CN109937707A - 一种园林式水果采摘机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种园林式水果采摘机器人，包括移动平台、机械臂和采摘机构；所述移动平台包括水平设置的主连接板以及用于带动主连接板进行运动的履带式运动机构，所述机械臂包括第一支臂和第二支臂，所述采摘机构包括剪切机构、动力机构和安装板，所述动力机构安装在所述安装板上并用于带动剪切机构动作对水果果蒂进行剪切。本发明提供的园林式水果采摘机器人，能够结合水果生产种植的环境和实际采摘的过程，适应果林环境需求、并且对水果进行智能采摘。

Description

一种园林式水果采摘机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，具体涉及一种园林式水果采摘机器人。

背景技术

我国水果产业的种植面积和年产量双居于世界第一，在水果种植的过程中，成熟水果目前仍采用人工的方式进行采摘。人工采摘水果对劳动力的需求大，且存在耗时长、安全性低以及易损坏果品等缺点，而随着老龄社会的到来，整个社会劳动力人口下降，导致劳力成本上涨。且传统的水果采摘方式都是在水果采摘完之后果农再进行分类处理，这对水果只有很短一段时间的新鲜上市售卖期有很大的制约，进一步提高了果农的生产成本。水果产业尤其是果园这种营业方式的进一步发展，则需控制生产成本、减少人工采摘以及采摘完后分类的行为。

水果的采摘。由于水果采摘环境的复杂性，采摘过程基本靠手工完成，存在以下三方面的弊端：①采摘过程中存在人身安全问题；②采摘行动对果树的枝叶和芽有很大的破坏；③采摘过程会损坏水果表面的质量。

水果的分类。水果分拣工作是在统一完成采摘之后集中进行人工分拣，存在着工作量大、效率低、速度慢和准确率差的缺点。且存在对果品外观与质量造成损坏的弊端。

水果的销售。水果销售基本在人工分拣完成之后进行运输，等待销售。这个过程对水果的新鲜度有很大的影响，导致水果销售市场不好，间接影响销售的时间成本与水果质量。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题是：如何提供一种能够结合水果生产种植的环境和实际采摘的过程，能够适应果林环境需求、并且对水果进行智能采摘的园林式水果采摘机器人。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下的技术方案：

一种园林式水果采摘机器人，包括移动平台、机械臂和采摘机构；所述移动平台包括水平设置的主连接板以及用于带动主连接板进行运动的履带式运动机构，所述主连接板上固定安装有第一视觉摄像头，所述主连接板下端固定安装有电连接设置的供电电池和控制电路板，所述主连接板上端设置有用于与机械臂进行连接的圆盘组件，所述圆盘组件上设置有用于带动机械臂沿Y轴转动的圆盘单轴舵机；所述机械臂包括第一支臂和第二支臂，所述第一支臂一端与第一双轴舵机的旋转轴固定连接，所述第一双轴舵机固定安装在第一双轴舵机安装法兰上，所述圆盘单轴舵机的旋转轴与所述第一双轴舵机安装法兰固定连接；所述第一支臂另一端固定安装有第二双轴舵机安装法兰，所述第二双轴舵机安装法兰上固定安装有第二双轴舵机，所述第二支臂一端与所述第二双轴舵机的旋转轴固定连接，所述第二支臂另一端与第三双轴舵机的旋转轴固定连接，所述第三双轴舵机固定连接有第三双轴舵机安装法兰，所述第三双轴舵机安装法兰上固定安装有第四单轴舵机安装法兰，所述第四单轴舵机安装法兰上固定安装有第四单轴舵机，所述第四单轴舵机的旋转轴与所述采摘机构连接并用于带动采摘机构转动；所述采摘机构包括剪切机构、动力机构和安装板，所述第四单轴舵机用于带动所述安装板转动，所述动力机构安装在所述安装板上并用于带动剪切机构动作对水果果蒂进行剪切，所述安装板上安装有第二视觉摄像头，所述第一视觉摄像头和第二视觉摄像头均与所述控制电路板电连接设置。

