CN114888824A - 模块化采摘机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种模块化采摘机器人，其包括多果采摘执行器、单果采摘执行器、遮挡执行器、机械臂组件和移动车体组件。其中，模块化采摘器采用了与传统采摘器截然不同的结构进行采摘。多果采摘执行器通过使用气囊膨胀和收缩的方式可以实现对多个果实的固定，单果采摘执行器通过使用苹果固定滑块可以实现单个果实的固定，多果采摘执行器和单果采摘执行器在固定果实后，可以利用重心上移的特点，完成执行器的自动翻转，达到落果的目的。本发明可根据采摘环境的不同，使用多种不同采摘执行器协作式采摘，控制系统复杂性降低，安装方便，工作效率高。

Description

模块化采摘机器人

技术领域

本发明涉及农林业机器人领域，特别涉及一种用于苹果、梨等水果采摘的模块化采摘机器人。

背景技术

随着科技的发展以及人们健康意识的增强，人们对于果蔬的需求日益增加。基于市场现状，苹果的产量日益增多，而目前苹果采摘还需要大批量手工采摘，这是对人力物力的极大浪费。因此，苹果采摘智能化的研究刻不容缓，能实现苹果智能化采摘的机器人成为农业科技领域的重要研究对象。

近些年来，有学者提出基于负压吸摘末端执行器的鲜苹果无损化缓冲采摘，即苹果采摘完，进入有缓冲设计的收集装置，苹果经过收集器的三种不同级别的缓冲区缓冲后，能无损地收集进存储装置，完成无损化采摘。这种采摘方式对于苹果表面形状的规则性要求极高，所以对表面形状不规则的苹果进行采摘时，采摘效果不佳，采摘效率低下。除此以外，国内外众多学者在农业采摘机器人领域也研发了其它富有特色的采摘机器人。但都是涉及一次采摘单个苹果的研究，极少有人关注苹果多果采摘的问题，而本发明借助特殊的采摘固定方法和落果方式，发明一种能实现多果采摘和单果采摘的机器人。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种模块化采摘机器人，通过设计三种不同的采摘执行器，采摘器上面固定有磁铁，机械臂末端关节连接有电磁铁吸附器。进行模块化设计，即每个机械臂末端都使用电磁力连接的方式，能够快速完成更换，操作便捷；加上使用多果采摘执行器，可以一次采摘多个果实，能提高采摘效率。

本发明提供了一种模块化采摘机器人，其包括多果采摘执行器、单果采摘执行器、遮挡执行器、机械臂组件和移动车体组件。所述多果采摘执行器，其包括第一滚珠丝杠、第一尾板、第一电磁铁、第一滑块、多果挤压手指、固定气囊、第一托盘、第一陀螺仪外圈、第一陀螺仪内圈、第一肋板、第一稳定爪、第一固定推杆内推杆、第一固定推杆外壳、第一电磁铁固定板、第一螺钉和第一底板，所述第一底板的第一端通过第一肋板和所述第一尾板的第一端连接，所述第一底板的第二端和所述第一陀螺仪外圈的第一端用转动副连接，所述的第一陀螺仪外圈的第二端和所述的第一陀螺仪内圈的第一端通过转动副连接，所述第一陀螺仪内圈的第二端和所述第一托盘的外壁用转动副连接，所述第一托盘的内壁和所述固定气囊固定连接，所述第一电磁铁通过第一电磁铁固定板和第一螺钉与所述第一尾板的第二端连接，所述第一滚珠丝杠的轴承座底盘两侧分别与所述第一底板上端的两侧通过底盘凹槽固定连接，所述第一滑块的第一端和所述第一滚珠丝杠用螺旋副连接实现平移运动，所述第一滑块的第二端和所述多果挤压手指连接，所述第一固定推杆外壳的第一端和所述第一底板下端固定连接，所述第一固定推杆外壳的第二端和所述第一固定推杆内推杆的第一端通过移动副连接，所述第一固定推杆内推杆的第二端和所述第一稳定爪连接。所述单果采摘执行器，其包括第二陀螺仪外圈、第二陀螺仪内圈、第二托盘、苹果固定滑块、单果挤压手指、第二底板、第二尾板、第二电磁铁、第二肋板、第二稳定爪、第二滚珠丝杠、第二电磁铁固定板、第二螺钉、舵机、第二固定推杆内推杆和第二固定推杆外壳，所述第二底板的第一端通过第二肋板和所述第二尾板的第一端固定连接，所述第二底板的第二端和所述第二陀螺仪外圈的第一端通过转动副连接，所述的第二陀螺仪外圈的第二端和所述的第二陀螺仪内圈的第一端通过转动副连接，所述第二陀螺仪内圈的第二端和所述第二托盘的第一端通过转动副连接，所述第二托盘的第二端和第二滚珠丝杠的第一端连接，所述第二滚珠丝杠的第二端和所述苹果固定滑块的第一端用螺旋副连接实现平移运动，所述苹果固定滑块的第二端和舵机的第一端固定连接，所述舵机的第二端和所述单果挤压手指的第一端连接，所述第二电磁铁分别通过第二电磁铁固定板和所述第二螺钉与所述第二尾板的前端固定连接，所述第二固定推杆外壳的第一端和所述第二底板的下端连接，所述第二固定推杆外壳的第二端和所述第二固定推杆内推杆的第一端通过移动副连接，所述第二固定推杆内推杆的第二端和所述第二稳定爪固定连接。所述移动车体组件，其包括车厢、苹果收集缓冲器、中空收集篓、柔性输送管、执行器存放板、履带、履带支撑架、减速器、电机、移动平台支撑架、主动轮和从动轮，所述移动平台支撑架的第一端和所述车厢的第一端固定连接，所述执行器存放板和所述机械臂底座的第三端固定连接，所述中空收集篓和所述柔性输送管的第一端固定连接，所述柔性输送管的第二端和所述苹果收集缓冲器固定连接，所述苹果收集缓冲器位于所述车厢的内部。

