CN109197148B - 一种智能识别棉花采摘机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能识别棉花采摘机器人，包括车架、设置在车架上的料箱、设置在车架上且向车架的前端伸出的前端板；所述车架的前端左侧安装有左前驱动轮机构、前端右侧安装有右前驱动轮机构、后端左侧安装有左后驱动轮机构、后端右侧安装有右后驱动轮机构；所述车架上安装有用于带动左前驱动轮机构和右前驱动轮机构转向的转向机构；所述前端板上安装有沿竖直方向设置的架板，所述架板设有左传送带、右传送带、中间传送带；所述前端板上沿垂直于车架长度方向设有滑条，所述滑条上通过滑块滑动连接有安装板，所述安装板上安装有多个棉花摘取机构；该智能识别棉花采摘机器人不仅结构简单，而且能够实现棉花的识别和采摘。

Description

一种智能识别棉花采摘机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体是指一种智能识别棉花采摘机器人。

背景技术

棉花是生活中不可缺少的必须品，特别是现在人们喜欢穿纯棉的衣物，整个社会对棉花的需求越来越大。棉花的种植一般集中在新疆地区，种植面积大，棉花的采收是个大问题。每年都有很多人去新疆摘棉花，采摘的劳动强度大，效率低，已经满足不了现在快节奏的社会步伐。加上现在的年轻人不愿意从事体力劳动，好多靠人力的企业招不到人，棉花采摘也一样，因此急需一款智能识别采摘棉花机器人。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明专利的目的在于克服现有技术上的缺陷，提供一种智能识别棉花采摘机器人，其不仅结构简单，而且能够实现棉花的识别和采摘。

(二)技术方案

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种智能识别棉花采摘机器人，包括车架、设置在车架上的料箱、设置在车架上且向车架的前端伸出的前端板；所述车架的前端左侧安装有左前驱动轮机构、前端右侧安装有右前驱动轮机构、后端左侧安装有左后驱动轮机构、后端右侧安装有右后驱动轮机构；所述车架上安装有用于带动左前驱动轮机构和右前驱动轮机构转向的转向机构；

所述前端板上安装有沿竖直方向设置的架板，所述架板的左侧沿垂直于车架长度方向设有左传送架，所述左传送架上安装有左传送带以及用于驱动左传送带转动的左电机；所述架板的右侧沿垂直于车架长度方向设有右传送架，所述右传送架上安装有右传送带以及用于驱动右传送带转动的右电机；所述架板上在左传送带右端和右传送带左端之间的下方设有伸向料箱上端开口处的中间传送架；所述中间传送架上安装由中间传送带，以及用于驱动中间传送带转动的中间电机；

所述前端板上沿垂直于车架长度方向设有滑条，所述滑条上通过滑块滑动连接有安装板，所述安装板上安装有多个棉花摘取机构；所述棉花摘取机构包括沿竖直方向转动连接在安装板上的第一转轴，所述安装板上在第一转轴处设于支撑板，所述支撑板上安装有用于驱动第一转轴转动的旋转电机；所述第一转轴上在远离旋转电机的一端安装有第一机械臂，以及用于驱动第一机械臂转动的第一电机；所述第一机械臂上在远离第一电机的一端安装有第二机械臂，以及用于驱动第二机械臂转动的第二电机；所述第二机械臂上在远离第二电机的一端安装有机械爪机构；

所述机械爪机构包括机械爪座、左爪、右爪、中间块、第一电动推杆，所述机械爪座安装在第二机械臂上，所述左爪铰接在机械爪座的左侧板的外侧，所述右爪铰接在机械爪座的右侧板的外侧；所述第一电动推杆沿竖直方向安装在机械爪座内，所述中间块安装在第一电动推杆的伸缩端；所述机械爪座的左侧板上设有与左爪配合的左爪槽，所述机械爪座的右侧板上设有与右爪配合的右爪槽；所述左爪的转轴上设有伸入机械爪座内且与中间块的左端铰接的左杆，所述右爪的转轴上设有伸入机械爪座内且与中间块的右端铰接的右杆；

