CN115053699B - 一种履带式茉莉花采摘机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种履带式茉莉花采摘机器人，包括车架体和设置在车架体前端的多自由度采摘臂，多自由度采摘臂的执行端滑动套设有剪切筒，剪切筒中空设置，剪切筒内设置有剪断机构，剪断机构与执行臂的端部之间形成有容纳腔，剪切筒的底部连接有下料管，剪切筒的前端设置有纠偏机构，纠偏机构包括多个弹性纠偏条，弹性纠偏条的一端滑动穿过剪切筒与执行臂连接，多个弹性纠偏条远离执行臂的一端形成直径逐渐增大的圆锥形状，纠偏机构远离剪切筒一端的外壁包裹有弹性网，执行臂的顶部倾斜安装有定位相机，定位相机的拍摄路径与剪切筒的伸缩路径相交。代替人工进行茉莉花的采摘，降低了人工劳动强度，能够在多种恶劣环境下进行采摘，提高了采摘效果。

Description

一种履带式茉莉花采摘机器人

技术领域

本发明涉及花朵采摘领域，具体为一种履带式茉莉花采摘机器人。

背景技术

茉莉花，别名：茉莉，拉丁文名：Jasminum sambac(L.)Ait，木犀科、素馨属直立或攀援灌木，高达3米。小枝圆柱形或稍压扁状，有时中空，疏被柔毛。叶对生，单叶，叶片纸质，圆形、椭圆形、卵状椭圆形或倒卵形，两端圆或钝，基部有时微心形，在上面稍凹入或凹起，下面凸起，细脉在两面常明显，微凸起，除下面脉腋间常具簇毛外，其余无毛；裂片长圆形至近圆形，先端圆或钝。果球形，呈紫黑色。花期5-8月，果期7-9月。茉莉的花极香，为著名的花茶原料及重要的香精原料；花、叶药用治目赤肿痛，并有止咳化痰之效。目前国内的茉莉花采摘主要依靠人工进行采摘，采摘效率低、劳动强度大，同时由于茉莉花植株相对矮小，所以在采摘过程中人需要长时间弯腰采摘，从而导致采摘过程对腰部产生了非常大的压力，因此会对人的腰部造成一定程度的损伤，除此之外，由于茉莉花具有晚间开放吐香的习性，所以鲜花一般在当天下午14时以后采摘，天气炎热、工作环境相对较差，因此，需要研究一种能够代替人工采摘茉莉花的机械装置来降低劳动强度以及减轻采摘茉莉花时弯腰的压力。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种履带式茉莉花采摘机器人，代替人工进行茉莉花的采摘，降低了人工劳动强度，能够在多种恶劣环境下进行采摘，提高了采摘效果。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种履带式茉莉花采摘机器人，包括车架体和多自由度采摘臂，所述车架体的两侧均设置有履带行走机构，所述车架体的前端设置有多自由度采摘臂，所述多自由度采摘臂包括旋转臂、偏转臂和执行臂，所述旋转臂转动设置在所述车架体上，所述旋转臂的顶部与所述偏转臂的一端转动连接，所述偏转臂远离所述旋转臂的一端转动连接有执行臂，其中，所述旋转臂的旋转轴线垂直于所述偏转臂的偏转轴线，所述偏转臂的偏转轴线平行于所述执行臂的偏转轴线，所述执行臂远离偏转臂的一端滑动套设有剪切筒，所述剪切筒中空设置，所述剪切筒内设置有剪断机构，所述剪断机构与所述执行臂的端部之间形成有容纳腔，所述剪切筒的底部连接有下料管，所述下料管与所述容纳腔连通，所述剪切筒的前端设置有纠偏机构，所述纠偏机构包括多个弹性纠偏条，多个所述弹性纠偏条沿着所述剪切筒的轴线呈圆周均布，所述剪切筒上开设有与所述弹性纠偏条直径相适配的通孔，所述弹性纠偏条的一端滑动穿过通孔与所述执行臂连接，多个所述弹性纠偏条远离执行臂的一端形成直径逐渐增大的圆锥形状，所述纠偏机构远离剪切筒一端的外壁包裹有弹性网；