进一步，在所述移动车体组件中，所述移动平台支撑架的第二端和所述履带支撑架的第一端固定连接，所述电机的输出端法兰和所述减速器的输入端法兰连接，所述减速器的输出端和所述主动轮轴的第一端连接，所述减速器的外壳和所述履带支撑架的第二端固定连接，所述主动轮的第二端通过履带和所述从动轮的第一端连接，所述从动轮的第二端通过支撑轴连接于轴承座，而轴承座和履带支撑架的第三端用螺栓固定连接。

在本发明的一种优选实施方式中还包括机械臂组件，其包括机械臂底座、机械臂第一转动关节、腰部杆件、机械臂第二转动关节、大臂、机械臂第三转动关节、第一小臂杆件、机械臂第四转动关节、第二小臂杆件、机械臂第五转动关节、腕部杆件、机械臂第六转动关节和电磁铁吸附器，所述机械臂底座的第一端和所述移动平台支撑架的第四端固定连接，所述机械臂底座的第二端和所述机械臂腰部杆件通过机械臂第一转动关节连接，所述机械臂第一转动关节的转动轴线平行于腰部杆件的长度方向，所述腰部杆件的第二端和所述大臂的第一端通过机械臂第二转动关节连接，所述机械臂第二转动关节的轴线垂直于腰部杆件和大臂的长度方向，所述大臂的第二端和所述第一小臂杆件的第一端通过机械臂第三转动关节连接，所述机械臂第三转动关节的轴线平行于第二转动关节轴线，所述第一小臂杆件的第二端和所述第二小臂杆件的第一端通过机械臂第四转动关节连接，所述机械臂第四转动关节的轴线平行于第一小臂杆件和第二小臂杆件的长度方向，所述第二小臂杆件的第二端和所述腕部杆件的第一端通过机械臂第五转动关节连接，所述机械臂第五转动关节与所述机械臂第二转动关节和所述机械臂第三转动关节构成的平面平行，所述腕部杆件的第二端与电磁铁吸附器的第一端通过机械臂第六转动关节连接，所述机械臂第六转动关节的轴线平行于腕部杆件的长度方向，所述电磁铁吸附器分别与采摘执行器或遮挡执行器连接。

在本发明的一种优选实施方式中还包括遮挡执行器，其包括遮挡执行器底座、遮挡执行器第一构件、遮挡执行器第二构件和遮挡执行器第三构件，所述遮挡执行器底座的第一端和所述遮挡执行器第一构件的第一端固定连接，所述遮挡执行器第一构件的第二端和所述遮挡执行器第二构件的第一端固定连接，所述遮挡执行器第二构件的第二端和所述遮挡执行器第三构件固定连接。