所述支撑板上设有向车架的前端伸出的横板，所述横板上安装有与旋转电机、第一电机、第二电机、第一电动推杆电连接的摄像头。

通过上述技术方案，该智能识别棉花采摘机器人工作时，由左前驱动轮机构、右前驱动轮机构、左后驱动轮机构、右后驱动轮机构驱动机器人前进和后退；由转向机构实现机器人的转向；并且通过摄像头识别可以采摘的棉花，然后控制旋转电机、第一电机、第二电机动作带动机械爪机构移动到待采摘的棉花处，接着控制机械爪机构动作，第一电动推杆伸出，推动中间块运动，中间块运动时通过左杆和右杆带动左爪和右爪张开，使得待采摘棉花进入机械爪座内，然后第一电动推杆收缩，带动中间块反向运动，中间块反向运动时通过左杆和右杆带动左爪和右爪夹紧；接着控制旋转电机、第一电机、第二电机动作带动机械爪机构移动，将棉花摘下并且放置到左传送带或则和右传送带上，左传送带或者右传送带将采摘的棉花送至中间传送带上，中间传送带将棉花从料箱的上端开口送入料箱内；如此循环往复便可实现棉花的自动采摘。

进一步的技术方案中，所述左前驱动轮机构和右前驱动轮机构的结构相同均包括横截面为U形的第一槽板，以及横截面为U形的且与第一槽板长度相同的第二槽板，所述第一槽板的开口朝下，且其上沿竖直方向设有转动连接在车架上的转接轴；所述第一槽板内在靠近一端位置处转动连接有第一连杆、在靠近另一端处铰接有与第一连杆大小相同的第二连杆；所述第一连杆上在远离第一槽板的一端与第二槽板的一端铰接，所述第二连杆上在远离第一槽板的一端与第二槽板的另一端铰接；所述第一槽板、第二槽板、第一连杆、第二连杆组合形成平行四边形结构；所述第一槽板上安装有用于驱动第一连杆转动的第三电机；

所述第二槽板上在远离第三电机的一端沿竖直方向设有第一竖直板，所述第一竖直板上安装有第一支撑轴以及用于驱动第一支撑轴转动的第四电机；所述第一支撑轴上在远离第四电机的一端转动连接有前转轮。

通过上述技术方案，所述左前驱动轮机构和右前驱动轮机构工作时，根据实际需要通过控制第三电机带动第一连杆转动，第一连杆转动时通过第一槽板、第二槽板、第一连杆、第二连杆组合形成平行四边形结构，可以实现前转轮轮距之间的调节，以便适用于垄距不同的棉花田；同时通过第四电机控制第一支撑轴转动能够实现车架高度调节，以便适用于不同高度棉花田的采摘。

进一步的技术方案中，所述左后驱动轮机构和右后驱动轮机构的结构相同均包括横截面为U形的第三槽板，以及横截面为U形的且与第三槽板长度相同的第四槽板，所述第三槽板沿车架的长度方向固定安装在车架上且开口朝下；所述第三槽板内在靠近一端位置处转动连接有第三连杆、在靠近另一端处铰接有与第三连杆大小相同的第四连杆；所述第三连杆上在远离第三槽板的一端与第四槽板的一端铰接，所述第四连杆上在远离第三槽板的一端与第四槽板的另一端铰接；所述第三槽板、第四槽板、第三连杆、第四连杆组合形成平行四边形结构；所述第三槽板上安装有用于驱动第三连杆转动的第五电机；

所述第四槽板上在远离第五电机的一端沿竖直方向设有第二竖直板，所述第二竖直板上安装有第二支撑轴以及用于驱动第二支撑轴转动的第六电机；所述第二支撑轴上在远离第六电机的一端安装有驱动电机，所述驱动电机的输出轴上安装有后转轮。

