CN108811768A - 一种水果采摘机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水果采摘机器人，由机器臂本体、机器手爪组件和关节机构构成，机器臂本体由转动大臂、转动小臂、旋转小臂、腕部俯仰杆件构成，转动大臂与转动小臂转动连接，旋转小臂与转动小臂旋转连接，腕部俯仰杆件与旋转小臂旋转连接，机器手抓组件与腕部俯仰杆件的上端固定连接，关节机构包括第一关节组件、第二关节组件和第三关节组件，第一关节组件固定连接在转动大臂和转动小臂之间，利于转动大臂和转动小臂的转动控制，第二关节组件固定连接在转动小臂和旋转小臂之间，利于转动小臂和旋转小臂的转动控制，第三关节组件固定连接在旋转小臂和腕部俯仰杆件之间，利于腕部俯仰杆件与旋转小臂的转动控制，关节机构此种嵌入配合方式获得避免电机被挂着树枝，利于水果采摘顺利完成的效果。

Description

一种水果采摘机器人

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，尤其涉及一种水果采摘机器人。

背景技术

随着社会的不断发展，科技的不断进步，为了提高工作效率，越来越多的领域用到机器人，水果采摘在过去是实用人工进行的，采摘效率极为低下，为此中西方国家都在开展这个方面的研究。

目前所研发的采摘机器人中，都是将电机悬挂在机械手关节的侧面，外形配合度不高，存在使用时电机容易挂在周围树枝上的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水果采摘机器人，旨在解决使用时电机容易挂在周围树枝上的问题。

为实现上述目的，所述采摘机器人包括机器臂本体、机器手爪组件和关节机构，所述机器臂本体的横截面为管状，所述机器臂本体为空心结构，所述机器手爪组件与所述机器臂本体固定连接，并位于所述机器臂本体的上方，所述关节机构的数量为三个，且与所述机器臂本体固定连接，所述机器臂本体包括转动大臂、转动小臂、旋转小臂和腕部俯仰杆件，所述转动大臂与所述转动小臂转动连接，并位于所述转动小臂的下方，所述旋转小臂与所述转动小臂旋转连接，并位于转动小臂的上方，所述腕部俯仰杆件与所述旋转小臂旋转连接，并位于所述旋转小臂的上方；

所述关节机构包括第一关节组件、第二关节组件和第三关节组件，所述第一关节组件固定连接在所述转动大臂和所述转动小臂之间，所述第二关节组件固定连接在所述转动小臂和所述旋转小臂之间，所述第三关节组件固定连接在所述旋转小臂和所述腕部俯仰杆件之间。

其中，所述机器臂本体为铝合金材料。

其中，所述转动大臂的长度为80cm，所述转动小臂的长度为50cm，所述旋转小臂的长度为10cm，所述腕部俯仰杆件的长度为10cm。

其中，所述机器手爪组件包括手爪架、驱动电机、驱动齿轮、摆杆和夹爪，所述手爪架与所述腕部俯仰杆件固定连接，所述驱动电机与所述手爪架焊接，并位于所述手爪架的内侧，所述驱动齿轮与驱动电机啮合，所述摆杆与所述驱动齿轮内啮合，所述夹爪与所述摆杆固定连接，并位于所述手爪架的两侧。

其中，所述第一关节组件包括第一驱动安装装置、第一电机和第一输出安装装置，所述第一驱动安装装置与所述转动大臂固定连接，并位于所述转动大臂的上方，所述第一电机内嵌入所述第一驱动安装装置，所述第一输出安装装置的一端与所述第一驱动安装装置圆柱销连接，所述第一输出安装装置的另一端与所述第一电机法兰盘连接，所述第一输出安装装置与所述转动小臂固定连接，并位于所述转动小臂的下方。

其中，所述第二关节组件包括第二驱动安装装置和第二电机，所述第二驱动安装装置与所述转动小臂固定连接，并位于所述转动小臂的下方，且与所述旋转小臂固定连接，所述第二电机内嵌入所述第二驱动安装装置，所述第二驱动安装装置与所述旋转小臂法兰盘连接。

