CN111972128A - 一种击打式松果采摘机器人 - Google Patents

Abstract

一种击打式松果采摘机器人，涉及一种农业机械，本发明为解决现有技术中由于松果果实生长区域较高，人工采摘不便，以及由于松果果柄木质化程度高，果实分离力大，松树枝条韧性强等问题，导致松果采摘过程中出现采摘失败的问题，本发明中主体箱固接在底座上，中控机构设置在主体箱内，回转机构设置在主体箱中，且回转机构的转动输出端穿过主体箱的顶壁并设置在主体箱外部，回转机构的转动输出端与主体箱转动连接，俯仰机构的一端安装在回转机构的转动输出端上，调平机构安装在俯仰机构的另一端上，击打机构安装在调平机构上，回转机构、俯仰机构、调平机构和击打机构均与中控机构电连接，本发明主要用于对松果进行采摘。

Description

一种击打式松果采摘机器人

技术领域

本发明涉及一种农业机械，具体是一种击打式松果采摘机器人。

背景技术

松果是一种成簇生长的林木球果，成熟后具有极高的药用价值和营养价值。现有的松 果采摘主要依赖人工，存在危险系数高、劳动强度大、采摘效率低等问题已不能满足行业 发展的需要；

松树树高15-20米，冠幅2-5m，松果生长在松树树梢位置，由于松果果柄木质化程度高，果实分离力大，松树枝条韧性强等问题，导致松果采摘过程中出现采摘失败的情况；

因此，提出了一种松果采摘机器人以解决上述的问题，以便提高松果的采摘效率和采 摘设备的机械化自动化水平。

发明内容

本发明为解决现有技术中由于松果果实生长区域较高，人工采摘不便，以及由于松果 果柄木质化程度高，果实分离力大，松树枝条韧性强等问题，导致松果采摘过程中出现采 摘失败的问题，进而提出了一种击打式松果采摘机器人；

一种击打式松果采摘机器人，所述采摘机器人包括底座、主体箱、中控机构、回转机 构、俯仰机构、调平机构和击打机构；

主体箱固接在底座上，中控机构设置在主体箱内，回转机构设置在主体箱中，且回转机构的转动输出端穿过主体箱的顶壁并设置在主体箱外部，回转机构的转动输出端与主体箱转动连接，俯仰机构的一端安装在回转机构的转动输出端上，调平机构安装在俯仰机构的另一端上，击打机构安装在调平机构上，且击打机构通过调平机构与俯仰机构铰接，回转机构、俯仰机构、调平机构和击打机构均与中控机构电连接；

进一步地，所述回转机构包括涡轮蜗杆组件、涡轮轴和法兰片，所述涡轮蜗杆组件设 置在主体箱中，主体箱的一侧设有伺服电机，伺服电机的壳体与主体箱的外侧壁固定连接， 伺服电机的输出轴穿过主体箱的侧壁并通过联轴器与涡轮蜗杆组件中蜗杆的一端相连，涡 轮蜗杆组件中蜗杆的另一端设置在一号转动座中，且蜗杆的另一端与一号转动座转动连 接，一号转动座壳体与主体箱中与伺服电机相对的内侧壁固定连接，涡轮蜗杆组件中的涡 轮与蜗杆齿啮合设置，涡轮套装在涡轮轴上，涡轮轴的一端设置在二号转动座中，且涡轮 轴的一端与二号转动座转动连接，二号转动座的壳体与主体箱底部固定连接，涡轮轴的另 一端依次穿过主体箱的顶壁和固接在主体箱上方的法兰片并设置在法兰片外，涡轮轴与主 体箱的顶壁和法兰片均为转动连接；

进一步地，所述俯仰机构包括支撑组件、大臂组件、平衡连杆、第一电机组件、第一锥齿轮组件、小臂、第三电机组件和定位块；

支撑组件设置在主体箱的上方，且支撑组件与涡轮轴的另一端固定连接，大臂组件包 括一号侧臂和二号侧臂，一号侧臂和二号侧臂相对设置在支撑组件的两侧，且每个侧臂的 一端与支撑组件上部铰接，两个侧臂之间设有平衡连杆，平衡连杆的每一端与一个侧臂固 定连接，小臂设置在两个侧臂之间，且小臂通过固定轴与每个侧臂转动连接，第一电机组 件和第一锥齿轮组件设置在一号侧臂的外侧，第一电机组件的壳体固接在一号侧臂上，第 一电机组件的输出轴插装在第一锥齿轮组件中主动齿轮上，第一锥齿轮组件中主动齿轮和 从动齿轮齿啮合设置，从动齿轮套装在小臂中固定轴的一端上，第三电机组件和定位块设 置在二号侧壁的外侧，定位块扣装在小臂中固定轴的另一端上，第三电机组件的壳体穿过 二号侧臂并设置在支撑组件上部的连通圆柱内，第三电机组件的输出轴与一号侧臂固定连 接；

