CN108551882A - 一种塔式叶菜种植采摘机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种塔式叶菜种植采摘机器人，包括驱动单元、输送单元和传送单元，驱动单元包括金属外框架、电机固定架、arduino系统板、电机驱动、减震装置、减震装置固定装置、麦克纳姆轮、第一伺服电机、电池电源和轴承座，输送单元包括上板、丝杠、滑块、重力传感器、光杆、滑轨、托架、同步带、步进电机、移动托手、第二伺服电机和微型气缸，传送单元包括皮带、从动轮、皮带架、第三伺服电机、主动轮、液压柱和衍生架。本塔式叶菜种植采摘机器人，可适用多种型号的培养板，可靠性较强，可以自由编程，完成全自动化的工作提高生产效率，可控制的错误率，操作简单便捷，不会对培养板造成损坏，不易出现故障，可以适合相对恶劣的工作环境。

Description

一种塔式叶菜种植采摘机器人

技术领域

本发明涉及叶菜种植和采摘技术领域，具体为一种塔式叶菜种植采摘机器人。

背景技术

世界上广泛应用温室进行设施栽培，设施农业是典型的劳动密集型产业，其中种植和收获又是占劳动力最多且最难以实现机械化作业的关键环节，即使发达国家的设施农业作业已经达到了高度自动化，但是在采摘环节仍依赖大量人工来完成，实现采摘作业的自动化已经成为设施农业生菜发展的现实需求。

随着工业机器人技术以及人工智能控制等技术的发展日臻成熟，许多国家均在采摘机器人的研究上做了大量工作，但是由于采摘对象的复杂性和采摘环境的特殊性，目前仍然没有一种塔式叶菜采摘机器人。

发明内容

本发明的目的在于提供一种塔式叶菜种植采摘机器人，解决了现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种塔式叶菜种植采摘机器人，包括驱动单元、输送单元和传送单元，所述驱动单元包括金属外框架、电机固定架、arduino系统板、电机驱动、减震装置、减震装置固定装置、麦克纳姆轮、第一伺服电机、电池电源和轴承座，金属外框架通过安装的电机固定架安装带编码器的第一伺服电机，第一伺服电机连接的转轴通过轴承座连接麦克纳姆轮，金属外框架底端安装电池电源，所述金属外框架的中央安装arduino系统板，所述金属外框架和电机固定架之间安装减震装置固定装置，减震装置固定装置与减震装置连接；

所述输送单元包括上板、丝杠、滑块、重力传感器、光杆、滑轨、托架、同步带、步进电机、移动托手、第二伺服电机和微型气缸，所述丝杠的底端连接在步进电机上，所述上板的一侧加装滑轨，所述滑轨上加装同步带，所述滑轨和同步带上安装滑块，所述同步带的底端安装第二伺服电机，所述滑块上固定安装托架，所述托架上安装移动托手，移动托手上安装微型气缸，所述托架的底端安装重力传感器和光杆；

所述传送单元包括皮带、从动轮、皮带架、第三伺服电机、主动轮、液压柱和衍生架，第三伺服电机固定在皮带架上，皮带架通过丝杠固定在上板上，皮带架的两端分别安装从动轮和主动轮，从动轮和主动轮上紧套皮带，所述皮带架通过液压柱连接衍生架。

优选的，所述arduino系统板电连接电机驱动，电机驱动电连接第一伺服电机。

优选的，所述上板固定安装在金属外框架上。

优选的，所述重力传感器电连接驱动板，驱动板电连接微型气缸。

优选的，所述滑轨加装同步带由伺服电机驱动滑块上下移动。

优选的，所述皮带架通过步进电机控制丝杠转动，从而精确控制皮带架上下移动。

优选的，所述的衍生架与皮带架连接处加装液压柱，控制衍生架的上下翻转，且翻转角度不超过25度。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

本发明塔式叶菜种植采摘机器人，通过皮带将培养板传送至托架，从移动托手滑落至底部，底部的重力传感器感应到菜板，将信息反馈，驱动板接收到信息，驱动微型气缸，将菜板水平推出，在托架中间连接光杆，实现菜板的托举，整车由arduino系统板控制电机驱动来驱动第一伺服电机转动，从而带动麦克纳姆轮运动，叶菜种植采摘机器人可以精确的识别培养基放置板对其进行抓取，可适用多种型号的培养板，可靠性较强，可以柔性的将叶菜培养基放置于培养池中不会对培养基植物造成伤害 ，可以自由编程，完成全自动化的工作提高生产效率，可控制的错误率，该叶菜采摘机器人可方便切换自动模式和手动模式具有安全保护装置便于操作，使用寿命长，不易出现故障，可有效的避免对种植植物的损害，可以适合相对恶劣的工作环境。