其中，所述第三关节组件包括第三驱动安装装置、第三电机和第三输出安装装置，所述第三驱动安装装置与所述旋转小臂固定连接，所述第三电机内嵌入所述驱动安装装置，且水平贯穿所述第三驱动安装装置，所述第三输出安装装置与所述第三电机法兰盘连接，且位于所述第三电机的上方，所述第三输出安装装置与所述腕部俯仰杆件固定连接，并位于所述腕部俯仰杆件的下方。

其中，所述采摘机器人还包括电源和开关，所述电源内嵌入所述转动大臂内，并与所述关节机构电性连接，所述开关与所述电源电性连接，并与所述关节机构电性连接，且与所述驱动电机电性连接。

本发明的一种水果采摘机器人，通过由机器臂本体、机器手爪组件和关节机构构成，所述机器臂本体由转动大臂、转动小臂、旋转小臂、腕部俯仰杆件构成，所述转动大臂与所述转动小臂转动连接，所述旋转小臂与所述转动小臂旋转连接，所述腕部俯仰杆件与所述旋转小臂旋转连接，所述机器手抓组件与所述腕部俯仰杆件的上端固定连接，所述关节机构包括第一关节组件、第二关节组件和第三关节组件，所述第一关节组件固定连接在所述转动大臂和所述转动小臂之间，利于所述转动大臂和所述转动小臂的转动控制，所述第二关节组件固定连接在所述转动小臂和所述旋转小臂之间，利于所述转动小臂和所述旋转小臂的转动控制，所述第三关节组件固定连接在所述旋转小臂和所述腕部俯仰杆件之间，利于所述腕部俯仰杆件与所述旋转小臂的转动控制，所述关节机构此种嵌入配合方式获得避免电机被挂着树枝，利于水果采摘顺利完成的效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明水果采摘机器人的结构示意图；

图2是本发明水果采摘机器人的正面图；

图3是本发明机器手爪组件的结构示意图；

图4是本发明第一关节组件的放大图；

图5是本发明第二关节组件的放大图；

图6是本发明第三关节组件的放大图；

图7是本发明第一电机的正视图；

图8是本发明第二电机的正视图；

图9是本发明第三电机的正视图；

图中：100-采摘机器人、10-机器臂本体、11-转动大臂、12-转动小臂、13- 旋转小臂、14-腕部俯仰杆件、20-机器手爪组件、21-手爪架、22-驱动电机、23- 驱动齿轮、24-摆杆、25-夹爪、30-关节机构、31-第一关节组件、32-第二关节组件、33-第三关节组件、34-第一驱动安装装置、35-第一电机、36-第一输出安装装置、37-第二驱动安装装置、38-第二电机、39-第三驱动安装装置、41-第三电机、42-第三输出安装装置、50-电源、60-开关。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

请参阅图1和图2，本发明提供了一种水果采摘机器人，所述采摘机器人 100包括机器臂本体10、机器手爪组件20和关节机构30，所述机器臂本体10 的横截面为管状，所述机器臂本体10为空心结构，所述机器手爪组件20与所述机器臂本体10固定连接，并位于所述机器臂本体10的上方，所述关节机构 30的数量为三个，且与所述机器臂本体10固定连接，所述机器臂本体10包括转动大臂11、转动小臂12、旋转小臂13和腕部俯仰杆件14，所述转动大臂11 与所述转动小臂12转动连接，并位于所述转动小臂12的下方，所述旋转小臂13与所述转动小臂12旋转连接，并位于所述转动小臂12的上方，所述腕部俯仰杆件14与所述旋转小臂13旋转连接，并位于所述旋转小臂13的上方；

所述关节机构30包括第一关节组件31、第二关节组件32和第三关节组件 33，所述第一关节组件31固定连接在所述转动大臂11和所述转动小臂12之间，所述第二关节组件32固定连接在所述转动小臂12和所述旋转小臂13之间，所述第三关节组件33固定连接在所述旋转小臂13和所述腕部俯仰杆件14之间。

