CN113508685A - 一种万寿菊采摘移动机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种万寿菊采摘移动机器人，该万寿菊采摘移动机器人由行走机构、防撞装置、控制系统、检测装置、抓取组件、动力装置构成。集采摘、收集和运输的一体化的工作形式，可大大提高万寿菊的采摘效率，节省人工采摘所浪费的时间。采用视觉检测装置，能够判断万寿菊的成熟程度和大小形状，具有很高的采摘成功率。针对万寿菊种植地的地貌特征，该万寿菊采摘移动机器人具备一定的越野能力和防侧翻能力，适用于复杂的地面情况。采用三自由度的DELTA并联机器人平台作为抓取组件，通过旋转杆的旋转轻松旋下万寿菊，避免了万寿菊的损伤。万寿菊采摘移动机器人可大大减少人工作业成本，提高农产品采摘效率，提高农产品的经济价值，再农业采摘领域具有极大地应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及机器人机构、农业机器人领域，具体涉及一种万寿菊采摘移动机器人。
背景技术
农业人工采摘作业一直都是制约整个农业生产体系发展的主要因素。农业机器人是各个国家农业发展的一个重要方向，农业机器人的出现不仅能够帮助人们大大的减少人工作业成本，还能够有效提高农产品的经济价值。
万寿菊在我国各地均有栽培，是一种绿色环保的持续性开花作物，具有净化空气和美化环境的作用，万寿菊不仅有极高的观赏价值，还有药用价值，其根茎具有化痰止咳，清热解毒消肿的功效；其花可以治上呼吸道感染，气管炎，咽炎，口腔炎等炎症；涂抹外用可治腮腺炎，乳腺炎，痈疮肿毒等。其鲜草外用可治疗疔疮等。目前我国万寿菊的采摘环节长期以来均为人工完成，采摘劳动强度大、成本高、效率低，为了有效减轻万寿菊采摘劳动强度、提高采摘效率解决用工难问题并实现大规模的万寿菊采摘工作，研发一种适合的万寿菊采摘移动机器人非常重要，不仅能改善我国的农业领域中劳动力缺乏的情况，还能提高生产力，降低企业成本。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种万寿菊采摘移动机器人，意在解决现有技术中缺少能够对万寿菊进行高效、安全采摘的采摘机器人的问题。
本发明专利的目的是通过以下技术方案来实现的：
本发明专利由行走机构、防撞装置、控制系统、检测装置、抓取组件、动力装置构成。所述行走机构包括车身和安装在车身底部的四组独立驱动的驱动轮，车体用于承载整个设备，四组独立的驱动轮负责配合完成行走，其驱动器位于车架长方体空心结构内，驱动轮尺寸相对较大是考虑到万寿菊种植地的地貌特征，路陡峭不平坦需要移动机器人具备一定的越野能力。
进一步地，所述防撞装置包括防撞条、警报器、雷达、急停开关，雷达置于车体顶盖上部，前端后端各一个，用于检测障碍物，两个警报器设置在车体前端防撞条上方，并位于车体两侧，当雷达检测到机器人出现异常时触发警报器发出声响并闪烁灯光，防撞条位于车体前端和每个驱动轮外圈，发生碰撞时起到缓冲作用，保护车体以及驱动轮不受损坏，急停开关位于车架下端长方体空心结构的上部前端的两侧，用于保障发现危险时人工可使小车停止运动。
进一步地，所述控制系统包括控制箱、控制面板、控制按键和控制器，控制箱位于车体顶盖下方最前端，控制面板和控制按键位于控制箱表面，控制器置于控制箱内部，实现整体控制策略。所述检测装置包括摄像头，摄像头控制箱底部，以拍摄图像分析万寿菊成熟情况，检测万寿菊位置大小，并传递信息给抓取组件实现抓取。
进一步地，所述抓取组件为三自由度的DELTA并联机器人平台，静平台下方设置三个主动杆的电机，上方中心部位设置转动杆的电机，静平台与动平台之间连接的三根主动臂和三组从动臂，每组从动臂包括两根平行杆，主动臂和从动臂用铰链连接，中部的两根旋转杆连接部分采用伸缩机构，两根旋转杆与平台之间用两个万向铰链连接，旋转杆下端连接气动夹爪，夹爪抓到一朵万寿菊后旋转从而采摘下来。
进一步地，所述动力装置包括电池组，保证移动机器人可连续工作八小时以上。
进一步地，所述移动机器人还包括储料仓，机器人将采摘的鲜花放入储物仓中，储物仓具有自动开关的底门，待到每陇菊花的终点时候，可以将鲜花自动释放到鲜花回收处。
本发明专利的优点及有益效果为：
1、本发明专利采用视觉检测装置，能够判断万寿菊的成熟程度和大小形状，提高采摘成功率。
2、本发明专利采用三自由度的DELTA并联机器人平台作为抓取组件，通过旋转杆的旋转轻松旋下万寿菊，避免万寿菊损伤。
3、本发明专利采用集采摘、收集和运输的一体化的工作形式，提高了万寿菊的采摘效率，节省人工采摘所浪费的时间。
