CN110810014A - 一种水果采摘智能机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水果采摘智能机器人，包括机器人模块，以及用于控制机器人模块的控制模块；所述机器人模块包括可移动式底盘，固定于可移动式底盘的支架结构，安装于支架结构上的蜗杆结构，与支架结构铰接且与蜗杆结构啮合的蜗轮结构，与蜗轮结构同步转动的连接杆，安装于连接杆的摄像组件，与连接杆连接的升降组件，以及安装于连接杆末端且与升降组件连接的采摘组件；所述控制模块包括，用于控制采摘组件的采摘单元，与摄像组件连接的视觉单元，用于控制蜗杆结构转动的驱动单元，以及用于控制升降组件的升降单元；所述采摘组件包括朝前以及朝后的水果套筒，所述连接杆包括若干安装孔，所述安装孔安装有机械臂。

Description

一种水果采摘智能机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种水果采摘智能机器人。

背景技术

由于农业机械设计和制造技术趋于成熟，电子信息技术的快速发展，一批面向生产者应用的各种机电一体化技术产品开发出来并装备到农业机械上，使得诸如耕整、插秧、小麦收获等工作对象是均质平面的农业生产作业实现了机械化和自动化。而对于实现工作对象是分散的、并且需根据判断进行选择的上作如除草、间苗、蔬菜收获和水果收获等作业的机械化和自动化则是极为困难的，这些作业要求农业机械具备很高的智能。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在加深对本发明的总体背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域技术人员所公知的现有技术。

基于上述原因，本发明提出了一种水果采摘智能机器人。

发明内容

为了满足上述要求，本发明目的在于提供一种水果采摘智能机器人。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种水果采摘智能机器人，包括机器人模块，以及用于控制机器人模块的控制模块；

所述机器人模块包括可移动式底盘，固定于可移动式底盘的支架结构，安装于支架结构上的蜗杆结构，与支架结构铰接且与蜗杆结构啮合的蜗轮结构，与蜗轮结构同步转动的连接杆，安装于连接杆的摄像组件，与连接杆连接的升降组件，以及安装于连接杆末端且与升降组件连接的采摘组件；

所述控制模块包括，用于控制采摘组件的采摘单元，与摄像组件连接的视觉单元，用于控制蜗杆结构转动的驱动单元，以及用于控制升降组件的升降单元；

所述采摘组件包括朝前以及朝后的水果套筒，所述连接杆包括若干安装孔，所述安装孔安装有机械臂。

在一个可能的实施方式中，所述驱动单元驱动蜗杆结构、蜗轮结构的传动使水果套筒旋转运动，所述视觉单元判断水果是否进入水果套筒。

在一个可能的实施方式中，所述视觉单元还通过摄像组件判断水果尺寸是否达到预设值。

在一个可能的实施方式中，当所述水果尺寸达到预设值，所述采摘单元控制机械臂进行剪切。

在一个可能的实施方式中，所述视觉单元通过摄像组件辨别水果枝干，并规划机械臂的移动轨迹，使机械臂对水果枝干进行剪切。

在一个可能的实施方式中，所述支架结构设有若干安装孔，所述蜗轮结构通过铰接轴安装于安装孔；所述连接杆设有分别设于蜗轮结构两侧且套设于铰接轴的套臂。

在一个可能的实施方式中，所述蜗杆结构通过联轴器连接有驱动电机，所述驱动电机与驱动单元电性连接。

在一个可能的实施方式中，所述升降组件包括升降电机，以及与升降电机输出端连接的连接座，所述采摘组件安装于连接座。

相比于现有技术,本发明的有益效果在于：采用本方案的水果采摘机器人，可以实现以水果实物为基准的基于全景视觉的自动导航技术，实现机械臂自动裁剪从而达到智能采摘的作用；在采摘机器人的信息感知和处理方面采用有摄像组件和升降组件来加强采摘机器人的实用性，降低采摘机器人的智能控制水平要求，使得本方案可以实现人和采摘机器人之间信息、知识沟通，既不需要构建具有超智能化的采摘机器人，又可避免人与采摘机器人之间生硬的、刻板的直接接触，增加系统的柔顺性和灵巧性。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。

附图说明

图1是本发明一种水果采摘智能机器人的具体实施例示意图；

图2是本发明一种水果采摘智能机器人的控制模块的框架组成具体实施例示意图；

图3是图1局部结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

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，本领域技术人员在没有作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。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。

