种机器人均不能将位于鸡蛋群中的单个鸡蛋独立拾取，再放置于托盘中。作为公知的部分，蛋鸡通常为多只饲养于同一鸡槽中，每只蛋鸡每日产蛋量约为0.8个。在多只蛋鸡均产蛋的情况下，鸡蛋会不规则的堆叠在一起，成为鸡蛋群。

公开号为CN202264222U的专利文献，其夹爪抓取过程主要包括张开及闭合两个动作，能够一次迅速抓取一个周围无蛋的鸡蛋。因夹爪为气动夹爪，则当目标鸡蛋与其他鸡蛋堆叠于一起成为鸡蛋群时，不同夹爪闭合过程中内传感器会检测到鸡蛋进而停止动作，使夹爪无法完全闭合，造成鸡蛋无法抓取。且气动夹爪工作噪音较大，会影响蛋鸡的产蛋量。

公开号为CN105145407A的中国文献，虽然工作噪音较低，但同样无法单独将位于鸡蛋群中的目标鸡蛋单独分离并放置，仅能够将鸡蛋从蛋架中批量取出再进行人工分拣。

因此，如何设计一种新型机器人，其能够将目标鸡蛋在鸡蛋群中分离，并能够将目标鸡蛋放置于蛋筐中，实现高度自动化的捡蛋工作，是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种捡蛋机器人。本发明所提供的机器人，通过对夹爪结构部分的创新，使夹爪能够将目标鸡蛋从鸡蛋群中分离并抓取。

为了达成上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种捡蛋机器人，包括六关节机械臂及与所述六关节机械臂固定连接的夹爪；所述夹爪包括：

基板；

用于带动基板沿Z轴移动的升降机构；

安装于所述基板上的X轴鸡蛋夹持机构，所述X轴鸡蛋夹持机构具有够进行X轴移动的X轴蛋托；

安装于所述基板上的Y轴鸡蛋夹持机构，所述Y轴鸡蛋夹持机构具有够进行Y轴移动的Y轴蛋托；

安装于所述基板侧面并用于识别蛋槽内有无鸡蛋的第一摄像头；

安装于所述基板下表面并用于判定鸡蛋位置的第二摄像头。

优选的，所述Y轴鸡蛋夹持机构包括：

与所述基板固定连接的Y轴电机安装板、第一轴承座、第二轴承座及Y轴滑轨；

Y轴电机安装板上设有Y轴电机；

Y轴电机将动力传递至Y轴丝杆，Y轴丝杆的两端分别安装于第一轴承座和第二轴承座当中；

Y轴丝杆带动Y轴丝母座移动；

所述Y轴丝母座上的两侧分别与Y轴滑块固定连接；

Y轴滑块与Y轴滑轨构成滑动副；

所述第一轴承座上固定连接有第一蛋托；

所述Y轴丝母座上固定连接有第二蛋托。

第一蛋托与第二蛋托用于夹持鸡蛋小头。其中，通过Y轴丝杆的转动，实现第一蛋托与第二蛋托之间距离的变化，进而完成对鸡蛋小头的夹持并能够将鸡蛋以小头向下的姿态放置于蛋筐中。

优选的，所述Y轴电机、第一轴承座、第二轴承座及Y轴丝母座共轴线。

优选的，所述X轴鸡蛋夹持机构包括：

与所述基板固定连接的X轴电机安装板、第三轴承座、第四轴承座及X轴滑轨；

X轴电机安装板上设有X轴电机；

X轴电机将动力传递至X轴丝杆，X轴丝杆的两端分别安装于第三轴承座和第四轴承座当中；

X轴丝杆带动X轴丝母座移动；

所述X轴丝母座上的两侧分别与X轴滑块固定连接；

X轴滑块与X轴滑轨构成滑动副；

所述X轴丝母座上固定连接有第三蛋托及第四蛋托。

其中，第三蛋托及第四蛋托的尺寸大于第一蛋托及第二蛋托。

第三蛋托与第四蛋托用于夹持鸡蛋大头。通过X轴丝杆的转动，实现第三蛋托与第四蛋托共同向第一蛋托及第二蛋托移动(即X轴移动)，则第一蛋托、第二蛋托、第三蛋托与第四蛋托之间的X轴距离变小，将鸡蛋夹持。

四个蛋托整体可以在升降机构的带动下进行Z轴移动，所以当目标鸡蛋位于鸡蛋群中时，第三蛋托与第四蛋托可以插入目标鸡蛋与其他鸡蛋之间的缝隙中。同时，因第三蛋托及第四蛋托可以同步X向移动。所以堆叠于一起的鸡蛋，可以在第三蛋托及第四蛋托的带动下先与其他鸡蛋分离，以便于进行夹持。

