CN112715163A - 一种水果采摘机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种水果采摘机器人，包括行走底盘、设置在所述行走底盘上的采摘执行装置、设置在所述行走底盘与采摘执行装置之间的升降装置以及设置在所述行走底盘上的果实收集装置；所述采摘执行装置包括末端执行器以及设置在所述末端执行器与所述升降装置之间用于驱动末端执行器在升降装置上进行多自由度运动的机械臂；所述末端执行器包括设置在所述机械臂上的安装架、设置在所述安装架前端上用于夹持果梗的果梗夹持机构以及用于将果梗切断的切割机构。该机器人能够对水果进行自动采摘，且在采摘时，能够对果实进行固定后进行剪切，采摘过程不会造成果实晃动，采摘完成能够自动将果实收集，不仅不会损伤果实，而且提高了采摘效率。

Description

一种水果采摘机器人

技术领域

本发明涉及采摘技术领域，具体涉及一种水果采摘机器人。

背景技术

荔枝、龙眼以及黄皮等水果均是我国南方特有的水果，特别是荔枝，其产量和品质均居世界首位，目前对于上述水果的采摘普遍采用人工剪切，传统人工采摘的方式不仅导致对于荔枝等水果的生产投入劳动强度大，且采摘效率低下，采摘过程易造成果实损伤，同时，采摘不及时将会导致经济上的损失。

但是，随着各国农业领域不断变革，新型智能农业机器人正凭借着其可连续长时间工作，较低的果蔬受损率，高效率的工作模式等优势成为现代化农业生产核心装备之一。其中果蔬采摘机器人是一类针对水果和蔬菜，可以通过编程来完成采摘等相关作业任务的具有感知能力的自动化机械收获系统，替代传统人工采摘方式。例如，授权公告号为CN208159321U的实用新型专利公开了一种荔枝采摘机，包括机架和切割盘，还包括位于所述机架上的用于驱动所述切割盘升降的升降机构和与该升降机构相连的用于驱动所述切割盘转动的旋转机构，所述的切割盘上设有用于驱动其旋转切割的驱动组件，所述的驱动组件与所述的旋转机构之间还设有将二者相连的用于调节所述切割盘移动至荔枝果实位置的微调机构。上述采摘机结构稳定，采摘效率高的荔枝采摘机，其自动化程度高，提高了对荔枝果实的采摘定位精度，避免果实损坏，大大降低了荔枝采摘的劳动强度和成本，提高了工作效率，适用性范围广，实用性强。但是，上述采摘机存在以下足：

1、上述采摘机对荔枝进行采摘时，通过旋转切割盘对荔枝果实上的枝子进行切割，由于切割过程中，荔枝果实会产生晃动，导致在采摘过程，不易切断荔枝果实上的枝子，从而影响采摘效率；另外，荔枝果实在晃动时也容易造成果实损伤。

2、上述采摘机通过机架将采摘机架设在地面上，然后通过升降机构和微调机构对切割盘进行位置调节，该位置调节只能适用于一定范围的区域进行采摘，不能够灵活移动，采摘范围存在一定的局限性，从而影响采摘效率。

3、上述采摘机由于没有收集果实的装置，使得切割盘切割断荔枝果实上的枝子后，荔枝果实直接掉落地面，容易造成果肉损伤，从而影响果实采摘质量。

发明内容

本发明的目的在于克服上述存在的问题，提供一种水果采摘机器人，该机器人能够对龙眼、荔枝以及黄皮等水果进行自动采摘，且在采摘时，能够对果实进行固定后进行剪切，采摘过程不会造成果实晃动，采摘完成能够自动将果实收集，不仅不会损伤果实，而且提高了采摘效率；另外，该机器人能够灵活地在果园上移动，采摘范围大，进一步地提高了采摘效率。

本发明的目的通过以下技术方案实现：

一种水果采摘机器人，包括行走底盘、设置在所述行走底盘上用于采摘果实的采摘执行装置、设置在所述行走底盘与采摘执行装置之间用于调节采摘执行装置高度的升降装置以及设置在所述行走底盘上用于收集果实的果实收集装置；其中，

