CN112720410A

CN112720410A - 双臂小型果蔬采收机器人

Info

Publication number: CN112720410A
Application number: CN202011562387.1A
Authority: CN
Inventors: 马科展; 贺磊盈; 武传宇; 杜小强
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT; Zhejiang Sci Tech University ZSTU; Zhejiang University of Science and Technology ZUST
Priority date: 2020-12-25
Filing date: 2020-12-25
Publication date: 2021-04-30

Abstract

本发明涉及小型果蔬收割机领域。技术方案是：双臂小型果蔬采收机器人，其特征在于：该收割机包括移动平台，移动平台上分别设有用于采摘草莓的采摘机械手、用于取放草莓盒的辅助机械手、用于码放草莓盒的码垛架、摄像头以及控制单元；所述采摘机械手包括设置在移动平台上的第一机械臂、设置在第一机械臂前端的夹爪气缸、设置在夹爪气缸爪臂上的柔性抓手、送气单元；所述柔性抓手包括柔性隔板、分别设置在柔性隔板两侧的气囊与柔性夹板；所述送气单元分别连接夹爪气缸与气囊；所述气囊表面设有若干凸出部；所述柔性隔板与夹爪气缸的爪臂固定；所述送气单元分别连通夹爪气缸与气囊。该双臂小型果蔬采收机器人应具有简单实用、采摘效果好的特点。

Description

双臂小型果蔬采收机器人

技术领域

本发明涉及小型果蔬收割机领域，具体是一种双臂小型果蔬采收机器人。

背景技术

果蔬采摘是农业生产中最耗时耗力的一个部分，需要大量的劳动力的投入。目前国内果蔬采摘作业基本上还是依靠手工完成，其成本高、季节性强，并且自动化程度仍然很低；而且在高强度的劳动过程中，种植者为了追求收获的效率，往往会忽略采摘的质量，这直接影响了果蔬的储存、加工和销售，最终影响农民的收入。所以用机器人作业，实现果蔬采摘的自动化和智能化，是解决上述问题的最好方式。研发果蔬收获机器人对于解放劳动力、提高劳动生产效率、降低生产成本、保证新鲜果蔬品质等方面都有着重要的意义。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种双臂小型果蔬采收机器人，该双臂小型果蔬采收机器人应具有简单实用、采摘效果好的特点。

本发明的技术方案是：

双臂小型果蔬采收机器人，其特征在于：该收割机包括移动平台，移动平台上分别设有用于采摘草莓的采摘机械手、用于取放草莓盒的辅助机械手、用于码放草莓盒的码垛架、摄像头以及控制单元；所述采摘机械手包括设置在移动平台上的第一机械臂、设置在第一机械臂前端的夹爪气缸、设置在夹爪气缸爪臂上的柔性抓手、送气单元；所述柔性抓手包括柔性隔板、分别设置在柔性隔板两侧的气囊与柔性夹板；所述送气单元分别连接夹爪气缸与气囊；所述气囊表面设有若干凸出部；所述柔性隔板与夹爪气缸的爪臂固定；所述送气单元分别连通夹爪气缸与气囊。

所述柔性隔板与柔性夹板之间设有的监测组件；所述监测组件包括固定在柔性隔板上的压力传感器、固定在柔性夹板内侧的第一顶板、固定在压力传感器上的第二顶板、连接第一顶板与第二顶板的弹簧。

所述辅助机械手包括第二机械臂以及设置在第二机械臂前端的磁力组件。

所述第一机械臂为六自由度机械臂；所述第二机械臂为四自由度机械臂。

所述移动平台包括车架、设置在车架底部的移动轮、设置在车架顶部的工作台以及设置在车架上的电源和驱动单元。

所述控制单元分别电连接第一机械臂、第二机械臂、驱动单元、摄像头、送气单元、压力传感器、磁力组件。

本发明的有益效果是：

1、采摘机械手工作时，柔性抓手充气膨胀后能以合适的力度包裹草莓，尽可能地降低采摘动作对草莓造成损害；

2、采摘机械手摘取草莓后，将其放入辅助机械手上的草莓盒中，辅助机械手再将装满草莓的草莓盒放回码垛架上，利用两个机械手的协作配合，避免了草莓相互压损的现象，提高了果实采摘质量；