4、本发明专利采用四个独立的驱动轮，且尺寸较大，底盘高，使得万寿菊采摘机器人底盘的地形适应能力强且具有一定的越障性能，可适应复杂的地面情况。
5、本发明专利结构简单稳定，成本较低，负载能力强，防侧翻能力强，在农业采摘移动机器人领域上具有巨大的应用前景。
附图说明
下面附图对本发明专利进一步说明。
图1为本发明专利万寿菊采摘移动机器人的整体机构示意图
图2为本发明专利万寿菊采摘移动机器人车体下端空心长方体内部示意图
图3为本发明专利万寿菊采摘移动机器人的整体机构正面示意图
图4为本发明专利万寿菊采摘移动机器人抓取组件示意图
图5为本发明专利万寿菊采摘移动机器人抓取组件的气动夹爪示意图
图6为本发明专利万寿菊采摘移动机器人储物仓示意图
图7为本发明专利万寿菊采摘移动机器人控制箱示意图
附图中，各标号所代表的部件和参数类型列表如下：1-行走机构，2-防撞装置防撞条，3-控制箱，4-检测装置，5-抓取组件，6-电池组，7-驱动轮，8-储物仓，9-雷达，10-警报器，11-急停开关，12-车架，13-驱动系统，14-顶盖，15-控制按键，16-控制面板，17-静平台，18-动平台，19-主动臂，20-从动臂，21-伸缩机构，22-万向铰链，23-气动夹爪，24-铰链，25-旋转杆电机，26-主动臂电机，27-第一旋转杆，28-第二旋转杆。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明专利方案，下面结合具体实施例进一步说明本发明专利的技术方案。
参见图1，本发明为一种万寿菊采摘移动机器人，该机构包括多个部分：行走机构(1)防撞装置(2)控制箱(3)检测装置(4)抓取组件(5)电池组(6)。所述行走机构(1)由车架(12)和驱动轮(7)和驱动系统(13)共同组成，车架(12)下端设置4套独立驱动的驱动轮(7)，参见图2，所述的车架(12)下端呈长方体空心结构，内部前端放置四套驱动器(13)分别驱动四个驱动轮(7)，后端放置电池组(6)，是移动机器人的动力中心，保证其工作八小时以上。车架(12)前端和驱动轮(7)外圈均设置防撞条(2)，警报器(10)设置在车架(12)前端防撞条(2)上方嵌与车体内部，雷达(9)置于车体顶盖(14)上部，前端后端各一个，急停开关(11)位于车架(12)下端长方体空心结构的上部前端，防撞条(2)与警报器(10)雷达(9)急停开关(11)共同组成防撞急停装置，雷达(9)检测环境出现障碍或车体异常时触发警报器(10)发出声响和闪烁灯光；车体顶盖(14)下方最前端设置控制箱(3)，最后端设置储物仓(8)，控制系统(3)和储物仓(8)之间设置抓取组件(5)，控制箱底部设置摄像头(4)作为机器人的检测系统，检测万寿菊的花色深浅和边缘轮廓，以此确定万寿菊的成熟程度和大小，从而判断采摘目标，通过视觉定位的方式，确定万寿菊的位置，给抓取组件(5)以确定的信息。
参见图3，所述为万寿菊采摘移动机器人正面示意图。
参见图4，所述为万寿菊采摘移动机器人抓取组件示意图，参见图5，所述为万寿菊采摘移动机器人抓取组件的气动夹爪示意图，抓取组件(5)采用三自由度的DELTA并联机器人平台，三个主动臂(19)的电机(26)固定在静平台(17)下方，转动杆(27)的电机(25)固定在静平台(17)上方，三个电机(26)连接三根主动臂(19)，每根主动臂(19)分别通过铰链(24)与两根平行杆(20)连接，接到控制系统(3)的抓取指令时，电机(26)驱动主动臂(19)开始动作；电机(25)下方设置一个万向铰链(22)与旋转杆(27)相连，两根旋转杆(27)(28)连接部分采用伸缩机构(21)，旋转杆(28)通过万向铰链(22)与气动夹爪(23)相连接，气动夹爪(23)安装在抓取组件(5)的最下端，和万向铰链(22)相连接的部分通过轴承固定在动平台(18)上，气动夹爪(23)到达检测装置(4)确定的位置后，夹住所要采摘的万寿菊，通过旋转杆(28)的旋转拧下万寿菊，主动臂(19)抬起从而拿起万寿菊，再通过主动臂(19)动作把万寿菊拿到储物仓(8)门的合适位置，松开夹爪(23)使万寿菊投入储物仓(8)。
参见图6，所述为万寿菊采摘移动机器人储物仓示意图，抓取组件(5)会将采摘下来的万寿菊投入储物仓(8)中，储物仓(8)具有自动开关的底门，待到每陇万寿菊的终点时候，控制中心会控制储物仓(8)将万寿菊自动释放到鲜花回收处。
