CN112273057A - 一种多机器人果园自主作业方案 - Google Patents

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陈芷莹
梁佳佳
廖铠丰
蔡迎虎
史志斌
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    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
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    • A01D46/30—Robotic devices for individually picking crops
    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
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    • A01D46/00—Picking of fruits, vegetables, hops, or the like; Devices for shaking trees or shrubs
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Abstract

本发明公开了一种多机器人果园自主作业方案，包含水果采摘机器人和水果卸货机器人；所述水果采摘机器人的摄像头用来导航和定位水果；机械手能实现瞄准和采摘果实功能；机械手旋转可将采到的水果放入收集装置；转运系统可以被推杆抬升，将收集装置中的水果转运至水果卸货机器人的收集装置中。所述水果卸货机器人包括定位系统、通信系统、收集装置、卸货装置；水果卸货机器人通过定位系统定位到水果采摘机器人转运口的正后方，收集装置接受到水果后再次通过定位系统定位至卸货区，通过卸货装置将收集装置整个放置于卸货区内。本发明的自主作业方案能够实现果园采摘转运卸货的全自动化，帮助果园减少劳动力的投入，提高果园生产效率和经济效益。

Description

一种多机器人果园自主作业方案
技术领域
本发明涉及果实采摘转运技术领域，尤其涉及一种多机器人联动配合作业的果园自主作业方案。
背景技术
果实采摘对达到成熟度的果实进行采摘的过程，是果树生产中用工较多、用时较长的一个过程，及时合理方便的采收和存放，对果品当年和来年的产量、品质，以及果品的贮运加工和市场供应关系极大。
现有的果园采摘、转运方法对果实进行采摘时，人力成本较大，受天气因素影响大，使得采摘转运工作一定程度上耗时变长、效率变低，并且在采摘的同时不能够很好的存放转运果实，这样使得收集果实的难度加大，使后续的果实加工过程不能更好的开展。现有的果园采摘机器人难以对多种水果进行采摘，利用率不高。因此，现有技术需要进一步改进和完善。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种多机器人果园自主作业方案。
本发明的目的通过下述技术方案实现：
一种多机器人果园自主作业方案，主要包括基于机器自主学习的用于采摘树上水果的水果采摘机器人、以及承接水果采摘机器人输送的水果并将水果卸下的水果卸货机器人。所述水果采摘机器人包括机械臂、识别装置、以及运输装置。所述识别装置包含两个摄像头，其中一个摄像头设置在水果采摘机器人的上方，位于机器人前端。另一个摄像头设置在水果采摘机器人的下方，位于机器人的侧面。所述机械臂设置在运输装置的前方，机械臂将收集到的水果放入运输装置内。所述水果卸货机器人包括定位装置和卸货装置。所述定位装置安装在卸货装置内。所述水果卸货机器人通过定位装置的精确定位，将果篮筐对准水果采摘机器人的水果输出端，接收完水果后再次定位到卸货区，通过卸货装置将果篮筐内的水果卸下。
进一步的，所述水果采摘机器人安装了识别系统，并采用深度学习算法，学习不同水果的外形特点以及成熟的水果颜色，来确定所需采摘水果的位置。
具体的，所述运输装置主要包括用于收集的果篮筐、以及用于抬升果篮筐的丝杆机构。所述丝杆机构下方设有驱动装置，驱动装置驱动丝杆旋转从而带动果篮筐上升下降，实现水果的转运。
作为本发明的优选方案，所述定位系统采用GPS进行定位，在采摘工作完成后将位置信息通过无线模块传输给水果卸货机器人。
进一步的，所述定位装置设置在水果卸货机器人的底部，并分别对水果卸货机器人前方以及侧面进行定位。
具体的，所述卸货装置主要包括电磁锁、舵机、果篮筐底板、以及可分离式果篮筐组成。所述舵机设置果篮筐底板上并与其连接。所述电磁锁固定于果篮筐底板的两侧，所述果篮筐的两侧设有电磁锁插入孔。所述可分离式果篮筐设置在果篮筐底板上。
