CN113940197A - 一种果蔬采摘机器人 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人领域，公开了一种果蔬采摘机器人，包括行走机构、抓取机构、收集机构和控制模块；行走机构的前方设置识别装置；抓取机构包括机械爪组件和能够驱动机械爪转动、水平方向及竖直方向运动的调节组件；机械爪组件设置在调节组件的运动部件上；控制模块控制行走机构、抓取机构和收集机构进行协同动作；能够进行路况与果实的识别，躲避路障，精准识别果实，且通过调节组件带动机械爪组件进行旋转、升降和平移，能够精准的采摘果实，提升了采摘效率，并实现自动化控制，降低了劳动强度，易于操作，且避免了人工采摘的安全性问题，降低了人工成本，同时自身结构合理紧凑，易于生产，加工成本低，经济性更强。

Description

一种果蔬采摘机器人

技术领域

本发明涉及机器人领域，更具体的说是涉及一种用于果蔬采摘工作的采摘机器人。

背景技术

果蔬采摘是一项季节性强,操作复杂且劳动强度极高而效率又极低的工作。据调查,果蔬采摘作业所用劳动力占整个生产过程所用劳动力的33％～50％,而目前我国的水果采摘绝大部分还是以人工采摘为主.因此,研究果蔬采摘机器人对缓解农村劳动力缺乏,节省人工成本,提高果蔬采摘效率有着重要的意义。

由于采摘作业环境和操作的复杂性，水果采摘的自动化程度仍然很低，目前国内水果的采摘作业基本上还是手工完成，人工采摘可能出现很多的问题如：人工效率低、劳动力成本高，并且高枝采摘具有危险性。

目前，大部分的果蔬采摘机器人，需要去操控采摘工具进行工作，精准度较低，从而导致采摘速度较慢，效率较低。

并且，现存的果蔬采摘机器人使用较为专业，但是使用的对象绝大多数都是农民，因此机器人的操作不能过于繁琐。再者，农民的收入有限，在开发机器人时须尽量降低制造成本，提高维护的简易性，市场上的采摘机器人操作繁琐，并且价格高昂，不适合小型农户的采摘使用。

因此，如何提供一种成本低，操作简单且精准度高的采摘机器人是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提供一种以至少在一定程度上解决现有技术中的上述技术问题之一。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种果蔬采摘机器人，包括行走机构、抓取机构、收集机构和控制模块；

所述行走机构的前方设置识别装置；

所述抓取机构包括机械爪组件和能够驱动机械爪转动、水平方向及竖直方向运动的调节组件；所述调节组件设置在所述行走机构上，所述机械爪组件设置在所述调节组件的运动部件上；

所述收集机构设置在所述行走机构上，处于所述调节组件的一侧；

所述控制模块控制所述行走机构、所述抓取机构和所述收集机构进行协同动作。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种果蔬采摘机器人，其优点在于：

通过识别装置实现路况与果实的识别，能够躲避路障，精准识别果实；且通过调节组件带动机械爪组件进行旋转、升降和平移，能够精准的采摘果实，提升了采摘效率；

通过控制模块进行自动化控制，实现果实采摘自动化，降低了劳动强度，易于操作，且避免了人工采摘的安全性问题，降低了人工成本，同时自身结构合理紧凑，易于生产，加工成本低，经济性更强。

优选的，在上述的一种果蔬采摘机器人中，所述行走机构为行走小车；

所述识别装置包括传感器系统和影像传输系统，所述传感器系统设置在行走小车的前方，所述影像传输系统设置在所述机械爪组件上；

所述控制模块设置在所述行走小车的车板板面上。

优选的，在上述的一种果蔬采摘机器人中，所述传感器系统包括灰度传感器和光电传感器，所述光电传感器设置在所述行走小车的前方且朝向两侧；所述灰度传感器设置在所述行走小车的前端底侧位置；