通过上述技术方案，所述左后驱动轮机构和右后驱动轮机构工作时，由驱动电机带动后转轮转动，给机器人的前进提供动力；并且根据实际需要通过控制第五电机带动第三连杆转动，第三连杆转动时通过第三槽板、第四槽板、第三连杆、第四连杆组合形成平行四边形结构，可以实现后转轮轮距之间的调节，以便适用于垄距不同的棉花田；同时通过第六电机控制第一支撑轴转动能够实现车架高度调节，以便适用于不同高度棉花田的采摘。

进一步的技术方案中，所述转向机构包括安装在车架前端中心位置的转向电机、左一连杆、左二连杆、右一连杆、右二连杆，所述转向电机的输出轴上安装有转向盘；所述左一连杆的一端铰接在转向盘的偏心位置处、另一端与左二连杆的一端铰接，所述左二连杆的另一端与左前驱动轮机构中的转接轴固定连接；所述右一连杆的一端铰接在转向盘的偏心位置处、另一端与右二连杆的一端铰接，所述右二连杆的另一端与右前驱动轮机构中的转接轴固定连接。

通过上述技术方案，转向机构工作时，转向电机带动转向盘转动，转向盘转动时通过左一连杆和左二连杆驱动左前驱动轮机构中的转接轴转动，于此同时通过右一连杆和右二连杆驱动右前驱动轮机构中的转接轴转动，从而实现机器人的转向。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：该智能识别棉花采摘机器人工作时，由左前驱动轮机构、右前驱动轮机构、左后驱动轮机构、右后驱动轮机构驱动机器人前进和后退；由转向机构实现机器人的转向；并且通过摄像头识别可以采摘的棉花，然后控制旋转电机、第一电机、第二电机动作带动机械爪机构移动到待采摘的棉花处，接着控制机械爪机构动作，第一电动推杆伸出，推动中间块运动，中间块运动时通过左杆和右杆带动左爪和右爪张开，使得待采摘棉花进入机械爪座内，然后第一电动推杆收缩，带动中间块反向运动，中间块反向运动时通过左杆和右杆带动左爪和右爪夹紧；接着控制旋转电机、第一电机、第二电机动作带动机械爪机构移动，将棉花摘下并且放置到左传送带或则和右传送带上，左传送带或者右传送带将采摘的棉花送至中间传送带上，中间传送带将棉花从料箱的上端开口送入料箱内；如此循环往复便可实现棉花的自动采摘。

附图说明

图1-2是本发明中智能识别棉花采摘机器人的立体结构示意图；

图3-7是本发明中智能识别棉花采摘机器人的部分结构示意图；

图8是本发明中棉花摘取机构的结构示意图；

图9是图8中A处的放大结构示意图；

图10是本发明中机械爪机构的结构示意图；

图11是本发明中左前驱动轮机构的结构示意图；

图12是本发明中右后驱动轮机构的结构示意图。

具体实施方式

请参阅图1-12所示，一种智能识别棉花采摘机器人，包括车架1、设置在车架1上的料箱2、设置在车架1上且向车架1的前端伸出的前端板3；所述车架1的前端左侧安装有左前驱动轮机构001、前端右侧安装有右前驱动轮机构002、后端左侧安装有左后驱动轮机构003、后端右侧安装有右后驱动轮机构004；所述车架1上安装有用于带动左前驱动轮机构001和右前驱动轮机构002转向的转向机构005。

所述前端板3上安装有沿竖直方向设置的架板4，所述架板4的左侧沿垂直于车架1长度方向设有左传送架5a，所述左传送架5a上安装有左传送带6a以及用于驱动左传送带6a转动的左电机7a；所述架板4的右侧沿垂直于车架1长度方向设有右传送架5b，所述右传送架5b上安装有右传送带6b以及用于驱动右传送带6b转动的右电机7b；所述架板4上在左传送带6a右端和右传送带6b左端之间的下方设有伸向料箱2上端开口处的中间传送架8；所述中间传送架8上安装由中间传送带9，以及用于驱动中间传送带9转动的中间电机10。

