CN112840862A - 适用于采摘多种水果的采摘机器人及其采摘方法 - Google Patents

Abstract

一种适用于采摘多种水果的采摘机器人，包括视觉装置、移动装置、执行装置和收集装置，通过其执行装置抓取空间的可调整以及气缸来回动作带动方形杆的瞬间摆动，借助瞬间摆动力完成多个夹爪的采摘动作。通过本发明的适用于采摘多种水果的采摘机器人及其采摘方法，可以适应采摘多种大小的水果，并且利用瞬间摆动力采摘水果，有效避免采摘过程对水果造成伤害。

Description

适用于采摘多种水果的采摘机器人及其采摘方法

技术领域

本发明涉及农业机械领域，尤其涉及一种适用于采摘多种水果的采摘机器人及其采摘方法。

背景技术

随着新型农业生产模式和自动化控制技术的快速发展，规模化的水果种植与劳动力不足、人工采摘成本不断升高之间的矛盾促使果蔬采摘机器人的研发越来越引起重视。目前，国内大多数果蔬采摘还是采用人工完成，效率低、成本高；世界范围内，相继出现了多种果蔬采摘机器人，例如，黄瓜采摘机器人、柑橘采摘机器人等，不同果蔬有不同的采摘特性，现如今的水果采摘机器人适应采摘的水果大小种类受到限制，有些甚至只能采摘单种水果，实用性底，并且对于一些生长在藤上的水果，为了成功摘下水果，抓取力度大，容易损伤水果，导致水果合格率降低。

应该注意，上面对技术背景的介绍只是为了方便对本发明的技术方案进行清楚、完整的说明，并方便本领域技术人员的理解而阐述的，不能因为这些方案在本发明的背景技术部分进行了阐述而认为上述技术方案为本领域技术人员所公知。

发明内容

本发明是鉴于以上技术问题所提出的，提供一种适用于采摘多种水果的采摘机器人及其采摘方法，能够根据采摘水果的大小预先调整抓取空间，还可以在复杂采摘环境精准抓握采摘对象借助瞬间摆动力摘下水果，成功率高且不损伤水果，提高了实用性。

根据本发明实施例的第一方面，提供了一种适用于采摘多种水果的采摘机器人，其包括视觉装置、移动装置、执行装置和收集装置，其执行装置通过机械手连接在移动装置上，执行装置与机械手通过第一连杆连接，第一连杆的一端连接具有第一固定板，第一固定板远离第一连杆的另一面上固连设有第一固定块和第二固定块，第一固定块和第二固定块之间转动设有销轴，销轴上转动连接设有方形杆，方形杆靠近第一固定板的一端沿销轴的平行和垂直方向分别对称设置开槽，沿销轴平行方向的槽内设有短杆，短杆可在槽内滑动，短杆转动连接具有推杆，推杆与短杆方向垂直且远离短杆的一端固连设有T型块，T型块固定连接具有气缸；方形杆远离第一固定板的一端固连设有第二连杆，第二连杆远离方形杆的一端固连设有第二固定板，第二固定板设有一个以上的贯通槽，每个贯通槽内设有滑动块，每个滑动块上固连设有夹爪，多个夹爪围成采摘水果的抓取空间。

采用这种技术方案，根据各种采摘水果对象的大小，预先调整第二固定板上各个滑动块在其贯通槽上的位置以调整适当的抓取空间，然后移动到采摘区域精准抓取采摘对象，借助气缸高速的来回推拉力使得方形杆及其连接的各个夹爪绕销轴发生瞬间摆动以成功将水果从藤上摘取，不仅可以适应采摘多种水果，还可以在不损伤水果的情况下提高一次性采摘成功率。

根据本发明实施例的第二方面，提供了一种如第一方面的适用于采摘多种水果的采摘机器人，该机器人还设置具有接收装置，所述接收装置接收本地部署的控制装置的指令以控制各个装置的协同动作。

采用这种技术方案，通过远程控制，可以有效提高采摘过程的自动化程度。

根据本发明实施例的第三方面，提供了一种如第二方面的适用于采摘多种水果的采摘机器人，其第二固定板具体的为扇形板，该扇形板具有3个贯通槽，每个贯通槽上通过滑动块连接具有1个夹爪。

采用这种结构，保证最佳采摘水果的抓取空间，又可以以较小空间在复杂摘取环境下执行采摘动作。

根据本发明实施例的第四方面，提供了一种如第三方面的适用于采摘多种水果的采摘机器人，其夹爪为柔性空心夹爪，其滑动块具有通孔，通孔连接具有气管，气管通过外接气泵对柔性空心夹爪进行充气。