进一步，在所述单果采摘执行器中，所述苹果固定滑块和所述第二滚珠丝杠的数量相等，所述苹果固定滑块和所述第二滚珠丝杠以120度分布在所述第二托盘的第二端。

进一步，所述机械臂底座、所述机械臂第一转动关节、所述腰部杆件、所述机械臂第二转动关节、所述大臂、所述机械臂第三转动关节、所述第一小臂杆件、所述机械臂第四转动关节、所述第二小臂杆件、所述机械臂第五转动关节、所述腕部杆件、所述机械臂第六转动关节和所述电磁铁吸附器组成机械臂，所述机械臂的数量为二；所述履带、所述履带支撑架、所述减速器、所述电机、所述主动轮和所述从动轮组成驱动组件，所述驱动组件的数量为二，且对称分布在所述移动平台支撑架的两侧；所述第一滚珠丝杠、所述第一滑块和所述多果挤压手指的数量均为二。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1.本发明中的多果采摘执行器和单果采摘执行器利用陀螺仪的原理来保持采摘过程的重复进行，在采摘苹果过程完成后，托盘加上苹果的重量导致托盘整体重心上移，超过陀螺仪外圈旋转轴线经过的水平面，当放松稳定爪后，托盘翻转，完成重心下移并保持翻转状态，使得采摘执行器可以在翻转状态下放松固定手指，苹果在重力的作用下，落入中空收集篓，从与中空收集篓相连的柔性输送管下落至苹果收集缓冲器，缓冲下行，落到车厢内部，完成自动放果。放果完成后，由于托盘发生偏转，重心偏离初始轴线位置，所以托盘重心对过托盘几何中心的竖直线产生力矩作用，促使托盘恢复到初始位置。

2.本发明提出使用多种不同采摘执行器协作式采摘，可根据采摘环境的不同，进行不同的选择：两机械臂同时使用多果采摘执行器；两机械臂同时使用单果采摘执行器；两机械臂中第一机械臂使用单果采摘执行器，第二机械臂使用多果采摘执行器；两机械臂中第一机械臂使用遮挡采摘执行器，第二机械臂使用单果或者多果采摘执行器。

3.本发明在采摘执行器与机械臂之间采用电磁力连接，与机械连接相比，在保证连接效果的基础上，能节省时间和人力成本。

附图说明

图1为本发明模块化采摘机器人的整体结构图；

图2为本发明模块化采摘机器人中多果采摘执行器的斜视结构图；

图3为本发明模块化采摘机器人中多果采摘执行器的仰视结构图；

图4为本发明模块化采摘机器人中单果采摘执行器的斜视1结构图；

图5为本发明模块化采摘机器人中单果采摘执行器的斜视2结构图；

图6为本发明模块化采摘机器人中遮挡采摘执行器的斜视结构图。

主要附图标记：

车厢1，苹果收集缓冲器2，机械臂底座3，机械臂第一转动关节4，腰部杆件5，机械臂第二转动关节6，大臂7，机械臂第三转动关节8，第一小臂杆件9，机械臂第四转动关节10，第二小臂杆件11，机械臂第五转动关节12，腕部杆件13，机械臂第六转动关节14，电磁铁吸附器15，遮挡执行器16，第一多果采摘执行器17，中空收集篓18，柔性输送管19，第二多果采摘执行器20，单果采摘执行器21，执行器存放板22，履带23，履带支撑架24，减速器25，电机26，移动平台支撑架27，主动轮28，从动轮29，第一肋板30，第一底板31，第一尾板32，第一电磁铁33，第一螺钉34，第一电磁铁固定板35，第一滑块36，第一滚珠丝杠37，多果挤压手指38，固定气囊39，第一托盘40，第一陀螺仪外圈41，第一陀螺仪内圈42，第一稳定爪43，第一固定推杆内推杆44，第一固定推杆外壳45，第二陀螺仪外圈46，第二陀螺仪内圈47，第二托盘48，苹果固定滑块49，舵机50，单果挤压手指51，第二滚珠丝杠52，第二底板53，第二尾板54，第二电磁铁55，第二肋板56，第二螺钉57，第二电磁铁固定板58，第二稳定爪59，第二固定推杆内推杆60、第二固定推杆外壳61，遮挡执行器底座62，遮挡执行器第一构件63，遮挡执行器第二构件64，遮挡执行器第三构件65。

具体实施方式

为详尽本发明之技术内容、结构特征、所达成目的及功效，以下将结合说明书附图进行详细说明。

用于采摘苹果的机器人具有多个果实同时采摘和自动卸果的特点，能够对苹果进行较为方便快捷的采摘。如图1所示，包括多果采摘执行器、单果采摘执行器、遮挡执行器、机械臂组件和移动车体组件。