参见图7，所述为万寿菊采摘移动机器人控制箱示意图，控制箱(3)内部包含控制器，控制箱表面设置控制面板(16)和四个控制按钮(15)，分别的功效是开启设备，关闭设备以及加速减速，控制箱是整车的控制中心
本发明专利的有益效果：本发明专利采用视觉检测装置，能够判断万寿菊的成熟程度和大小形状，提高采摘成功率。本发明专利采用三自由度的DELTA并联机器人平台作为抓取组件，通过旋转杆的旋转轻松旋下万寿菊，避免万寿菊损伤。本发明专利采用集采摘、收集和运输的一体化的工作形式，提高了万寿菊的采摘效率，人工采摘所浪费的时间，本发明专利采用四个独立的驱动轮，且尺寸较大，底盘高，使得万寿菊采摘机器人底盘的地形适应能力强且具有一定的越障性能，可适应复杂的地面情况。本发明专利结构简单稳定，成本较低，负载能力强，防侧翻能力强，在农业采摘移动机器人领域上具有巨大的应用前景。
以上对本发明专利做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明专利的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均属于本发明专利的保护范围。
Claims (8)
1.一种万寿菊采摘移动机器人，其特征在于，包括行走机构(1)防撞装置(2)控制箱(3)检测装置(4)抓取组件(5)电池组(6)；车架(12)下端呈长方体空心结构，车架(12)下端设置4套独立驱动的驱动轮(7)，车架(12)和驱动轮(7)共同组成行走机构(1)；车架(12)前端和驱动轮(7)外圈均设置防撞条(2)，警报器(10)设置在车架(12)前端防撞条(2)上方，雷达(9)置于车体顶盖(14)上部，前端后端各一个，急停开关(11)位于车架(12)下端长方体空心结构的上部前端，防撞条(2)与警报器(10)雷达(9)急停开关(11)共同组成防撞急停装置；车架(12)内部后端设置电池组(6)前端设置驱动系统(13)，车体顶盖(14)下方最前端设置控制箱(3)，最后端设置储物仓(8)，控制系统(3)和储物仓(8)之间设置抓取组件(5)，控制箱(3)表面设有控制面板(16)、控制按键(15)，是整车的控制中心；控制箱底部设置摄像头(4)作为机器人的检测系统。
2.根据权利要求1所述的一种万寿菊采摘移动机器人，其特征在于：抓取组件(5)采用三自由度的DELTA并联机器人平台，三自由度的DELTA并联机器人平台由静平台(17)下方设置三个主动臂(19)的电机(26)，上方中心部位设置转动杆(27)的电机(25)，静平台(17)与动平台(18)之间连接的是三根主动臂(19)和三组从动臂(20)，每组从动臂(20)包括两根平行杆(20)，主动臂(19)和从动臂(20)之间采用铰链(24)连接，中间是两根旋转杆(27)(28)，连接部分采用伸缩机构(21)，两根旋转杆(27)(28)与平台之间用两个万向铰链(22)连接，旋转杆(28)下端连接气动夹爪(23)。
3.根据权利要求1所述的一种万寿菊采摘移动机器人，其特征在于：这是一种适合于万寿菊采摘移动机器人，能够识别并采摘万寿菊，可实现遥控式行走和直线行走并且具备在农田行走的能力，具备一定的越野性。
4.根据权利要求1所述的一种万寿菊采摘移动机器人，其特征在于：检测装置(4)能够鉴别植物花色，通过摄像头(4)扫描得到同色系花冠或花萼花器官的图片信息，运用图片分析软件计算其灰度值，灰度值的大小即可表明花色的深浅；建立花器官图像灰度值与花色苷含量的关联度，用以验证该方法的准确性；通过摄像头(4)检测万寿菊的边缘轮廓，以此确定万寿菊的大小，从而判断采摘目标；通过视觉定位的方式，确定万寿菊的位置，给抓取组件(5)以确定的信息；抓取组件(5)根据视觉定位的信息来准确抓取。
5.根据权利要求1所述的一种万寿菊采摘移动机器人，其特征在于：抓取组件(5)将采摘的万寿菊放入储物仓(8)中，储物仓(8)具有自动开关的底门，待到每陇万寿菊的终点时候，将万寿菊自动释放到鲜花回收处。
6.根据权利要求1所述的一种万寿菊采摘移动机器人，其特征在于：动力系统包括电池组(6)，确保万寿菊采摘移动机器人连续工作不少于8小时。
7.根据权利要求1所述的一种万寿菊采摘移动机器人，其特征在于：安全系统包括报警器(10)、雷达(9)防撞条(2)急停开关(11)构成的防撞急停装置，保障万寿菊采摘移动机器人的安全作业。
8.根据权利要求1所述的一种万寿菊采摘移动机器人，其特征在于：地面遥控系统配置相应的便携式操作台，为触摸屏式，用于运行机器人控制系统ROS进行数据处理。
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