如图1、图2所示，为本发明一种水果采摘智能机器人的两部分组成，分别为机器人模块(图1)，以及用于控制机器人模块的控制模块(图2)；

如图1所示的实施例中，所述机器人模块包括可移动式底盘100，固定于可移动式底盘100的支架结构101，安装于支架结构101上的蜗杆结构102，与支架结构101铰接且与蜗杆结构102啮合的蜗轮结构103，与蜗轮结构103同步转动的连接杆104，安装于连接杆104的摄像组件105，与连接杆104连接的升降组件110，以及安装于连接杆104末端且与升降组件连接的采摘组件106；

如图2所示的实施例中，所述控制模块包括，用于控制采摘组件的采摘单元201，与摄像组件105连接的视觉单元202，用于控制蜗杆结构转动的驱动单元203，以及用于控制升降组件110的升降单元204；

如图3所示的实施方式中，所述采摘组件106包括朝前以及朝后的水果套筒1061，所述连接杆104包括若干安装孔1041，所述安装孔1041安装有机械臂107。

作为较佳的实施方式，所述采摘组件106下方设有用于放置水果的布袋111。

作为较佳的实施方式，所述可移动式底盘100设有履带112，以便于在山地行走。

作为图1、2的具体实施方式，所述驱动单元203驱动蜗杆结构102、蜗轮结构102的传动使水果套筒1061旋转运动，所述视觉单元202判断水果是否进入水果套筒1061。

作为图1、2的具体实施方式，所述视觉单元203还通过摄像组件105判断水果尺寸是否达到预设值。采用本方式可以有效起到采摘符合尺寸的水果。

作为图1、2的具体实施方式，当所述水果尺寸达到预设值，所述采摘单元201控制机械臂107进行剪切。

在一个可能的实施方式中，所述视觉单元203通过摄像组件105辨别水果枝干，并规划机械臂107的移动轨迹，使机械臂107对水果枝干进行剪切。由于裁剪时需要注意防止水果树的有效枝干被损坏，因此，视觉单元203还可以判断枝干的直径大小，并根据预设值进行相应处理。

如图1所示的实施方式中，所述支架结构101设有若干安装孔1011，所述蜗轮结构103通过铰接轴108安装于安装孔1011；所述连接杆104设有分别设于蜗轮结构103两侧且套设于铰接轴108的套臂109。其中，所述套臂109设置于蜗轮结构103两端，可以有效起到稳定连接杆104的作用。

在一个可能的实施方式中，所述蜗杆结构102通过联轴器(图中未示出，可采用现有技术中的联轴器)连接有驱动电机，所述驱动电机与驱动单元电性连接。其中，所述驱动单元通过控制驱动电机的运转控制连接杆转动的角度，从而配合机械臂的采摘、裁剪。

在一个可能的实施方式中，所述升降组件110包括升降电机1101，以及与升降电机1101输出端连接的连接座1102，所述采摘组件106安装于连接座1102。具体地，连接座1102实现由升降电机1101的纵向驱动以及连接杆104的圆周运动，以实现多角度的水果采摘。

随着计算机技术和信息采集与处理技术的发展，人工智能、机器视觉等新技术在农业机械中的应用研究得到了重视。结合了农艺技术、机械技术、电子技术、信息技术和人工智能技术的农业机器人的研制是当前国内外农业机具研究领域的研究热点之一。机器视觉用各种成像系统代替视觉器官作为输入敏感手段，由计算机来代替大脑完成处理和解释，能依据视觉敏感和反馈的某种程度的智能完成一定的任务。尤其是近年来，机器视觉技术的快速发展，为农业机器人的自主导航和农作物的识别提供了一种新的解决方案；全景立体视觉技术的出现为农业机器人的自主导航和农作物的识别定位提供了极大的便利。

农作物采摘作业是农作物生产链中最耗时、最费力的一个环节。同时,采摘作业质量的好坏还直接影响到产品的后续加工和储存。如何以低成本获得高品质的产品是农作物生产环节中必须重视和考虑的问题。由于采摘作业的复杂性,目前我国采摘作业的规模化、自动化和智能化程度仍然很低，基本上农作物采摘作业都是手工进行，就棉花采摘这一项来说每年约需要人工采摘成本8个亿。随着人口的老龄化和农业劳动力的减少,农业生产成本也相应提高,这样会大大降低产品的市场竞争力。因此采摘机器人是未来智能农业机械的发展方向。