所述采摘执行装置包括末端执行器以及设置在所述末端执行器与所述升降装置之间用于驱动末端执行器在升降装置上进行多自由度运动的机械臂；所述末端执行器包括设置在所述机械臂上的安装架、设置在所述安装架前端上用于夹持果梗的果梗夹持机构以及用于将果梗切断的切割机构；其中，所述果梗夹持机构包括相对设置在所述安装架上的第一果梗夹持件和第二果梗夹持件以及果梗夹持驱动机构，所述果梗夹持驱动机构用于驱动所述第一果梗夹持件和第二果梗夹持件在安装架上做相互远离或者靠近运动。

上述水果采摘机器人的工作原理是：

以采摘荔枝为例，工作时，该机器人通过行走底盘移动至待采摘区域，通过升降装置，将采摘执行装置调节至合适的高度，然后通过机械臂进行多自由度的运动，将末端执行器移动荔枝果实的具体位置处，将果梗夹持机构伸进挂有荔枝果实的果梗上，使得果梗位于第一果梗夹持件和第二果梗夹持件之间，接着果梗夹持驱动机构驱动第一果梗夹持件和第二果梗夹持件在安装架上做相互靠近运动，直到将果梗夹紧在第一果梗夹持件和第二果梗夹持件之间，随后切割机构将果梗切断，然后机械臂将夹持有荔枝果实的果梗夹持机构运动至果实收集装置上，果梗夹持驱动机构驱动第一果梗夹持件和第二果梗夹持件在安装架上做相互远离运动，松开荔枝果实，将其放在果实收集装置中，重复上述步骤，对其余荔枝果实进行采摘。

本发明的一个优选方案，其中，所述第一果梗夹持件与第二果梗夹持件均包括滑动设置在所述安装架上的夹指以及设置在所述夹指内侧的弹性夹持组件；所述弹性夹持组件包括夹持板以及设置在所述夹持板与所述夹指之间的弹性件，该弹性件的一端作用于所述夹持板，另一端作用于所述夹指。通过设置上述机构，当对果实进行夹持时，果梗夹持驱动机构带动第一果梗夹持件的夹指和第二果梗夹持件的夹指做相互靠近运动，进而带动夹指上的弹性夹持组件做相互靠近的运动，两个夹持板与果实的果梗接触，将果梗逐渐夹紧。在夹紧过程中，弹性件会起到一个缓冲作用，使得在果梗夹紧过程中不会损伤果实与果梗，与此同时，弹性件自身的弹性作用也会将果梗夹持的更加稳固，防止果实从夹持板中滑落。

优选地，所述夹指与所述安装架之间通过导向机构连接，所述导向机构包括水平设置在所述安装前端的导轨以及设置在每个夹指上且与所述导轨滑动配合的滑块，其中，与第一果梗夹持件的夹指连接的滑块为第一滑块，与第二果梗夹持件的夹指连接的滑块为第二滑块。通过设置导向机构，有利于第一果梗夹持件和第二果梗夹持件在导轨上运动的更加稳定。

优选地，所述果梗夹持驱动机构包括设置在所述安装架上的舵机、设置在所述舵机主轴上的驱动板以及分别设置在所述驱动板两端的两组传动组件，每组传动组件均包括固定连接在所述夹指上的传动连接板以及设置在所述传动连接板以及驱动板之间的连杆，该传动连接板向后延伸；所述连杆的一端与所述驱动板的一端铰接，另一端与所述传动连接板的后端铰接。采用上述结构，通过舵机驱动驱动板转动，进而同时带动驱动板两端的连杆运动，然后通过传动连接板带动夹指在导轨上滑动；在驱动板转动的过程中，会带动连杆做相对运动，从而实现第一果梗夹持件和第二果梗夹持件在安装架上做相互远离或者靠近运动。

优选地，所述切割机构包括分别设置在两个夹指上端的刀具，两个刀具对称地安装在夹指上。通过设置刀具，第一果梗夹持件和第二果梗夹持件在对果梗夹持的过程中，两个刀具也随着夹指做相互靠近的运动，夹指对果梗夹紧的同时，也对刀具也对果梗进行切断，从而将果实从果树上采摘下来；另外，在对果梗切断过程中，果实始终夹持在夹指上，从而保证切断的果实不会掉落地上，导致损伤果肉；与此同时，对果实进行固定后进行剪切，采摘过程不会造成果实晃动。