所述前端板3上沿垂直于车架1长度方向设有滑条11，所述滑条11上通过滑块滑动连接有安装板12，所述安装板12上安装有八个棉花摘取机构006；所述棉花摘取机构006包括沿竖直方向转动连接在安装板12上的第一转轴13，所述安装板12上在第一转轴13处设于支撑板14，所述支撑板14上安装有用于驱动第一转轴13转动的旋转电机15；所述第一转轴13上在远离旋转电机15的一端安装有第一机械臂16，以及用于驱动第一机械臂16转动的第一电机17；所述第一机械臂16上在远离第一电机17的一端安装有第二机械臂18，以及用于驱动第二机械臂18转动的第二电机19；所述第二机械臂18上在远离第二电机19的一端安装有机械爪机构。

所述机械爪机构包括机械爪座20、左爪21、右爪22、中间块23、第一电动推杆24，所述机械爪座20安装在第二机械臂18上，所述左爪21铰接在机械爪座20的左侧板的外侧，所述右爪22铰接在机械爪座20的右侧板的外侧；所述第一电动推杆24沿竖直方向安装在机械爪座20内，所述中间块23安装在第一电动推杆24的伸缩端；所述机械爪座20的左侧板上设有与左爪21配合的左爪槽20a，所述机械爪座20的右侧板上设有与右爪22配合的右爪槽20b；所述左爪21的转轴上设有伸入机械爪座20内且与中间块23的左端铰接的左杆25，所述右爪22的转轴上设有伸入机械爪座20内且与中间块23的右端铰接的右杆26。所述支撑板14上设有向车架1的前端伸出的横板27，所述横板27上安装有与旋转电机15、第一电机17、第二电机19、第一电动推杆24电连接的摄像头28。

所述左前驱动轮机构001和右前驱动轮机构002的结构相同均包括横截面为U形的第一槽板29，以及横截面为U形的且与第一槽板29长度相同的第二槽板30，所述第一槽板29的开口朝下，且其上沿竖直方向设有转动连接在车架1上的转接轴31；所述第一槽板29内在靠近一端位置处转动连接有第一连杆32、在靠近另一端处铰接有与第一连杆32大小相同的第二连杆33；所述第一连杆32上在远离第一槽板29的一端与第二槽板30的一端铰接，所述第二连杆33上在远离第一槽板29的一端与第二槽板30的另一端铰接；所述第一槽板29、第二槽板30、第一连杆32、第二连杆33组合形成平行四边形结构；所述第一槽板29上安装有用于驱动第一连杆32转动的第三电机34。

所述第二槽板30上在远离第三电机34的一端沿竖直方向设有第一竖直板，所述第一竖直板上安装有第一支撑轴35以及用于驱动第一支撑轴35转动的第四电机36；所述第一支撑轴35上在远离第四电机36的一端转动连接有前转轮37。

所述左后驱动轮机构003和右后驱动轮机构004的结构相同均包括横截面为U形的第三槽板38，以及横截面为U形的且与第三槽板38长度相同的第四槽板39，所述第三槽板38沿车架1的长度方向固定安装在车架1上且开口朝下；所述第三槽板38内在靠近一端位置处转动连接有第三连杆40、在靠近另一端处铰接有与第三连杆40大小相同的第四连杆41；所述第三连杆40上在远离第三槽板38的一端与第四槽板39的一端铰接，所述第四连杆41上在远离第三槽板38的一端与第四槽板39的另一端铰接；所述第三槽板38、第四槽板39、第三连杆40、第四连杆41组合形成平行四边形结构；所述第三槽板38上安装有用于驱动第三连杆40转动的第五电机42。

所述第四槽板39上在远离第五电机42的一端沿竖直方向设有第二竖直板，所述第二竖直板上安装有第二支撑轴43以及用于驱动第二支撑轴43转动的第六电机44；所述第二支撑轴43上在远离第六电机44的一端安装有驱动电机45，所述驱动电机45的输出轴上安装有后转轮46。