3、柔性抓手在抓取草莓时，柔性抓手四周可产生气流将草莓周围的枝叶吹散，从而提高了果实采摘精度和采摘质量。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图之一。

图2是本发明的立体结构示意图之二。

图3是本发明的主视结构示意图。

图4是本发明的夹爪气缸与柔性抓手的立体结构示意图。

图5是本发明的柔性抓手的剖面结构示意图。

具体实施方式

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，本领域普通技术人员在没有做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。

本发明提供了如图1-5所示的双臂小型果蔬采收机器人，包括移动平台，移动平台上分别设有采摘机械手、辅助机械手、摄像头8、码垛架7、控制单元。

所述移动平台包括车架1，车架为矩形框架，车架底部设有移动轮5、车架上还分别设有电源4、驱动单元6，车架尾部设有显示屏30，车架顶部设有工作台2。所述驱动单元包括电机、减速机、转向机构，用于驱动移动轮旋转和转向。所述电源采用直流电池，用于对采摘机械手、辅助机械手、摄像头、驱动单元、控制单元进行供电。

所述采摘机械手、辅助机械手、摄像头、码垛架设置在移动平台的工作台上，码垛架用于摆放草莓盒31(草莓盒从上往下依次码放在码垛架上)，辅助机械手用于从码垛架上拿取草莓盒，采摘机械手用于采集草莓并且将草莓逐个放入辅助机械手的草莓盒中，显示屏用于展示双臂小型果蔬采收机器人的工作状态。所述草莓盒设有呈网格状布置用于容纳草莓的孔位。所述摄像头通过安装架32固定在移动平台上，摄像头可采用双目摄像机，摄像头面向移动平台的侧面，可在草莓采摘时进行实时拍摄定位。

所述辅助机械手包括第二机械臂28以及磁力组件29。所述第二机械臂采用四自由度机械臂。所述磁力组件设置在第二机械臂前端并由电源供电，磁力组件能够产生磁力从而吸附起由金属材料制成的草莓盒。

所述采摘机械手包括第一机械臂9、夹爪气缸12、柔性抓手、送气单元。所述第一机械臂采用六自由度机械臂，夹爪气缸固定在第一机械臂的前端，夹爪气缸的两个爪臂均设有柔性抓手，送气单元用于驱动夹爪气缸以及柔性抓手运动。

如图5所示，柔性抓手包括柔性隔板16、设置在柔性隔板左侧的气囊19、设置在柔性隔板右侧的柔性夹板17、设置在柔性隔板与柔性夹板之间的监测组件。所述柔性隔板与夹爪气缸的爪臂12.1之间通过连接板16与螺栓固定，方便实用，便于拆装和清理。所述气囊表面设有若干凸出部19.1，凸出部之间形成若干纵横交错的凹槽，充气时由于凸出部膨胀使得气囊往柔性夹板一侧弯曲。

所述柔性隔板与柔性夹板保持一定间距以便于设置监测组件，柔性夹板的四周边沿与柔性隔板固定，柔性夹板的中部通过监测组件连接柔性隔板。所述监测组件包括固定在柔性隔板上的压力传感器22、固定在柔性夹板内侧的第一顶板23、固定在压力传感器上的第二顶板24、连接第一顶板与第二顶板的弹簧25。

所述气囊上设有进气口19.2，柔性隔板上设有与气囊连通的排气口28，排气口中设有开关阀27，柔性隔板的四周还布置若干连通排气口的放气口26(图5中只显示一个放气口)，开关阀打开时放气口向柔性抓手周围吹出气流，从而将草莓周围的枝叶吹散(绿叶挡住草莓会影响识别，无法获得草莓整体轮廓，难以计算出草莓中心坐标，故将枝叶吹开重新进行拍摄定位)，也避免了将多余的草莓枝叶带入草莓盒中导致已采摘草莓外表受损。