在本实施方式中，所述机器臂本体10采用圆管状，因为在横截面积与重量基本一致的话，横截面的为圆管状的抗弯曲变形能力和抗扭刚度都要比其他形状的要高很多，采用空心的内部结构，能够安装传输线路，电线等辅件，这样便能使所设计的采摘机器臂本体10的结构更加紧凑，外观整洁，所述机器臂本体10包括所述转动大臂11、转动小臂12、旋转小臂13和腕部俯仰杆件14，所述关节机构30包括第一关节组件31、第二关节组件32和第三关节组件33，所述第一关节组件31固定连接在所述转动大臂11和所述转动小臂12之间，所述第二关节组件32固定连接在所述转动小臂12和所述旋转小臂13之间，所述第三关节组件33固定连接在所述旋转小臂13和所述腕部俯仰杆件14之间，在水果采摘工作中，工作人员通过控制所述第一关节组件31的转动可以定位到采摘所需高度，通过控制所述第二关节组件32的转动角度，来定位机械手爪的采摘角度，通过控制所述第三关节组件33的角度，来定位机械手爪的俯仰角度，最后通过末端的机器手爪的张合来实现水果的采摘，所述机器臂的本体有四个活动杆件，三个动力机构，自由度F＝6，W＝3，F-W>0，获得了稳定的运动效果。

本发明的采摘机器人100，通过由机器臂本体10、机器手爪组件20和关节机构30构成，所述机器臂本体10由转动大臂11、转动小臂12、旋转小臂13、腕部俯仰杆件14构成，所述转动大臂11与所述转动小臂12转动连接，所述旋转小臂13与所述转动小臂12旋转连接，所述腕部俯仰杆件14与所述旋转小臂 13旋转连接，所述机器手抓组件与所述腕部俯仰杆件14的上端固定连接，所述关节机构30包括第一关节组件31、第二关节组件32和第三关节组件33，所述第一关节组件31固定连接在所述转动大臂11和所述转动小臂12之间，利于所述转动大臂11和所述转动小臂12的转动控制，所述第二关节组件32固定连接在所述转动小臂12和所述旋转小臂13之间，利于所述转动小臂12和所述旋转小臂13的转动控制，所述第三关节组件33固定连接在所述旋转小臂13和所述腕部俯仰杆件14之间，利于所述腕部俯仰杆件14与所述旋转小臂13的转动控制，所述关节机构30此种嵌入配合方式获得避免电机被挂着树枝，利于水果采摘顺利完成的效果。

进一步的，所述机器臂本体10为铝合金材料。在本实施方式的实施例中，由于机器臂本体10不需要承受很大的力，所以考虑到水果采摘机器臂本体10 能够更好地完成对成熟水果的采摘工作，以及能够适应水果果实采摘过程中的复杂的采摘环境，且机器臂本体10的重量应尽可能轻便，成本也需要尽可能的降低，通过采用6061型号铝合金，获得刚性好，抗扭能力强，重量轻便，高耐腐蚀性的效果。

进一步的，所述转动大臂11的长度为80cm，所述转动小臂12的长度为 50cm，所述旋转小臂13的长度为10cm，所述腕部俯仰杆件14的长度为10cm。在本实施方式的实施例中，因为通过大量的实际数据分析得知水果树的高度约为300cm～350cm，我国成年男性的平均身高为167cm，那么水果采摘工人手持所述机器臂本体10的高度大概在200cm左右，所述转动大臂11的长度为80cm，所述转动小臂12的长度为50cm，所述旋转小臂13的长度为10cm，可以水果果树需采摘的空间范围全覆盖。