所述影像传输系统为摄像头模块，所述影像传输系统设置在所述机械爪组件上；

所述灰度传感器、所述光电传感器和所述影像传输系统均与所述控制模块电信号连接。

优选的，在上述的一种果蔬采摘机器人中，所述机械爪组件包括固定臂、安装板、爪件一、爪件二和电机一；

所述固定臂的一端固定在所述调节组件的运动部件上，另一端竖直固定所述安装板，所述安装板的一侧设置水平的托板；

所述爪件一和所述爪件二呈镜像设置，其外壁均设有连接臂板，所述连接臂板的端部设置轮齿且相互啮合，两个所述连接臂板的轮齿端通过转轴转动连接在所述托板上；

所述电机一固定在所述托板上，其的输出轴贯穿所述托板与其中一个所述转轴固定，驱动所述爪件一和所述爪件二进行开合抓取动作；

所述影像传输系统设置在安装板上，且朝向所述爪件一和所述爪件二的抓取侧；

所述电机一与所述控制模块电连接。

优选的，在上述的一种果蔬采摘机器人中，所述调节组件包括电动云台、滑动基座、光杆滑动组件一、光杆滑动组件二、同步带组件一和同步带组件二；所述滑动基座设有朝向水平和竖直方向的导向筒一和导向筒二；

所述电动云台固定在所述行走小车的顶部；

所述光杆滑动组件一和光杆滑动组件二分别沿水平和竖直方向布置，并分别与所述导向筒一和导向筒二滑动连接，所述固定臂设置在所述所述光杆滑动组件一的一端，所述光杆滑动组件二的底端固定在所述电动云台的台面上，所述同步带组件一和同步带组件二的主动带轮和从动带轮对应设置在所述光杆滑动组件一和光杆滑动组件二的两端，所述滑动基座分别与所述同步带组件一和所述同步带组件二的同步带的一侧固定；

所述电动云台、所述同步带组件一和同步带组件二的控制单元分别与所述控制模块电连接。

优选的，在上述的一种果蔬采摘机器人中，所述光杆滑动组件一包括成组设置的安装座一、光杆一和杆支座一；

两个所述安装座一间隔设置，两根所述光杆一的两端均连接杆支座一，并通过所述杆支座一分别固定在对应侧的所述安装座一上，所述导向筒一套设在所述光杆一上并与之滑动连接；所述同步带组件一的主动带轮和从动带轮分别通过转轴转动连接在对应的所述安装座一上，其同步带一的一侧与所述滑动基座固定连接；所述固定臂固定在其中一个所述安装座一上；

所述光杆滑动组件二包括成组设置的安装座二、光杆二和杆支座二，

两个所述安装座二间隔设置，其中一的所述安装座二垂直固定在所述电动云台的台面上，两根所述光杆二的两端均连接杆支座二，并通过所述杆支座二分别固定在对应侧的所述安装座二上，所述导向筒二套设在所述光杆二上并与之滑动连接；所述同步带组件二的主动带轮和从动带轮分别通过转轴转动连接在对应的所述安装座二上，其同步带二的一侧与所述滑动基座固定连接。

优选的，在上述的一种果蔬采摘机器人中，所述收集机构包括箱体和连动组件；

所述箱体固定在所述行走小车的车板上，其顶部开口，且一侧的侧壁是与底板转动连接的开合板；所述连动组件包括开合舵机、连杆结构；所述开合舵机固定在所述箱体的外壁，其输出部件管穿所述箱体的侧壁与所述连杆结构的一端固定连接，所述连杆结构的另一端通过连接座与所述开合板的内侧壁铰接；

所述开合舵机与所述控制模块电连接。

优选的，在上述的一种果蔬采摘机器人中，所述箱体的中部通过隔板分隔为两个存放区，所述开合板分隔为对应的两块；

所述开合舵机和所述连杆结构均设有两个，两个所述开合舵机分别设置在箱体的相对侧壁上，并分别通过所述连杆结构与对应的所述开合板传动连接。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据中附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中行走小车的结构示意图；

图3为本发明中抓取机构的结构示意图；

图4为本发明中机械爪组件的结构示意图；

图5为本发明中收集机构的结构示意图。

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。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅1-5为本发明的一种果蔬采摘机器人，包括行走机构1、抓取机构2、收集机构3和控制模块4；

行走机构1的前方设置识别装置5；

抓取机构2包括机械爪组件20和能够驱动机械爪转动、水平方向及竖直方向运动的调节组件21；调节组件21设置在行走机构1上，机械爪组件20设置在调节组件21的运动部件上；