优选的，所述X轴电机、第三轴承座、第四轴承座及X轴丝母座共轴线。

优选的，所述第三蛋托和第四蛋托以X轴丝杆为轴线呈对称设置。

优选的，所述升降机构为电动缸。

优选的，所述升降机构与法兰盘固定连接。

优选的，所述第一蛋托、第二蛋托、第三蛋托与第四蛋托内侧粘接有海绵衬垫层(海绵衬垫层也可选择为橡胶衬垫层)。

本发明的有益效果是:

(1)在升降机构的带动下第三蛋托和第四蛋托可以插入目标鸡蛋与其他鸡蛋之间的缝隙中；在X轴电机的带动下可以将目标鸡蛋与其他鸡蛋分离并将目标鸡蛋在X轴方向上夹紧；在Y轴电机的带动下可以将目标鸡蛋Y轴夹紧，实现对单一目标鸡蛋的分离与夹持。

(2)第一蛋托与第二蛋托的距离可变，则目标鸡蛋在被夹持后可以呈大头朝上小头朝下的姿态放置于蛋托中，提高捡蛋的自动化程度。

(3)所有的蛋托仅水平移动，不同蛋托之间距离可变化，则抓取目标鸡蛋精准度较高，不会发生同时抓取两个或两个以上鸡蛋的意外情况。

(4)能够自动识别鸡蛋与抓取鸡蛋，无需改造厂房与鸡舍结构。

(5)升降机构可以带动基板上下移动，机器人无需动作，弥补机器人可能会与蛋槽发生干涉的弊端，令本装置可适用于不同鸡槽层间距的鸡舍。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中A处的局部放大图；

图3是本发明中夹爪的结构示意图；

图4是本发明中Y轴鸡蛋夹持机构的结构示意图；

图5是本发明中X轴鸡蛋夹持机构的结构示意图；

图6是本发明夹爪的仰视图；

图7是对目标鸡蛋分离的定位原理示意图；

图8是对目标鸡蛋分离的夹持原理示意图；

图9是本发明的捡蛋状态示意图；

图10是图9中B处的局部放大图；

其中：

夹爪1；

升降机构1100，法兰盘1101；

基板1200；

Y轴鸡蛋夹持机构1300；

Y轴电机安装板1301，Y轴电机1302，第一轴承座1303，第一蛋托1304，Y轴滑轨1305，Y轴丝母座1306，第二轴承座1307，Y轴丝杆1308，第二蛋托1309，Y轴滑块1310；

X轴鸡蛋夹持机构1400；

第四轴承座1401，X轴滑轨1402，X轴丝杆1403，X轴丝母座1404，第三轴承座1405，X轴电机安装板1406，X轴电机1407，第三蛋托1408,第四蛋托1409，X轴滑块1410；

图像获取机构1500；

第二摄像头1501，摄像头安装板1502，第一摄像头1503；

六关节机械臂2；

第一鸡蛋3001，第二鸡蛋3002，第三鸡蛋3003，第四鸡蛋3004。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明进行详细说明。

实施例：一种捡蛋机器人，其结构如图1-6所示，包括：

六关节机械臂2以及安装于所述六关节机械臂2手腕部的夹爪1，六关节机械臂2具有处理系统(图中未示出)。

所述夹爪1包括基板1200及升降机构1100。升降机构1100优选为电动缸，电动缸的活塞杆与基板1200的上表面固定连接，电动缸的缸座与法兰盘1101固定连接。电动缸用于带动基板1200沿Z轴进行移动。

基板1200上安装有Y轴鸡蛋夹持机构1300、X轴鸡蛋夹持机构1400和图像获取机构1500。图像获取机构1500包括安装于基板1200下表面的第二摄像头1501、安装于基板1200侧面的摄像头安装板1502和安装于摄像头安装板1502上的第一摄像头1503。第二摄像头1501用于获取鸡蛋数量及鸡蛋位置信息，第一摄像头1503用于识别蛋槽内有无鸡蛋。

Y轴鸡蛋夹持机构1300主要包括与所述基板1200的Y轴侧面固定连接的Y轴电机安装板1301、安装于基板1200下表面的第一轴承座1303、第二轴承座1307和Y轴滑轨1305。Y轴丝杆1308的两端分别安装于第一轴承座1303和第二轴承座1307当中。在Y轴电机安装板1301上设有Y轴电机1302，Y轴电机1302通过联轴器将动力传递至Y轴丝杆1308。Y轴丝杆1308通过螺纹带动Y轴丝母座1306移动。

Y轴丝母座1306的两侧分别与一个Y轴滑块1310固定连接。Y轴滑块1310与Y轴滑轨1305构成滑动副。所述第一轴承座1303上固定连接有第一蛋托1304，所述Y轴丝母座1306上固定连接有第二蛋托1309。