附图说明

图1为本发明的驱动单元的结构示意图；

图2为本发明的输送单元结构图；

图3为本发明的传送单元结构图；

图4为本发明的组装示意图。

图中：1驱动单元、2金属外框架、3电机固定架、4 arduino系统板、5电机驱动、6减震装置、7减震装置固定装置、8麦克纳姆轮、9第一伺服电机、10电池电源、11轴承座、12输送单元、13上板、14丝杠、15滑块、16重力传感器、17光杆、18滑轨、19托架、20同步带、21步进电机、22移动托手、23第二伺服电机、24微型气缸、25传送单元、26皮带、27从动轮、28皮带架、29第三伺服电机、30主动轮、31液压柱、32衍生架。

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。

请参阅图1，一种塔式叶菜种植采摘机器人，包括驱动单元1、输送单元12和传送单元25，驱动单元1包括金属外框架2、电机固定架3、arduino系统板4、电机驱动5、减震装置6、减震装置固定装置7、麦克纳姆轮8、第一伺服电机9、电池电源10和轴承座11，金属外框架2通过安装的电机固定架3安装带编码器的第一伺服电机9，arduino系统板4电连接电机驱动5，电机驱动5电连接第一伺服电机9，整车由arduino系统板4控制电机驱动5来驱动第一伺服电机9转动，第一伺服电机9连接的转轴通过轴承座11连接麦克纳姆轮8，从而带动麦克纳姆轮8运动，四个电机、配套的电机驱动5和麦克纳姆轮8，在外部加装金属外框架2，制成底盘，金属外框架2底端安装电池电源10，金属外框架2的中央安装arduino系统板4，金属外框架2和电机固定架3之间安装减震装置固定装置7，减震装置固定装置7与减震装置6连接，加装减震装置6使车体在特殊路况可以使上半部分仍旧保持平衡；

请参阅图2，输送单元12包括上板13、丝杠14、滑块15、重力传感器16、光杆17、滑轨18、托架19、同步带20、步进电机21、移动托手22、第二伺服电机23和微型气缸24，丝杠14的底端连接在步进电机21上，步进电机21驱动丝杠14转动，上板13的一侧加装滑轨18，滑轨18上加装同步带20，滑轨18和同步带20上安装滑块15，同步带20的底端安装第二伺服电机23，滑块15上固定安装托架19，第二伺服电机23控制同步带20运动，将托架19固定在滑块15上，使托架9可以上下移动，托架19上安装移动托手22，移动托手22上安装微型气缸24，托架19的底端安装重力传感器16和光杆17，重力传感器16电连接驱动板，驱动板电连接微型气缸24，培养板传送至托架19，从移动托手22滑落至底部，底部重力传感器16感应到菜板，将信息反馈，驱动板接收到信息，驱动微型气缸24，将菜板水平推出，将光杆17加装在托架19中，实现对叶菜培养板的托举；

请参阅图3，传送单元25包括皮带26、从动轮27、皮带架28、第三伺服电机29、主动轮30、液压柱31和衍生架32，第三伺服电机29固定在皮带架28上，带有减速器的第三伺服电机29固定主动轮30，皮带架28通过丝杠14固定在上板13上，通过皮带架28的传送带将培养板传送至托架19，皮带架28的两端分别安装从动轮27和主动轮30，从动轮27和主动轮30上紧套皮带26，使带与带轮的接触面上产生正压力，当主动轮30转动时，皮带26与带轮接触面间产生摩擦力，作用于带上的摩擦力方向与主动轮30圆周速度方向相同，驱使皮带26运动，在从动轮27上，皮带26作用于轮上的摩擦力的方向与带运动方向相同，靠摩擦力带动从动轮27转动，从而实现主动轮30到从动轮27间的运动和动力的传递，皮带架28通过液压柱31连接衍生架32，使衍生架32可以上下翻折，且翻折角度不超过25度，衍生架32与皮带架28原理相同，均为传送带装置。

请参阅图4，上板13固定安装在金属外框架2上，完整组装，塔式种植采摘机器人进行采摘工作，它使用一组可上下翻折的皮带26，从下方进入叶菜培养板将培养板托起，通过皮带26的转动将叶菜培养板输送至水平的第二组皮带品面上，第二组皮带平台可通过四条丝杠的转动在竖直方向进行精确的上下移动，最后培养板将通过第二组皮带将其运送至后方托架，托架19通过两组滑轨18以及两条同步带20精确的将叶菜培养板下放到培养池，叶菜培养板可通过托架19上的两个移动托手22将其水平的向前推送800mm，当叶菜成熟时对培养板的回采将执行与培养板下放时的逆运动，将成熟的叶菜培养板准确的放置于培养板放置架。