本发明包含一个水果采摘机器人，一个水果卸货机器人，属于农业机械技术领域，解决了现有水果采摘机器人收集装置存储容量少、收获效率低、无法卸货、功能单一等问题。所述水果采摘机器人包括摄像头、机械手、通信系统、收集装置、转运装置；其中摄像头用来导航和定位水果；所述机械手有3个舵机，能实现瞄准和采摘果实功能；通信系统能实现水果采摘机器人与水果卸货机器人之间的通信；收集装置位于机械手旁，机械手旋转可将采到的水果放入收集装置；转运系统可以被推杆抬升，将收集装置中的水果转运至水果卸货机器人的收集装置中。所述水果卸货机器人包括定位系统、通信系统、收集装置、卸货装置；水果卸货机器人通过定位系统定位到水果采摘机器人转运口的正后方，收集装置接受到水果后再次通过定位系统定位至卸货区，通过卸货装置将收集装置整个放置于卸货区内。本发明的自主作业方案能够实现果园采摘转运卸货的全自动化，帮助果园减少劳动力的投入，提高果园生产效率和经济效益。
附图说明
图1是本发明所提供的多机器人果园自主作业方案的结构示意图。
图2是本发明所提供的多机器人果园自主作业方案的主视图。
图3是本发明所提供的多机器人果园自主作业方案的侧视图。
图4是本发明所提供的多机器人果园自主作业方案的俯视图。
上述附图中的标号说明：
1-斜槽，2-机械臂，3-前方摄像头，4-侧边摄像头，5-果篮筐，6-步进电机，7-丝杆机构，8-U型钢，9-底盘，10-柔性爪子。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：
如图1至图4所示，本实施例公开了一种多机器人果园自主作业方案，主要包括基于机器自主学习的用于采摘树上水果的水果采摘机器人、以及承接水果采摘机器人输送的水果并将水果卸下的水果卸货机器人。所述水果采摘机器人包括机械臂2、识别装置、以及运输装置。所述识别装置包含两个摄像头，其中一个摄像头(前方摄像头3)设置在水果采摘机器人的上方，位于机器人前端。另一个摄像头(侧边摄像头4)设置在水果采摘机器人的下方，位于机器人的侧面。所述机械臂2设置在运输装置的前方，机械臂2将收集到的水果放入运输装置内。所述水果卸货机器人包括定位装置和卸货装置。所述定位装置安装在卸货装置内。所述水果卸货机器人通过定位装置的精确定位，将果篮筐5对准水果采摘机器人的水果输出端，接收完水果后再次定位到卸货区，通过卸货装置将果篮筐5内的水果卸下。
进一步的，所述水果采摘机器人安装了识别系统，并采用深度学习算法，学习不同水果的外形特点以及成熟的水果颜色，来确定所需采摘水果的位置。
具体的，所述运输装置主要包括用于收集的果篮筐5、以及用于抬升果篮筐5的丝杆机构7。所述丝杆机构7下方设有驱动装置，驱动装置驱动丝杆旋转从而带动果篮筐5上升下降，实现水果的转运。
作为本发明的优选方案，所述定位系统采用GPS进行定位，在采摘工作完成后将位置信息通过无线模块传输给水果卸货机器人。
进一步的，所述定位装置设置在水果卸货机器人的底部，并分别对水果卸货机器人前方以及侧面进行定位。
具体的，所述卸货装置主要包括电磁锁、舵机、果篮筐底板、以及可分离式果篮筐5组成。所述舵机设置果篮筐底板上并与其连接。所述电磁锁固定于果篮筐底板的两侧，所述果篮筐5的两侧设有电磁锁插入孔。所述可分离式果篮筐5设置在果篮筐底板上。
本发明包含一个水果采摘机器人，一个水果卸货机器人，属于农业机械技术领域，解决了现有水果采摘机器人收集装置存储容量少、收获效率低、无法卸货、功能单一等问题。所述水果采摘机器人包括摄像头、机械手、通信系统、收集装置、转运装置；其中摄像头用来导航和定位水果；所述机械手有3个舵机，能实现瞄准和采摘果实功能；通信系统能实现水果采摘机器人与水果卸货机器人之间的通信；收集装置位于机械手旁，机械手旋转可将采到的水果放入收集装置；转运系统可以被推杆抬升，将收集装置中的水果转运至水果卸货机器人的收集装置中。所述水果卸货机器人包括定位系统、通信系统、收集装置、卸货装置；水果卸货机器人通过定位系统定位到水果采摘机器人转运口的正后方，收集装置接受到水果后再次通过定位系统定位至卸货区，通过卸货装置将收集装置整个放置于卸货区内。本发明的自主作业方案能够实现果园采摘转运卸货的全自动化，帮助果园减少劳动力的投入，提高果园生产效率和经济效益。
实施例2：