移动车体组件，包括车厢1、苹果收集缓冲器2、中空收集篓18、柔性输送管19、执行器存放板22、履带23、履带支撑架24、减速器25、电机26、移动平台支撑架27、主动轮28和从动轮29。移动平台支撑架27的第一端和车厢1的第一端通过螺栓固定连接，执行器存放板22和机械臂底座3的第三端通过螺栓固定连接，机械臂底座3的第一端和移动平台支撑架27的第四端通过螺栓固定连接，中空收集篓18和柔性输送管19的第一端用胶粘剂固定连接，柔性输送管19的第二端和苹果收集缓冲器2通过胶粘剂固定连接，苹果收集缓冲器2位于车厢1的内部。

移动平台支撑架27的第二端和履带支撑架24的第一端通过螺栓连接，电机26的法兰和减速器25的法兰通过螺栓连接，减速器25的输出端和主动轮28的传动轴第一端通过联轴器连接，减速器25的法兰和履带支撑架24的第二端通过螺栓固定连接，主动轮28的齿轮通过履带23和从动轮29的第一端连接，从动轮29的第二端通过支撑轴连接于轴承座，而轴承座和履带支撑架24的第三端用螺栓连接。

机械臂组件，包括机械臂底座3、机械臂第一转动关节4(又称腰关节)、腰部杆件5、机械臂第二转动关节6(又称肩关节)、大臂7、机械臂第三转动关节8、第一小臂杆件9、机械臂第四转动关节10、第二小臂杆件11、机械臂第五转动关节12、腕部杆件13、机械臂第六转动关节14和电磁铁吸附器15，机械臂底座3的第一端和移动平台支撑架27的第四端通过螺栓固定连接，机械臂底座3的第二端和机械臂腰部杆件5通过机械臂第一转动关节4连接，关节4的转动轴线平行于腰部杆件5的长度方向，腰部杆件5的第二端和大臂7的第一端通过机械臂第二转动关节6连接，关节6的轴线方向垂直于腰部杆件5和大臂7的长度方向，大臂7的第二端和第一小臂杆件9的第一端通过机械臂第三转动关节8连接，关节8的轴线平行于关节6，第一小臂杆件9的第二端和第二小臂杆件11的第一端通过机械臂第四转动关节10连接，转动关节10的轴线平行于杆件9和杆件11的长度方向，第二小臂杆件11的第二端和腕部杆件13的第一端通过机械臂第五转动关节12连接，关节12和关节8、关节6组成的平面平行，腕部杆件13的第二端与电磁铁吸附器15的第一端通过机械臂第六转动关节14连接，关节14的轴线平行于杆件13的长度方向，电磁铁吸附器15分别与采摘执行器17或遮挡执行器16通过电磁力连接。

机械臂底座3、机械臂第一转动关节4、腰部杆件5、机械臂第二转动关节6、大臂7、机械臂第三转动关节8、第一小臂杆件9、机械臂第四转动关节10、第二小臂杆件11、机械臂第五转动关节12、腕部杆件13、机械臂第六转动关节14和电磁铁吸附器15组成机械臂，机械臂的数量为二，在本发明的一个优选实施例中，两个机械臂可以的安装形式不限于以下几种：第一多果采摘执行器17和遮挡执行器16、第一多果采摘执行器17和第二多果采摘执行器20以及单果采摘执行器21和遮挡执行器16，执行器存放板22用于存放未使用的采摘执行器和遮挡执行器16；履带23、履带支撑架24、减速器25、电机26、主动轮28和从动轮29组成驱动组件，驱动组件的数量为二，且对称分布在移动平台支撑架27的两侧。

多果采摘执行器，如图2和图3所示，包括第一滚珠丝杠37、第一尾板32、第一电磁铁33、第一滑块36、多果挤压手指38、固定气囊39、第一托盘40、第一陀螺仪外圈41、第一陀螺仪内圈42、第一肋板30、第一稳定爪43、第一固定推杆内推杆44、第一固定推杆外壳45、第一电磁铁固定板35、第一螺钉34和第一底板31。具体而言，第一滚珠丝杠37、第一滑块36和多果挤压手指38的数量均为二。

具体而言，在多果采摘执行器中，未采摘苹果时，第一托盘40的重心保持在第一陀螺仪外圈41的翻转轴线的下方。在采摘完苹果后，第一托盘40加上苹果这个整体的重心保持在陀螺仪翻转轴线的上方，松开第一稳定爪43，第一托盘40自动翻转，然后收缩固定气囊39，开始进行苹果的收集。

