CN114586542B - 采摘机械手及采摘机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种采摘机械手及采摘机器人，采摘机械手适用于采摘机器人，包括主架结构、电机模块、套取采摘结构及收集结构；主架结构的一端连接采摘机器人主体，另一端固定电机模块，电机模块的输出轴连接所述套取采摘结构及收集结构，套取采摘结构的下方设置收集结构。套取采摘结构环状结构且具有凸起部。本发明的采摘机械手的套取采摘结构移动到待采摘物附近并且将待采摘物套入，由于套取采摘结构的凸起部设计，能使得杆或者茎进入凸起部内，移动结构向后移动，套取采摘结构将待采摘物的杆或者茎割断，进而掉入下方的收集结构内，电机模块带动收集结构进行转动，将收集结构内的待采摘物倾倒至其他收集装置内，实现了对待采摘物的采摘。

Description

采摘机械手及采摘机器人

技术领域

本发明涉及机器人技术领域，尤其涉及一种采摘机械手及采摘机器人。

背景技术

农业生产是我国必不可少的一部分，一说到农业生产会想到难度大、费人工等，所以越来越多的企业或者科研致力于农业机器人的研发及制造，当然，采摘机械人必不可少，而且种类越来越多，针对不同的农作物会有不同的采摘机械人。目前蔬菜水果等已经成为国人必不可少的食物，而蔬菜水果的种植和采摘是传统农业生产链中劳动强度较大、时效性要求较高的部分，随着种植规模的增长，其工作成本正在不断提高，近年来随着视觉识别技术的进步和智能控制理论的发展，使用机器人来采摘蔬菜和水果已经成为一种现实趋势。

然而，现有的采摘机器人采摘果品种类单一、在面对复杂的种植环境以及复杂地面时稳定性差、覆盖采摘率不高，而且尤其在采摘容易破皮的水果或者蔬菜时，目前还没有采摘效果较好的机器人，大部分在采摘的时候会容易划伤水果或者蔬菜。

发明内容

本发明针对现有技术中的缺点，提供了一种采摘机械手及采摘机器人。

为了解决上述技术问题，本发明通过下述技术方案得以解决：

一种采摘机械手，适用于采摘机器人，包括主架结构、电机模块、套取采摘结构及收集结构；

所述主架结构的一端连接采摘机器人主体，另一端固定所述电机模块，所述电机模块的输出轴连接所述套取采摘结构及收集结构，所述套取采摘结构的下方设置所述收集结构；所述套取采摘结构为环状结构，所述环状结构具有凸起部和连接部，所述连接部连接所述电机模块的输出轴。

作为一种可实施方式，所述环状结构还具有缓冲部，所述缓冲部和凸起部平滑连接。

作为一种可实施方式，所述主架结构包括第一支撑部和第二支撑部；

所述第一支撑部的一端连接采摘机器人主体，所述第一支撑部的另一端连接第二支撑部的一端，所述第二支撑部与所述电机模块相互连接。

作为一种可实施方式，所述第二支撑部设有电机模块安装部或电机模块安装孔，所述电机模块安装部或所述电机模块安装孔用于设置所述电机模块。

作为一种可实施方式，所述收集结构包括收集单元及支架结构；

所述支架结构包括第一连接部及第二连接部，所述第一连接部的一端与电机模块的输出轴相互配合，第一连接部的另一端与所述第二连接部的一端，所述第二连接部的一端或者上方设有所述收集单元。

作为一种可实施方式，所述收集单元固定或可拆卸的连接在第二连接部上方。

一种采摘机器人，包括以上所述的采摘机械手，还包括采摘机器人主体，所述采摘机器人主体至少包括主控模块、图像采集模块、升降结构、移动结构及旋转结构；

所述移动结构用于移动，所述移动结构与所述升降结构连接，所述升降结构和所述旋转结构相互配合，所述旋转结构的一端连接升降结构，旋转结构的另一端连接主架结构的第一支撑部，所述主控模块连接所述图像采集模块；