这样，移动平台带动机械臂进行移动，机械臂带动采摘机构对水果果蒂进行采摘。利用第一视觉摄像头实时摄像判断障碍物，利用第二视觉摄像头对水果进行实时拍摄，识别果实位置与成熟度，并通过网络信号将果实的状况实时输出。机械臂包括第一支臂和第二支臂，可以实现3个自由度，所述圆盘组件上设置有用于带动机械臂沿Y轴转动的圆盘单轴舵机，可以实现1个自由度，采摘机构具有第四单轴舵机和动力机构，可以实现2个自由度。这样，机器人本体具有6个自由度，可以实现对水果进行全方位的观测以及采摘。

进一步的，第一支臂下端两侧均设置有圆形法兰盘，所述圆形法兰盘与第一双轴舵机的旋转轴端部的法兰盘通过螺栓固定连接，实现更精确的对中性安装。

进一步的，控制电路板通过阴阳螺栓固定在主连接板上，方便安装。

进一步的，所述履带式运动机构包括两个驱动轮系，所述驱动轮系设置在所述主连接板两侧；所述驱动轮系包括竖向设置的矩形侧板、驱动电机、驱动轮、履带和履带支撑轮；所述驱动电机通过电机安装法兰固定安装在所述矩形侧板上，所述驱动轮和履带支撑轮转动安装在所述矩形侧板上，所述履带安装在所述驱动轮和履带支撑轮外侧，所述驱动电机的输出轴与所述驱动轮中间设置的转轴同轴固定连接。

这样，驱动电机动作，带动驱动轮转动，通过驱动轮以及履带支撑轮带动履带前行，从而实现移动平台的移动。履带与地面接触面积大，接地压力小，有较高的底面附着力，为驱动轮系在松软和湿润地面行走提供便利。由于履带式结构在行走过程中具有滚动摩擦小、通过性能好、越野机动性好、爬坡越沟防倾覆能力等性能，对一般的园林土地有良好的适应性，因此在实际的果林地面上进行采摘作业更具有优势。

每个驱动轮系均由一个驱动电机分别进行驱动，驱动电机为直流电机，电机驱动履带移动时的结构具有底盘适应性较广，牵引性能和越野性能基本能满足条件，同时在坡地工作时具有良好的稳定性。

差速转向是利用两个独立电机速度差控制履带的转速从而达到转弯的效果。差动转向运动时，车辆每侧轮子的位置和方位相对于车体是固定的，转速不同时会引起不同的移动半径。他的缺点是转弯需要一定的空间不能以自身中心位置为圆心进行360°的旋转，但是基本满足采摘机器人在果林土地中行走需求。所以利用两个驱动电机的速度差，便可以实现移动平台的转向。

具体的，电机安装法兰通过螺栓固定在主连接板上。履带支撑轮通过阴阳螺栓固定在主连接板上，即增加了移动平台行走越障时的减震功能，使得行走具有稳定性，又减小了驱动电机的输出轴对驱动轮的力矩，更好的延长了驱动电机的使用寿命。

进一步的，所述圆盘组件包括依次固定连接的下盘、中盘和上盘；所述下盘固定安装在所述主连接板上，所述下盘上固定安装有圆盘单轴舵机；所述中盘与上盘之间设置有滚动轴承，所述圆盘单轴舵机的旋转轴与所述滚动轴承内圈过盈配合连接，所述圆盘单轴舵机的旋转轴上端与所述第一双轴舵机安装法兰固定连接。

这样，圆盘单轴舵机可以更好的进行安装固定，同时带动第一支臂转动，实现第一支臂Y轴的转动，结构简单，使用方便。圆盘可以更好的承重，方便安装。具体的，圆台可以设置为矩形等其他任何形式。