所述执行臂的顶部倾斜安装有定位相机，所述定位相机的拍摄路径与所述剪切筒的伸缩路径相交。

进一步地，所述执行臂位于容纳腔内的一端设置有光电传感器，所述光电传感器的检测路径垂直于所述剪切筒的轴线。

进一步地，所述剪断机构包括左剪断刀、右剪断刀和连线，所述剪切筒顶内壁固定有安装板，所述左剪断刀与右剪断刀通过铰接轴铰接成剪刀状，所述铰接轴与所述安装板转动连接，所述左剪断刀的尾部与右剪断刀的尾部之间通过复位弹簧连接，所述左剪断刀的尾部和右剪断刀的尾部均连接有连线，所述连线远离左剪断刀的一端连接有提拉线，所述提拉线连接有绞线装置。

进一步地，所述绞线装置包括壳体和绞线电机，所述壳体安装在所述偏转臂上，所述绞线电机设置在所述壳体内，所述绞线电机的输出轴设置有绞线盘，所述提拉线远离连线的一端穿过所述剪切筒绕接在所述绞线盘上。

进一步地，所述剪切筒的内壁左右固定有防护板，两个所述防护板相对的侧壁开设有防护槽，当所述复位弹簧处于常态时，所述左剪断刀和右剪断刀分别位于两个所述防护板的防护槽内，所述安装板和两个所述防护板之间形成有供茉莉花进入容纳腔的窗口。

进一步地，所述执行臂的侧壁安装有液压缸，所述液压缸的伸缩轴与所述剪切筒的侧壁连接。

进一步地，所述车架体上转动设置有驱动轴，所述驱动轴的端部设置有第一齿轮，所述旋转臂上设置有第二齿轮，所述第二齿轮与所述第一齿轮啮合，所述车架体的底部安装有第一电机，所述第一电机的输出轴与所述驱动轴传动连接。

进一步地，所述旋转臂的侧壁固定有第三齿轮，所述第三齿轮的轴线与所述偏转臂的旋转轴线共线设置，所述偏转臂的侧壁安装有第二电机，所述第二电机的输出轴上设置有第四齿轮，所述第四齿轮与所述第三齿轮啮合，所述偏转臂的侧壁固定有第五齿轮，所述第五齿轮的轴线与所述执行臂的旋转轴线共线设置，所述执行臂的侧壁安装有第三电机，所述第三电机的输出轴上设置有第六齿轮，所述第六齿轮与所述第五齿轮啮合。

进一步地，所述车架体的上方设置有收集箱，所述收集箱顶部开口，所述车架体的后端与所述收集箱铰接，所述下料管远离剪切筒的一端连接在所述收集箱内。

进一步地，所述收集箱与车架体之间设置有伸缩液压缸，所述伸缩液压缸的缸体铰接在所述车架体上，所述伸缩液压缸的伸缩轴铰接在所述收集箱的底部。

本发明的有益效果是：

1、通过定位相机寻找茉莉花的位置，定位到茉莉花的位置后，多自由度采摘臂带动剪切筒靠近茉莉花花枝移动，通过纠偏机构调整定位相机的误差，使茉莉花即使在误差的情况下也能进入到多个弹性纠偏条形成的空间内，然后剪切筒远离执行臂移动，在剪切筒移动的过程中将使弹性纠偏条靠近剪切筒的轴线收拢，从而对茉莉花的位置进行调整，使茉莉花趋近于剪切筒的中心位置，从而使剪切筒能顺利的套在茉莉花上，当茉莉花进入到容纳腔内后，剪断机构工作将茉莉花剪断，枝条剪断的茉莉花从容纳腔落入到下料管内，通过下料管的导向落入收集箱内，从而完成茉莉花的自动采摘，代替人工进行茉莉花的采摘，降低了人工劳动强度，能够在多种恶劣环境下进行采摘，提高了采摘效果。