所述图像采集模块对待采摘物进行定位，所述旋转结构将所述采摘机械手进行旋转，所述升降结构将所述采摘机械手和所述旋转结构上下移动。

作为一种可实施方式，所述旋转结构包括第一旋转部、第二旋转部及旋转电机；

所述第一旋转部的一端连接所述升降结构，所述第一旋转部的另一端分别和旋转电机及第二旋转部的一端连接，所述第二旋转部的另一端连接所述第一支撑部的一端，所述旋转电机连接所述主控模块。

作为一种可实施方式，所述升降装置包括主杆组件和连接组件，所述主杆组件的第一端固定连接所述移动结构，所述连接组件的一端滑动连接所述主杆组件，所述连接组件的另一端连接所述第一旋转部的一端。

作为一种可实施方式，旋转结构还包括第二旋转电机和/或第三旋转电机，所述第二旋转电机固定在所述连接组件上，所述第二旋转电机的输出轴连接所述第一旋转部的一端，所述第三旋转电机与第一支撑部连接，所述第三旋转电机的输出轴分别连第一支撑部及第二旋转部的另一端。

作为一种可实施方式，所述图像采集装置为摄像头，所述摄像头与所述连接组件连接。

作为一种可实施方式，所述移动结构为移动底盘车，所述移动底盘车上端设有与采摘机械手具有的收集结构相互配合的收集装置。

本发明由于采用了以上技术方案，具有显著的技术效果：

本发明的采摘机械手的套取采摘结构移动到待采摘物附近并且将待采摘物套入，由于套取采摘结构的凸起部设计，进而使得杆或者茎进入凸起部内，采摘机械手的载体向后移动，套取采摘结构将待采摘物的杆或者茎割断，进而掉入下方的收集结构内，电机模块带动收集结构进行转动，将收集结构内的待采摘物倾倒至其他收集装置内，实现了对待采摘物的采摘；

本发明的采摘机器人通过图像采集模块对待采摘物的周围环境的图像进行采集，进而识别出待采摘物的空间坐标以及待采摘物的茎或者杆、叶子等关键部位的具体位置，旋转结构进行转动，将采摘机械手的套取采摘结构移动到待采摘物附近并且将待采摘物套入，进而使得杆或者茎进入凸起部内，移动结构向后移动，套取采摘结构将待采摘物的杆或者茎割断，进而掉入下方的收集结构内，电机模块带动收集结构进行转动，将收集结构内的待采摘物倾倒至收集装置内；

并且，在一定区域采摘完后，移动结构会根据图像采集模块的识别情况对位置进行调整，能自动行走，达到下一个采摘区域。

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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是采摘机械手的整体结构立体示意图；

图2是采摘机械手的侧视图；

图3是采摘机器人的整体结构示意图；

图4是采摘机器人的侧视图。

附图中的标号：

1、主架结构；2、电机模块；3、套取采摘结构；4、收集结构；5、凸起部；6、缓冲部；7、第一支撑部；8、第二支撑部；9、收集单元；10、支架结构；11、第一连接部；12、第二连接部；13、图像采集模块；14、升降结构；15、移动结构；16、旋转结构；17、第一旋转部；18、第二旋转部；19、旋转电机；20、主杆组件；21、连接组件；22、第二旋转电机；23、第三旋转电机；24、安装底座；25、电机。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。

实施例1：

一种采摘机械手，适用于采摘机器人，如图1所示，包括主架结构1、电机模块2、套取采摘结构3及收集结构4；

所述主架结构1的一端连接采摘机器人主体，另一端固定所述电机模块2，所述电机模块2的输出轴连接所述套取采摘结构3及收集结构4，所述套取采摘结构3的下方设置所述收集结构4。

由于现有技术中最常见的机械手是卡爪式的或者夹子式的，因此在采摘草莓或者番茄或者樱桃等这种容易破皮的水果或者蔬菜时会对这些水果或者蔬菜造成损伤，那么采用机器手或者机器人进行采摘反而会造成很大的困难。本发明就是为了减少现有采摘机械手或者机器人对这一类待采摘物造成损伤而设计的。

通过本发明的装置，套取采摘结构3移动到待采摘物附近并且将待采摘物套入，由于套取采摘结构3的凸起部5设计，进而使得杆或者茎进入凸起部5内，移动结构15向后移动，套取采摘结构3将待采摘物的杆或者茎割断，进而掉入下方的收集结构4内，实现了对待采摘物的采摘。