具体的，下盘、中盘和上盘可以采用任意方式进行固定连接，均属于本专利所要保护的范围。

进一步的，所述第一支臂包括两个开口相对设置的U型侧板以及固定板，两个所述U型侧板通过固定板进行固定连接，所述第一支臂和第二支臂结构一致。

这样，设置有U型侧板和固定板，可以更好的减轻第一支臂和第二支臂的重量，降低负载，同时减少材料用量，降低成本，最重要的是，避免机器人移动过程中由于机械臂重量过大出现翻倒现象。固定板对U型侧板进行加固。

具体的，利用U型板通过第二双轴舵机与第二支臂进行连接，此时第二双轴舵机的使用力矩小于圆盘单轴舵机的使用力矩。

进一步的，所述第二支臂的U型侧板内侧通过螺栓固定安装有舵机安装板，所述舵机安装板与所述U型侧板之间设置有垫片，所述第三双轴舵机的旋转轴固定安装在所述舵机安装板上，所述第三双轴舵机的侧面固定安装有所述第三双轴舵机安装法兰，所述第三双轴舵机安装法兰与第四单轴舵机安装法兰固定连接，所述第四单轴舵机安装法兰上固定安装有第四单轴舵机。

这样，设置有垫片，可以进行紧固防松，方便安装连接。

进一步的，所述剪切机构包括夹持端和剪切端，所述夹持端和剪切端相对设置，所述夹持端的外端相对剪切端方向延伸设置有弯钩，所述剪切端正对夹持端的表面固定安装有刀片，所述动力机构用于带动所述夹持端和剪切端相互靠近以将水果果蒂进行剪切。

这样，动力机构动作，带动夹持端和剪切端动作，利用夹持端设置的弯钩对水果果蒂进行钩拉定位，利用刀片对水果果蒂进行剪切。具体的，采摘机构还设置有网兜或者用于容纳水果的容器，可以对剪切之后的水果进行存放。

进一步的，所述动力机构包括转动安装在所述安装板上的第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮和第二齿轮的轮齿啮合，所述安装板一端固定连接有安装法兰，所述安装法兰与第四单轴舵机的旋转轴固定连接，所述安装板上固定安装有夹持端单轴舵机，所述夹持端单轴舵机的旋转轴与第一齿轮或第二齿轮中间设置的转轴固定连接，所述第一齿轮和第二齿轮通过传动机构带动夹持端和剪切端进行转动。

这样，夹持端单轴舵机动作，带动第一齿轮或第二齿轮转动，通过传动机构带动夹持端和剪切端相互靠近或者远离，对水果果蒂进行剪切或复位。结构简单，使用方便。夹持端单轴舵机和第四单轴舵机的设置，使得采摘机构具有2个自由度，可以更好的对水果果蒂位置进行匹配，方便剪切。

进一步的，所述传动机构包括与第一齿轮一端铰接的第一连杆、与安装板铰接的第二连杆以及与第一连杆和第二连杆铰接的第三连杆，所述夹持端固定安装在所述第三连杆上；所述第二齿轮一端铰接有第四连杆、与安装板铰接的第五连杆以及与第四连杆和第五连杆铰接的第六连杆，所述剪切端固定安装在所述第六连杆端部，所述夹持端和剪切端相对设置。

这样，第一齿轮和第二齿轮转动，带动第一连杆和第四连杆转动，通过第一连杆和第四连杆带动第三连杆和第六连杆转动，利用第二连杆和第五连杆进行转动限位，可以更好的带动夹持端和剪切端相互靠近或远离。结构原理简单，使用方便。