优选地，所述安装架的下方设有视觉识别机构，该视觉识别机构包括固定安装在安装架下方的双目摄像头。通过设置双目摄像头，在果实采摘时，能够清楚地发现果实、判断果实的位置以及果实是否成熟，并把观察结果反馈给行走底盘、升降机构以及采摘执行机构。

优选地，所述行走底盘包括底盘架、对称设置在所述底盘架两侧的行走轮以及设置在所述底盘架上分别用于驱动每个行走轮进退和转向的行走驱动电机。通过设置上述结构，可以实现机器人的在果园上行走，并且可以适应果园不平的路面，也可以从低处攀爬到高出，使得荔枝机器人在果园内行驶无任何限制；通过行走驱动电机控制每个行走轮进行差速转动，实现机器人原地旋转调整角度和转向。

优选地，所述升降装置为剪叉升降机构，包括设置在所述底盘架上的下底座、设置在所述下底座上方的上底座、设置在所述上底座和下底座之间的第一剪叉件以及第二剪叉件，其中，所述第一剪叉件的中部与第二剪叉件的中部相互铰接，该第一剪叉件的上端与所述上底座铰接，下端与所述下底座滑动连接；所述第二剪叉件的上端与所述上底座滑动连接，下端与所述下底座铰接；所述底盘架上设有用于驱动所述第一剪叉件下端在下底座进行滑动的升降驱动机构。通过设置上述结构，升降驱动机构驱动第一剪叉件下端在下底座上向前滑动时，第二剪叉件的上端也同步的在上底座向前滑动，第一剪叉件和第二剪叉件之间的夹角逐渐变小，上底座被顶升起来；同理，升降驱动机构反向运动，即可实现上底座的下降运动；因此，通过剪叉升降机构可以实现采摘执行装置的高度调节。

优选地，所述机械臂包括设置在上底座的第一机械臂、设置在所述安装架与所述第一机械臂末端的第二机械臂以及设置在所述上底座与第一机械臂首端之间用于驱动所述第一机械臂在水平方向上转动的转动驱动机构，其中，所述转动驱动机构包括设置在上底座上的安装座、转动设置在所述安装座上的转盘以及驱动所述转盘在安装座上转动的转动电机；所述第一机械臂首端与转盘之间设有用于驱动第一机械臂在转盘上进行摆动的第一摆动驱动机构，所述第二机械臂的首端与第一机械臂的末端之间设有用于驱动第二机械臂在第一机械臂末端上摆动的第二摆动驱动机构，所述第二机械臂的末端与所述安装架连接。采用上述结构，在转动电机、第一摆动驱动机以及第二摆动驱动机构的驱动下，能够实现机械臂的多自由度运动。

优选地，所述果实收集装置包括设置在底盘架上的支撑架以及设置在支撑架上具有容纳空间的收集框。采用上述结构，当末端执行器采摘完果实时，可以将果实收集到收集框中进行存放。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本发明中的水果采摘机器人，通过设置行走底盘，可以使得机器人能够在果园中移动，在采摘时，能够灵活移动采摘区域，当一个区域采摘完毕时，通过行走底盘移动至另一采摘区域，扩大了采摘范围，提高了采摘效率。

2、本发明中的水果采摘机器人，通过升降装置，将采摘执行装置调节至合适的高度，然后通过机械臂进行多自由度的运动，将末端执行器移动荔枝果实的具体位置处对果实进行自动采摘，极大地节省的劳动力，提高了采摘效率。

3、本发明中的水果采摘机器人，通过果梗夹持驱动机构驱动第一果梗夹持件和第二果梗夹持件在安装架上做相互靠近运动，直到将果梗夹紧在第一果梗夹持件和第二果梗夹持件之间，随后切割机构将果梗切断，然后机械臂将夹持有荔枝果实的果梗夹持机构运动至果实收集装置上；在采摘果实时，通过果梗夹持机构对果实的果梗进行夹紧后再对果梗进行切割，采摘过程不会造成果实晃动，采摘完成能够自动将果实收集，不仅不会损伤果实，而且还提高了采摘效率；另外，在对果梗切断后，果实始终夹持在果梗夹持机构上，从而保证切断的果实不会掉落地上，造成果肉损伤。