进一步的，所述机器手爪组件20包括手爪架21、驱动电机22、驱动齿轮 23、摆杆24和夹爪25，所述手爪架21与所述腕部俯仰杆件14固定连接，所述驱动电机22与所述手爪架21焊接，并位于所述手爪架21的内侧，所述驱动齿轮23与驱动电机22啮合，所述摆杆24与所述驱动齿轮23内啮合，所述夹爪 25与所述摆杆24固定连接，并位于所述手爪架21的两侧。在本发明的实施例中，在采摘水果的工程中，主要是在电机的带动下，通过法兰盘的旋转，所述腕部俯仰杆件14的转动，将所述机器手爪组件20定位到所需要采摘的水果位置，启动所述驱动电机22，通过所述驱动齿轮23带动所述摆杆24的移动，进而实现所述夹爪25的张合来夹住水果。在其它实施例中，在所述夹爪25的正上方处安装一把小刀片，在夹爪25的正下方安装一个漏斗型尼龙网，实现当所述夹爪25夹住水果时，安装的小刀可对水果柄的切断，切下的水果顺利落入网中，实现对水果果实的采摘，而不用一直往返放置，提高了效率。

进一步的，所述第一关节组件31包括第一驱动安装装置34、第一电机35 和第一输出安装装置36，所述第一驱动安装装置34与所述转动大臂11固定连接，并位于所述转动大臂11的上方，所述第一电机35内嵌入所述第一驱动安装装置34，所述第一输出安装装置36的一端与所述第一驱动安装装置34圆柱销连接，所述第一输出安装装置36的另一端与所述第一电机35法兰盘连接，所述第一输出安装装置与所述转动小臂12固定连接，并位于所述转动小臂12 的下方。在本发明的实施例中，通过控制所述第一电机35的转动角度，就会带动之通过法兰盘连接第一输出安装装置36转动，因所述转动大臂11被操作人员手持着保持不动，与所述第一输出安装装置36固定连接的转动小臂12就会与所述转动大臂11形成转角，当逆时针旋转时，采摘高度就会增加。

进一步的，所述第二关节组件32包括第二驱动安装装置37和第二电机38，所述第二驱动安装装置37与所述转动小臂12固定连接，并位于所述转动小臂 12的下方，且与所述旋转小臂13固定连接，所述第二电机38内嵌入所述第二驱动安装装置37，所述第二驱动安装装置37与所述旋转小臂13法兰盘连接；所述第三关节组件33包括第三驱动安装装置39、第三电机41和第三输出安装装置42，所述第三驱动安装装置39与所述旋转小臂13固定连接，所述第三电机41内嵌入所述驱动安装装置，且水平贯穿所述第三驱动安装装置39，所述第三输出安装装置42与所述第三电机41法兰盘连接，且位于所述第三电机41的上方，所述第三输出安装装置42与所述腕部俯仰杆件14固定连接，并位于所述腕部俯仰杆件14的下方。在本实施方式的实施例中，通过控制所述第二电机 38的旋转角度，通过输出法兰盘，带动所述旋转小臂13的转动，实现对水果采摘角度的控制，通过所述控制所述第三电机41的旋转角度，实现控制所述机器手爪组件20俯仰角度的效果。

进一步，所述采摘机器人100还包括电源50和开关60，所述电源50内嵌入所述转动大臂11内，并与所述关节机构30电性连接，所述开关60与所述电源50电性连接，并与所述关节机构30电性连接，且与所述驱动电机22电性连接。在本发明的实施例中，通过所述电源50为所述第一电机35、第二电机38 和第三电机41提供转动的动力，通过与之电性连接的所述开关60，可以控制转动过程的启闭。

本发明的工作原理及使用流程：在水果采摘工作中，工作人员手持所所述转动大臂11的下端，按动所述开关60，可对所述关节机构30和所述驱动电机 22进行控制，当所述第一电机35逆时针转动时，就会打动所述转动小臂12逆时针转动，实现对采摘高度的定位，当所述第二电机38转动时，就会带动所述旋转小臂13转动，实现对采摘角度的控制，当所述第三电机41转动时，就会带动所述腕部俯仰杆件14转动，实现对所述机器手爪组件20俯仰角度的控制，将所述机器手爪组件20移动到成熟水果前，按下所述开关60，所述驱动电机22启动，启动所述驱动电机22，通过所述驱动齿轮23带动所述摆杆24的移动，进而实现所述夹爪25的张合来夹住水果，所述关节机构30都采用了内嵌入式的配合结构，获得避免电机被挂着树枝，利于水果采摘顺利完成的效果。