进一步的，所述第一齿轮和第二齿轮均为不完全齿轮。

这样，采用不完全齿轮，可以更好的降低采摘机构的整体重量，进而减小负载，降低水果采摘过程的成本。

综上，本发明提供的园林式水果采摘机器人，能够结合水果生产种植的环境和实际采摘的过程，适应果林环境需求、并且对水果进行智能采摘。

附图说明

图1为本发明具体实施方式所述的园林式水果采摘机器人的结构示意图；

图2为图1中的移动平台的结构放大示意图；

图3为图1中的机械臂的结构放大示意图；

图4为图1中的采摘机构的结构放大示意图。

图5为图4的后视图。

具体实施方式

下面结合附图1-5本发明作进一步的详细说明。

一种园林式水果采摘机器人，包括移动平台1、机械臂3和采摘机构4；所述移动平台1包括水平设置的主连接板11以及用于带动主连接板11进行运动的履带式运动机构，所述主连接板11上固定安装有第一视觉摄像头12，所述主连接板11下端固定安装有电连接设置的供电电池和控制电路板，所述主连接板11上端设置有用于与机械臂3进行连接的圆盘组件2，所述圆盘组件2上设置有用于带动机械臂3沿Y轴转动的圆盘单轴舵机；所述机械臂3包括第一支臂31和第二支臂32，所述第一支臂31一端与第一双轴舵机33的旋转轴固定连接，所述第一双轴舵机33固定安装在第一双轴舵机安装法兰34上，所述圆盘单轴舵机的旋转轴与所述第一双轴舵机安装法兰34固定连接；所述第一支臂31另一端固定安装有第二双轴舵机安装法兰，所述第二双轴舵机安装法兰上固定安装有第二双轴舵机35，所述第二支臂32一端与所述第二双轴舵机35的旋转轴固定连接，所述第二支臂32另一端与第三双轴舵机36的旋转轴固定连接，所述第三双轴舵机36固定连接有第三双轴舵机安装法兰37，所述第三双轴舵机安装法兰37上固定安装有第四单轴舵机安装法兰38，所述第四单轴舵机安装法兰38上固定安装有第四单轴舵机39，所述第四单轴舵机39的旋转轴与所述采摘机构连接并用于带动采摘机构转动；所述采摘机构包括剪切机构、动力机构和安装板，所述第四单轴舵机39用于带动所述安装板40转动，所述动力机构安装在所述安装板40上并用于带动剪切机构动作对水果果蒂进行剪切，所述安装板40上安装有第二视觉摄像头41，所述第一视觉摄像头12和第二视觉摄像头41均与所述控制电路板电连接设置。

这样，移动平台带动机械臂进行移动，机械臂带动采摘机构对水果果蒂进行采摘。利用第一视觉摄像头实时摄像判断障碍物，利用第二视觉摄像头对水果进行实时拍摄，识别果实位置与成熟度，并通过网络信号将果实的状况实时输出。机械臂包括第一支臂和第二支臂，可以实现3个自由度，所述圆盘组件上设置有用于带动机械臂沿Y轴转动的圆盘单轴舵机，可以实现1个自由度，采摘机构具有第四单轴舵机和动力机构，可以实现2个自由度。这样，机器人本体具有6个自由度，可以实现对水果进行全方位的观测以及采摘。

进一步的，第一支臂下端两侧均设置有圆形法兰盘，所述圆形法兰盘与第一双轴舵机的旋转轴端部的法兰盘通过螺栓固定连接，实现更精确的对中性安装。

进一步的，控制电路板通过阴阳螺栓固定在主连接板上，方便安装。

进一步的，所述履带式运动机构包括两个驱动轮系，所述驱动轮系设置在所述主连接板11两侧；所述驱动轮系包括竖向设置的矩形侧板5、驱动电机51、驱动轮52、履带53和履带支撑轮54；所述驱动电机51通过电机安装法兰固定安装在所述矩形侧板5上，所述驱动轮52和履带支撑轮54转动安装在所述矩形侧板5上，所述履带53安装在所述驱动轮52和履带支撑轮54外侧，所述驱动电机51的输出轴与所述驱动轮52中间设置的转轴同轴固定连接。

这样，驱动电机动作，带动驱动轮转动，通过驱动轮以及履带支撑轮带动履带前行，从而实现移动平台的移动。履带与地面接触面积大，接地压力小，有较高的底面附着力，为驱动轮系在松软和湿润地面行走提供便利。由于履带式结构在行走过程中具有滚动摩擦小、通过性能好、越野机动性好、爬坡越沟防倾覆能力等性能，对一般的园林土地有良好的适应性，因此在实际的果林地面上进行采摘作业更具有优势。