当然，套取采摘结构3还可以直接与主架结构1的一端相连，但是在实际使用中效果并不是很理想，因为电机旋转带动收集结构4进行翻转时，会触碰到套取采摘结构3，因此最优方案则是所述电机模块2的输出轴连接所述套取采摘结构3及收集结构4，电机旋转带动收集结构4进行翻转时，套取采摘结构3也会同步运动。

在一个实施例中，为了能方便的割断杆或者茎并且不伤到待采摘物，因此经过多次实验和改进，将所述套取采摘结构3设计为环状结构，环状结构很容易将待采摘物套入其中，仅仅套住并不能顺利快速的将带采摘物割断，因此还需要在工作时可以将待采摘物割断的作用部，为了方便使用及节省成本，此作用部可以为凸起部5，则所述环状结构具有凸起部5，环状结构将待采摘物套入其中后，进而使得杆或者茎落入凸起部5内，采摘机械手的载体向后移动，套取采摘结构3将待采摘物的杆或者茎割断，为了连接方便，还设置了连接部，通过连接部连接所述电机模块2的输出轴，通过连接部连接所述电机模块2的输出轴，后续便于更换。

更加具体地，为了能更好的保护待采摘物及将待采摘物迅速的定位到凸起部5内部，在所述环状结构还设有缓冲部6，所述缓冲部6和凸起部5平滑连接，当套取采摘结构3从下往上或者从上往下套取到待采摘物后，感应到缓冲部6的位置后再调整套取采摘结构3的位置，将杆或者茎落入凸起部5，缓冲部6一方面是便于识别到凸起部5，另一面是为了使得套取采摘结构3不易变形，如果就是个普通的环状结构加凸起部5，那么势必容易变形，尤其是外力作用于环状结构后，环状结构会发生形变，因此会使得环状结构的寿命减小，有个缓冲部6后，在此实施例中，缓冲部6可以设计为直线型的结构，因此套取采摘结构3在某个角度呈现出的结构为圆弧段和直线段和凸起部5的总和，缓冲部6最好设置在套取采摘结构3的最外侧即远离电机模块2的输出轴的一侧。

在一个实施例中，所述主架结构1包括第一支撑部7和第二支撑部8；所述第一支撑部7的一端连接采摘机器人主体，所述第一支撑部7的另一端连接第二支撑部8的一端，所述第二支撑部8与所述电机模块2相互连接，具体地，相互连接的方式可以为：所述第二支撑部8设有电机模块2安装部或电机模块2安装孔，所述电机模块2安装部或所述电机模块2安装孔用于设置所述电机模块2。

第一支撑部7和第二支撑部8相互连接，两者并不限于垂直连接，但是连接后两者不能处于同一平面，原则上在0度到180度内都是可以实现的，但是最优的连接方式是趋于垂直连接。在具体的实施例中，第一支撑部7和第二支撑部8都是支撑板，第一支撑部7用于和采摘机器人主体连接，第二支撑部8设有电机模块2安装孔，电机模块2的输出轴伸出电机模块2安装孔与连接所述套取采摘结构3及收集结构4。

于一个实施例中，所述收集结构4包括收集单元9及支架结构10；所述支架结构10包括第一连接部11及第二连接部12，所述第一连接部11的一端与电机模块2的输出轴相互配合，第一连接部11的另一端与所述第二连接部12的一端，所述第二连接部12的一端或者上方设有所述收集单元9。所述收集单元9固定或可拆卸的连接在第二连接部12上方。收集结构4就是为了将待采摘物进行收集，是通过电机模块2进行转动来改变收集单元9的角度，进而将待采摘物从收集单元9内滑出。

