CN114451147A - 一种自动采摘设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自动采摘设备，包括：一行走机构；一第一收集箱、一第二收集箱，均布置在所述行走机构上；一采摘部，所述采摘部包括：一机械臂，设置在所述行走机构上；一切割机构，设置在所述机械臂上，用于对果蔬的果梗进行切割；一收集管，其底端位于所述第一收集箱内，其顶端位于所述切割机构的下方；一分拣管，其底端位于所述第二收集箱内，其顶端与所述收集管的中间区域连通，其中，所述分拣管的顶端的内径小于所述收集管的内径。本发明采用了双机械臂的采摘方案，可以对两侧的目标果蔬同时进行采摘，提高了采摘效率，具备自动分拣和自动运输的功能，提高了农业果蔬在采摘、运输、分拣整个环节的效率。

Description

一种自动采摘设备
技术领域
本发明涉及果蔬采摘设备技术领域，尤其涉及一种自动采摘设备。
背景技术
我国是农业大国，有着大规模的农业果蔬的种植面积。传统农业多是以人工方式进行采摘，分拣和运输。而随着现代化和智能化的发展，使得对农业果蔬进行自动化采摘，分拣和运输成为可能。农业机器人凭借其无疲劳、效率高的优势极大的提高了农业的工作效率。在这种背景下，各国的农业机器人都有了长足的发展。
但目前市场上，大部分的农业机器人功能都较为单一，虽然有一些机器人可以实现对果蔬进行自动采摘，但对果蔬的分拣往往是放在后期进行人工分拣，对果蔬的运输也是放在另一环节，由其它车辆进行人工运输。大大降低了农业果蔬从采摘，运输，分拣到集中发货整个环节的整体效率。
在中国专利申请号：CN201910032822.0中公开了一种果蔬采摘机器人及其控制方法。该系统，包括移动平台、采摘机械臂、采摘手、控制系统及拖车；移动平台与拖车连接；采摘机械臂安装在移动平台上，采摘手安装在采摘机械臂的末端；采摘手边沿安装有获取目标物位姿信息的eye-in-hand摄像机，采摘手安装有采摘果蔬的真空采摘器，真空采摘器通过真空管将果蔬输送到拖车上；并联调整机构由六个伺服电动缸驱动实现摄像机的六自由度位姿调节。控制系统用于处理摄像机图像信息及位姿调节指令的生成与发送。
在中国专利申请号：CN202010599960.X中公开了一种果蔬采摘机械手、采摘机器人及其采摘方法，该果蔬采摘机械手包括：抓持部，抓持部具有用于抓持果蔬外表面的抓持面；分离部，分离部具有用于切割果蔬的果梗的切割刀具；定位部，定位部用于采集果蔬的位置信息，并通讯连接抓持部与分离部。
现有技术不能有效在采摘时对果蔬的分拣。鉴于此，故提出本申请。
发明内容
为解决背景技术中存在的至少一个方面的技术问题，本发明提出一种自动采摘设备。
本发明提出的一种自动采摘设备，包括：
一行走机构；
一第一收集箱、一第二收集箱，均布置在所述行走机构上；
一采摘部，所述采摘部包括：
一机械臂，设置在所述行走机构上；
一切割机构，设置在所述机械臂上，用于对果蔬的果梗进行切割；
一收集管，其底端位于所述第一收集箱内，其顶端位于所述切割机构的下方；
一分拣管，其底端位于所述第二收集箱内，其顶端与所述收集管的中间区域连通，其中，所述分拣管的顶端的内径小于所述收集管的内径。
优选地，所述分拣管的顶端由可形变的材料制成；
所述采摘部还包括一调节件，所述调节件用于收紧或扩张所述分拣管的顶端。
优选地，所述调节件包括：
一齿条，呈环状布置，环绕设置在所述分拣管的顶端的外侧，其一端与所述分拣管连接，另一端为自由端；
一调节舵机，设置在所述机械臂上；
一齿轮，安装在所述调节舵机的输出端，并与所述齿条啮合。
优选地，所述切割机构包括：
一连接板，与所述机械臂连接；
一旋转舵机，设置在所述连接板上；
一切割件，与所述旋转舵机的旋转轴连接。
优选地，所述切割件包括：
一夹爪舵机，与所述旋转舵机的输出端连接；