第一底板31的第一端同时与第一肋板30和第一尾板32的第一端通过螺钉固定连接，第一底板31的第二端和第一陀螺仪外圈41的第一端通过转动副连接，第一陀螺仪外圈41的第二端和第一陀螺仪内圈42的第一端通过转动副连接，第一陀螺仪内圈42的第二端和第一托盘40的外壁通过转动副连接，第一托盘40的内壁和固定气囊39通过胶粘剂固定连接，第一电磁铁33通过第一电磁铁固定板35和第一螺钉34与第一尾板32的第二端固定连接，第一滚珠丝杠的轴承座底盘两侧分别与第一底板上端的两侧通过底盘凹槽进行螺钉固定连接，第一滑块36的第一端和第一滚珠丝杠37通过螺旋副连接实现平移运动，第一滑块36的第二端和多果挤压手指38通过螺钉固定连接，第一固定推杆外壳45的第一端和第一底板31下端通过螺钉固定连接，第一固定推杆外壳45的第二端和第一固定推杆内推杆44的第一端通过移动副连接，第一固定推杆内推杆44的第二端和第一稳定爪43通过螺钉固定连接。

单果采摘执行器21，如图4和图5所示，包括第二陀螺仪外圈46、第二陀螺仪内圈47、第二托盘48、苹果固定滑块49、单果挤压手指51、第二底板53、第二尾板54、第二电磁铁55、第二肋板56、第二稳定爪59、第二固定推杆内推杆60、第二滚珠丝杠52、第二电磁铁固定板58、第二螺钉57、舵机50和第二固定推杆外壳61。

具体而言，在单果采摘执行器中，在未采摘苹果时，第二托盘48的重心保持在陀螺仪翻转轴线的下面；在采摘苹果后，第二托盘48加上苹果这个整体的重心保持在陀螺仪翻转轴线上面，收缩第二固定推杆内推杆，放松第二稳定爪59对第二托盘的固定，第二托盘48自动翻转，然后使苹果固定滑块49沿着径向方向远离第二托盘中心，苹果下落，开始进行苹果的收集。放果完成后，由于第二托盘48重心偏离初始轴线位置，所以第二托盘48重心对过第二托盘48几何中心的竖直线产生力矩作用，促使第二托盘48恢复到初始位置。

第二底板53的第一端同时与第二肋板56和第二尾板54的第一端通过螺钉固定连接，第二底板53的第二端和第二陀螺仪外圈46的第一端通过转动副连接，第二陀螺仪外圈的第二端和第二陀螺仪内圈的第一端通过转动副连接，第二陀螺仪内圈47的第二端和第二托盘48的第一端通过转动副连接，第二托盘48的第二端和第二滚珠丝杠52的第一端的支座通过螺钉连接，第二滚珠丝杠52的第二端和苹果固定滑块49的第一端通过螺旋副连接实现平移运动，苹果固定滑块49的第二端和舵机50的第一端用螺钉连接，舵机50的第二端和单果挤压手指51的第一端用螺钉连接，第二电磁铁55分别通过第二电磁铁固定板58和第二螺钉57与第二尾板54的第二端固定连接，第二固定推杆外壳61的第一端和第二底板53的下端通过螺钉固定连接，第二固定推杆外壳61的第二端和第二固定推杆内推杆59的第一端通过移动副连接，第二固定推杆内推杆59的第二端和第二稳定爪59通过螺钉连接。

具体而言，在单果采摘执行器21中，苹果固定滑块49和第二滚珠丝杠52的数量相等，苹果固定滑块49和第二滚珠丝杠52连接以120度分布在第二托盘48的第二端。

遮挡执行器16，如图6所示，包括遮挡执行器底座62、遮挡执行器第一构件63、遮挡执行器第二构件64和遮挡执行器第三构件65，遮挡执行器底座62的第一端和遮挡执行器第一构件63的第一端固定连接，遮挡执行器第一构件63的第二端和遮挡执行器第二构件64的第一端固定连接，遮挡执行器第二构件64的第二端和遮挡执行器第三构件65固定连接。

进一步的，为了适应不同的采摘条件，本发明使用多果采摘执行器和单果采摘执行器21，多果采摘执行器和单果采摘执行器21均使用相同的移动车体组件和机械臂组件来进行苹果采摘。多果采摘执行器通过第一电磁铁33和机械臂组件相连，单果采摘执行器21通过第二电磁铁55和机械臂组件相连，提出的标准化换执行器的方法采用电磁铁吸附器15的电磁力的连接方式，通过电磁铁吸附器15牢牢吸附在机械臂的末端形成电磁连接。