采用这种结构，通过气体使得夹爪膨胀夹住水果，实用性高并且不会损伤水果表面及内部。

根据本发明实施例的第五方面，提供了一种如第一方面的适用于采摘多种水果的采摘机器人，其机械手为多轴机械手。

采用上述结构，能够灵活调整夹爪的方向及角度，以应对复杂的采摘环境，便于对复杂空间内的采摘对象进行精准采摘，实用性高。

根据本发明实施例的第六方面，提供了一种如第一方面的适用于采摘多种水果的采摘机器人，其视觉装置具有摄像头，摄像头抓拍图像并将图像发送到远程服务器，远程服务器对图像中的采摘对象进行识别并反馈给本地部署的控制装置。

采用这种结构，便于精准探测采摘对象的位置，以便进一步控制对准采摘对象执行采摘动作。

根据本发明实施例的第七方面，提供了一种如第一方面的适用于采摘多种水果的采摘机器人，其移动装置采用的移动方式为履带式移动。

采用这种方案，适应各种地貌的采摘环境，便于在采摘区域灵活调整移动方向，实现移动到各种最佳采摘位置，实用性高。

根据本发明实施例的第八方面，提供了一种利用适用于采摘多种水果的采摘机器人的采摘方法，该方法包括：

根据各种采摘水果的大小，预先调整第二固定板上各个滑动块在其贯通槽上的位置以调整适当的抓取空间；

视觉装置抓拍果树的图像并将图像发送到远程服务器，远程服务器对图像中的采摘对象进行识别并反馈给控制装置，控制装置计算得出采摘对象相对于机械手的坐标；

控制装置根据采摘对象相对于机械手的坐标控制移动装置的驱动电机，由驱动电机驱动移动装置使得采摘机器人位于最佳采摘位置，然后控制装置通过视觉装置与远程服务器计算得出采摘对象相对于各夹爪的坐标，并控制机械手的动作使得各夹爪围成的抓取空间精准抓握采摘对象；

控制装置控制气泵对各个夹爪充气使得各个夹爪膨胀以抓取采摘对象；

控制装置控制执行装置的气缸动作，促使各个夹爪瞬间来回摆动，利用瞬间摆动力将采摘对象摘取；

控制装置控制机械手的动作，将采摘下来的采摘对象放置到收集装置。

本发明的有益效果在于：通过夹爪围成抓取空间的可调整性适应采摘各种大小的水果，实用性高；通过控制装置控制各个装置的协同动作，利用夹爪瞬间摆动力摘取各种水果，自动化程度高、成功率高，且有效避免了仅仅依靠抓取力采摘对水果造成的损害。

参照后文的说明和附图，详细公开了本发明的特定实施方式，指明了本发明的原理可以被采用的方式。

应该理解，本发明的实施方式并不因而受到限制。针对一种实施方式描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施方式中使用，与其它实施方式中的特征相组合，或替代其它实施方式中的特征。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，例示了本发明的优选实施方式，并与文字说明一起用来解释本发明的原理，其中对于相同的要素，始终用相同的附图标记来表示。

在附图中：

图1是本发明适用于采摘多种水果的采摘机器人优选实施例的结构示意图；

图2是本发明适用于采摘多种水果的采摘机器人优选实施例的动作状态示意图；

图3是图1“A”方向的结构示意图；

图4是本发明适用于采摘多种水果的采摘机器人优选实施例执行装置的立体示意图；

图5是图4的局部放大图；

图6是本发明适用于采摘多种水果的采摘机器人优选实施例执行装置的第二视角示意图；

图7是本发明适用于采摘多种水果的采摘机器人优选实施例的扇形板的仰视图。

具体实施方式

参照附图，通过下面的说明书，本发明的前述以及其它特征将变得明显。在说明书和附图中，具体公开了本发明的特定实施方式，其表明了其中可以采用本发明的原则的部分实施方式，应了解的是，本发明不限于所描述的实施方式。