本发明中，第一蛋托1304与第二蛋托1309用于夹持鸡蛋小头。通过Y轴电机1302带动Y轴丝杆1308转动，令Y轴丝母座1306进行Y轴移动，则第一蛋托1304与第二蛋托1309之间的距离就会发生变化，进而完成对鸡蛋小头的Y向夹持，亦适用于不同尺寸的鸡蛋。

优选的，所述Y轴电机1302、第一轴承座1303、第二轴承座1307、Y轴丝杆1308及Y轴丝母座1306共轴线。

所述X轴鸡蛋夹持机构1400包括与所述基板1200的X轴侧面固定连接的X轴电机安装板1406、安装于基板1200下表面的第三轴承座1405、第四轴承座1401和X轴滑轨1402。X轴丝杆1403的两端分别安装于第三轴承座1405和第四轴承座1401当中。在X轴电机安装板1406上设有X轴电机1407，X轴电机1407通过联轴器将动力传递至X轴丝杆1403。X轴丝杆1403通过螺纹带动X轴丝母座1404移动。

X轴丝母座1404的两侧分别与一个X轴滑块1410固定连接。X轴滑块1410与X轴滑轨1402构成滑动副。所述X轴丝母座1404上固定连接有第三蛋托1408和第四蛋托1409。第三蛋托1408和第四蛋托1409用于夹持鸡蛋大头。

其中，第三蛋托1408和第四蛋托1409以X轴丝杆1403为轴线呈对称设置。且第三蛋托1408和第四蛋托1409的尺寸均大于第一蛋托1304和第二蛋托1309。

在X轴电机1407的带动下，X轴丝杆1403转动，则X轴丝母座1404进行移动，第三蛋托1408和第四蛋托1409同步移动，实现第三蛋托1408和第四蛋托1409相对于第一蛋托1304和第二蛋托1309的靠近与远离。

优选的，所述X轴电机1407、第三轴承座1405、第四轴承座1401、X轴丝杆1403和X轴丝母座1404共轴线。

出于提高适用性与夹持稳定性的角度考虑，也可以在四个蛋托内部加装橡胶/海绵衬垫层。因橡胶/海绵衬垫层易被压缩，所以鸡蛋在被夹持后稳定性就得以提高。又因为不同的鸡蛋尺寸略有差异，则安装了橡胶/海绵衬垫层的蛋托可适用于不同品种蛋鸡所下的鸡蛋。

本发明中，第一摄像头1503和第二摄像头1501均与六关节机械臂2的处理系统(图中未示出)连通，则第一摄像头1503和第二摄像头1501即可作为六关节机械臂2的眼睛，与六关节机械臂2的处理系统形成机器视觉，进而能够对堆叠于一体的鸡蛋进行分析，然后进行目标鸡蛋的夹持与存放。

当蛋鸡产蛋后，鸡蛋就会在重力作用下滑落于蛋槽中，第一摄像头1503持续的对蛋槽进行信息获取，则蛋槽图片就传递至处理系统。因鸡蛋与蛋槽颜色不同，当蛋鸡产蛋后处理系统即可获知目标蛋槽具有鸡蛋，继而对六关节机械臂2发出指令，使其移动到鸡蛋旁边，并令基板1200位于目标鸡蛋正上方。

参考图7所示，第二摄像头1501对鸡蛋从上至下拍照，将鸡蛋图像信息传递至处理系统，则拍照区域内鸡蛋(鸡蛋群)的数量信息、每个鸡蛋的大小头朝向信息和相邻之间鸡蛋的空间信息被处理系统处理，并建立目标鸡蛋坐标系。

随后，六关节机械臂2带动基板1200移动，使基板1200位于第一鸡蛋3001(目标鸡蛋)正上方合适距离，并使基板1200的X轴轴线与目标鸡蛋重合。接下来，Y轴电机1302动作，则第一蛋托1304与第二蛋托1309之间的距离就略大于第一鸡蛋3001小头的距离。升降机构1100动作令基板1200下降，第一蛋托1304插入第一鸡蛋3001与其他鸡蛋之间的缝隙中，第二蛋托1309插入第一鸡蛋3001与蛋槽壁之间的缝隙中。

X轴电机1407动作，则第三蛋托1408和第四蛋托1409同步向第一蛋托1304和第二蛋托1309移动，第一鸡蛋3001在第三蛋托1408和第四蛋托1409的作用下向右移动并贴紧第一蛋托1304和第二蛋托1309，则第一鸡蛋3001(目标鸡蛋)就被夹持。