以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (8)

1.一种水果采摘机器人，其特征在于，

所述采摘机器人包括机器臂本体、机器手爪组件和关节机构，所述机器臂本体的横截面为管状，所述机器臂本体为空心结构，所述机器手爪组件与所述机器臂本体固定连接，并位于所述机器臂本体的上方，所述关节机构的数量为三个，且与所述机器臂本体固定连接，所述机器臂本体包括转动大臂、转动小臂、旋转小臂和腕部俯仰杆件，所述转动大臂与所述转动小臂转动连接，并位于所述转动小臂的下方，所述旋转小臂与所述转动小臂旋转连接，并位于所述转动小臂的上方，所述腕部俯仰杆件与所述旋转小臂旋转连接，并位于所述旋转小臂的上方；

所述关节机构包括第一关节组件、第二关节组件和第三关节组件，所述第一关节组件固定连接在所述转动大臂和所述转动小臂之间，所述第二关节组件固定连接在所述转动小臂和所述旋转小臂之间，所述第三关节组件固定连接在所述旋转小臂和所述腕部俯仰杆件之间。

2.如权利要求1所述的采摘机器人，其特征在于，所述机器臂本体为铝合金材料。

3.如权利要求1所述的采摘机器人，其特征在于，所述转动大臂的长度为80cm，所述转动小臂的长度为50cm，所述旋转小臂的长度为10cm，所述腕部俯仰杆件的长度为10cm。

4.如权利要求1所述的采摘机器人，其特征在于，所述机器手爪组件包括手爪架、驱动电机、驱动齿轮、摆杆和夹爪，所述手爪架与所述腕部俯仰杆件固定连接，所述驱动电机与所述手爪架焊接，并位于所述手爪架的内侧，所述驱动齿轮与驱动电机啮合，所述摆杆与所述驱动齿轮内啮合，所述夹爪与所述摆杆固定连接，并位于所述手爪架的两侧。

5.如权利要求1所述的采摘机器人，其特征在于，所述第一关节组件包括第一驱动安装装置、第一电机和第一输出安装装置，所述第一驱动安装装置与所述转动大臂固定连接，并位于所述转动大臂的上方，所述第一电机内嵌入所述第一驱动安装装置，所述第一输出安装装置的一端与所述第一驱动安装装置圆柱销连接，所述第一输出安装装置的另一端与所述第一电机法兰盘连接，所述第一输出安装装置与所述转动小臂固定连接，并位于所述转动小臂的下方。

6.如权利要求1所述的采摘机器人，其特征在于，所述第二关节组件包括第二驱动安装装置和第二电机，所述第二驱动安装装置与所述转动小臂固定连接，并位于所述转动小臂的下方，且与所述旋转小臂固定连接，所述第二电机内嵌入所述第二驱动安装装置，所述第二驱动安装装置与所述旋转小臂法兰盘连接。

7.如权利要求1所述的采摘机器人，其特征在于，所述第三关节组件包括第三驱动安装装置、第三电机和第三输出安装装置，所述第三驱动安装装置与所述旋转小臂固定连接，所述第三电机内嵌入所述驱动安装装置，且水平贯穿所述第三驱动安装装置，所述第三输出安装装置与所述第三电机法兰盘连接，且位于所述第三电机的上方，所述第三输出安装装置与所述腕部俯仰杆件固定连接，并位于所述腕部俯仰杆件的下方。

8.如权利要求4所述的采摘机器人，其特征在于，所述采摘机器人还包括电源和开关，所述电源内嵌入所述转动大臂内，并与所述关节机构电性连接，所述开关与所述电源电性连接，并与所述关节机构电性连接，且与所述驱动电机电性连接。