进一步地，所述调平机构包括第二电机组件、第一带轮组件、第四电机组件、第二带 轮组件和连接臂；

小臂的另一端设有两个连接耳板，连接臂的一端设置两个连接耳板之间，且连接臂与 小臂铰接，小臂的侧壁两端分别加工有一个电机组件容纳腔体，靠近大臂组件一端的电机 组件容纳腔体中设有第二电机组件，第二电机组件的壳体与所在电机组件容纳腔体的侧壁 固定连接，第二电机组件输出轴穿过所在电机组件容纳腔体的侧壁并插装在第二带轮组件 的主动带轮中，第二带轮组件中主动带轮和从动带轮通过皮带传动连接，第二带轮组件的 从动带轮靠近连接臂设置，从动带轮中插装有连接轴，连接轴的一端与从动带轮固定连接， 连接轴的另一端依次穿过一个连接耳板和连接臂的侧壁并设置在连接臂中，连接轴的另一 端上套装有一个一号锥齿轮，连接臂的内部还设有驱动轴支架，驱动轴支架上设有一根驱 动轴，驱动轴与驱动轴支架转动连接，驱动轴的一端套装有二号锥齿轮，二号锥齿轮与一 号锥齿轮齿啮合设置，驱动轴的一端套装有三号锥齿轮，三号锥齿轮与击打机构(7)传 动连接；

靠近连接臂一端的电机组件容纳腔体中设有第四电机组件，第四电机组件的壳体与所 在电机组件容纳腔体的侧壁固定连接，第四电机组件的输出轴穿过所在电机组件容纳腔体 的侧壁并插装在第一带轮组件中的主动带轮，第一带轮组件中的主动带轮和从动带轮通过 皮带传动连接，从动带轮靠近连接臂设置，从动带轮套装在连接销轴的一端上，连接销轴 的另一端穿过另一个连接耳板并与连接臂的侧壁固定连接；

进一步地，所述击打机构包括击打臂杆、异径十字夹、电机、视觉模块、支撑座、第一轴承座组件、四号锥齿轮、主传动轴和第二轴承座组件；

所述支撑座的一端设有两个连接耳板，主传动轴设置在两个连接耳板之间，主传动轴 的一端插装在第一轴承座组件中的轴承上，第一轴承座组件的壳体与一个连接耳板固定连 接，主传动轴的另一端插装在第二轴承的轴承内圈中，第二轴承的轴承外圈与另一个连接 耳板中嵌装的法兰盘固定连接，主传动轴上套装有四号锥齿轮，连接臂的另一端设置在支 撑座上的两个连接耳板之间，且连接臂与支撑座铰接，连接臂中的三号锥齿轮与四号锥齿 轮齿啮合设置，支撑座中设有电机，电机的壳体与支撑座内壁固定连接，电机的输出轴穿 过支撑座侧壁并插装在异径十字夹的一个通孔中，击打臂杆的一端插装在异径十字夹的另 一个通孔中，视觉模块设置在异径十字夹的附近，且视觉模块与支撑座的外侧壁固定连接；

进一步地，所述击打机构还包括第三同步轮组件，第三同步轮组件设置在第一轴承座 组件所在连接耳板的外侧，主传动轴的一端依次穿过第一轴承座组件的壳体和所在连接耳 板并插装在第三同步轮组件中的主动带轮上，第三同步轮组件中的主动带轮和从动带轮通 过皮带传动连接，从动带轮套装在支撑轴的一端上，支撑轴的另一端穿过第三同步轮组件 所在的连接耳板并插装在另一个连接耳板中，且支撑轴与两个连接耳板均为转动连接；

进一步地，所述采摘机器人还包括夹持机构，夹持机构设置在主箱体的侧壁上，夹持 机构包括两个连杆机构、传动齿条轴、壳体、齿轮组件、两个夹持机械手和压力传感器；

壳体与主箱体的侧壁固定连接，传动齿条轴和齿轮组件设置在壳体中，齿轮组件包括 两个齿轮，每个齿轮套装在一根固定杆上，每根固定杆的下端与壳体的底板转动连接，传 动齿条轴的一端设置在两个齿轮之间，且传动齿条轴与两个齿轮均为齿啮合设置，传动齿 条轴的另一端与电机的输出端相连，每个固定杆的上端通过一个连杆机构与一个夹持机械 手传动连接，且两个夹持机械手相对设置，其中一个夹持机械手的夹持面上固接有一个压 力传感器，压力传感器与中控机构电连接；

进一步地，所述壳体的底板上加工有一个限位槽，传动齿条轴设置在限位槽中，且限 位槽与传动齿条轴配合设置；

进一步地，所述采摘机器人还包括移动机构，移动机构为带有履带的小车，底座设置 在移动机构的上表面上，且底座与移动机构固定连接；

进一步地，所述移动机构一侧设有超声波范围传感器，超声波范围传感器与中控机构 电连接。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1.本发明提供了一种击打式松果采摘机器人，通过击打机构击打所在树枝使松果掉 落，实现了对松果进行采摘的成功率。