2、通过光电传感器检测茉莉花是否准确落位在容纳腔内，避免茉莉花未完全进行容纳腔就进行剪断处理，保证不会出现误剪损坏茉莉花的情况

附图说明

图1为本发明一种履带式茉莉花采摘机器人的立体图；

图2为本发明一种履带式茉莉花采摘机器人的正视图；

图3为本发明一种履带式茉莉花采摘机器人中剪切筒的右视图；

图4为本发明一种履带式茉莉花采摘机器人中剪切筒的局部剖视图；

图5为本发明一种履带式茉莉花采摘机器人中绞线装置的内部结构示意图；

图中，1-车架体，2-多自由度采摘臂，3-旋转臂，4-偏转臂，5-执行臂，6-剪切筒，7-容纳腔，8-下料管，9-弹性纠偏条，10-弹性网，11-定位相机，12-光电传感器，13-左剪断刀，14-右剪断刀，15-安装板，16-铰接轴，17-连线，18-提拉线，19-复位弹簧，20-壳体，21-绞线电机，22-绞线盘，23-防护板，24-防护槽，25-液压缸，26-驱动轴，27-第一齿轮，28-第二齿轮，29-第一电机，30-第三齿轮，31-第二电机，32-第四齿轮，33-第五齿轮，34-第三电机，35-第六齿轮，36-收集箱。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1至图5所示，一种履带式茉莉花采摘机器人，包括车架体1和多自由度采摘臂2，车架体1的两侧均设置有履带行走机构，车架体1的前端设置有多自由度采摘臂2，多自由度采摘臂2包括旋转臂3、偏转臂4和执行臂5，旋转臂3转动设置在车架体1上，旋转臂3的顶部与偏转臂4的一端转动连接，偏转臂4远离旋转臂3的一端转动连接有执行臂5，其中，旋转臂3的旋转轴线垂直于偏转臂4的偏转轴线，偏转臂4的偏转轴线平行于执行臂5的偏转轴线，执行臂5远离偏转臂4的一端滑动套设有剪切筒6，剪切筒6中空设置，剪切筒6内设置有剪断机构，剪断机构与执行臂5的端部之间形成有容纳腔7，剪切筒6的底部连接有下料管8，下料管8与容纳腔7连通，剪切筒6的前端设置有纠偏机构，纠偏机构包括多个弹性纠偏条9，多个弹性纠偏条9沿着剪切筒6的轴线呈圆周均布，剪切筒6上开设有与弹性纠偏条9直径相适配的通孔，弹性纠偏条9的一端滑动穿过通孔与执行臂5连接，多个弹性纠偏条9远离执行臂5的一端形成直径逐渐增大的圆锥形状，纠偏机构远离剪切筒6一端的外壁包裹有弹性网10，执行臂5的顶部倾斜安装有定位相机11，定位相机11的拍摄路径与剪切筒6的伸缩路径相交，使定位相机11拍摄路径上的茉莉花也位于剪切筒6的伸缩路径上，从而配合纠偏装置使茉莉花顺利进入到容纳腔7内，车架体1的上方设置有收集箱36，收集箱36顶部开口，车架体1的后端与收集箱36铰接，下料管8远离剪切筒6的一端连接在收集箱36内；通过履带行走机构使采摘机器人能在土地或山地上行走，当采摘机器人靠近茉莉花树后，多自由度采摘臂2带动定位相机11寻找茉莉花的位置，定位到茉莉花的位置后，多自由度采摘臂2带动剪切筒6靠近茉莉花花枝移动，通过纠偏机构调整定位相机11的误差，使茉莉花即使在定位相机11的误差下也能进入到多个弹性纠偏条9形成的空间内，然后剪切筒6远离执行臂5移动，在剪切筒6移动的过程中将使弹性纠偏条9靠近剪切筒6的轴线收拢，从而对茉莉花的位置进行调整，使茉莉花趋近于剪切筒6的中心位置，从而使剪切筒6能顺利的套在茉莉花上，当茉莉花进入到容纳腔7内后，剪断机构工作将茉莉花剪断，枝条剪断的茉莉花从容纳腔7落入到下料管8内，在下料管8的导向作用下落入收集箱36内，从而完成茉莉花的自动采摘，代替人工进行茉莉花的采摘，降低了人工劳动强度，能够在多种恶劣环境下进行采摘，提高了采摘效果。