收集机构3设置在行走机构1上，处于调节组件21的一侧；

控制模块4控制行走机构1、抓取机构2和收集机构3进行协同动作。

为了进一步优化上述技术方案，行走机构1为行走小车；

识别装置5包括传感器系统50和影像传输系统51，传感器系统50设置在行走小车的前方，影像传输系统51设置在机械爪组件20上；

控制模块4设置在行走小车的车板板面上。

为了进一步优化上述技术方案，传感器系统50包括灰度传感器501和光电传感器502，光电传感器502设置在行走小车的前方且朝向两侧；灰度传感器设置在行走小车的前端底侧位置；

影像传输系统51为摄像头模块，影像传输系统51设置在机械爪组件20上；

灰度传感器501、光电传感器502和影像传输系统51均与控制模块4电信号连接。

为了进一步优化上述技术方案，机械爪组件20包括固定臂200、安装板201、爪件一202、爪件二203和电机一204；

固定臂200的一端固定在调节组件21的运动部件上，另一端竖直固定安装板201，安装板201的一侧设置水平的托板205；

爪件一202和爪件二203呈镜像设置，其外壁均设有连接臂板206，连接臂板206的端部设置轮齿且相互啮合，两个连接臂板206的轮齿端通过转轴转动连接在托板205上；

电机一204固定在托板205上，其的输出轴贯穿托板205与其中一个转轴固定，驱动爪件一202和爪件二203进行开合抓取动作；

影像传输系统51设置在安装板201上，且朝向爪件一202和爪件二203的抓取侧；

电机一204与控制模块4电连接。

为了进一步优化上述技术方案，调节组件21包括电动云台210、滑动基座211、光杆滑动组件一212、光杆滑动组件二213、同步带组件一214和同步带组件二215；滑动基座211设有朝向水平和竖直方向的导向筒一和导向筒二；

电动云台210固定在行走小车的顶部；

光杆滑动组件一212和光杆滑动组件二213分别沿水平和竖直方向布置，并分别与导向筒一和导向筒二滑动连接，固定臂200设置在光杆滑动组件一212的一端，光杆滑动组件二213的底端固定在电动云台210的台面上，同步带组件一214和同步带组件二215的主动带轮和从动带轮对应设置在光杆滑动组件一212和光杆滑动组件二213的两端，滑动基座211分别与同步带组件一214和同步带组件二215的同步带的一侧固定；

电动云台210、同步带组件一214和同步带组件二215的控制单元分别与控制模块4电连接。

具体的，电动云台210通过云台舵机驱动，带动光杆滑动组件二213进行转动。

为了进一步优化上述技术方案，光杆滑动组件一212包括成组设置的安装座一2120、光杆一2121和杆支座一2122；

两个安装座一2120间隔设置，两根光杆一2121的两端均连接杆支座一2122，并通过杆支座一2122分别固定在对应侧的安装座一2120上，导向筒一套设在光杆一2121上并与之滑动连接；同步带组件一214的主动带轮和从动带轮分别通过转轴转动连接在对应的安装座一2120上，其同步带一的一侧与滑动基座211固定连接；固定臂200固定在其中一个安装座一2120上；

光杆滑动组件二213包括成组设置的安装座二2130、光杆二2131和杆支座二2132，

两个安装座二2130间隔设置，其中一的安装座二2130垂直固定在电动云台210的台面上，两根光杆二2131的两端均连接杆支座二2132，并通过杆支座二2132分别固定在对应侧的安装座二2130上，导向筒二套设在光杆二2131上并与之滑动连接；同步带组件二215的主动带轮和从动带轮分别通过转轴转动连接在对应的安装座二2130上，其同步带二的一侧与滑动基座211固定连接。

具体的，滑动基座211包括相对设置的两块基板，两块所述基板之间存在间隙，并通过螺栓固定；两块所述基板的内侧对应设置有与光杆一2121和光杆二2131对应的导向套一和导向套二。

为了进一步优化上述技术方案，收集机构3包括箱体30和连动组件31；

箱体30固定在行走小车的车板上，其顶部开口，且一侧的侧壁是与底板转动连接的开合板301；连动组件31包括开合舵机311、连杆结构312；开合舵机固定在箱体30的外壁，其输出部件管穿箱体30的侧壁与连杆结构312的一端固定连接，连杆结构312的另一端通过连接座与开合板301的内侧壁铰接；