2.本发明提供了一种击打式松果采摘机器人，通过俯仰机构、调平机构和回转机构 可实现对不同高度，不同距离松果的采摘，提高了对于松果进行采摘的工作范围。

3.本发明提供了一种击打式松果采摘机器人，通过双目摄像头实现对松果的自动识 别，自动定位，减轻了人工采摘的劳动压力，提高了采摘的效率。

4.本发明提供了一种击打式松果采摘机器人，控制简单，便于操作，适应性强，可进行高处和距离树木主干较远的松果采摘，提高了松果采摘效率和减少了松果的浪费。

附图说明

图1为本发明中所述击打式松果采摘机器人待工作状态结构示意图；

图2为本发明中所述击打式松果采摘机器人工作状态结构示意图；

图3为本发明中所述击打式松果采摘机器人侧面结构示意图；

图4为本发明中所述夹持机构结构示意图；

图5为本发明中所述夹持机构驱动示意图；

图6为本发明中所述击打机构结构示意图；

图7为本发明中所述移动机构结构示意图；

图8为本发明中所述连接臂中传动机构示意图；

图9为本发明中所述视觉模块工作流程图；

图中1底座、2主体箱、3中控机构、4回转机构、5俯仰机构、6调平机构、7击打 机构、、8伺服电机、9涡轮蜗杆组件、10涡轮轴、11法兰片、12支撑组件、13大臂组 件、14平衡连杆、15第一电机组件、16第一锥齿轮组件、17小臂、18第二电机组件、 19第一带轮组件、20夹持机构、21第三电机组件、22定位块、23第四电机组件、24第 二带轮组件、25连接臂、26连杆机构、27传动齿条轴、28壳体、29齿轮组件、30夹持 机械手、31压力传感器、32击打臂杆、33异径十字夹、34电机、35视觉模块、36支撑 座、37第三带轮组件、38第一轴承座组件、39四号锥齿轮、40主传动轴、41第二轴承 座组件、42移动机构和43超声波范围传感器。

具体实施方式

具体实施方式一：参照图1至图3说明本实施方式，本实施方式提供了一种击打式松 果采摘机器人，所述采摘机器人包括底座1、主体箱2、中控机构3、回转机构4、俯仰机 构5、调平机构6和击打机构7；

主体箱2固接在底座1上，中控机构3设置在主体箱2内，回转机构4设置在主体箱 2中，且回转机构4的转动输出端穿过主体箱2的顶壁并设置在主体箱2外部，回转机 构4的转动输出端与主体箱2转动连接，俯仰机构5的一端安装在回转机构4的转动输出 端上，调平机构6安装在俯仰机构5的另一端上，击打机构7安装在调平机构6上，且击 打机构7通过调平机构6与俯仰机构5铰接，回转机构4、俯仰机构5、调平机构6和击 打机构7均与中控机构3电连接。

本实施方式中提供了一种击打式松果采摘机器人，通过击打机构击打所在树枝使松果 掉落，实现了对松果进行采摘的成功率，通过俯仰机构、调平机构和回转机构可实现对不 同高度，不同距离松果的采摘，提高了对于松果进行采摘的工作范围，通过双目摄像头实 现对松果的自动识别，自动定位，减轻了人工采摘的劳动压力，提高了采摘的效率，且本 采摘机器人控制简单，便于操作，适应性强，可进行高处和距离树木主干较远的松果采摘， 提高了松果采摘效率和减少了松果的浪费，本装置中中控机构3采用上位机和运动控制卡 的控制方式。

具体实施方式二：参照图2说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的 回转机构4作进一步限定，本实施方式中，所述回转机构4包括涡轮蜗杆组件9、涡轮轴10和法兰片11，所述涡轮蜗杆组件9设置在主体箱2中，主体箱2的一侧设有伺服电机 8，伺服电机8的壳体与主体箱2的外侧壁固定连接，伺服电机8的输出轴穿过主体箱2 的侧壁并通过联轴器与涡轮蜗杆组件9中蜗杆的一端相连，涡轮蜗杆组件9中蜗杆的另一 端设置在一号转动座中，且蜗杆的另一端与一号转动座转动连接，一号转动座壳体与主体 箱2中与伺服电机8相对的内侧壁固定连接，涡轮蜗杆组件9中的涡轮与蜗杆齿啮合设置， 涡轮套装在涡轮轴10上，涡轮轴10的一端设置在二号转动座中，且涡轮轴10的一端与 二号转动座转动连接，二号转动座的壳体与主体箱2底部固定连接，涡轮轴10的另一端 依次穿过主体箱2的顶壁和固接在主体箱2上方的法兰片11并设置在法兰片11外，涡轮 轴10与主体箱2的顶壁和法兰片11均为转动连接。其它组成及连接方式与具体实施方式 一相同。