以下结合实施例对本发明的一种模块化采摘机器人做进一步描述：

本发明的采摘过程是这样实现的：

装置的原理来源于陀螺仪，当托盘重心不在过托盘中心点且垂直于托盘平面的垂线上时，装置会发生偏转，所以需要稳定爪来保持托盘的稳定，而托盘重心在托盘陀螺仪外圈旋转轴线水平面之上且偏离过中心的竖直支撑平面时，会发生翻转，故此采摘装置可以实现自动落果。

1.进行多果采摘：

在采摘苹果之前，根据实际情况，将第一多果采摘执行器17与遮挡执行器16一起使用或者第一多果采摘执行器17与第二多果采摘执行器20一起使用这两种形式之一分别通过电磁铁吸附器15安装在移动车体组件上的两个机械臂组件上。

在采摘苹果过程中，机器人接收到目标苹果的空间坐标信息之后，发现多果采摘执行器因为障碍物的遮挡不能到达采摘目标点时，利用与机械臂连接的遮挡执行器16对障碍物进行遮挡和推移，一般遮挡障碍物为树枝和繁密的树叶，机械臂移动遮挡执行器16运动到障碍物前，使遮挡执行器16的第二构件不平行于树枝，然后向由遮挡执行器16与树枝构成的平面的法线方向移动，推移障碍物，使多果采摘执行器可以顺利抵达采摘目标点进行果实的采摘。

然后继续移动多果采摘执行器将多个果实同时放在和第一底板31连接的第一托盘40内，通过气动装置对第一托盘40内的固定气囊39内加气压，通过固定气囊39的膨胀，苹果被固定气囊39挤压，从而达到固定多个苹果的目的，然后停止加压，并保持固定气囊39的压力不变。

果梗在两根挤压手指中间，通过两个与第一滑块36固定连接的多果挤压手指38对多个果实的果梗进行相向运动式挤压，完成果梗从果梗离层断裂的采摘工艺，然后当第一托盘翻转完成后，使固定气囊39收缩，同时使第一固定推杆内推杆44向第一尾板32的方向收缩，放松多果采摘执行器第一稳定爪43对多果采摘执行器第一托盘40的固定，果梗断裂后，因为多果采摘执行器对苹果的固定，导致多果采摘执行器整体重心上移，高于陀螺仪翻转轴线的高度且偏离竖直支撑平面，多果采摘执行器实现自动翻转，果实落入苹果中空收集篓18，经过柔性输送管19、苹果收集缓冲器2，到达车厢1，达到采摘和收集的目的。

2.进行单果采摘：

在采摘苹果之前，根据实际情况，将单果采摘执行器21和遮挡执行器16与第一多果采摘执行器17和第二多果采摘执行器20的两种形式之一通过电磁铁吸附器15安装在移动车体组件上的两个机械臂组件上。

在采摘苹果过程中，首先机器人接收到需要采摘苹果的空间坐标信息之后，发现单果采摘执行器21因为障碍物的遮挡不能到达采摘目标点时，利用与机械臂连接的遮挡执行器16对障碍物进行遮挡推移，一般遮挡障碍物为树枝和繁密的树叶，机械臂移动遮挡执行器16运动到障碍物前，使遮挡执行器16的第二构件不平行于树枝，然后向由遮挡执行器16与树枝构成的平面的法线方向移动，推移障碍物，使单果采摘执行器21可以顺利抵达采摘目标点进行果实的采摘。

然后继续移动单果采摘执行器，将果实放在单果采摘执行器中第二托盘48内，通过第二滚珠丝杠52带动三个苹果固定滑块49沿着径向方向靠近托盘中心运动，从而对单果进行固定。

最后通过位于其中一个苹果固定滑块49上的单果挤压手指51的旋转运动对单个苹果的果梗进行相向运动式挤压，达到果梗从果梗离层断裂的目的，同时放松单果采摘执行器第二稳定爪59对单果采摘执行器的第二托盘48的固定，果梗断裂后，因为单果采摘执行器21对果实的夹持，导致单果采摘执行器21整体重心上移，高于陀螺仪翻转轴线的水平高度且偏离竖直支撑平面，单果采摘执行器21实现自动翻转，果实落入苹果中空收集篓18，经过柔性输送管19、苹果收集缓冲器2，到达车厢1，达到采摘和收集的目的。