每个驱动轮系均由一个驱动电机分别进行驱动，驱动电机为直流电机，电机驱动履带移动时的结构具有底盘适应性较广，牵引性能和越野性能基本能满足条件，同时在坡地工作时具有良好的稳定性。

差速转向是利用两个独立电机速度差控制履带的转速从而达到转弯的效果。差动转向运动时，车辆每侧轮子的位置和方位相对于车体是固定的，转速不同时会引起不同的移动半径。他的缺点是转弯需要一定的空间不能以自身中心位置为圆心进行360°的旋转，但是基本满足采摘机器人在果林土地中行走需求。所以利用两个驱动电机的速度差，便可以实现移动平台的转向。

具体的，电机安装法兰通过螺栓固定在主连接板上。履带支撑轮通过阴阳螺栓固定在主连接板上，即增加了移动平台行走越障时的减震功能，使得行走具有稳定性，又减小了驱动电机的输出轴对驱动轮的力矩，更好的延长了驱动电机的使用寿命。

进一步的，所述圆盘组件2包括依次固定连接的下盘21、中盘22和上盘23；所述下盘21固定安装在所述主连接板11上，所述下盘21上固定安装有圆盘单轴舵机；所述中盘22与上盘23之间设置有滚动轴承，所述圆盘单轴舵机的旋转轴与所述滚动轴承内圈过盈配合连接，所述圆盘单轴舵机的旋转轴上端与所述第一双轴舵机安装法兰34固定连接。

这样，圆盘单轴舵机可以更好的进行安装固定，同时带动第一支臂转动，实现第一支臂Y轴的转动，结构简单，使用方便。圆盘可以更好的承重，方便安装。具体的，圆台可以设置为矩形等其他任何形式。

具体的，下盘、中盘和上盘可以采用任意方式进行固定连接，均属于本专利所要保护的范围。

进一步的，所述第一支臂31包括两个开口相对设置的U型侧板61以及固定板62，两个所述U型侧板61通过固定板62进行固定连接，所述第一支臂31和第二支臂32结构一致。

这样，设置有U型侧板和固定板，可以更好的减轻第一支臂和第二支臂的重量，降低负载，同时减少材料用量，降低成本，最重要的是，避免机器人移动过程中由于机械臂重量过大出现翻倒现象。固定板对U型侧板进行加固。

具体的，利用U型板通过第二双轴舵机与第二支臂进行连接，此时第二双轴舵机的使用力矩小于圆盘单轴舵机的使用力矩。

进一步的，所述第二支臂32的U型侧板61内侧通过螺栓固定安装有舵机安装板63，所述舵机安装板63与所述U型侧板61之间设置有垫片64，所述第三双轴舵机36的旋转轴固定安装在所述舵机安装板63上，所述第三双轴舵机36的侧面固定安装有所述第三双轴舵机安装法兰37，所述第三双轴舵机安装法兰37与第四单轴舵机安装法兰38固定连接，所述第四单轴舵机安装法兰38上固定安装有第四单轴舵机39。

这样，设置有垫片，可以进行紧固防松，方便安装连接。

进一步的，所述剪切机构包括夹持端71和剪切端72，所述夹持端71和剪切端72相对设置，所述夹持端71的外端相对剪切端72方向延伸设置有弯钩73，所述剪切端72正对夹持端71的表面固定安装有刀片74，所述动力机构用于带动所述夹持端71和剪切端72相互靠近以将水果果蒂进行剪切。

这样，动力机构动作，带动夹持端和剪切端动作，利用夹持端设置的弯钩对水果果蒂进行钩拉定位，利用刀片对水果果蒂进行剪切。具体的，采摘机构还设置有网兜或者用于容纳水果的容器，可以对剪切之后的水果进行存放。