进一步地，如图4所示，执行臂5位于容纳腔7内的一端设置有光电传感器12，光电传感器12的检测路径垂直于剪切筒6的轴线，使茉莉花在开始进入到容纳腔7内时，不会触发光电传感器12响应，当茉莉花完全进行到容纳腔7内后，茉莉花的端部将移至光电传感器12的发射路径上，从而使光电传感器12响应，此时剪切筒6停止运动，而剪断机构运行将茉莉花剪断；具体实施时，容纳腔7的长度大于茉莉花的长度，但容纳腔7不能同时容纳两朵茉莉花，使剪断的茉莉花的枝叶不会太长，避免茉莉花枝叶被过多的剪掉对后续生长造成影响。

进一步地，如图3和图5所示，剪断机构包括左剪断刀13、右剪断刀14和连线17，剪切筒6顶内壁固定有安装板15，左剪断刀13与右剪断刀14通过铰接轴16铰接成剪刀状，铰接轴16与安装板15转动连接，左剪断刀13的尾部与右剪断刀14的尾部之间通过复位弹簧19连接，左剪断刀13的尾部和右剪断刀14的尾部均连接有连线17，连线17远离左剪断刀14的一端连接有提拉线18，提拉线18连接有绞线装置，绞线装置包括壳体20和绞线电机21，壳体20安装在偏转臂4上，绞线电机21设置在壳体20内，绞线电机21的输出轴设置有绞线盘22，提拉线18远离连线17的一端穿过剪切筒6绕接在绞线盘22上，复位弹簧19处于常态时，左剪断刀13与右剪断刀14处于展开状态，使左剪断刀13与右剪断刀14之间形成有供茉莉花进入容纳腔7内的空间，当光电传感器12响应后，绞线电机21转动，从而将提拉线18绕卷在绞线盘22上，通过提拉线18拉动连线17移动，而连线17同时拉动左剪断刀13和右剪断刀14绕着铰接轴16的轴心旋转，从而使左剪断刀13与右剪断刀14相互靠近偏转形成剪刀以将茉莉花剪下，将茉莉花剪断后绞线电机21停止工作，在复位弹簧19的反作用力下拉动连线17移动，使绞线盘22反向转动对提拉线18进行放线，从而使左剪断刀13与右剪断刀14恢复至原位。

进一步地，如图3所示，剪切筒6的内壁左右固定有防护板23，两个防护板23相对的侧壁开设有防护槽24，当复位弹簧19处于常态时，左剪断刀13和右剪断刀14分别位于两个防护板23的防护槽24内，安装板15和两个防护板23之间形成有供茉莉花进入容纳腔7的窗口，左剪断刀13与右剪断刀14未工作时收放在防护板23内，使茉莉花在进入容纳腔7的过程中不会与左剪断刀13和右剪断刀14产生碰撞，保证茉莉花不受到损伤。