本实施方式中，回转机构4是用来实现对采摘机械人转向功能的机构，通过伺服电机 8带动涡轮蜗杆组件9旋转，实现相同高度不同位置松果的采摘，伺服电机8与中控机构7电连接,涡轮轴10与主体箱2的顶壁和法兰片11之间设有轴承，达到涡轮轴10与主 体箱2的顶壁和法兰片11之间无障碍转动连接的效果。

具体实施方式三：参照图2和图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式二 中所述的俯仰机构5作进一步限定，本实施方式中，所述俯仰机构5包括支撑组件12、 大臂组件13、平衡连杆14、第一电机组件15、第一锥齿轮组件16、小臂17、第三电机 组件21和定位块22；

支撑组件12设置在主体箱2的上方，且支撑组件12与涡轮轴10的另一端固定连接，大臂组件13包括一号侧臂和二号侧臂，一号侧臂和二号侧臂相对设置在支撑组件12的两侧，且每个侧臂的一端与支撑组件12上部铰接，两个侧臂之间设有平衡连杆14，平衡连 杆14的每一端与一个侧臂固定连接，小臂17设置在两个侧臂之间，且小臂17通过固定 轴与每个侧臂转动连接，第一电机组件15和第一锥齿轮组件16设置在一号侧臂的外部， 第一电机组件15的壳体固接在一号侧臂上，第一电机组件15的输出轴插装在第一锥齿轮 组件16中主动齿轮上，第一锥齿轮组件16中主动齿轮和从动齿轮齿啮合设置，从动齿轮 套装在小臂17中固定轴的一端上，第三电机组件21和定位块22设置在二号侧壁的外部， 定位块22扣装在小臂17中固定轴的另一端上，第三电机组件21的壳体穿过二号侧臂并 设置在支撑组件12上部的连通圆柱内，第三电机组件21的输出轴与一号侧臂固定连接。 其它组成及连接方式与具体实施方式二相同。

本实施方式中，俯仰机构5是用来实现对采摘机械人高度调节的机构，通过第一电机 组件15实现小臂17和大臂组件13之间转动连接(小臂17相对于大臂组件13转动)， 通过第三电机组件21实现支撑组件12和大臂组件13之间转动连接(大臂组件13相对于 支撑组件12转动)，控制俯仰机构4运动至指定位置，配合击打机构7完成不同高度、 不同距离松果的采摘，第三电机组件21和第一电机组件15与中控机构7电连接，第三电 机组件21和第一电机组件15均包括电机和减速机，电机的输出轴与减速机的输入端相连， 减速机的输出轴与对应的主动齿轮相连；

从动齿轮套装在小臂17中固定轴的一端上，通过第一电机组件15带动主动齿轮，主 动齿轮带动从动齿轮，从动齿轮带动小臂17中固定轴旋转，从而实现小臂17相对于大臂组件13转动，固定轴与一号侧臂和二号侧臂之间均设有轴承，保证了小臂17转动时的连 贯性。

具体实施方式四：参照图3说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的 调平机构6作进一步限定，本实施方式中，所述调平机构6包括第二电机组件18、第一 带轮组件19、第四电机组件23、第二带轮组件24和连接臂25；

小臂17的另一端设有两个连接耳板，连接臂25的一端设置两个连接耳板之间，且连 接臂25与小臂17铰接，小臂17的侧壁两端分别加工有一个电机组件容纳腔体，靠近大臂组件13一端的电机组件容纳腔体中设有第二电机组件18，第二电机组件18的壳体与 所在电机组件容纳腔体的侧壁固定连接，第二电机组件18输出轴穿过所在电机组件容纳 腔体的侧壁并插装在第二带轮组件24的主动带轮中，第二带轮组件24中主动带轮和从动 带轮通过皮带传动连接，第二带轮组件24的从动带轮靠近连接臂25设置，从动带轮中插 装有连接轴，连接轴的一端与从动带轮固定连接，连接轴的另一端依次穿过一个连接耳板 和连接臂25的侧壁并设置在连接臂25中，连接轴的另一端上套装有一个一号锥齿轮，连 接臂25的内部还设有驱动轴支架，驱动轴支架上设有一根驱动轴，驱动轴与驱动轴支架 转动连接，驱动轴的一端套装有二号锥齿轮，二号锥齿轮与一号锥齿轮齿啮合设置，驱动 轴的一端套装有三号锥齿轮，三号锥齿轮与击打机构7传动连接；