进一步的，所述动力机构包括转动安装在所述安装板40上的第一齿轮81和第二齿轮82，所述第一齿轮81和第二齿轮82的轮齿啮合，所述安装板40一端固定连接有安装法兰83，所述安装法兰83与第四单轴舵机39的旋转轴固定连接，所述安装板40上固定安装有夹持端单轴舵机84，所述夹持端单轴舵机84的旋转轴与第一齿轮81或第二齿轮82中间设置的转轴固定连接，所述第一齿轮81和第二齿轮82通过传动机构带动夹持端71和剪切端72进行转动。

这样，夹持端单轴舵机动作，带动第一齿轮或第二齿轮转动，通过传动机构带动夹持端和剪切端相互靠近或者远离，对水果果蒂进行剪切或复位。结构简单，使用方便。夹持端单轴舵机和第四单轴舵机的设置，使得采摘机构具有2个自由度，可以更好的对水果果蒂位置进行匹配，方便剪切。

进一步的，所述传动机构包括与第一齿轮81一端铰接的第一连杆91、与安装板40铰接的第二连杆92以及与第一连杆91和第二连杆92铰接的第三连杆93，所述夹持端71固定安装在所述第三连杆93上；所述第二齿轮82一端铰接有第四连杆94、与安装板铰接的第五连杆95以及与第四连杆94和第五连杆95铰接的第六连杆96，所述剪切端72固定安装在所述第六连杆96端部，所述夹持端71和剪切端72相对设置。

这样，第一齿轮和第二齿轮转动，带动第一连杆和第四连杆转动，通过第一连杆和第四连杆带动第三连杆和第六连杆转动，利用第二连杆和第五连杆进行转动限位，可以更好的带动夹持端和剪切端相互靠近或远离。结构原理简单，使用方便。

进一步的，所述第一齿轮81和第二齿轮82均为不完全齿轮。

这样，采用不完全齿轮，可以更好的降低采摘机构的整体重量，进而减小负载，降低水果采摘过程的成本。

具体的，园林式水果采摘机器人，在使用时，需要以下步骤：

1、自动规划路径

果园中的地形是典型的土壤松软的农用土地地形，园林式水果智能采摘机器人系统采用“移动平台+机械臂”结构形式，应用履带行走的方式，增大机器人与地面的接触面积，使机器人具有运动稳定性、灵活性和可操作性的特点。

利用第一视觉摄像头和SLAM算法让机器人建立果园的电子地图，使园林式水果采摘机器人在移动过程中，需要有对障碍物检测和避开的能力，对园林式水果采摘机器人移动路径进行识别规划。在前进过程中，不断通过摄像头获得园林式水果采摘机器人的真实环境地图，当园林式水果采摘机器人运动前方有其他的动态障碍物，结合园林式水果采摘机器人的前进速度判断有碰撞的可能性，调用路径规划的算法再次进行路径规划，自动避开前进方向的障碍物，实现实时对前进道路进行轨道规划避开障碍物前往目标点工作，工作完成之后就近选择下一个目标地点。

2、识别水果位置

园林式水果采摘机器人作业时利用第二视觉摄像头识别果实与周边环境形状特征的不同，辨别出是否是果实并确定其三维位置，然后园林式水果采摘机器人的采摘机构依靠目标果实的三维位置确定采摘位置，再采用刀片剪切采摘的方式进行果实摘取，这个过程中果实形状的识别和果实位置的判定影响采摘的成功率。

3、识别水果成熟度

对目标果实的正确采摘首先需要对目标果实进行正确的判断其成熟度，这样园林式水果采摘机器人才可以替代劳动人口进行采摘作业。识别的首要任务是进行果实图像样本的采集，需要依靠第二视觉摄像头拍摄完成，根据图片信息分析颜色模型，采用分割技术将果实与其周围生长环境分开，识别果实本体，并通过三原色RGB对比计算，判断目标果实的成熟度。

4、完成采摘动作

采摘与回收动作由机械臂完成，机械臂装置采用多关节机械手臂即第一支臂和第二支臂以及第一舵机、第二舵机和第三舵机，有3个主自由度，可以做转动和移动的动作；再加上夹持器的X、Y轴转动，可以使夹持器到达臂长范围的任何三维坐标点。