附图说明

图1为本发明中的一种水果采摘机器人的第一种具体实施方式的主视图。

图2为本发明中的一种水果采摘机器人的左视图。

图3为本发明中的一种水果采摘机器人的俯视图。

图4为本发明中的末端执行器的立体结构示意图。

图5为本发明中的果梗夹持机构的立体结构示意图。

图6为本发明中末端执行器的仿真位移曲线图。

图7为本发明中末端执行器的仿真速度曲线图。

具体实施方式

为了使本领域的技术人员很好地理解本发明的技术方案，下面结合实施例和附图对本发明作进一步描述，但本发明的实施方式不仅限于此。

实施例1

参见图1-图3，本实施例公开一种水果采摘机器人，包括行走底盘、设置在所述行走底盘上用于采摘果实的采摘执行装置、设置在所述行走底盘与采摘执行装置之间用于调节采摘执行装置高度的升降装置以及设置在所述行走底盘上用于收集果实的果实收集装置。

参见图1-图5，所述采摘执行装置包括末端执行器以及设置在所述末端执行器与所述升降装置之间用于驱动末端执行器在升降装置上进行多自由度运动的机械臂；所述末端执行器包括设置在所述机械臂上的安装架、设置在所述安装架前端上用于夹持果梗的果梗夹持机构以及设置在果梗夹持机构上方用于将果梗切断的切割机构；其中，所述果梗夹持机构包括相对设置在所述安装架上的第一果梗夹持件和第二果梗夹持件以及果梗夹持驱动机构，所述果梗夹持驱动机构用于驱动所述第一果梗夹持件和第二果梗夹持件在安装架上做相互远离或者靠近运动。

参见图4-图5，所述第一果梗夹持件与第二果梗夹持件均包括滑动设置在所述安装架上的夹指2以及设置在所述夹指2内侧的弹性夹持组件；所述弹性夹持组件包括夹持板6以及设置在所述夹持板6与所述夹指2之间的弹性件，该弹性件的一端作用于所述夹持板6，另一端作用于所述夹指2。通过设置上述机构，当对果实进行夹持时，果梗夹持驱动机构带动第一果梗夹持件的夹指2和第二果梗夹持件的夹指2做相互靠近运动，进而带动夹指2上的弹性夹持组件做相互靠近的运动，两个夹持板6与果实的果梗接触，将果梗逐渐夹紧。在夹紧过程中，弹性件会起到一个缓冲作用，使得在果梗夹紧过程中不会损伤果实与果梗，与此同时，弹性件自身的弹性作用也会将果梗夹持的更加稳固，防止果实从夹持板6中滑落。

参见图4-图5，所述弹性件由4个弹簧5构成，所述4个弹簧5均匀排列在所述夹指2与夹持板6之间；其中，所述夹指2和夹持板6上在与弹簧5对应的位置处均设有用于固定所述弹簧5的圆形凸起。通过设置多个弹簧5，可以保证加持板每个位置受到更加均匀的缓冲，进而保证在夹持果梗的过程中更加稳定。

进一步地，所述夹持板6的前端设有弧形导向部，所述弧形导向部向着夹持板6的外侧延伸。通过设置弧形导向部，能够将果梗引导至两个夹持板6之间，从而方便对果梗的夹持。

参见图4-图5，所述夹指2与所述安装架之间通过导向机构连接，所述导向机构包括水平设置在所述安装前端的导轨15以及设置在每个夹指2上且与所述导轨15滑动配合的滑块7，其中，与第一果梗夹持件的夹指2连接的滑块7为第一滑块，与第二果梗夹持件的夹指2连接的滑块7为第二滑块。通过设置导向机构，有利于第一果梗夹持件和第二果梗夹持件在导轨15上运动的更加稳定。