靠近连接臂25一端的电机组件容纳腔体中设有第四电机组件23，第四电机组件23的壳体与所在电机组件容纳腔体的侧壁固定连接，第四电机组件23的输出轴穿过所在电机组件容纳腔体的侧壁并插装在第一带轮组件19中的主动带轮，第一带轮组件19中的主动带轮和从动带轮通过皮带传动连接，从动带轮靠近连接臂25设置，从动带轮套装在连 接销轴的一端上，连接销轴的另一端穿过另一个连接耳板并与连接臂25的侧壁固定连接。 其它组成及连接方式与具体实施方式三相同。

本实施方式中，第四电机组件23驱动第一带轮组件19实现小臂17与连接臂25之间的铰接(连接臂25相对于小臂17转动)，连接臂25用于连接小臂17和击打机构7，第 二电机组件18驱动第二带轮组件24实现连接臂25中一号锥齿轮、二号锥齿轮和三号锥 齿轮的转动，同时用来带动击打机构7中的四号锥齿轮转动，用来实现击打机构7的调平， 第二电机组件18包括伺服电机与行星减速机，通过行星减速机与锥齿组件相连，进而带 动第二带轮组件24运动，控制连接臂25完成调平；上述结构，可解决由于小臂过长而导 致采摘过程中仰角过大的问题，并通过调节连接臂可实现小范围不同高度松果的采摘，第 二电机组件18和第四电机组件23中的电机均与中控机构3电连接。

具体实施方式五：参照图6说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的 击打机构7作进一步限定，本实施方式中，所述击打机构7包括击打臂杆32、异径十字 夹33、电机34、视觉模块35、支撑座36、第一轴承座组件38、四号锥齿轮39、主传动 轴40和第二轴承座组件41；

所述支撑座36的一端设有两个连接耳板，主传动轴40设置在两个连接耳板之间，主 传动轴40的一端插装在第一轴承座组件38中的轴承上，第一轴承座组件38的壳体与一个连接耳板固定连接，主传动轴40的另一端插装在第二轴承41的轴承内圈中，第二轴承41的轴承外圈与另一个连接耳板中嵌装的法兰盘固定连接，主传动轴40上套装有四号锥 齿轮39，连接臂25的另一端设置在支撑座36上的两个连接耳板之间，且连接臂25与支 撑座36铰接，连接臂25中的三号锥齿轮与四号锥齿轮39齿啮合设置，支撑座36中设有 电机34，电机34的壳体与支撑座36内壁固定连接，电机34的输出轴穿过支撑座36侧 壁并插装在异径十字夹33的一个通孔中，击打臂杆32的一端插装在异径十字夹33的另 一个通孔中，视觉模块35设置在异径十字夹33的附近，且视觉模块35与支撑座36的外 侧壁固定连接。其它组成及连接方式与具体实施方式四相同。

本实施方式中，击打机构7是用于击落书上的松果果实实现采摘的目的，击打机构7 中的电机34与中控机构3电连接，为了避免夹持和采摘过2程中造成树木损伤，击打臂 杆32与树木接触位置均采用软质橡胶包裹；

视觉模块35包括图像捕捉装置和机器视觉装置，图像捕捉装置是提供三维图像的云 台双目摄像头，由一颗深度摄像头、一颗彩色摄像头和4颗红外灯珠组成，它可提供外观和高度位置信息；图像捕捉装置通过捕捉连续静态图片提供图像数据；机器视觉装置通过颜色辨别、形状辨别和纹理辨别识别并定位出松果和松果所在树枝；利用大量的训练样本集提高识别的速度与准确性

具体实施方式六：参照图6说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式四所述的 击打机构7作进一步限定，本实施方式中，所述击打机构7还包括第三同步轮组件37.第三同步轮组件37设置在第一轴承座组件38所在连接耳板的外侧，主传动轴40的一端依 次穿过第一轴承座组件38的壳体和所在连接耳板并插装在第三同步轮组件37中的主动带 轮上，第三同步轮组件37中的主动带轮和从动带轮通过皮带传动连接，从动带轮套装在 支撑轴的一端上，支撑轴的另一端穿过第三同步轮组件37所在的连接耳板并插装在另一 个连接耳板中，且支撑轴与两个连接耳板均为转动连接。其它组成及连接方式与具体实施 方式五相同。

本实施方式中，第三同步轮组件37带动支撑轴结构是为了有效对支撑座36延伸出的 两个耳板进行支撑，避免支撑座36延伸的耳板长度过长，导致击打机构7中带有击打臂杆32的一端重量过大，在工作时产生重心偏移，影响击打的稳定性和准确性。

具体实施方式七：参照图4说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的 采摘机器人作进一步限定，本实施方式中，所述采摘机器人还包括夹持机构20，夹持机构20设置在主箱体2的侧壁上，夹持机构20包括两个连杆机构26、传动齿条轴27、壳 体28、齿轮组件29、两个夹持机械手30和压力传感器31；