所述转向机构005包括安装在车架1前端中心位置的转向电机47、左一连杆48、左二连杆49、右一连杆50、右二连杆51，所述转向电机47的输出轴上安装有转向盘52；所述左一连杆48的一端铰接在转向盘52的偏心位置处、另一端与左二连杆49的一端铰接，所述左二连杆49的另一端与左前驱动轮机构001中的转接轴31固定连接；所述右一连杆50的一端铰接在转向盘52的偏心位置处、另一端与右二连杆51的一端铰接，所述右二连杆51的另一端与右前驱动轮机构002中的转接轴31固定连接。

该智能识别棉花采摘机器人工作时，由左前驱动轮机构001、右前驱动轮机构002、左后驱动轮机构003、右后驱动轮机构004驱动机器人前进和后退；由转向机构005实现机器人的转向。通过摄像头28识别可以采摘的棉花，然后控制旋转电机15、第一电机17、第二电机19动作带动机械爪机构移动到待采摘的棉花处，接着控制机械爪机构动作，第一电动推杆24伸出，推动中间块23运动，中间块23运动时通过左杆25和右杆26带动左爪21和右爪22张开，使得待采摘棉花进入机械爪座20内，然后第一电动推杆24收缩，带动中间块23反向运动，中间块23反向运动时通过左杆25和右杆26带动左爪21和右爪22夹紧；接着控制旋转电机15、第一电机17、第二电机19动作带动机械爪机构移动，将棉花摘下并且放置到左传送带6a或则和右传送带6b上，左传送带6a或者右传送带6b将采摘的棉花送至中间传送带9上，中间传送带9将棉花从料箱2的上端开口送入料箱2内；如此循环往复便可实现棉花的自动采摘。

其中所述左前驱动轮机构001和右前驱动轮机构002工作时，根据实际需要通过控制第三电机34带动第一连杆32转动，第一连杆32转动时通过第一槽板29、第二槽板30、第一连杆32、第二连杆33组合形成平行四边形结构，可以实现前转轮37轮距之间的调节，以便适用于垄距不同的棉花田；同时通过第四电机36控制第一支撑轴35转动能够实现车架1高度调节，以便适用于不同高度棉花田的采摘。

所述左后驱动轮机构003和右后驱动轮机构004工作时，由驱动电机45带动后转轮46转动，给机器人的前进提供动力；并且根据实际需要通过控制第五电机42带动第三连杆40转动，第三连杆40转动时通过第三槽板38、第四槽板39、第三连杆40、第四连杆41组合形成平行四边形结构，可以实现后转轮46轮距之间的调节，以便适用于垄距不同的棉花田；同时通过第六电机44控制第一支撑轴35转动能够实现车架1高度调节，以便适用于不同高度棉花田的采摘。

转向机构005工作时，转向电机47带动转向盘52转动，转向盘52转动时通过左一连杆48和左二连杆49驱动左前驱动轮机构001中的转接轴31转动，于此同时通过右一连杆50和右二连杆51驱动右前驱动轮机构002中的转接轴31转动，从而实现机器人的转向。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种智能识别棉花采摘机器人，其特征在于，包括车架、设置在车架上的料箱、设置在车架上且向车架的前端伸出的前端板；所述车架的前端左侧安装有左前驱动轮机构、前端右侧安装有右前驱动轮机构、后端左侧安装有左后驱动轮机构、后端右侧安装有右后驱动轮机构；所述车架上安装有用于带动左前驱动轮机构和右前驱动轮机构转向的转向机构；

所述前端板上安装有沿竖直方向设置的架板，所述架板的左侧沿垂直于车架长度方向设有左传送架，所述左传送架上安装有左传送带以及用于驱动左传送带转动的左电机；所述架板的右侧沿垂直于车架长度方向设有右传送架，所述右传送架上安装有右传送带以及用于驱动右传送带转动的右电机；所述架板上在左传送带右端和右传送带左端之间的下方设有伸向料箱上端开口处的中间传送架；所述中间传送架上安装有中间传送带，以及用于驱动中间传送带转动的中间电机；