实施例2：

一种采摘机器人，如图3所示，包括实施例1所述的采摘机械手，还包括采摘机器人主体，所述采摘机器人主体至少包括主控模块、图像采集模块13、升降结构14、移动结构15及旋转结构16；所述移动结构15用于移动，所述移动结构15与所述升降结构14连接，所述升降结构14和所述旋转结构16相互配合，所述旋转结构16的一端连接升降结构14，旋转结构16的另一端连接主架结构1的第一支撑部7，所述主控模块连接所述图像采集模块13；所述图像采集模块13对待采摘物进行定位，所述旋转结构16将所述采摘机械手进行旋转，所述升降结构14将所述采摘机械手和所述旋转结构16上下移动。

所述主控模块为整个采摘机器人的控制系统，可以设置在移动结构15内可以设置在其他装置上，所述图像采集模块13采集到待采摘物自身及周边的信息后反馈给主控模块，主控模块进行信息处理，判断出待采摘物的高度和位置，进而反馈给移动结构15、升降结构14及旋转结构16，升降结构14根据高度调整采摘机械手整体的高度，旋转结构16在移动结构15移动到一定位置后进行旋转，致使待采摘物进入采摘机械手的套取采摘结构3的内部，进而主控模块控制移动结构15向后移动使得套取采摘结构3将待采摘物割断。

采摘机器人通过图像采集模块13对待采摘物的周围环境的图像进行采集，进而识别出待采摘物的空间坐标以及待采摘物的茎或者杆、叶子等关键部位的具体位置，旋转结构16进行转动，将采摘机械手的套取采摘结构3移动到待采摘物附近并且将待采摘物套入，进而使得杆或者茎进入凸起部5内，移动结构15带动整体结构向后移动，套取采摘结构3将待采摘物的杆或者茎割断，进而掉入下方的收集结构4内，电机模块2带动收集结构4进行转动，将收集结构4内的待采摘物倾倒至收集装置内；并且，在一定区域采摘完后，移动结构15会根据图像采集模块13的识别情况对位置进行调整，能自动行走，达到下一个采摘区域。

所述旋转结构16包括第一旋转部17、第二旋转部18及旋转电机19；所述第一旋转部17的一端连接所述升降结构14，所述第一旋转部17的另一端分别和旋转电机19及第二旋转部18的一端连接，所述第二旋转部18的另一端连接所述第一支撑部7的一端，所述旋转电机19连接所述主控模块。

所述升降装置包括主杆组件20和连接组件21，所述主杆组件20的第一端通过安装底座24固定连接所述移动结构15，所述连接组件21的一端滑动连接所述主杆组件20，所述连接组件21的另一端连接所述第一旋转部17的一端，连接组件21势必会包括与主杆组件20配合的滑轨或者轨道，主杆组件20也包括了丝杆及电机25，电机25丝杠运动，进而带动连接组件21及旋转结构16及采摘机械手上下移动，进而精确定位高度，这里高度的调整方式通过现有技术就可以实现，在此不再赘述。

旋转结构16还包括第二旋转电机22和/或第三旋转电机23，所述第二旋转电机22固定在所述连接组件21上，所述第二旋转电机22的输出轴连接所述第一旋转部17的一端，所述第三旋转电机23与第一支撑部7连接，所述第三旋转电机23的输出轴分别连第一支撑部7及第二旋转部18的另一端，也就是说，旋转结构16可以实现在同一个水平面的多角度旋转。

当然，所有涉及到的旋转电机19都可以和主控模块连接，也可以选择伺服电机，总之，在实际控制过程中，这些旋转电机19都是相互协作的，这样才能使得调整的位置更加精准。

在一个实施例中，所述图像采集装置为摄像头，所述摄像头与所述连接组件21连接，当然，也可以是视觉传感器等，只要能获取到待采摘物的位置信息的装置都可以使用。

于一个实施例中，为了能更好的适用于所有的土质，所述移动结构15为移动底盘车，所述移动底盘车上端设有与采摘机械手具有的收集结构4相互配合的收集装置，当然，移动底盘车上还可以安装其他装置或者结构，在此不再赘述。