开合舵机311与控制模块4电连接。

为了进一步优化上述技术方案，箱体30的中部通过隔板分隔为两个存放区，开合板301分隔为对应的两块；

开合舵机311和连杆结构312均设有两个，两个开合舵机311分别设置在箱体30的相对侧壁上，并分别通过连杆结构312与对应的开合板301传动连接。

具体的，还包括用于向控制终端传输信息的wifi网络模块，便于识别周边工作环境，并进行控制。

具体的，行走小车的主动轮动过电机驱动，并通过控制模块进行控制。

具体的，设备中的电子元件均进行防潮、防水处理，提升使用寿命。

具体的，机器人通过myRIO与Arduino相互通信，协调控制，对果蔬检测识别与定位，精准抓取成熟果实，完成一系列抓取与安放果实的任务。

具体的，机器人通过Arduino单片机控制Openmv摄像头捕捉到的画面进行颜色处理，以及果实的中心定位，实现对成熟果实与进行抓取。

具体的，本发明的工作原理为：

行走小车通过传感器系统和影像传输系统，将数据信息传输至控制模块进行分析判断，选择合适路径，规避障碍物到达采摘位置；

电动云台210调整光杆滑动组件二213的角度，改变机械爪组件20的朝向，使之与果实相对，然后同步带组件二215带动滑动基座211和滑动基座211上升至合适高度，同步带组件一214带动光杆滑动组件一212向果实方向移动，至合适位置停止；通过影像传输系统对果实进行数据采集并传输至控制模块进行分析，确定成熟果实，通过上述调整方式进行微调，将械爪组件20送至成熟果实位置，进行抓取，然后将取下的果实根据种类或尺寸放置到箱体30内的对应的存放区，采摘完毕后，行走小车将果实带回，通过打开开合板取出果实。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种果蔬采摘机器人，其特征在于，包括行走机构(1)、抓取机构(2)、收集机构(3)和控制模块(4)；

所述行走机构(1)的前方设置识别装置(5)；

所述抓取机构(2)包括机械爪组件(20)和能够驱动机械爪转动、水平方向及竖直方向运动的调节组件(21)；所述调节组件(21)设置在所述行走机构(1)上，所述机械爪组件(20)设置在所述调节组件(21)的运动部件上；

所述收集机构(3)设置在所述行走机构(1)上，处于所述调节组件(21)的一侧；

所述控制模块(4)控制所述行走机构(1)、所述抓取机构(2)和所述收集机构(3)进行协同动作。

2.根据权利要求1所述的一种果蔬采摘机器人，其特征在于，所述行走机构(1)为行走小车；

所述识别装置(5)包括传感器系统(50)和影像传输系统(51)，所述传感器系统(50)设置在行走小车的前方，所述影像传输系统(51)设置在所述机械爪组件(20)上；

所述控制模块(4)设置在所述行走小车的车板板面上。

3.根据权利要求2所述的一种果蔬采摘机器人，其特征在于，所述传感器系统(50)包括灰度传感器(501)和光电传感器(502)，所述光电传感器(502)设置在所述行走小车的前方且朝向两侧；所述灰度传感器设置在所述行走小车的前端底侧位置；

所述影像传输系统(51)为摄像头模块，所述影像传输系统(51)设置在所述机械爪组件(20)上；

所述灰度传感器(501)、所述光电传感器(502)和所述影像传输系统(51)均与所述控制模块(4)电信号连接。

4.根据权利要求3所述的一种果蔬采摘机器人，其特征在于，所述机械爪组件(20)包括固定臂(200)、安装板(201)、爪件一(202)、爪件二(203)和电机一(204)；

所述固定臂(200)的一端固定在所述调节组件(21)的运动部件上，另一端竖直固定所述安装板(201)，所述安装板(201)的一侧设置水平的托板(205)；

所述爪件一(202)和所述爪件二(203)呈镜像设置，其外壁均设有连接臂板(206)，所述连接臂板(206)的端部设置轮齿且相互啮合，两个所述连接臂板(206)的轮齿端通过转轴转动连接在所述托板(205)上；