参见图4-图5，所述果梗夹持驱动机构包括设置在所述安装架上的舵机10、设置在所述舵机10主轴上的驱动板14以及分别设置在所述驱动板14两端的两组传动组件，每组传动组件均包括固定连接在所述夹指2上的传动连接板4以及设置在所述传动连接板4以及驱动板14之间的连杆13，该传动连接板4向后延伸；所述连杆13的一端与所述驱动板14的一端铰接，另一端与所述传动连接板4的后端铰接。采用上述结构，通过舵机10驱动驱动板14转动，进而同时带动驱动板14两端的连杆13运动，然后通过传动连接板4带动夹指2在导轨15上滑动；在驱动板14转动的过程中，会带动连杆13做相对运动，从而实现第一果梗夹持件和第二果梗夹持件在安装架上做相互远离或者靠近运动。

参见图4-图5，所述夹指2与所述滑块7之间设有“L”型连接件3，所述“L”型连接件3包括位于上端的竖直部以及位于下端的水平部，其中，所述竖直部的一端与所述夹指2固定连接，另一端与所述滑块7固定连接，所述传动连接板4设置在所述水平部的下端，且与所述水平部固定连接。

参见图4一图5，所述安装架包括基座17以及设置在所述基座17上的壳体1，其中，所述壳体1内部设有内腔，该壳体1的前端设有开口，所述开口与内腔连通，所述导轨15通过支架16固定在在壳体1的前端，所述果梗夹持驱动机构设置在内腔内。通过设置壳体1，能够在采摘过程中，防止果实、果梗和树叶等杂物进入果梗夹持驱动机构中，起到了防护作用。

参见图4-图5，所述舵机10通过“Z”字型连接件3固定安装壳体1上，所述驱动板14的中部设有舵盘11，该舵盘11上设有“D”型连接口，所述“D”型连接口与舵机10的主轴连接。通过舵机10主轴带动舵盘11转动，从而实现驱动板14的转动。

参见图4-图5，所述切割机构包括分别设置在两个夹指2上端的刀具8，两个刀具8对称地安装在夹指2上，其中，在未夹持果梗的状态下，每个刀具8的位置不超过弹簧5夹板的内侧位置。通过设置刀具8，第一果梗夹持件和第二果梗夹持件在对果梗夹持的过程中，两个刀具8也随着夹指2做相互靠近的运动，夹指2对果梗夹紧的同时，也对刀具8也对果梗进行切断，从而将果实从果树上采摘下来；另外，在对果梗切断过程中，果实始终夹持在夹指2上，从而保证切断的果实不会掉落地上，导致损伤果肉；与此同时，对果实进行固定后进行剪切，采摘过程不会造成果实晃动。通过限定刀具8的位置，能够保证果梗在夹持稳定后，在对果梗进行切割，保证切割的稳定性。

参见图4，所述安装架的下方设有视觉识别机构，该视觉识别机构包括固定安装在基座17下方的双目摄像头20。通过设置双目摄像头20，在果实采摘时，能够清楚地发现果实、判断果实的位置以及果实是否成熟，并把观察结果反馈给行走底盘、升降机构以及采摘执行机构。

参见图1-图3，所述行走底盘包括底盘架41、对称设置在所述底盘架41两侧的四个行走轮以及设置在所述底盘架41上分别用于驱动每个行走轮进退和转向的行走驱动电机62，每个行走驱动电机62均通过电机连接件61固定在底盘架41上。通过设置上述结构，可以实现机器人的在果园上行走，并且可以适应果园不平的路面，也可以从低处攀爬到高出，使得荔枝机器人在果园内行驶无任何限制；通过行走驱动电机62控制每个行走轮进行差速转动，实现机器人原地旋转调整角度和转向。

参见图1-图3，所述行走轮由轮毂37和设置在轮毂37上的轮胎50构成，该轮毂37与所述行走驱动电机62之间设有行星减速器32，该行星减速器32的输入端与所述行走驱动电机62主轴连接，输出端与所述轮毂37连接。