本发明首先提供一种适用于采摘多种水果的采摘机器人，图1是本发明适用于采摘多种水果的采摘机器人优选实施例的结构示意图，图2是其动作状态示意图，图3是图1“A”方向的结构示意图，图4本发明适用于采摘多种水果的采摘机器人优选实施例执行装置的的立体示意图，图5是图4的局部放大图，图6是该执行装置的第二视角示意图。如图所示，该适用于采摘多种水果的采摘机器人具有视觉装置1、移动装置2、执行装置3和收集装置4，其中执行装置3通过机械手5连接在移动装置2上，执行装置3与机械手5通过第一连杆31连接，第一连杆31的一端连接具有第一固定板32，第一固定板32远离第一连杆31的另一面上固连设有第一固定块33和第二固定块34，第一固定块33和第二固定块34之间转动设有销轴35，销轴35上转动连接设有方形杆36，方形杆36靠近第一固定板32的一端沿销轴35的平行和垂直方向分别对称设置开槽，沿销轴35平行方向的槽内设有短杆37，短杆37可在槽内滑动，短杆37转动连接具有推杆38，推杆38与短杆37方向垂直且远离短杆37的一端固连设有T型块39，T型块39固定连接具有气缸310；另外，方形杆36远离第一固定板32的一端固连设有第二连杆311，第二连杆311远离方形杆36的一端固连设有第二固定板312，第二固定板312设有一个以上的贯通槽，每个贯通槽内设有滑动块，每个滑动块上固连设有夹爪，多个夹爪围成采摘水果的抓取空间。该适用于采摘多种水果的采摘机器人附有接收装置(图中未示出)，通过本地部署的控制装置接收远程服务器识别到的视觉装置获取的图像，控制装置计算得出采摘对象的坐标进一步发送指令给接收装置以控制各装置的协同作用完成采摘动作。在本发明的优选实施例中，以采摘对象为水果为例进行解释说明，当然本适用于采摘多种水果的采摘机器人也可应用于采摘其他果蔬领域，由于采摘原理相同，不再扩展说明。

在本发明的一个实施例中，第二固定板312具体的为扇形板，参见图7，图7是本发明适用于采摘多种水果的采摘机器人优选实施例的扇形板的仰视图，该扇形板312具有3个贯通槽，图中标识出其中一个贯通槽3121，每个贯通槽上通过滑动块连接具有1个夹爪，图中标识出其中一个贯通槽3121上的滑动块3122和夹爪3123。在该实施例的优选实施方式中，滑动块3122通过螺钉夹紧固定在贯通槽3121上，当松动螺钉可以使得滑动块3122在贯通槽3121上滑动，通过调整每个滑动块在贯通槽上的位置，进而可以调整安装在每个滑动块上的多个夹爪围成的抓取空间。

在本实施例的一个实施方式中，安装在滑动块上的夹爪为柔性空心夹爪，这样可以在采摘过程避免伤害水果，提高采摘水果的品质。在该实施例的优选实施方式中，每个滑动块具有通孔，图7中标识出其中一个滑动块3122上的通孔31221，通孔31221连接具有一根气管，气管再通过外接气泵对柔性空心夹爪3123进行充气和放气。参见图1-2，图中标识出其中一根气管313和小型气泵314。

在本发明实施例的一个优选实施方式中，其采用的机械手为多轴机械手5。通过多轴机械手内部多个电机协同控制多个轴的动作以控制机械手的动作方向及角度，进一步可以灵活调整各夹爪围成的抓取空间精准抓取各种拆摘环境下的采摘对象。

在本发明的一个实施例中，视觉装置1具有摄像头11。参看图2、图4，在本发明实施例的一个实施方式中，其摄像头11通过U型块12固定连接在第一固定板32上。当然，在本发明实施例的其他实施方式中，摄像头具体的设置位置也可以选择安装在移动装置上，或者安装在第二固定板上，摄像头的安装位置可以自由选择。利用摄像头获取采摘对象的图像并发送给远程服务器，远程服务器将分析得到的采摘对象的坐标反馈给控制装置，控制装置控制机械手的动作，以便使得各个夹爪围成的抓取空间精准抓握采摘对象。

在本发明实施例的一个优选实施方式中，移动装置2采用的移动方式为履带式移动，通过手动控制或者自动控制能使得其根据需要调整移动方向，这样可以更好地适应在各种地貌上的稳定移动，提高其实用性。

以上，详细介绍了本发明的一种适用于采摘多种水果的采摘机器人的优选实施例，与其相应的，本发明还提供了一种利用适用于采摘多种水果的采摘机器人的采摘方法，该方法包括：

根据各种采摘水果的大小，预先调整第二固定板上各个滑动块在其贯通槽上的位置以调整适当的抓取空间；

视觉装置抓拍果树的图像并将图像发送到远程服务器，远程服务器对图像中的采摘对象进行识别并反馈给控制装置，控制装置计算得出采摘对象相对于机械手的坐标；

控制装置根据采摘对象相对于机械手的坐标控制移动装置的驱动电机，由驱动电机驱动移动装置使得采摘机器人位于最佳采摘位置，然后控制装置通过视觉装置与远程服务器计算得出采摘对象相对于各夹爪的坐标，并控制机械手的动作使得各夹爪围成的抓取空间精准抓握采摘对象；