升降机构1100再次动作，基板1200上升，则第一鸡蛋3001(目标鸡蛋)就被取出。

因六关节机械臂2具有多个自由度，且六关节机械臂2为现有技术，所以六关节机械臂2将第一鸡蛋3001(目标鸡蛋)从蛋槽转移至蛋筐上方的过程中，本方案在此不进行赘述了。

参考图9和图10所示，当第一鸡蛋3001(目标鸡蛋)呈大头向上小头朝下的状态并位于蛋筐上方时，Y轴电机1302动作，第二蛋托1309开始远离第一蛋托1304。则第二蛋托1309与第一蛋托1304之间的距离变大，夹爪1无法继续夹持第一鸡蛋3001，则第一鸡蛋3001就会在重力作用下呈大头向上小头朝下的状态掉落于蛋槽中。

重复上述过程中，即可完成对第二鸡蛋3002、第三鸡蛋3003和第四鸡蛋3004的拾取。

本发明中，通过对夹爪结构进行创新，并借助机器视觉技术，使安装了本夹爪的六关节机械臂(即机器人)可以自动的识别蛋槽内有蛋无蛋及鸡蛋的数量和堆叠信息，完成对目标鸡蛋的夹持与放置，可以极大的提高养殖场的自动化程度，进一步减少人力劳动强度并提高捡蛋速度。

一并需要说明的一点在于，图7和图8中第一鸡蛋3001(目标鸡蛋)的大头在左侧、小头在右侧，所以上述的抓取过程中并未体现对第一鸡蛋3001(目标鸡蛋)与其他鸡蛋的分离过程。若保持其他鸡蛋位置不变，且第一鸡蛋3001(目标鸡蛋)大头在右侧、小头在左侧时，本夹爪即旋转180°，使第三蛋托1408和第四蛋托1409插入第一鸡蛋3001(目标鸡蛋)大头两侧的缝隙中，X轴电机1407进行动作，则第一鸡蛋3001(目标鸡蛋)就会在第三蛋托1408和第四蛋托1409的推动下向左移动，直至贴紧第一蛋托1304和第二蛋托1309，实现第一鸡蛋3001与其他鸡蛋先分离后被抓取的过程。

至于先执行鸡蛋分离指令还是直接执行鸡蛋抓取指令，取决于目标鸡蛋的状态和目标鸡蛋周围的空间。执行的具体过程，由机器视觉系统自行决定。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种捡蛋机器人，包括六关节机械臂及与所述六关节机械臂固定连接的夹爪，其特征在于，所述夹爪包括：

基板；

用于带动基板沿Z轴移动的升降机构；

安装于所述基板上的X轴鸡蛋夹持机构，所述X轴鸡蛋夹持机构具有够进行X轴移动的X轴蛋托；

安装于所述基板上的Y轴鸡蛋夹持机构，所述Y轴鸡蛋夹持机构具有够进行Y轴移动的Y轴蛋托；

安装于所述基板侧面并用于识别蛋槽内有无鸡蛋的第一摄像头；

安装于所述基板下表面并用于判定鸡蛋位置的第二摄像头；

所述Y轴鸡蛋夹持机构包括：

与所述基板固定连接的Y轴电机安装板、第一轴承座、第二轴承座及Y轴滑轨；

Y轴电机安装板上设有Y轴电机；

Y轴电机将动力传递至Y轴丝杆；

Y轴丝杆带动Y轴丝母座移动；

所述Y轴丝母座上的两侧分别与Y轴滑块固定连接；

Y轴滑块与Y轴滑轨构成滑动副；

所述第一轴承座上固定连接有第一蛋托；

所述Y轴丝母座上固定连接有第二蛋托；

所述X轴鸡蛋夹持机构包括：

与所述基板固定连接的X轴电机安装板、第三轴承座、第四轴承座及X轴滑轨；

X轴电机安装板上设有X轴电机；

X轴电机将动力传递至X轴丝杆；

X轴丝杆带动X轴丝母座移动；

所述X轴丝母座上的两侧分别与X轴滑块固定连接；

X轴滑块与X轴滑轨构成滑动副；

所述X轴丝母座上固定连接有第三蛋托及第四蛋托。

2.根据权利要求1所述的捡蛋机器人，其特征在于，所述Y轴电机、第一轴承座、第二轴承座及Y轴丝母座共轴线。

3.根据权利要求1所述的捡蛋机器人，其特征在于，所述X轴电机、第三轴承座、第四轴承座及X轴丝母座共轴线。

4.根据权利要求1所述的捡蛋机器人，其特征在于，所述第三蛋托和第四蛋托以X轴丝杆为轴线呈对称设置。

5.根据权利要求1所述的捡蛋机器人，其特征在于，所述升降机构为电动缸。

6.根据权利要求1所述的捡蛋机器人，其特征在于，所述升降机构与法兰盘固定连接。

Images