到达一个场地后，采摘机器人通过图像采集模块13对待采摘物的周围环境的图像进行采集，进而识别出待采摘物的空间坐标以及待采摘物的茎或者杆、叶子等关键部位的具体位置及高度，升降装置开始调节初始高度，采摘机器人驶入场地，基于具体位置，旋转结构16进行转动，将采摘机械手的套取采摘结构3移动到待采摘物附近并且将待采摘物套入，进而使得杆或者茎进入凸起部5内，移动结构15带动整体结构向后移动，套取采摘结构3将待采摘物的杆或者茎割断，进而掉入下方的收集结构4内，电机模块2带动收集结构4进行转动，将收集结构4内的待采摘物倾倒至收集装置内，通过所述图像采集模块13采集的信息反馈至主控模块，主控模块判断采摘是否完成，采摘机器人开始移动掉头和换道，之后重复该过程，直到完成整个区域的采摘。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种采摘机械手，适用于采摘机器人，其特征在于，包括主架结构、电机模块、套取采摘结构及收集结构；

所述主架结构的一端连接采摘机器人主体，另一端固定所述电机模块，所述电机模块的输出轴连接所述套取采摘结构及收集结构，所述套取采摘结构的下方设置所述收集结构；

所述套取采摘结构为环状结构，所述环状结构具有凸起部和连接部，所述连接部连接所述电机模块的输出轴；

所述环状结构还具有缓冲部，所述缓冲部和凸起部平滑连接。

2.根据权利要求1所述的采摘机械手，其特征在于，所述主架结构包括第一支撑部和第二支撑部；

所述第一支撑部的一端连接采摘机器人主体，所述第一支撑部的另一端连接第二支撑部的一端，所述第二支撑部与所述电机模块相互连接。

3.根据权利要求2所述的采摘机械手，其特征在于，所述第二支撑部设有电机模块安装部或电机模块安装孔，所述电机模块安装部或所述电机模块安装孔用于设置所述电机模块。

4.根据权利要求1所述的采摘机械手，其特征在于，所述收集结构包括收集单元及支架结构；

所述支架结构包括第一连接部及第二连接部，所述第一连接部的一端与电机模块的输出轴相互配合，第一连接部的另一端与所述第二连接部的一端，所述第二连接部的一端或者上方设有所述收集单元。

5.根据权利要求4所述的采摘机械手，其特征在于，所述收集单元固定或可拆卸的连接在第二连接部上方。

6.一种采摘机器人，其特征在于，包括权利要求1-5任意一项所述的采摘机械手，还包括采摘机器人主体，所述采摘机器人主体至少包括主控模块、图像采集模块、升降结构、移动结构及旋转结构；

所述移动结构用于移动，所述移动结构与所述升降结构连接，所述升降结构和所述旋转结构相互配合，所述旋转结构的一端连接升降结构，旋转结构的另一端连接主架结构的第一支撑部，所述主控模块连接所述图像采集模块；

所述图像采集模块对待采摘物进行定位，所述旋转结构将所述采摘机械手进行旋转，所述升降结构将所述采摘机械手和所述旋转结构上下移动。

7.根据权利要求6所述的采摘机器人，其特征在于，所述旋转结构包括第一旋转部、第二旋转部及旋转电机；

所述第一旋转部的一端连接所述升降结构，所述第一旋转部的另一端分别和旋转电机及第二旋转部的一端连接，所述第二旋转部的另一端连接所述第一支撑部的一端，所述旋转电机连接所述主控模块。

8.根据权利要求7所述的采摘机器人，其特征在于，所述升降结构包括主杆组件和连接组件，所述主杆组件的第一端固定连接所述移动结构，所述连接组件的一端滑动连接所述主杆组件，所述连接组件的另一端连接所述第一旋转部的一端。

9.根据权利要求8所述的采摘机器人，其特征在于，旋转结构还包括第二旋转电机和/或第三旋转电机，所述第二旋转电机固定在所述连接组件上，所述第二旋转电机的输出轴连接所述第一旋转部的一端，所述第三旋转电机与第一支撑部连接，所述第三旋转电机的输出轴分别连第一支撑部及第二旋转部的另一端。

10.根据权利要求8或9所述的采摘机器人，其特征在于，图像采集装置为摄像头，所述摄像头与所述连接组件连接。

11.根据权利要求6所述的采摘机器人，其特征在于，所述移动结构为移动底盘车，所述移动底盘车上端设有与采摘机械手具有的收集结构相互配合的收集装置。