两个相对布置的的剪刀，分别与所述夹爪舵机的两个输出端连接，两个所述剪刀位于所述收集管的顶端的上方。
优选地，所述采摘部还包括一夹持件，所述夹持件用于夹持果蔬的外表面。
优选地，所述夹持件包括两个相对布置的夹持板，两个所述夹持板分别与所述夹爪舵机的两个输出端连接。
优选地，该设备还包括两个称重托盘，位于所述行走机构上，并分别位于所述第一收集箱、所述第二收集箱的下方。
优选地，所述机械臂包括：
一沿竖直方向布置的升降机构；
多个依次连接的旋转关节，两个相邻的所述旋转关节之间转动连接，其中，位于一端的所述旋转关节与所述升降机构连接，位于另一端的所述旋转关节与所述切割机构连接。
优选地，所述行走机构包括：
一车体；其中，所述第一收集箱、所述第二收集箱、所述采摘部均设置在所述车体上；
一工控机，布置在车体上，与所述采摘部通信连接；
一RTK导航模块、一激光雷达、一第一深度相机，均布置于上述车体上，并均与所述工控机通信连接；其中，
所述采摘部还包括一第二深度相机，所述第二深度相机与所述切割机构连接，且与所述工控机通信连接。
本发明公开的一个方面带来的有益效果是：
本发明采用了双机械臂的采摘方案，可以对两侧的目标果蔬同时进行采摘，提高了采摘效率，同时凭借自动分拣和RTK导航模块等，具备自动分拣和自动运输的功能，节省了人力成本，大大提高了农业果蔬在采摘、运输、分拣整个环节的效率。
附图说明
图1为本发明公开的轴视图；
图2为本发明公开的主视图；
图3为本发明公开的机械臂等的轴视图；
图4为本发明公开的机械臂等的主视图；
图5为本发明公开的切割机构、收集管、分拣管的轴视图；
图6为本发明公开的调节件等的示意图；
图7为本发明公开的切割机构的轴视图；
图8为本发明公开的切割机构的主视图；
图9为本发明公开的车体的示意图；
图10为本发明公开的齿条的示意图；
图11为本发明公开的第一收集箱等的示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互的结合；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”和“右”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位置或元件必须具有特定方位、以特定的方位构成和操作，因此不能理解为本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
参照图1-11，本发明提出的一种自动采摘设备，包括：
一行走机构1；所述行走机构1包括：一车体101；一工控机102，布置在车体101上；一RTK导航模块103、一激光雷达104、一第一深度相机105，均布置于上述车体101上，并均与所述工控机102通信连接。RTK导航模块103、激光雷达104可以均布置在车体101的顶端，便于使用。RTK导航模块103用于位置数据的定位和行走路径的记录，并及时将数据传输工控机102。激光雷达104用于设备在行走过程中的避障和对局部环境的感知、建图。第一深度相机105用于设备前进过程中对环境的感知和寻迹行走。
一第一收集箱2、一第二收集箱3，均布置在所述车体101上。
一采摘部，本实施例中采摘部的数量可以为2个，所述采摘部包括：
一机械臂4，设置在所述车体101上，本实施例中机械臂4可以具有垂直方向上的一个自由度和水平方向上的三个旋转自由度；一切割机构5，设置在所述机械臂4上，用于对果蔬的果梗进行切割；一收集管6，其底端位于所述第一收集箱2内，其顶端位于所述切割机构5的下方；一分拣管7，其底端位于所述第二收集箱3内，其顶端与所述收集管6的中间区域连通，其中，所述分拣管7的顶端的内径小于所述收集管6的内径；采摘部还包括第二深度相机106，所述第二深度相机106与所述切割机构5连接，且与所述工控机102通信连接。