参见图1，所述底盘架41的前后两端均设有距离传感器31，进一步提高了机器人的灵活性。

参见图1-图3，所述升降装置为剪叉升降机构，包括设置在所述底盘架41上前端的下底座、设置在所述下底座上方的上底座、设置在所述上底座和下底座之间的第一剪叉件以及第二剪叉件，其中，所述第一剪叉件的中部与第二剪叉件的中部相互铰接，该第一剪叉件的上端与所述上底座铰接，下端与所述下底座滑动连接；所述第二剪叉件的上端与所述上底座滑动连接，下端与所述下底座铰接；所述底盘架41上设有用于驱动所述第一剪叉件下端在下底座进行滑动的升降驱动机构。通过设置上述结构，升降驱动机构驱动第一剪叉件下端在下底座上向前滑动时，第二剪叉件的上端也同步的在上底座向前滑动，第一剪叉件和第二剪叉件之间的夹角逐渐变小，上底座被顶升起来；同理，升降驱动机构反向运动，即可实现上底座的下降运动；因此，通过剪叉升降机构可以实现采摘执行装置的高度调节。

参见图1-图3，所述下底座包括第一下支撑板36以及第二下支撑板，该第一下支撑板36和第二下支撑板对称设置在所述底盘架41上，所述第一下支撑板36和第二下支撑板上均设有第一滑动槽，该第一滑动槽沿着水平方向延伸，所述第一滑动槽上滑动设置有第一滑动杆33；所述上底座包括底板45、第一上支撑板59以及第二上支撑板，该第一上支撑板59以及第二上支撑板对称设置在所述底板45的下端，所述第一上支撑板59以及第二上支撑板上均设有第二滑动槽，该第二滑动槽沿着水平方向延伸，所述第二滑动槽上滑动设置有第二滑动杆27；所述第一剪叉件包括对称设置的第一剪叉杆以及第二剪叉杆；所述第二剪叉件包括对称设置的第三剪叉杆以及第四剪叉杆；其中，所述第一剪叉杆和第二剪叉杆之间设有连接杆，该第一剪叉杆、第二剪叉杆、第三剪叉杆以及第四剪叉杆均与所述连接杆铰接；所述第一剪叉杆上端与第一上支撑板59铰接，第二剪叉杆的上端与第二上支撑板铰接，该第一剪叉杆和第二剪叉杆的下端均与所述第一滑动杆33铰接；所述第三剪叉杆下端与第一下支撑板36铰接，第四剪叉杆的下端与第二下支撑板铰接，该第三剪叉杆和第四剪叉杆的上端均与所述第二滑动杆27铰接。采用上述结构，通过升降驱动机构驱动第一滑动杆33在第一滑动槽上滑动，可以实现第一剪叉杆和第三剪叉杆的角度变化，从而实现底板45的高度调节，进而实现采摘执行装置的高度调节。

参见图1-图3，所述升降驱动机构包括设置在所述底盘架41上的伺服电动缸64，所述伺服电动缸64的伸缩件通过连接块47与所述第一滑动杆33连接。通过伺服电动缸64带动伸缩件的伸缩运动实现第一滑动杆33在第一滑动槽上的运动，从而实现剪叉升降机构的升降功能。

参见图1-图3，所述机械臂包括设置在底板45上的第一机械臂54、设置在所述安装架与所述第一机械臂54末端的第二机械臂23以及设置在所述底板45与第一机械臂54首端之间用于驱动所述第一机械臂54在水平方向上转动的转动驱动机构，其中，所述转动驱动机构包括设置在底板45上的安装座26、转动设置在所述安装座26上的转盘25以及驱动所述转盘25在安装座26上转动的转动电机46；所述第一机械臂54首端与转盘25之间设有用于驱动第一机械臂54在转盘25上进行摆动的第一摆动驱动机构，所述第二机械臂23的首端与第一机械臂54的末端之间设有用于驱动第二机械臂23在第一机械臂54末端上摆动的第二摆动驱动机构，所述第二机械臂23的末端与所述安装架连接。采用上述结构，在转动电机46、第一摆动驱动机以及第二摆动驱动机构的驱动下，能够实现机械臂的多自由度运动。

参见图1-图3，所述第一摆动驱动机构包括水平设置在所述转盘25上的第一摆动驱动电机56，该第一摆动驱动电机56的主轴与所述第一机械臂54的首端连接。通过第一摆动驱动电机56驱动主轴转动，带动第一机械臂54在转盘25上摆动。