5、完成水果分类与装箱

园林式水果采摘机器人通过算法对样本库的样本果实的质量大小、表面完整度、色泽、成熟度等相关信息进行对比，分析后将果实的品质进行分类并装箱。

6、个性化的销售模式

将成熟度高的果实进行线下市场销售，将成熟度稍次的果实在以互联网为背景下进行线上网络销售，针对不同的消费人群，为个性化的水果销售模式提出解决方案。

园林式水果采摘机器人控制设计部分：

(1)视觉系统硬件

机器视觉系统主要包括控制处理器、镜头及数字图像处理模块等。工作时，系统由摄像头将待测目标转化为数字图像的电信号，然后传送给控制处理器，由处理器采用专用的图像处理软件，根据色彩和颜色，采用多种算法提取果实的特点；最后，根据设定的量化值和其他条件进行准确判断。

(2)果实位置识别

人在拿物体的过程中，手朝着目标物体移动，通过眼睛反馈手与物体的相对距离，然后不断调整，最终能准确地拿到目标物体。园林式水果采摘机器人需要建立传感器与控制系统，使其模仿人类收获作业的方法。采摘过程中，通过视觉系统即第二视觉摄像头来获取整株果树的信息，然后传送给图像处理系统，利用果实与果树外貌的不同来识别出目标果实。然后利用果实的外形，通过图像处理信息，定位目标果实相对于摄像机的空间坐标位置，计算出质点空间坐标(X，Y，Z)，方便控制系统进行收获作业。

(3)果实成熟度判断

对目标果实进行正确的分割识别和成熟度判断。在实际的处理过程中，经由前一步算子确定出目标果实之后，再由图像处理器根据采集的图片信息通过三原色RGB对比计算，直接判断目标果实的成熟度。成熟的水果与未成熟的一般存在颜色差异，因此利用三原色RGB可以成功将目标果实成功切割，而且图像处理模块可根据目标果实的颜色，直接经与设置的参数进行比对判断出目标果实的成熟度。

综上，本发明提供了一种园林式水果采摘机器人，通过仿照人类采摘果实的步骤，首先用眼看用脚走的方式达到目的地，再通过用眼观察目标果实并判断，最后进行摘取的过程进行设计，降低果农生产成本并加快水果销售的时间。通过对园林式水果采摘机器人的功能需求及分析基础上，结合水果生产种植的环境和实际采摘的过程进行开发的能够适应果林环境需求、智能采摘、分拣、分类的机器人。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解；其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (9)

1.一种园林式水果采摘机器人，其特征在于，包括移动平台、机械臂和采摘机构；

所述移动平台包括水平设置的主连接板以及用于带动主连接板进行运动的履带式运动机构，所述主连接板上固定安装有第一视觉摄像头，所述主连接板下端固定安装有电连接设置的供电电池和控制电路板，所述主连接板上端设置有用于与机械臂进行连接的圆盘组件，所述圆盘组件上设置有用于带动机械臂沿Y轴转动的圆盘单轴舵机；

所述机械臂包括第一支臂和第二支臂，所述第一支臂一端与第一双轴舵机的旋转轴固定连接，所述第一双轴舵机固定安装在第一双轴舵机安装法兰上，所述圆盘单轴舵机的旋转轴与所述第一双轴舵机安装法兰固定连接；所述第一支臂另一端固定安装有第二双轴舵机安装法兰，所述第二双轴舵机安装法兰上固定安装有第二双轴舵机，所述第二支臂一端与所述第二双轴舵机的旋转轴固定连接，所述第二支臂另一端与第三双轴舵机的旋转轴固定连接，所述第三双轴舵机固定连接有第三双轴舵机安装法兰，所述第三双轴舵机安装法兰上固定安装有第四单轴舵机安装法兰，所述第四单轴舵机安装法兰上固定安装有第四单轴舵机，所述第四单轴舵机的旋转轴与所述采摘机构连接并用于带动采摘机构转动；