所述前端板上沿垂直于车架长度方向设有滑条，所述滑条上通过滑块滑动连接有安装板，所述安装板上安装有多个棉花摘取机构；所述棉花摘取机构包括沿竖直方向转动连接在安装板上的第一转轴，所述安装板上在第一转轴处设有支撑板，所述支撑板上安装有用于驱动第一转轴转动的旋转电机；所述第一转轴上在远离旋转电机的一端安装有第一机械臂，以及用于驱动第一机械臂转动的第一电机；所述第一机械臂上在远离第一电机的一端安装有第二机械臂，以及用于驱动第二机械臂转动的第二电机；所述第二机械臂上在远离第二电机的一端安装有机械爪机构；

所述机械爪机构包括机械爪座、左爪、右爪、中间块、第一电动推杆，所述机械爪座安装在第二机械臂上，所述左爪铰接在机械爪座的左侧板的外侧，所述右爪铰接在机械爪座的右侧板的外侧；所述第一电动推杆沿竖直方向安装在机械爪座内，所述中间块安装在第一电动推杆的伸缩端；所述机械爪座的左侧板上设有与左爪配合的左爪槽，所述机械爪座的右侧板上设有与右爪配合的右爪槽；所述左爪的转轴上设有伸入机械爪座内且与中间块的左端铰接的左杆，所述右爪的转轴上设有伸入机械爪座内且与中间块的右端铰接的右杆；

所述支撑板上设有向车架的前端伸出的横板，所述横板上安装有与旋转电机、第一电机、第二电机、第一电动推杆电连接的摄像头；

所述左前驱动轮机构和右前驱动轮机构的结构相同均包括横截面为U形的第一槽板，以及横截面为U形的且与第一槽板长度相同的第二槽板，所述第一槽板的开口朝下，且其上沿竖直方向设有转动连接在车架上的转接轴；所述第一槽板内在靠近一端位置处转动连接有第一连杆、在靠近另一端处铰接有与第一连杆大小相同的第二连杆；所述第一连杆上在远离第一槽板的一端与第二槽板的一端铰接，所述第二连杆上在远离第一槽板的一端与第二槽板的另一端铰接；所述第一槽板、第二槽板、第一连杆、第二连杆组合形成平行四边形结构；所述第一槽板上安装有用于驱动第一连杆转动的第三电机；

所述第二槽板上在远离第三电机的一端沿竖直方向设有第一竖直板，所述第一竖直板上安装有第一支撑轴以及用于驱动第一支撑轴转动的第四电机；所述第一支撑轴上在远离第四电机的一端转动连接有前转轮；所述左后驱动轮机构和右后驱动轮机构的结构相同均包括横截面为U形的第三槽板，以及横截面为U形的且与第三槽板长度相同的第四槽板，所述第三槽板沿车架的长度方向固定安装在车架上且开口朝下；所述第三槽板内在靠近一端位置处转动连接有第三连杆、在靠近另一端处铰接有与第三连杆大小相同的第四连杆；所述第三连杆上在远离第三槽板的一端与第四槽板的一端铰接，所述第四连杆上在远离第三槽板的一端与第四槽板的另一端铰接；所述第三槽板、第四槽板、第三连杆、第四连杆组合形成平行四边形结构；所述第三槽板上安装有用于驱动第三连杆转动的第五电机；所述第四槽板上在远离第五电机的一端沿竖直方向设有第二竖直板，所述第二竖直板上安装有第二支撑轴以及用于驱动第二支撑轴转动的第六电机；所述第二支撑轴上在远离第六电机的一端安装有驱动电机，所述驱动电机的输出轴上安装有后转轮。

2.根据权利要求1所述的智能识别棉花采摘机器人，其特征在于，所述转向机构包括安装在车架前端中心位置的转向电机、左一连杆、左二连杆、右一连杆、右二连杆，所述转向电机的输出轴上安装有转向盘；所述左一连杆的一端铰接在转向盘的偏心位置处、另一端与左二连杆的一端铰接，所述左二连杆的另一端与左前驱动轮机构中的转接轴固定连接；所述右一连杆的一端铰接在转向盘的偏心位置处、另一端与右二连杆的一端铰接，所述右二连杆的另一端与右前驱动轮机构中的转接轴固定连接。

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