车体101开始移动，利用第一深度相机105搜索地面的导航线进行寻迹行走，在寻迹行走的过程中两侧机械臂4上的第二深度相机106对目标果蔬进行检测，如果检测到目标果蔬，则停止行走，进入采摘步骤。若未检测到目标果蔬，则继续进行寻迹行走，同时实时判断导航线是否走完，如果未走完，则继续进行寻迹行走，如果已走完，则寻迹行走结束，设备使用RTK导航模块103返回集中点卸货，结束任务。
设备进入采摘步骤，工控机102会根据两侧的第二深度相机106拍摄照片计算目标果蔬的三维坐标，并将三维坐标值分别传输给机械臂4，机械臂4获取坐标后通过垂直方向上的一个自由度和水平方向上的三个旋转自由度移动至坐标位置，机械臂4在移动的过程中进行实时自检，若未移动到坐标位置则继续移动，若移动到坐标位置，则启动切割机构5剪断目标果蔬的果梗，完成对目标果蔬的抓取和采摘，机械臂4回到初始状态。
目标果蔬进入分拣步骤后，目标果蔬在采摘后进入收集管6内，大果经过收集管6进入第一收集箱2。小果通过分拣管7传送到第二收集箱3内。如此可以实现对不同尺寸的果蔬进行分拣。
采用了双机械臂4的采摘方案，可以对两侧的目标果蔬同时进行采摘，提高了采摘效率，同时凭借自动分拣和RTK导航模块103等，具备自动分拣和自动运输的功能，节省了人力成本，大大提高了农业果蔬在采摘、运输、分拣整个环节的效率。
作为上述实施例的进一步改进，在一个实施方式中，所述分拣管7的顶端由可形变的材料制成，整个分拣管7都可以有塑料或橡胶等材料制成；所述采摘部还包括一调节件8，所述调节件8用于收紧或扩张所述分拣管7的顶端。
在采摘不同尺寸的果蔬时，可以利用调节件8挤压或松开分拣管7的顶端，调整分拣管7的顶端的截面尺寸，控制进入分拣管中的果蔬的大小。
作为上述实施例的进一步改进，在一个实施方式中，所述调节件8包括：
一齿条801，呈环状布置，环绕设置在所述分拣管的顶端的外侧，其一端与所述分拣管连接，另一端为自由端；一调节舵机802，设置在所述机械臂4上，与所述工控机102通信连接；一齿轮803，安装在所述调节舵机802的输出端，并与所述齿条801啮合。
可以利用调节舵机802导电齿轮803来回转动，进而通过齿轮803带动齿条801来回转动，收紧或扩张所述分拣管的顶端，控制进入分拣管7中的果蔬的大小。
作为上述实施例的进一步改进，在一个实施方式中，所述切割机构5包括：
一连接板505，与所述机械臂4连接；一旋转舵机501，设置在所述连接板505上，与所述工控机102通信连接；本实施例中，所述第二深度相机106可以设置在所述连接板505上。一切割件，与所述旋转舵机501的旋转轴连接。
可以利用旋转舵机501带动切割件转动，方便对果蔬采摘。
作为上述实施例的进一步改进，在一个实施方式中，所述切割件包括：
一夹爪舵机502，与所述旋转舵机501的输出端连接，与所述工控机102通信连接；两个相对布置的的剪刀503，分别与所述夹爪舵机502的两个输出端连接，两个所述剪刀503位于所述收集管的顶端的上方。
利用机械臂4将两个剪刀503置于果蔬的果梗两侧，利用夹爪舵机502带动两个剪刀503靠近，对果梗剪切，实现果蔬采摘。
作为上述实施例的进一步改进，在一个实施方式中，所述采摘部还包括一夹持件，所述夹持件用于夹持果蔬的外表面。
作为上述实施例的进一步改进，在一个实施方式中，所述夹持件包括两个相对布置的夹持板504，两个所述夹持板504分别与所述夹爪舵机502的两个输出端连接。本实施例中夹持板504可以为弧状。
利用机械臂4将两个夹持板504置于果蔬的两侧。在切割时，利用两个夹持板504从两侧夹持、抓取果蔬，方便切割果梗，方便采摘。