壳体28与主箱体2的侧壁固定连接，传动齿条轴27和齿轮组件29设置在壳体28中，齿轮组件29包括两个齿轮，每个齿轮套装在一根固定杆上，每根固定杆的下端与壳 体28的底板转动连接，传动齿条轴27的一端设置在两个齿轮之间，且传动齿条轴27与 两个齿轮均为齿啮合设置，传动齿条轴27的另一端与推杆电机的输出端相连，每个固定 杆的上端通过一个连杆机构26与一个夹持机械手30传动连接，且两个夹持机械手30相 对设置，其中一个夹持机械手30的夹持面上固接有一个压力传感器31，压力传感器31 与中控机构7电连接。。其它组成及连接方式与具体实施方式六相同。

本实施方式中，夹持机构20完成对松树主干位置夹紧，电机内置于传动齿条轴27内部，电机工作带动传动齿条轴27转动，传动齿条轴27与齿轮组件29啮合连接，夹持 机械手30与齿轮组件29传动连接，故夹持机械手30可实现夹持和张开，压力传感器31 通过设置阈值来判断夹持机构20是否完成稳定夹持。

具体实施方式八：参照图5说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的 壳体28作进一步限定，本实施方式中，所述壳体28的底板上加工有一个限位槽，传动齿条轴27设置在限位槽中，且限位槽与传动齿条轴27配合设置。其它组成及连接方式与具 体实施方式七相同。

本实施方式中，为了使齿条齿轮运行状态更加平稳，所述传动齿条轴27下方设有限 位槽，所述限位槽设置在壳体28内部，所述传动齿条27与限位槽匹配。

具体实施方式九：参照图7说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的 采摘机器人作进一步限定，本实施方式中，所述采摘机器人还包括移动机构42，移动机构42为带有履带的小车，底座1设置在移动机构42的上表面上，且底座1与移动机构 42固定连接。其它组成及连接方式与具体实施方式七相同。

本实施方式中，为了使击打式松果采摘机器人自动移动，所述底座1安装在移动机构 42上方，所述动力装置设置在移动机构42内部，动力装置与中控机构3电连接。

具体实施方式十：参照图7说明本实施方式，本实施方式是对具体实施方式一所述的 移动机构42作进一步限定，本实施方式中，所述移动机构42一侧设有超声波范围传感器43，超声波范围传感器43与中控机构7电连接。其它组成及连接方式与具体实施方式七 相同。

本实施方式中，为了使松果采摘机器人自动避障，所述移动机构42一侧设有超声波 范围传感器43，所述超声波范围传感器43与中控机构7电连接。

工作原理

本发明在使用时，首先利用移动机构42将击打式松果采摘机器人移动到所要采摘松 果的树下，并进行后续采摘工作；

松果采摘过程中，云台双目摄像头进行远景图像的采集，基于RGB-Depth图像，运用 三角测量的基本原理计算图像像素间的位置偏差，获得图像的三维深度信息，搭建一个实 时的目标松树三维框架，并对框架内的松果及松果所在树枝进行标定，考虑松果的生长特 征和实际采摘环境，用红外灯珠辅助测量目标果实的位置信息；

通过建立的三维框架，机械臂运动至指定位置，云台双目摄像头进行近景图像的采集， 并通过云台的转动完成对松果及松果所在树枝细节信息的描绘，实现对松果的精准定位与 识别，并根据运动规划算法进行目标果实排序；

当多个枝条距离非常近时，机器视觉装置通过运动规划算法采取机械臂灵活空间内最 近策略，智能引导击打机构至指定松果所在树枝，当采摘完成，系统自动寻找下一树枝， 反复执行，直至采摘完成；

松果采摘过程中，夹持机构20完成对松树主干位置夹紧，电机内置于传动齿条轴27 内部，电机工作带动传动齿条27转动，传动齿条27与齿轮组件29啮合连接，夹持机械 手30与齿轮组件29传动连接，故夹持机械手30可实现夹持和张开，压力传感器31通过 设置阈值来判断夹持机构20是否完成稳定夹持；

松果采摘过程中，通过视觉模块35识别并定位到目标果实所在树枝，将其松果的姿 态信息反馈给中控机构3，进而控制伺服电机8运动，带动涡轮蜗杆组件9旋转，实现相同高度不同位置松果的采摘；

松果采摘过程中，通过视觉模块35识别并定位到目标果实所在树枝，将其松果的高 度与距离信息反馈给中控机构3，进而控制俯仰机构4运动至指定位置，配合击打机构6完成不同高度、不同距离松果的采摘；

松果采摘过程中，通过视觉模块35识别并定位到目标果实所在树枝，击打臂杆6根据树枝粗细程度进而调整击打的速度，对目标果实实现360度旋转击打，完成松果的采摘。

Claims (10)

1.一种击打式松果采摘机器人，其特征在于，所述采摘机器人包括底座(1)、主体箱(2)、中控机构(3)、回转机构(4)、俯仰机构(5)、调平机构(6)和击打机构(7)；