进一步地，如图2所示，执行臂5的侧壁安装有液压缸25，液压缸25的伸缩轴与剪切筒6的侧壁连接，剪切筒6的移动通过液压缸25的伸缩实现；车架体1上转动设置有驱动轴26，驱动轴26的端部设置有第一齿轮27，旋转臂3上设置有第二齿轮28，第二齿轮28与第一齿轮27啮合，车架体1的底部安装有第一电机29，第一电机29的输出轴与驱动轴26传动连接，第一电机29带动驱动轴26转动，驱动轴26通过第一齿轮27与第二齿轮28的啮合带动旋转臂3转动，从而使多自由度采摘臂2可绕着竖直方向的轴线进行360°的旋转，可任意改变执行臂5的方向位置；旋转臂3的侧壁固定有第三齿轮30，第三齿轮30的轴线与偏转臂4的旋转轴线共线设置，偏转臂4的侧壁安装有第二电机31，第二电机31的输出轴上设置有第四齿轮32，第四齿轮32与第三齿轮30啮合，偏转臂4的侧壁固定有第五齿轮33，第五齿轮33的轴线与执行臂5的旋转轴线共线设置，执行臂5的侧壁安装有第三电机34，第三电机34的输出轴上设置有第六齿轮35，第六齿轮35与第五齿轮33啮合，第二电机31通过第三齿轮30与第四齿轮32的啮合带动偏转臂4上下偏转，从而改变执行臂4的作用高度，便于对不同高度的茉莉花进行采摘，而第三电机34通过第五齿轮33与第六齿轮35的啮合带动执行臂5偏转，从而改变执行臂5的俯仰角度，使执行臂5上的剪切筒6能运动到待采摘茉莉花的附近，而多个弹性纠偏条9形成较大的捕获空间，使茉莉花在采摘机器人的精度误差下也能进入到捕获空间内，由于茉莉花枝条具有一定的柔韧性，从而通过纠偏机构去调整茉莉花的方向，使茉莉花能准确进入到剪切筒6内，同时安装板15与防护板23之间形成的空间大于茉莉花的尺寸，使茉莉花在纠偏机构的误差下也能顺利进入到剪切筒6内，保证茉莉花的顺利采摘。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“同轴”、“底部”、“一端”、“顶部”、“中部”、“另一端”、“上”、“一侧”、“顶部”、“内”、“前部”、“中央”、“两端”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；以及本领域普通技术人员可知，本发明所要达到的有益效果仅仅是在特定情况下与现有技术中目前的实施方案相比达到更好的有益效果，而不是要在行业中直接达到最优秀使用效果。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种履带式茉莉花采摘机器人，其特征在于，包括车架体（1）和多自由度采摘臂（2），所述车架体（1）的两侧均设置有履带行走机构，所述车架体（1）的前端设置有多自由度采摘臂（2），所述多自由度采摘臂（2）包括旋转臂（3）、偏转臂（4）和执行臂（5），所述旋转臂（3）转动设置在所述车架体（1）上，所述旋转臂（3）的顶部与所述偏转臂（4）的一端转动连接，所述偏转臂（4）远离所述旋转臂（3）的一端转动连接有执行臂（5），其中，所述旋转臂（3）的旋转轴线垂直于所述偏转臂（4）的偏转轴线，所述偏转臂（4）的偏转轴线平行于所述执行臂（5）的偏转轴线，所述执行臂（5）远离偏转臂（4）的一端滑动套设有剪切筒（6），所述剪切筒（6）中空设置，所述剪切筒（6）内设置有剪断机构，所述剪断机构与所述执行臂（5）的端部之间形成有容纳腔（7），所述剪切筒（6）的底部连接有下料管（8），所述下料管（8）与所述容纳腔（7）连通，所述剪切筒（6）的前端设置有纠偏机构，所述纠偏机构包括多个弹性纠偏条（9），多个所述弹性纠偏条（9）沿着所述剪切筒（6）的轴线呈圆周均布，所述剪切筒（6）上开设有与所述弹性纠偏条（9）直径相适配的通孔，所述弹性纠偏条（9）的一端滑动穿过通孔与所述执行臂（5）连接，多个所述弹性纠偏条（9）远离执行臂（5）的一端形成直径逐渐增大的圆锥形状，所述纠偏机构远离剪切筒（6）一端的外壁包裹有弹性网（10），所述执行臂（5）的顶部倾斜安装有定位相机（11），所述定位相机（11）的拍摄路径与所述剪切筒（6）的伸缩路径相交；