装置使用方法：多果采摘装置被送至目标苹果附近，首先第一滚珠丝杠37带动两个多果挤压手指38张开，保证多果挤压手指38可以对果梗实施挤压，固定气囊39收缩，苹果落在第一托盘40内，固定气囊39膨胀，完成对苹果的固定，此时果实加第一托盘40整体的重心在第一托盘40翻转轴线之上，所以第一稳定爪43需要保持工作，用来稳定第一托盘40，多果挤压手指38挤压果梗，迫使果梗从离层处断裂，收缩第一稳定爪43，第一托盘40完成翻转，最后固定气囊39收缩，苹果落入中空收集篓18，第一托盘40重心恢复原状，翻转回到初始位置，使用第一稳定爪43固定保持第一托盘40中心垂线与地面垂直，继续进行下一次采摘。

单果采摘装置被送至目标苹果附近，首先舵机50带动单果挤压手指51旋转离开第二托盘48中心，苹果固定滑块49也沿径向远离第二托盘48中心移动，苹果落在第二托盘48内，苹果固定滑块49沿径向靠近托盘中心移动，完成对苹果的固定，此时果实加第二托盘48整体的重心在第二托盘48翻转轴线之上且偏离竖直支撑平面，所以第二稳定爪59需要保持工作，用来稳定第二托盘48，单果挤压手指51挤压果梗，迫使果梗从离层处断裂，收缩第二稳定爪59，第二托盘48完成翻转，最后使苹果固定滑块49沿径向远离第二托盘48中心移动，苹果落入中空收集篓18，第二托盘48重心恢复原状，翻转回到初始位置，使用第二稳定爪59固定保持第二托盘48中心垂线垂直地面。继续进行下一次采摘。

以上的实施例仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种模块化采摘机器人，其包括多果采摘执行器、单果采摘执行器、遮挡执行器、机械臂组件和移动车体组件，其特征在于，

所述多果采摘执行器，其包括第一滚珠丝杠、第一尾板、第一电磁铁、第一滑块、多果挤压手指、固定气囊、第一托盘、第一陀螺仪外圈、第一陀螺仪内圈、第一肋板、第一稳定爪、第一固定推杆内推杆、第一固定推杆外壳、第一电磁铁固定板、第一螺钉和第一底板，所述第一底板的第一端通过第一肋板和所述第一尾板的第一端固定连接，所述第一底板的第二端和所述第一陀螺仪外圈的第一端通过转动副连接，所述的第一陀螺仪外圈的第二端和所述的第一陀螺仪内圈的第一端通过转动副连接，所述第一陀螺仪内圈的第二端和所述第一托盘的外壁通过转动副连接，所述第一托盘的内壁和所述固定气囊固定连接，所述第一电磁铁通过第一电磁铁固定板和第一螺钉与所述第一尾板的第二端固定连接，所述第一滚珠丝杠的轴承座底盘两侧分别与所述第一底板上端的两侧通过底盘凹槽固定连接，所述第一滑块的第一端和所述第一滚珠丝杠通过螺旋副连接实现平移运动，所述第一滑块的第二端和所述多果挤压手指固定连接，所述第一固定推杆外壳的第一端和所述第一底板下端固定连接，所述第一固定推杆外壳的第二端和所述第一固定推杆内推杆的第一端通过移动副连接，所述第一固定推杆内推杆的第二端和所述第一稳定爪固定连接；

所述单果采摘执行器，其包括第二陀螺仪外圈、第二陀螺仪内圈、第二托盘、苹果固定滑块、单果挤压手指、第二底板、第二尾板、第二电磁铁、第二肋板、第二稳定爪、第二滚珠丝杠、第二电磁铁固定板、第二螺钉、舵机和第二固定推杆外壳、第二固定推杆内推杆，所述第二底板的第一端通过第二肋板和所述第二尾板的第一端固定连接，所述第二底板的第二端和所述第二陀螺仪外圈的第一端通过转动副连接，所述的第二陀螺仪外圈的第二端和所述的第二陀螺仪内圈第一端通过转动副连接，所述第二陀螺仪内圈的第二端和所述第二托盘的第一端通过转动副连接，所述第二托盘的第二端和第二滚珠丝杠的第一端连接，所述第二滚珠丝杠的第二端和所述苹果固定滑块的第一端通过螺旋副连接实现平移运动，所述苹果固定滑块的第二端和舵机的第一端连接，所述舵机的第二端和所述单果挤压手指的第一端连接，所述第二电磁铁分别通过第二电磁铁固定板和所述第二螺钉与所述第二尾板的前端固定连接，所述第二固定推杆外壳的第一端和所述第二底板的下端连接，所述第二固定推杆外壳的第二端和所述第二固定推杆内推杆的第一端通过移动副连接，所述第二固定推杆内推杆的第二端和所述第二稳定爪固定连接；