参见图1-图3，所述第二摆动驱动机构包括转动设置所述第一机械臂54末端的箱体24以及设置所述第一机械臂54上的第二摆动驱动电机55；所述第二摆动驱动电机55的主轴与所述箱体24连接，该箱体24与所述第二机械臂23的首端通过法兰固定连接。通过设置上述结构，第二摆动驱动电机55驱动箱体24在第二机械臂23上摆动，从而带动第二机械臂23的摆动。

进一步地，所述转动电机46、第一摆动驱动电机56和第二摆动驱动电机55均为直流伺服减速电机，通过控制三个直流伺服减速电机的旋转角度，可实现末端执行器到达一个以第一机械臂54和第二机械臂23长度之和为半径的半圆内的任意位置，大大增加了荔枝机器人采摘时的灵活性，满足荔枝树上荔枝混乱分布时的采摘需求。

参见图1-图4，所述安装架的后端设有机械臂连接件18，所述第二机械臂23的末端与所述机械臂连接件18之间设有机械臂手腕22，该机械臂手腕22的一端与机械臂连接件18固定连接，另一端与所述第二机械臂23的末端铰接。通过设置机械臂手腕22，能够进一步增加末端执行器运动的自由度，提高机械臂的运动灵活性。

参见图1-图3，所述果实收集装置包括设置在底盘架41后端上的支撑架48以及设置在支撑架48上具有容纳空间的收集框57，所述支撑架48包括支撑板以及设置在底盘架41上用于支撑所述支撑板的支撑柱60，所述收集框57设置在支撑板上。采用上述结构，当末端执行器采摘完果实时，可以将果实收集到收集框57中进行存放。

参见图1-图4，本实施例中的机器人还包括计算机以及用于控制舵机10开关的敏感开关19；所述计算机分别与所述视觉识别机、行走底盘、采摘执行装置以及升降机构通讯连接。在采摘过程中，机器人在果园中自动行走，视觉识别机构不断地采集前方的图像并把图像传输到计算机中，计算机对图像进行滤波、灰度转换和阈值分割等操作，判断图像中是否存在成熟的果实，如果没有则继续行走，如果发现图像中有成熟的果实则将图像中果实的位置信息转化成坐标系和每个直流伺服减速电机的转动角度，并传输给伺服电动缸64，控制末端执行器到达目标果实的果梗位置时，果梗会触碰到敏感开关19，并触发敏感开关19，使得舵机10启动，驱动第一果梗夹持件和第二果梗夹持件运动，对果梗进行夹持。

参见图6，本实施例的机器人仿真后的位移曲线光滑，近似于余弦函数，有利于末端执行器能对目标果梗进行精准快速夹持。

参见图7，本实施例的机器人在仿真后的速度没有出现明显的突变现象，夹持果实时不会产生激烈振动，故目标果实不会因为果梗震动而造成果实机械损伤。

参见图1-图5，上述水果采摘机器人的工作原理是：

以采摘荔枝为例，工作时，该机器人通过行走底盘移动至待采摘区域，通过升降装置，将采摘执行装置调节至合适的高度，然后通过机械臂进行多自由度的运动，将末端执行器移动荔枝果实的具体位置处，将果梗夹持机构伸进挂有荔枝果实的果梗上，使得果梗位于第一果梗夹持件和第二果梗夹持件之间，接着果梗夹持驱动机构驱动第一果梗夹持件和第二果梗夹持件在安装架上做相互靠近运动，直到将果梗夹紧在第一果梗夹持件和第二果梗夹持件之间，随后切割机构将果梗切断，然后机械臂将夹持有荔枝果实的果梗夹持机构运动至果实收集装置上，果梗夹持驱动机构驱动第一果梗夹持件和第二果梗夹持件在安装架上做相互远离运动，松开荔枝果实，将其放在果实收集装置中，重复上述步骤，对其余荔枝果实进行采摘。

实施例2

本实施例中的其它结构与实施例1相同，不同之处在于，所述剪叉升降机构为二级剪叉升降机构，上下连接有两个第一剪叉件和两个第二剪叉件，其具体结构参照现有技术。通过设置二级剪叉升降机构，可以提高高度的调节范围。

上述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内容的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所做的改变、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 (10)

1.一种水果采摘机器人，包括行走底盘、设置在所述行走底盘上用于采摘果实的采摘执行装置、设置在所述行走底盘与采摘执行装置之间用于调节采摘执行装置高度的升降装置以及设置在所述行走底盘上用于收集果实的果实收集装置；其特征在于，