所述执行臂（5）位于容纳腔（7）内的一端设置有光电传感器（12），所述光电传感器（12）的检测路径垂直于所述剪切筒（6）的轴线；

所述剪断机构包括左剪断刀（13）、右剪断刀（14）和连线（17），所述剪切筒（6）顶内壁固定有安装板（15），所述左剪断刀（13）与右剪断刀（14）通过铰接轴（16）铰接成剪刀状，所述铰接轴（16）与所述安装板（15）转动连接，所述左剪断刀（13）的尾部与右剪断刀（14）的尾部之间通过复位弹簧（19）连接，所述左剪断刀（13）的尾部和右剪断刀（14）的尾部均连接有连线（17），所述连线（17）远离左剪断刀（13）的一端连接有提拉线（18），所述提拉线（18）连接有绞线装置；

所述绞线装置包括壳体（20）和绞线电机（21），所述壳体（20）安装在所述偏转臂（4）上，所述绞线电机（21）设置在所述壳体（20）内，所述绞线电机（21）的输出轴设置有绞线盘（22），所述提拉线（18）远离连线（17）的一端穿过所述剪切筒（6）绕接在所述绞线盘（22）上。

2.根据权利要求1所述的一种履带式茉莉花采摘机器人，其特征在于，所述剪切筒（6）的内壁左右固定有防护板（23），两个所述防护板（23）相对的侧壁开设有防护槽（24），当所述复位弹簧（19）处于常态时，所述左剪断刀（13）和右剪断刀（14）分别位于两个所述防护板（23）的防护槽（24）内，所述安装板（15）和两个所述防护板（23）之间形成有供茉莉花进入容纳腔（7）的窗口。

3.根据权利要求1所述的一种履带式茉莉花采摘机器人，其特征在于，所述执行臂（5）的侧壁安装有液压缸（25），所述液压缸（25）的伸缩轴与所述剪切筒（6）的侧壁连接。

4.根据权利要求1所述的一种履带式茉莉花采摘机器人，其特征在于，所述车架体（1）上转动设置有驱动轴（26），所述驱动轴（26）的端部设置有第一齿轮（27），所述旋转臂（3）上设置有第二齿轮（28），所述第二齿轮（28）与所述第一齿轮（27）啮合，所述车架体（1）的底部安装有第一电机（29），所述第一电机（29）的输出轴与所述驱动轴（26）传动连接。

5.根据权利要求4所述的一种履带式茉莉花采摘机器人，其特征在于，所述旋转臂（3）的侧壁固定有第三齿轮（30），所述第三齿轮（30）的轴线与所述偏转臂（4）的旋转轴线共线设置，所述偏转臂（4）的侧壁安装有第二电机（31），所述第二电机（31）的输出轴上设置有第四齿轮（32），所述第四齿轮（32）与所述第三齿轮（30）啮合，所述偏转臂（4）的侧壁固定有第五齿轮（33），所述第五齿轮（33）的轴线与所述执行臂（5）的旋转轴线共线设置，所述执行臂（5）的侧壁安装有第三电机（34），所述第三电机（34）的输出轴上设置有第六齿轮（35），所述第六齿轮（35）与所述第五齿轮（33）啮合。

6.根据权利要求1所述的一种履带式茉莉花采摘机器人，其特征在于，所述车架体（1）的上方设置有收集箱（36），所述收集箱（36）顶部开口，所述车架体（1）的后端与所述收集箱（36）铰接，所述下料管（8）远离剪切筒（6）的一端连接在所述收集箱（36）内。

7.根据权利要求6所述的一种履带式茉莉花采摘机器人，其特征在于，所述收集箱（36）与车架体（1）之间设置有伸缩液压缸，所述伸缩液压缸的缸体铰接在所述车架体（1）上，所述伸缩液压缸的伸缩轴铰接在所述收集箱（36）的底部。