所述移动车体组件，其包括车厢、苹果收集缓冲器、中空收集篓、柔性输送管、执行器存放板、履带、履带支撑架、减速器、电机、移动平台支撑架、主动轮和从动轮，所述移动平台支撑架的第一端和所述车厢的第一端固定连接，所述执行器存放板和所述机械臂底座的第三端固定连接，所述中空收集篓和所述柔性输送管的第一端固定连接，所述柔性输送管的第二端和所述苹果收集缓冲器固定连接，所述苹果收集缓冲器位于所述车厢的内部。

2.根据权利要求1所述的模块化采摘机器人，其特征在于，在所述移动车体组件中，所述移动平台支撑架的第二端和所述履带支撑架的第一端固定连接，所述电机的输出端法兰和所述减速器的输入端法兰连接，所述减速器的输出端和所述主动轮的第一端连接，所述减速器的外壳和所述履带支撑架的第二端固定连接，所述主动轮的第二端通过履带和所述从动轮的第一端连接，所述从动轮的第二端通过支撑轴连接于轴承座，而轴承座和履带支撑架的第三端连接。

3.根据权利要求1所述的模块化采摘机器人，其特征在于，还包括机械臂组件，其包括机械臂底座、机械臂第一转动关节、腰部杆件、机械臂第二转动关节、大臂、机械臂第三转动关节、第一小臂杆件、机械臂第四转动关节、第二小臂杆件、机械臂第五转动关节、腕部杆件、机械臂第六转动关节和电磁铁吸附器，所述机械臂底座的第一端和所述移动平台支撑架的第四端固定连接，所述机械臂底座的第二端和所述机械臂腰部杆件通过机械臂第一转动关节连接，所述机械臂第一转动关节的转动轴线平行于腰部杆件的长度方向，所述腰部杆件的第二端和所述大臂的第一端通过机械臂第二转动关节连接，所述机械臂第二转动关节的轴线垂直于腰部杆件和大臂的长度方向，所述大臂的第二端和所述第一小臂杆件的第一端通过机械臂第三转动关节连接，所述机械臂第三转动关节的轴线平行于第二转动关节轴线，所述第一小臂杆件的第二端和所述第二小臂杆件的第一端通过机械臂第四转动关节连接，所述机械臂第四转动关节的轴线平行于第一小臂杆件和第二小臂杆件的长度方向，所述第二小臂杆件的第二端和所述腕部杆件的第一端通过机械臂第五转动关节连接，所述机械臂第五转动关节与所述机械臂第二转动关节和所述机械臂第三转动关节构成的平面平行，所述腕部杆件的第二端与电磁铁吸附器的第一端通过机械臂第六转动关节连接，所述机械臂第六转动关节的轴线平行于腕部杆件的长度方向，所述电磁铁吸附器分别与采摘执行器或遮挡执行器连接。

4.根据权利要求1所述的模块化采摘机器人，其特征在于，还包括遮挡执行器，其包括遮挡执行器底座、遮挡执行器第一构件、遮挡执行器第二构件和遮挡执行器第三构件，所述遮挡执行器底座的第一端和所述遮挡执行器第一构件的第一端固定连接，所述遮挡执行器第一构件的第二端和所述遮挡执行器第二构件的第一端固定连接，所述遮挡执行器第二构件的第二端和所述遮挡执行器第三构件固定连接。

5.根据权利要求1所述的模块化采摘机器人，其特征在于，在所述单果采摘执行器中，所述苹果固定滑块和所述第二滚珠丝杠的数量相等，所述苹果固定滑块和所述第二滚珠丝杠以120度分布在所述第二托盘的第二端。

6.根据权利要求1或者2所述的模块化采摘机器人，其特征在于，所述机械臂底座、所述机械臂第一转动关节、所述腰部杆件、所述机械臂第二转动关节、所述大臂、所述机械臂第三转动关节、所述第一小臂杆件、所述机械臂第四转动关节、所述第二小臂杆件、所述机械臂第五转动关节、所述腕部杆件、所述机械臂第六转动关节和所述电磁铁吸附器组成机械臂，所述机械臂的数量为二；所述履带、所述履带支撑架、所述减速器、所述电机、所述主动轮和所述从动轮组成驱动组件，所述驱动组件的数量为二，且对称分布在所述移动平台支撑架的两侧；所述第一滚珠丝杠、所述第一滑块和所述多果挤压手指的数量均为二。

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