本实施例公开了一套多机器人果园自主作业方案，包括一个水果采摘机器人，一个水果卸货机器人。水果采摘机器人至少包括机械臂2、识别装置、运输装置。机械臂2用于自动采摘水果。识别装置用于导航以及定位水果。运输装置用于对机械臂2采摘的水果进行收集以及运输出去。运输装置包括果篮筐5以及丝杆机构7，丝杆机构7位于果篮筐5的下方，需要运输时，丝杆机构7旋转带动果篮筐5上升，水果经由果篮筐5缺口运输至水果卸货机器人中。水果卸货机器人至少包括定位装置、卸货装置。定位装置设置在水果卸货机器人的底部，分别对水果卸货机器人前方以及侧面进行定位，因此，水果卸货机器人可精确定位，实现从水果采摘机器人果篮筐5的缺口后方接住水果，然后再定位至卸货区，将可分离果篮筐5卸下。
优选的，识别装置包括上下两个摄像头，设置两个上下的摄像头用于导航以及定位需采摘的水果，摄像头位于方形外壳内，方形外壳只留出摄像头的识别区域，摄像头的其他结构藏于外壳内，最大程度保护摄像头不受采摘过程中的意外损害，外壳拆卸板可卸下更换摄像头。
优选的，机械臂2包括三个舵机、三个U型连接件(U型钢8)以及柔性末端执行机构(柔性爪子10)，三个舵机同向放置组成双自由度机械臂2，柔性末端执行机构可防止因机械爪抓取力度过大而造成的水果损坏，根据果树大小设计的U型连接件实现果树采摘范围全覆盖，双自由度机械臂2完成采摘后向后伸展将水果放入收集斜槽1中，从而水果顺着斜槽1落入果篮筐5，无需云台旋转的自由度即可完成收集动作，大大提高了采摘效率。
优选的，抬升装置包括电机(步进电机6)、电机外壳、丝杆结构及其固定杆。固定杆与电机外壳固定，电机连接着丝杆结构，抬升装置整体安装于机械臂2的后方并固定在底盘9上。丝杆与固定杆都穿过固定板的圆孔，防止杆件偏离其轴向方向。固定板左右两侧开有与箱体相匹配的孔位，可随时调节固定板的高度从而加大果篮筐5的存储面积。
优选的，电源存放于果篮筐5下方，固定于底盘9上，即底盘9至抬升装置上边缘的空挡区域。
优选的，主控L型固定板在摄像头下方，与底盘9固连。
优选的，水果卸货机器人采用中空底盘9设计，四根相互固定的底盘9连接轴组成中空底盘9，卸货装置置于底盘9中空部分，大大节省了上层口空间，定位装置的安装板固连在底盘9横轴与纵轴上，与横纵轴的铅锤面平行。
优选的，抬升装置通过U型件连接于抬升板的几何中心，抬升板左右两侧有地磁锁固定架，抬升板四周开有防止可分离果篮筐5偏移的移位槽。
优选的，可分离果篮筐5左右两侧开有圆孔，圆孔半径于电磁锁伸缩轴相匹配，电磁锁断电时，伸缩轴插入果篮筐5的圆孔中，卡死果篮筐5防止其滑落，接收完水果并定位至卸货区后，抬升装置将抬升起抬升板，电磁锁通电，伸缩轴缩紧后与圆孔分离不接触，从而可分离果篮筐5从抬升板上卸下完成卸货流程。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种多机器人果园自主作业方案，其特征在于，包括基于机器自主学习的用于采摘树上水果的水果采摘机器人、以及承接水果采摘机器人输送的水果并将水果卸下的水果卸货机器人；所述水果采摘机器人包括机械臂、识别装置、以及运输装置；所述识别装置包含两个摄像头，其中一个摄像头设置在水果采摘机器人的上方，位于机器人前端；另一个摄像头设置在水果采摘机器人的下方，位于机器人的侧面；所述机械臂设置在运输装置的前方，机械臂将收集到的水果放入运输装置内；所述水果卸货机器人包括定位装置和卸货装置；所述定位装置安装在卸货装置内；所述水果卸货机器人通过定位装置的精确定位，将果篮筐对准水果采摘机器人的水果输出端，接收完水果后再次定位到卸货区，通过卸货装置将果篮筐内的水果卸下。
2.根据权利要求1所述的多机器人果园自主作业方案，其特征在于，所述水果采摘机器人安装了识别系统，并采用深度学习算法，学习不同水果的外形特点以及成熟的水果颜色，来确定所需采摘水果的位置。
3.根据权利要求1所述的多机器人果园自主作业方案，其特征在于，所述运输装置包括用于收集的果篮筐、以及用于抬升果篮筐的丝杆机构；所述丝杆机构下方设有驱动装置，驱动装置驱动丝杆旋转从而带动果篮筐上升下降，实现水果的转运。
4.根据权利要求1所述的多机器人果园自主作业方案，其特征在于，所述定位系统采用GPS进行定位，在采摘工作完成后将位置信息通过无线模块传输给水果卸货机器人。
5.根据权利要求1所述的多机器人果园自主作业方案，其特征在于，所述定位装置设置在水果卸货机器人的底部，并分别对水果卸货机器人前方以及侧面进行定位。
6.根据权利要求1所述的多机器人果园自主作业方案，其特征在于，所述卸货装置包括电磁锁、舵机、果篮筐底板、以及可分离式果篮筐组成；所述舵机设置果篮筐底板上并与其连接；所述电磁锁固定于果篮筐底板的两侧，所述果篮筐的两侧设有电磁锁插入孔；所述可分离式果篮筐设置在果篮筐底板上。
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