所述电机一(204)固定在所述托板(205)上，其的输出轴贯穿所述托板(205)与其中一个所述转轴固定，驱动所述爪件一(202)和所述爪件二(203)进行开合抓取动作；

所述影像传输系统(51)设置在安装板(201)上，且朝向所述爪件一(202)和所述爪件二(203)的抓取侧；

所述电机一(204)与所述控制模块(4)电连接。

5.根据权利要求4所述的一种果蔬采摘机器人，其特征在于，所述调节组件(21)包括电动云台(210)、滑动基座(211)、光杆滑动组件一(212)、光杆滑动组件二(213)、同步带组件一(214)和同步带组件二(215)；所述滑动基座(211)设有朝向水平和竖直方向的导向筒一和导向筒二；

所述电动云台(210)固定在所述行走小车的顶部；

所述光杆滑动组件一(212)和光杆滑动组件二(213)分别沿水平和竖直方向布置，并分别与所述导向筒一和导向筒二滑动连接，所述固定臂(200)设置在所述所述光杆滑动组件一(212)的一端，所述光杆滑动组件二(213)的底端固定在所述电动云台(210)的台面上，所述同步带组件一(214)和同步带组件二(215)的主动带轮和从动带轮对应设置在所述光杆滑动组件一(212)和光杆滑动组件二(213)的两端，所述滑动基座(211)分别与所述同步带组件一(214)和所述同步带组件二(215)的同步带的一侧固定；

所述电动云台(210)、所述同步带组件一(214)和同步带组件二(215)的控制单元分别与所述控制模块(4)电连接。

6.根据权利要求5所述的一种果蔬采摘机器人，其特征在于，所述光杆滑动组件一(212)包括成组设置的安装座一(2120)、光杆一(2121)和杆支座一(2122)；

两个所述安装座一(2120)间隔设置，两根所述光杆一(2121)的两端均连接杆支座一(2122)，并通过所述杆支座一(2122)分别固定在对应侧的所述安装座一(2120)上，所述导向筒一套设在所述光杆一(2121)上并与之滑动连接；所述同步带组件一(214)的主动带轮和从动带轮分别通过转轴转动连接在对应的所述安装座一(2120)上，其同步带一的一侧与所述滑动基座(211)固定连接；所述固定臂(200)固定在其中一个所述安装座一(2120)上；

所述光杆滑动组件二(213)包括成组设置的安装座二(2130)、光杆二(2131)和杆支座二(2132)，

两个所述安装座二(2130)间隔设置，其中一的所述安装座二(2130)垂直固定在所述电动云台(210)的台面上，两根所述光杆二(2131)的两端均连接杆支座二(2132)，并通过所述杆支座二(2132)分别固定在对应侧的所述安装座二(2130)上，所述导向筒二套设在所述光杆二(2131)上并与之滑动连接；所述同步带组件二(215)的主动带轮和从动带轮分别通过转轴转动连接在对应的所述安装座二(2130)上，其同步带二的一侧与所述滑动基座(211)固定连接。

7.根据权利要求6所述的一种果蔬采摘机器人，其特征在于，所述收集机构(3)包括箱体(30)和连动组件(31)；

所述箱体(30)固定在所述行走小车的车板上，其顶部开口，且一侧的侧壁是与底板转动连接的开合板(301)；所述连动组件(31)包括开合舵机(311)、连杆结构(312)；所述开合舵机固定在所述箱体(30)的外壁，其输出部件管穿所述箱体(30)的侧壁与所述连杆结构(312)的一端固定连接，所述连杆结构(312)的另一端通过连接座与所述开合板(301)的内侧壁铰接；

所述开合舵机(311)与所述控制模块(4)电连接。

8.根据权利要求7所述的一种果蔬采摘机器人，其特征在于，所述箱体(30)的中部通过隔板分隔为两个存放区，所述开合板(301)分隔为对应的两块；

所述开合舵机(311)和所述连杆结构(312)均设有两个，两个所述开合舵机(311)分别设置在箱体(30)的相对侧壁上，并分别通过所述连杆结构(312)与对应的所述开合板(301)传动连接。

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