综上所述：本发明塔式叶菜种植采摘机器人，通过皮带26将培养板传送至托架19，从移动托手22滑落至底部，底部的重力传感器16感应到菜板，将信息反馈，驱动板接收到信息，驱动微型气缸24，将菜板水平推出，在托架中间连接光杆17，实现菜板的托举，整车由arduino系统板4控制电机驱动5来驱动第一伺服电机9转动，从而带动麦克纳姆轮8运动，本发明是目前大棚中叶菜培养板托架提取培养板草营养液培养池以及待成熟的叶菜培养板放置托板，当叶菜成熟时对培养板的回采将执行与培养板下放时的逆运动，将成熟的叶菜培养板准确的放置于培养板放置架，叶菜种植采摘机器人可以精确的识别培养基放置板对其进行抓取，可以柔性的将叶菜培养基放置于培养池中不会对培养基植物造成伤害 ，该叶菜采摘机器人可方便切换自动模式和手动模式具有安全保护装置便于操作，使用寿命长，不易出现故障，可有效的避免对种植植物的损害，可以适合相对恶略的工作环境。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种塔式叶菜种植采摘机器人，包括驱动单元（1）、输送单元（12）和传送单元（25），其特征在于：所述驱动单元（1）包括金属外框架（2）、电机固定架（3）、arduino系统板（4）、电机驱动（5）、减震装置（6）、减震装置固定装置（7）、麦克纳姆轮（8）、第一伺服电机（9）、电池电源（10）和轴承座（11），金属外框架（2）通过安装的电机固定架（3）安装带编码器的第一伺服电机（9），第一伺服电机（9）连接的转轴通过轴承座（11）连接麦克纳姆轮（8），金属外框架（2）底端安装电池电源（10），所述金属外框架（2）的中央安装arduino系统板（4），所述金属外框架（2）和电机固定架（3）之间安装减震装置固定装置（7），减震装置固定装置（7）与减震装置（6）连接；

所述输送单元（12）包括上板（13）、丝杠（14）、滑块（15）、重力传感器（16）、光杆（17）、滑轨（18）、托架（19）、同步带（20）、步进电机（21）、移动托手（22）、第二伺服电机（23）和微型气缸（24），所述丝杠（14）的底端连接在步进电机（21）上，所述上板（13）的一侧加装滑轨（18），所述滑轨（18）上加装同步带（20），所述滑轨（18）和同步带（20）上安装滑块（15），所述同步带（20）的底端安装第二伺服电机（23），所述滑块（15）上固定安装托架（19），所述托架（19）上安装移动托手（22），移动托手（22）上安装微型气缸（24），所述托架（19）的底端安装重力传感器（16）和光杆（17）；

所述传送单元（25）包括皮带（26）、从动轮（27）、皮带架（28）、第三伺服电机（29）、主动轮（30）、液压柱（31）和衍生架（32），第三伺服电机（29）固定在皮带架（28）上，皮带架（28）通过丝杠（14）固定在上板（13）上，皮带架（28）的两端分别安装从动轮（27）和主动轮（30），从动轮（27）和主动轮（30）上紧套皮带（26），所述皮带架（28）通过液压柱（31）连接衍生架（32）。

2.根据权利要求1所述的一种塔式叶菜种植采摘机器人，其特征在于：所述arduino系统板（4）电连接电机驱动（5），电机驱动（5）电连接第一伺服电机（9）。

3.根据权利要求1所述的一种塔式叶菜种植采摘机器人，其特征在于：所述上板（13）固定安装在金属外框架（2）上。

4.根据权利要求1所述的一种塔式叶菜种植采摘机器人，其特征在于：所述重力传感器（16）电连接驱动板，驱动板电连接微型气缸（24）。

5.根据权利要求1所述的一种塔式叶菜种植采摘机器人，其特征在于：所述滑轨（18）加装同步带（20）由伺服电机（23）驱动滑块上下移动。

6.根据权利要求1所述的一种塔式叶菜种植采摘机器人，其特征在于：所述皮带架（28）通过步进电机（21）控制丝杠（14）转动。

7.根据权利要求1所述的一种塔式叶菜种植采摘机器人，其特征在于：所述的衍生架（32）与皮带架（26）连接处加装液压柱（31）。