采摘机器人工作在高度非结构化的环境下，采摘对象是有生命的生物体。同工业机器人相比，采摘机器人具有以下的特点：1)采摘对象娇嫩、易脆,形状复杂且个体之间的差异性大；2)采摘对象大多数被树叶、树枝等掩盖，增大了机器人视觉定位难度，降低采摘成功率，同时对采摘机械手的避障提出了更高的要求；3)采摘机器人工作在非结构化的环境下，环境条件随着季节、天气的变化而发生变化，环境信息完全是未知的、开放的，对采摘机器人的智能控制水平要求高，在视觉、知识推理和判断等方面具有相当的智能；4)采摘对象是有生命的、易脆的生物体，要求在采摘过程中对果实无任何损伤，这就要求机器人的末端执行器具有柔顺性、灵巧性；5)由于缺少对采摘机器人的研究，沿用了工业机器人的设计思想，导致了采摘机器人的价格昂贵；6)采摘作业动作的复杂性，采摘机器人一般是采摘作业、移动同时进行，采摘区域的行走不是连接出发点和终点的最短距离，而是具有狭窄的范围，较长的距离及遍及整个田间表面等特点；7)由于采摘的延续时间长，需要在采摘过程中避免农作物受到损害，以免影响采摘的产量，比如棉花的采摘需要经历2个多月的时间；8)希望在采摘过程中进行分类，以提高采摘物的品质和减少后续的分拣工序。

采摘机器人中无论采用何种移动机构，都存在移动机器人的自主导航问题。目前移动机器人有多种导航方式，根据环境信息的完整程度、导航指示信号的类型、导航地域等因素的不同，可以分为基于地图导航、基于信标导航、基于GPS和视觉导航以及基于感知器导航等。基于地图的导航方式，事先要将机器人的作业环境输入控制系统内，形成电子地图。在结构化、环境条件已知的情况下，可以采用此种方法。基于信标导航，需要在作业环境的确定位置设立信标。机器人通过安装在身体上的测量装置检测其与信标的相互关系，推算自身的位姿。这种方式下，机器人的定位误差只取决于机器人与各信标的相对位置，在工业自动导引小车中用到这种方法。采摘机器人的作业环境复杂，需要机器人根据环境的变化自行确定行走的方向。因此，视觉导航成为采摘机器人自主导航的首选方法。

需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，上述系统和各单元的具体实现过程，可以参考前述方法实施例中的相应描述，为了描述的方便和简洁，在此不再赘述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的。例如，各个单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式。例如一个以上单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

本发明实施例方法中的步骤可以根据实际需要进行顺序调整、合并和删减。本发明实施例装置中的单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

该集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，终端，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种水果采摘智能机器人，其特征在于，包括机器人模块，以及用于控制机器人模块的控制模块；

所述机器人模块包括可移动式底盘，固定于可移动式底盘的支架结构，安装于支架结构上的蜗杆结构，与支架结构铰接且与蜗杆结构啮合的蜗轮结构，与蜗轮结构同步转动的连接杆，安装于连接杆的摄像组件，与连接杆连接的升降组件，以及安装于连接杆末端且与升降组件连接的采摘组件；

所述控制模块包括，用于控制采摘组件的采摘单元，与摄像组件连接的视觉单元，用于控制蜗杆结构转动的驱动单元，以及用于控制升降组件的升降单元；

所述采摘组件包括朝前以及朝后的水果套筒，所述连接杆包括若干安装孔，所述安装孔安装有机械臂。

2.根据权利要求1所述的一种水果采摘智能机器人，其特征在于，所述驱动单元驱动蜗杆结构、蜗轮结构的传动使水果套筒旋转运动，所述视觉单元判断水果是否进入水果套筒。

3.根据权利要求2所述的一种水果采摘智能机器人，其特征在于，所述视觉单元还通过摄像组件判断水果尺寸是否达到预设值。

4.根据权利要求3所述的一种水果采摘智能机器人，其特征在于，当所述水果尺寸达到预设值，所述采摘单元控制机械臂进行剪切。

5.根据权利要求4所述的一种水果采摘智能机器人，其特征在于，所述视觉单元通过摄像组件辨别水果枝干，并规划机械臂的移动轨迹，使机械臂对水果枝干进行剪切。

6.根据权利要求1所述的一种水果采摘智能机器人，其特征在于，所述支架结构设有若干安装孔，所述蜗轮结构通过铰接轴安装于安装孔；所述连接杆设有分别设于蜗轮结构两侧且套设于铰接轴的套臂。

7.根据权利要求1所述的一种水果采摘智能机器人，其特征在于，所述蜗杆结构通过联轴器连接有驱动电机，所述驱动电机与驱动单元电性连接。

8.根据权利要求1所述的一种水果采摘智能机器人，其特征在于，所述升降组件包括升降电机，以及与升降电机输出端连接的连接座，所述采摘组件安装于连接座。

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