主体箱(2)固接在底座(1)上，中控机构(3)设置在主体箱(2)内，回转机构(4)设置在主体箱(2)中，且回转机构(4)的转动输出端穿过主体箱(2)的顶壁并设置在主体箱(2)外部，回转机构(4)的转动输出端与主体箱(2)转动连接，俯仰机构(5)的一端安装在回转机构(4)的转动输出端上，调平机构(6)安装在俯仰机构(5)的另一端上，击打机构(7)安装在调平机构(6)上，且击打机构(7)通过调平机构(6)与俯仰机构(5)铰接，回转机构(4)、俯仰机构(5)、调平机构(6)和击打机构(7)均与中控机构(3)电连接。

2.根据权利要求1中所述的一种击打式松果采摘机器人，其特征在于：所述回转机构(4)包括涡轮蜗杆组件(9)、涡轮轴(10)和法兰片(11)，所述涡轮蜗杆组件(9)设置在主体箱(2)中，主体箱(2)的一侧设有伺服电机(8)，伺服电机(8)的壳体与主体箱(2)的外侧壁固定连接，伺服电机(8)的输出轴穿过主体箱(2)的侧壁并通过联轴器与涡轮蜗杆组件(9)中蜗杆的一端相连，涡轮蜗杆组件(9)中蜗杆的另一端设置在一号转动座中，且蜗杆的另一端与一号转动座转动连接，一号转动座壳体与主体箱(2)中与伺服电机(8)相对的内侧壁固定连接，涡轮蜗杆组件(9)中的涡轮与蜗杆齿啮合设置，涡轮套装在涡轮轴(10)上，涡轮轴(10)的一端设置在二号转动座中，且涡轮轴(10)的一端与二号转动座转动连接，二号转动座的壳体与主体箱(2)底部固定连接，涡轮轴(10)的另一端依次穿过主体箱(2)的顶壁和固接在主体箱(2)上方的法兰片(11)并设置在法兰片(11)外，涡轮轴(10)与主体箱(2)的顶壁和法兰片(11)均为转动连接。

3.根据权利要求2中所述的一种击打式松果采摘机器人，其特征在于：所述俯仰机构(5)包括支撑组件(12)、大臂组件(13)、平衡连杆(14)、第一电机组件(15)、第一锥齿轮组件(16)、小臂(17)、第三电机组件(21)和定位块(22)；

支撑组件(12)设置在主体箱(2)的上方，且支撑组件(12)与涡轮轴(10)的另一端固定连接，大臂组件(13)包括一号侧臂和二号侧臂，一号侧臂和二号侧臂相对设置在支撑组件(12)的两侧，且每个侧臂的一端与支撑组件(12)上部铰接，两个侧臂之间设有平衡连杆(14)，平衡连杆(14)的每一端与一个侧臂固定连接，小臂(17)设置在两个侧臂之间，且小臂(17)通过固定轴与每个侧臂转动连接，第一电机组件(15)和第一锥齿轮组件(16)设置在一号侧臂的外侧，第一电机组件(15)的壳体固接在一号侧臂上，第一电机组件(15)的输出轴插装在第一锥齿轮组件(16)中主动齿轮上，第一锥齿轮组件(16)中主动齿轮和从动齿轮齿啮合设置，从动齿轮套装在小臂(17)中固定轴的一端上，第三电机组件(21)和定位块(22)设置在二号侧壁的外侧，定位块(22)扣装在小臂(17)中固定轴的另一端上，第三电机组件(21)的壳体穿过二号侧臂并设置在支撑组件(12)上部的连通圆柱内，第三电机组件(21)的输出轴与一号侧臂固定连接。

4.根据权利要求3中所述的一种击打式松果采摘机器人，其特征在于：所述调平机构(6)包括第二电机组件(18)、第一带轮组件(19)、第四电机组件(23)、第二带轮组件(24)和连接臂(25)；

小臂(17)的另一端设有两个连接耳板，连接臂(25)的一端设置两个连接耳板之间，且连接臂(25)与小臂(17)铰接，小臂(17)的侧壁两端分别加工有一个电机组件容纳腔体，靠近大臂组件(13)一端的电机组件容纳腔体中设有第二电机组件(18)，第二电机组件(18)的壳体与所在电机组件容纳腔体的侧壁固定连接，第二电机组件(18)输出轴穿过所在电机组件容纳腔体的侧壁并插装在第二带轮组件(24)的主动带轮中，第二带轮组件(24)中主动带轮和从动带轮通过皮带传动连接，第二带轮组件(24)的从动带轮靠近连接臂(25)设置，从动带轮中插装有连接轴，连接轴的一端与从动带轮固定连接，连接轴的另一端依次穿过一个连接耳板和连接臂(25)的侧壁并设置在连接臂(25)中，连接轴的另一端上套装有一个一号锥齿轮，连接臂(25)的内部还设有驱动轴支架，驱动轴支架上设有一根驱动轴，驱动轴与驱动轴支架转动连接，驱动轴的一端套装有二号锥齿轮，二号锥齿轮与一号锥齿轮齿啮合设置，驱动轴的一端套装有三号锥齿轮，三号锥齿轮与击打机构(7)传动连接；