作为上述实施例的进一步改进，在一个实施方式中，该设备还包括两个称重托盘9，位于所述车体101上，并分别位于所述第一收集箱2、所述第二收集箱3的下方；均与工控机102通信连接。可以利用称重托盘9对进行重量检测。如果第一收集箱2或所述第二收集箱3达到预设重量，则返回集中点卸货，人工卸货后再返回中断点继续采摘。如果未达到预设重量，则继续采摘，直至在指定区域内寻迹行走结束。
作为上述实施例的进一步改进，在一个实施方式中，所述机械臂4包括：
一沿竖直方向布置的升降机构401；多个依次连接的旋转关节402，两个相邻的所述旋转关节402之间转动连接，其中，位于一端的所述旋转关节402与所述升降机构401连接，位于另一端的所述旋转关节402与所述切割机构5连接。旋转关节402可以采用现有技术即可。
升降机构401可以为现有技术中的气缸，或其它结构，能够带动旋转关节402升降即可。
实现竖直方向移动、水平方便调节，方便带动切割机构5对不同位置的果蔬进行采摘。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自动采摘设备，其特征在于，包括：
一行走机构；
一第一收集箱、一第二收集箱，均布置在所述行走机构上；
一采摘部，所述采摘部包括：
一机械臂，设置在所述行走机构上；
一切割机构，设置在所述机械臂上，用于对果蔬的果梗进行切割；
一收集管，其底端位于所述第一收集箱内，其顶端位于所述切割机构的下方；
一分拣管，其底端位于所述第二收集箱内，其顶端与所述收集管的中间区域连通，其中，所述分拣管的顶端的内径小于所述收集管的内径。
2.根据权利要求1所述的自动采摘设备，其特征在于，所述分拣管的顶端由可形变的材料制成；
所述采摘部还包括一调节件，所述调节件用于收紧或扩张所述分拣管的顶端。
3.根据权利要求2所述的自动采摘设备，其特征在于，所述调节件包括：
一齿条，呈环状布置，环绕设置在所述分拣管的顶端的外侧，其一端与所述分拣管连接，另一端为自由端；
一调节舵机，设置在所述机械臂上；
一齿轮，安装在所述调节舵机的输出端，并与所述齿条啮合。
4.根据权利要求1所述的自动采摘设备，其特征在于，所述切割机构包括：
一连接板，与所述机械臂连接；
一旋转舵机，设置在所述连接板上；
一切割件，与所述旋转舵机的旋转轴连接。
5.根据权利要求4所述的自动采摘设备，其特征在于，所述切割件包括：
一夹爪舵机，与所述旋转舵机的输出端连接；
两个相对布置的的剪刀，分别与所述夹爪舵机的两个输出端连接，两个所述剪刀位于所述收集管的顶端的上方。
6.根据权利要求5所述的自动采摘设备，其特征在于，所述采摘部还包括一夹持件，所述夹持件用于夹持果蔬的外表面。
7.根据权利要求6所述的自动采摘设备，其特征在于，所述夹持件包括两个相对布置的夹持板，两个所述夹持板分别与所述夹爪舵机的两个输出端连接。
8.根据权利要求1所述的自动采摘设备，其特征在于，该设备还包括两个称重托盘，位于所述行走机构上，并分别位于所述第一收集箱、所述第二收集箱的下方。
9.根据权利要求1所述的自动采摘设备，其特征在于，所述机械臂包括：
一沿竖直方向布置的升降机构；
多个依次连接的旋转关节，两个相邻的所述旋转关节之间转动连接，其中，位于一端的所述旋转关节与所述升降机构连接，位于另一端的所述旋转关节与所述切割机构连接。
10.根据权利要求1所述的自动采摘设备，其特征在于，所述行走机构包括：
一车体；其中，所述第一收集箱、所述第二收集箱、所述采摘部均设置在所述车体上；
一工控机，布置在车体上，与所述采摘部通信连接；
一RTK导航模块、一激光雷达、一第一深度相机，均布置于上述车体上，并均与所述工控机通信连接；其中，
所述采摘部还包括一第二深度相机，所述第二深度相机与所述切割机构连接，且与所述工控机通信连接。
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