所述采摘执行装置包括末端执行器以及设置在所述末端执行器与所述升降装置之间用于驱动末端执行器在升降装置上进行多自由度运动的机械臂；所述末端执行器包括设置在所述机械臂上的安装架、设置在所述安装架前端上用于夹持果梗的果梗夹持机构以及用于将果梗切断的切割机构；其中，所述果梗夹持机构包括相对设置在所述安装架上的第一果梗夹持件和第二果梗夹持件以及果梗夹持驱动机构，所述果梗夹持驱动机构用于驱动所述第一果梗夹持件和第二果梗夹持件在安装架上做相互远离或者靠近运动。

2.根据权利要求1所述的一种水果采摘机器人，其特征在于，所述第一果梗夹持件与第二果梗夹持件均包括滑动设置在所述安装架上的夹指以及设置在所述夹指内侧的弹性夹持组件；所述弹性夹持组件包括夹持板以及设置在所述夹持板与所述夹指之间的弹性件，该弹性件的一端作用于所述夹持板，另一端作用于所述夹指。

3.根据权利要求2所述的一种水果采摘机器人，其特征在于，所述夹指与所述安装架之间通过导向机构连接，所述导向机构包括水平设置在所述安装前端的导轨以及设置在每个夹指上且与所述导轨滑动配合的滑块。

4.根据权利要求2所述的一种水果采摘机器人，其特征在于，所述果梗夹持驱动机构包括设置在所述安装架上的舵机、设置在所述舵机主轴上的驱动板以及分别设置在所述驱动板两端的两组传动组件，每组传动组件均包括固定连接在所述夹指上的传动连接板以及设置在所述传动连接板以及驱动板之间的连杆，该传动连接板向后延伸；所述连杆的一端与所述驱动板的一端铰接，另一端与所述传动连接板的后端铰接。

5.根据权利要求2所述的一种水果采摘机器人，其特征在于，所述切割机构包括分别设置在两个夹指上端的刀具，两个刀具对称地安装在夹指上。

6.根据权利要求1所述的一种水果采摘机器人，其特征在于，所述安装架的下方设有视觉识别机构，该视觉识别机构包括固定安装在安装架下方的双目摄像头。

7.根据权利要求1所述的一种水果采摘机器人，其特征在于，所述行走底盘包括底盘架、对称设置在所述底盘架两侧的行走轮以及设置在所述底盘架上分别用于驱动每个行走轮进退和转向的行走驱动电机。

8.根据权利要求7所述的一种水果采摘机器人，其特征在于，所述升降装置为剪叉升降机构，包括设置在所述底盘架上的下底座、设置在所述下底座上方的上底座、设置在所述上底座和下底座之间的第一剪叉件以及第二剪叉件，其中，所述第一剪叉件的中部与第二剪叉件的中部相互铰接，该第一剪叉件的上端与所述上底座铰接，下端与所述下底座滑动连接；所述第二剪叉件的上端与所述上底座滑动连接，下端与所述下底座铰接；所述底盘架上设有用于驱动所述第一剪叉件下端在下底座进行滑动的升降驱动机构。

9.根据权利要求8所述的一种水果采摘机器人，其特征在于，所述机械臂包括设置在上底座的第一机械臂、设置在所述安装架与所述第一机械臂末端的第二机械臂以及设置在所述上底座与第一机械臂首端之间用于驱动所述第一机械臂在水平方向上转动的转动驱动机构，其中，所述转动驱动机构包括设置在上底座的安装座、转动设置在所述安装座上的转盘以及驱动所述转盘在安装座上转动的转动电机；所述第一机械臂首端与转盘之间设有用于驱动第一机械臂在转盘上进行摆动的第一摆动驱动机构，所述第二机械臂的首端与第一机械臂的末端之间设有用于驱动第二机械臂在第一机械臂末端上摆动的第二摆动驱动机构，所述第二机械臂的末端与所述安装架连接。

10.根据权利要求7所述的一种水果采摘机器人，其特征在于，所述果实收集装置包括设置在底盘架上的支撑架以及设置在支撑架上具有容纳空间的收集框。

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