所述采摘机构包括剪切机构、动力机构和安装板，所述第四单轴舵机用于带动所述安装板转动，所述动力机构安装在所述安装板上并用于带动剪切机构动作对水果果蒂进行剪切，所述安装板上安装有第二视觉摄像头，所述第一视觉摄像头和第二视觉摄像头均与所述控制电路板电连接设置。

2.根据权利要求1所述的一种园林式水果采摘机器人，其特征在于：所述履带式运动机构包括两个驱动轮系，所述驱动轮系设置在所述主连接板两侧；所述驱动轮系包括竖向设置的矩形侧板、驱动电机、驱动轮、履带和履带支撑轮；所述驱动电机通过电机安装法兰固定安装在所述矩形侧板上，所述驱动轮和履带支撑轮转动安装在所述矩形侧板上，所述履带安装在所述驱动轮和履带支撑轮外侧，所述驱动电机的输出轴与所述驱动轮中间设置的转轴同轴固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种园林式水果采摘机器人，其特征在于：所述圆盘组件包括依次固定连接的下盘、中盘和上盘；所述下盘固定安装在所述主连接板上，所述下盘上固定安装有圆盘单轴舵机；所述中盘与上盘之间设置有滚动轴承，所述圆盘单轴舵机的旋转轴与所述滚动轴承内圈过盈配合连接，所述圆盘单轴舵机的旋转轴上端与所述第一双轴舵机安装法兰固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种园林式水果采摘机器人，其特征在于：所述第一支臂包括两个开口相对设置的U型侧板以及固定板，两个所述U型侧板通过固定板进行固定连接，所述第一支臂和第二支臂结构一致。

5.根据权利要求4所述的一种园林式水果采摘机器人，其特征在于：所述第二支臂的U型侧板内侧通过螺栓固定安装有舵机安装板，所述舵机安装板与所述U型侧板之间设置有垫片，所述第三双轴舵机的旋转轴固定安装在所述舵机安装板上，所述第三双轴舵机的侧面固定安装有所述第三双轴舵机安装法兰，所述第三双轴舵机安装法兰与第四单轴舵机安装法兰固定连接，所述第四单轴舵机安装法兰上固定安装有第四单轴舵机。

6.根据权利要求5所述的一种园林式水果采摘机器人，其特征在于：所述剪切机构包括夹持端和剪切端，所述夹持端和剪切端相对设置，所述夹持端的外端相对剪切端方向延伸设置有弯钩，所述剪切端正对夹持端的表面固定安装有刀片，所述动力机构用于带动所述夹持端和剪切端相互靠近以将水果果蒂进行剪切。

7.根据权利要求6所述的一种园林式水果采摘机器人，其特征在于：所述动力机构包括转动安装在所述安装板上的第一齿轮和第二齿轮，所述第一齿轮和第二齿轮的轮齿啮合，所述安装板一端固定连接有安装法兰，所述安装法兰与第四单轴舵机的旋转轴固定连接，所述安装板上固定安装有夹持端单轴舵机，所述夹持端单轴舵机的旋转轴与第一齿轮或第二齿轮中间设置的转轴固定连接，所述第一齿轮和第二齿轮通过传动机构带动夹持端和剪切端进行转动。

8.根据权利要求7所述的一种园林式水果采摘机器人，其特征在于：所述传动机构包括与第一齿轮一端铰接的第一连杆、与安装板铰接的第二连杆以及与第一连杆和第二连杆铰接的第三连杆，所述夹持端固定安装在所述第三连杆上；所述第二齿轮一端铰接有第四连杆、与安装板铰接的第五连杆以及与第四连杆和第五连杆铰接的第六连杆，所述剪切端固定安装在所述第六连杆端部，所述夹持端和剪切端相对设置。

9.根据权利要求8所述的一种园林式水果采摘机器人，其特征在于：所述第一齿轮和第二齿轮均为不完全齿轮。