所述送气单元可采用气泵，包括向夹爪气缸送气的第一气泵(图中省略)以及向气囊送气的第二气泵21，第二气泵通过送气管(图中省略)连通气囊的进气口。

所述控制单元分别电连接第一机械臂、第二机械臂、驱动单元、摄像头、送气单元、压力传感器、磁力组件；分别控制移动平台行走、获取分析摄像头拍摄的图像、控制采摘机械手和辅助机械手工作。

所述六自由度机械臂、四自由度机械臂、磁力组件、摄像头、送气单元、开关阀均为现有技术，可外购获得。

本发明的工作原理：

移动平台驶入草莓地的垄沟中，双目摄像机获得草莓果萼质心的三维坐标，将双目摄像机识别出的草莓初步分为一个工作区域，再对区域内的草莓进行成熟度判断，根据H、S阈值和形状、大小特征从背景中检测出成熟草莓子区域，从而进行采摘。

采摘时，将柔性抓手对准草莓，气囊充气，由于凸出部发生膨胀，使得柔性抓手向一侧弯曲，然后夹爪气缸运动，两个柔性抓手合拢对草莓进行弹性包覆，避免了草莓外部出现损伤。通过压力传感器实时监测包覆草莓的松紧度，草莓包裹过紧时开关阀打开降低气囊压力，同时放气口也可向四周吹气，将草莓四周的枝叶吹散，提高了采摘的精度，还能避免将多余草莓枝叶带入草莓盒中导致草莓外表产生刮伤，提高了采摘的质量。采摘手抓到草莓后直接摘下草莓，再将草莓逐个放入草莓盒中，当前的草莓盒装满后辅助机械手再从码垛架上拿取空的草莓盒,从而实现连续采摘。

采摘顺序的规划主要为避免采摘机械手造成采摘邻域内草莓的损伤，以及避免采摘不成熟果实。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换,凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.双臂小型果蔬采收机器人，其特征在于：该收割机包括移动平台，移动平台上分别设有用于采摘草莓的采摘机械手、用于取放草莓盒的辅助机械手、用于码放草莓盒的码垛架(7)、摄像头(8)以及控制单元(3)；所述采摘机械手包括设置在移动平台上的第一机械臂(9)、设置在第一机械臂前端的夹爪气缸(12)、设置在夹爪气缸爪臂上的柔性抓手、送气单元；所述柔性抓手包括柔性隔板(16)、分别设置在柔性隔板两侧的气囊(19)与柔性夹板(17)；所述送气单元分别连接夹爪气缸与气囊；所述气囊表面设有若干凸出部(19.1)；所述柔性隔板与夹爪气缸的爪臂固定；所述送气单元分别连通夹爪气缸与气囊。

2.根据权利要求1所述的双臂小型果蔬采收机器人，其特征在于：所述柔性隔板与柔性夹板之间设有的监测组件；所述监测组件包括固定在柔性隔板上的压力传感器(22)、固定在柔性夹板内侧的第一顶板(23)、固定在压力传感器上的第二顶板(24)、连接第一顶板与第二顶板的弹簧(25)。

3.根据权利要求2所述的双臂小型果蔬采收机器人，其特征在于：所述辅助机械手包括第二机械臂(28)以及设置在第二机械臂前端的磁力组件(29)。

4.根据权利要求3所述的双臂小型果蔬采收机器人，其特征在于：所述第一机械臂为六自由度机械臂；所述第二机械臂为四自由度机械臂。

5.根据权利要求4所述的双臂小型果蔬采收机器人，其特征在于：所述移动平台包括车架(1)、设置在车架底部的移动轮(5)、设置在车架顶部的工作台(2)以及设置在车架上的电源(4)和驱动单元(6)。

6.根据权利要求5所述的双臂小型果蔬采收机器人，其特征在于：所述控制单元分别电连接第一机械臂、第二机械臂、驱动单元、摄像头、送气单元、压力传感器、磁力组件。