靠近连接臂(25)一端的电机组件容纳腔体中设有第四电机组件(23)，第四电机组件(23)的壳体与所在电机组件容纳腔体的侧壁固定连接，第四电机组件(23)的输出轴穿过所在电机组件容纳腔体的侧壁并插装在第一带轮组件(19)中的主动带轮，第一带轮组件(19)中的主动带轮和从动带轮通过皮带传动连接，从动带轮靠近连接臂(25)设置，从动带轮套装在连接销轴的一端上，连接销轴的另一端穿过另一个连接耳板并与连接臂(25)的侧壁固定连接。

5.根据权利要求4中所述的一种击打式松果采摘机器人，其特征在于：所述击打机构(7)包括击打臂杆(32)、异径十字夹(33)、电机(34)、视觉模块(35)、支撑座(36)、第一轴承座组件(38)、四号锥齿轮(39)、主传动轴(40)和第二轴承(41)；

所述支撑座(36)的一端设有两个连接耳板，主传动轴(40)设置在两个连接耳板之间，主传动轴(40)的一端插装在第一轴承座组件(38)中的轴承上，第一轴承座组件(38)的壳体与一个连接耳板固定连接，主传动轴(40)的另一端插装在第二轴承(41)的轴承内圈中，第二轴承(41)的轴承外圈与另一个连接耳板中嵌装的法兰盘固定连接，主传动轴(40)上套装有四号锥齿轮(39)，连接臂(25)的另一端设置在支撑座(36)上的两个连接耳板之间，且连接臂(25)与支撑座(36)铰接，连接臂(25)中的三号锥齿轮与四号锥齿轮(39)齿啮合设置，支撑座(36)中设有电机(34)，电机(34)的壳体与支撑座(36)内壁固定连接，电机(34)的输出轴穿过支撑座(36)侧壁并插装在异径十字夹(33)的一个通孔中，击打臂杆(32)的一端插装在异径十字夹(33)的另一个通孔中，视觉模块(35)设置在异径十字夹(33)的附近，且视觉模块(35)与支撑座(36)的外侧壁固定连接。

6.根据权利要求5中所述的一种击打式松果采摘机器人，其特征在于：所述击打机构还包括第三同步轮组件(37).第三同步轮组件(37)设置在第一轴承座组件(38)所在连接耳板的外侧，主传动轴(40)的一端依次穿过第一轴承座组件(38)的壳体和所在连接耳板并插装在第三同步轮组件(37)中的主动带轮上，第三同步轮组件(37)中的主动带轮和从动带轮通过皮带传动连接，从动带轮套装在支撑轴的一端上，支撑轴的另一端穿过第三同步轮组件(37)所在的连接耳板并插装在另一个连接耳板中，且支撑轴与两个连接耳板均为转动连接。

7.根据权利要求6中所述的一种击打式松果采摘机器人，其特征在于：所述采摘机器人还包括夹持机构(20)，夹持机构(20)设置在主箱体(2)的侧壁上，夹持机构(20)包括两个连杆机构(26)、传动齿条轴(27)、壳体(28)、齿轮组件(29)、两个夹持机械手(30)和压力传感器(31)；

壳体(28)与主箱体(2)的侧壁固定连接，传动齿条轴(27)和齿轮组件(29)设置在壳体(28)中，齿轮组件(29)包括两个齿轮，每个齿轮套装在一根固定杆上，每根固定杆的下端与壳体(28)的底板转动连接，传动齿条轴(27)的一端设置在两个齿轮之间，且传动齿条轴(27)与两个齿轮均为齿啮合设置，传动齿条轴(27)的另一端与电机的输出端相连，每个固定杆的上端通过一个连杆机构(26)与一个夹持机械手(30)传动连接，且两个夹持机械手(30)相对设置，其中一个夹持机械手(30)的夹持面上固接有一个压力传感器(31)，压力传感器(31)与中控机构(7)电连接。

8.根据权利要求7中所述的一种击打式松果采摘机器人，其特征在于：所述壳体(28)的底板上加工有一个限位槽，传动齿条轴(27)设置在限位槽中，且限位槽与传动齿条轴(27)配合设置。

9.根据权利要求8中所述的一种击打式松果采摘机器人，其特征在于：所述采摘机器人还包括移动机构(42)，移动机构(42)为带有履带的小车，底座(1)设置在移动机构(42)的上表面上，且底座(1)与移动机构(42)固定连接。

10.根据权利要求8中所述的一种击打式松果采摘机器人，其特征在于：所述移动机构(42)一侧设有超声波范围传感器(43)，超声波范围传感器(43)与中控机构(7)电连接。

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