控制装置控制气泵对各个夹爪充气使得各个夹爪膨胀以抓取采摘对象；

控制装置控制执行装置的气缸动作，促使各个夹爪瞬间来回摆动，利用瞬间摆动力将采摘对象摘取；

控制装置控制机械手的动作，将采摘下来的采摘对象放置到收集装置。

以上参照附图描述了本发明的优选实施方式，这些实施方式的许多特征和优点根据该详细的说明书是清楚的。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施方式限于所例示和描述的精确结构和操作。

Claims (8)

1.一种适用于采摘多种水果的采摘机器人，其特征在于，包括：视觉装置、移动装置、执行装置和收集装置，其中所述执行装置通过机械手连接在所述移动装置上，所述执行装置与所述机械手通过第一连杆连接，所述第一连杆的一端连接具有第一固定板，所述第一固定板远离所述第一连杆的另一面上固连设有第一固定块和第二固定块，所述第一固定块和所述第二固定块之间转动设有销轴，所述销轴上转动连接设有方形杆，所述方形杆靠近所述第一固定板的一端沿所述销轴的平行和垂直方向分别对称设置开槽，沿所述销轴平行方向的槽内设有短杆，所述短杆可在槽内滑动，所述短杆转动连接具有推杆，所述推杆与所述短杆方向垂直且远离所述短杆的一端固连设有T型块，所述T型块固定连接具有气缸；所述方形杆远离所述第一固定板的一端固连设有第二连杆，所述第二连杆远离所述方形杆的一端固连设有第二固定板，所述第二固定板设有一个以上的贯通槽，每个贯通槽内设有滑动块，每个滑动块上固连设有夹爪，多个夹爪围成采摘水果的抓取空间。

2.根据权利要求1所述的适用于采摘多种水果的采摘机器人，其特征在于，所述适用于采摘多种水果的采摘机器人还设置具有接收装置，所述接收装置接收本地部署的控制装置的指令以控制各个装置的协同动作。

3.根据权利要求2所述的适用于采摘多种水果的采摘机器人，其特征在于，所述第二固定板具体的为扇形板，所述扇形板具有3个贯通槽，每个贯通槽上通过滑动块连接具有1个夹爪。

4.根据权利要求3所述的适用于采摘多种水果的采摘机器人，其特征在于，所述夹爪为柔性空心夹爪，所述滑动块具有通孔，所述通孔连接具有气管，所述气管通过外接气泵对所述柔性空心夹爪进行充气。

5.根据权利要求1所述的适用于采摘多种水果的采摘机器人，其特征在于，所述机械手为多轴机械手。

6.根据权利要求1所述的适用于采摘多种水果的采摘机器人，其特征在于，所述视觉装置具有摄像头，所述摄像头抓拍图像并将图像发送到远程服务器，远程服务器对图像中的采摘对象进行识别并反馈给本地部署的控制装置。

7.根据权利要求1所述的适用于采摘多种水果的采摘机器人，其特征在于，所述移动装置采用的移动方式为履带式移动。

8.一种利用适用于采摘多种水果的采摘机器人的采摘方法，其特征在于，所述方法包括：

根据各种采摘水果的大小，预先调整第二固定板上各个滑动块在其贯通槽上的位置以调整适当的抓取空间；

视觉装置抓拍果树的图像并将图像发送到远程服务器，远程服务器对图像中的采摘对象进行识别并反馈给控制装置，控制装置计算得出采摘对象相对于机械手的坐标；

控制装置根据采摘对象相对于机械手的坐标控制移动装置的驱动电机，由驱动电机驱动移动装置使得采摘机器人位于最佳采摘位置，然后控制装置通过视觉装置与远程服务器计算得出采摘对象相对于各夹爪的坐标，并控制机械手的动作使得各夹爪围成的抓取空间精准抓握采摘对象；

控制装置控制气泵对各个夹爪充气使得各个夹爪膨胀以抓取采摘对象；

控制装置控制执行装置的气缸动作，促使各个夹爪瞬间来回摆动，利用瞬间摆动力将采摘对象摘取；

控制装置控制机械手的动作，将采摘下来的采摘对象放置到收集装置。

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