CN115474479A - 一种菠萝采摘机器人 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种菠萝采摘机器人，包括行走装置、车身、采摘装置、识别装置、多关节机械臂运动装置以及控制装置，所述采摘装置包括菠萝夹紧机构以及菠萝切割机构，所述菠萝夹紧机构的夹紧体内侧安装弹性减压片，所述菠萝体颜色识别传感器及所述压力传感器镶嵌在所述弹性减压片中，所述菠萝体颜色识别传感器仅选择识别黄色作为触发信号传输到所述控制装置；所述菠萝切割机构中的菠萝梗颜色识别传感器安装在所述切割刀底面，所述菠萝梗颜色识别传感器仅选择识别绿色作为触发信号传输到所述控制装置。本发明提供一种可自动识别成熟菠萝并准确定位菠萝梗进行切割的菠萝采摘机器人。

Description

一种菠萝采摘机器人

技术领域

本发明属于农业设备技术领域，具体涉及一种菠萝采摘机器人。

背景技术

菠萝作为一种季节性的热带水果，成熟期短，采摘任务繁重。由于我国采摘自动化程度低，菠萝采摘以人工为主，对劳动工人需求大，劳动强度高，同时，菠萝的自然特征带有芒刺，容易扎伤采摘工人，降低了采摘效率。中国发明专利公开说明书CN108377726A公开了一种菠萝采摘机器人，该发明专利通过驱动件带动旋转板运动，使得导向槽带动导向轴移动，连接在导向轴上的开合叶片随导向轴运动实现了收拢和展开运动，实现了快速高效采摘菠萝。但是，由于菠萝生长特性差异，其成熟时间有差异，因此，需要分批次多次采摘。上述发明专利没有根据菠萝生长的差异性有选择地采摘，若不能准确识别出成熟的菠萝，很可能会出现误采摘未成熟的菠萝，给果农带来损失。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种可自动识别成熟菠萝并准确定位菠萝梗进行切割的菠萝采摘机器人。

为了解决上述技术技术问题，本发明提供了一种菠萝采摘机器人，包括行走装置、车身、采摘装置、识别装置、多关节机械臂运动装置以及控制装置1，其特征在于，所述多关节机械臂运动装置与所述采摘装置连接，所述识别装置包括菠萝体颜色识别传感器2及菠萝梗颜色识别传感器3，所述采摘装置包括菠萝夹紧机构以及菠萝切割机构，所述采摘装置和所述多关节机械臂运动装置分别与所述控制装置1电性连接。所述菠萝切割机构包括第一驱动件4、第一丝杆5、切割刀6、菠萝梗颜色识别传感器3，所述菠萝梗颜色识别传感器3安装在所述切割刀6底面，所述菠萝梗颜色识别传感器3仅选择识别绿色作为触发信号传输到所述控制装置1，所述切割刀6一端部设有带螺纹的通孔，通过螺钉连接所述通孔及所述菠萝梗颜色识别传感器3。所述菠萝夹紧机构包括第二驱动件7、伸缩机构8、夹紧体9，所述第二驱动件7与所述伸缩机构8的一端连接，所述伸缩机构8的另一端与所述多关节机械臂运动装置末端连接，所述夹紧体9内侧安装弹性减压片10，所述菠萝体颜色识别传感器2及所述压力传感器11镶嵌在所述弹性减压片10中，所述菠萝体颜色识别传感器2仅选择识别黄色作为触发信号传输到所述控制装置1。

作为优选方案，所述车身包括车架12、承载板13、存储框14，所述行走装置设置在所述车架12下方，所述承载板13覆盖在所述车架12上方，所述承载板13上安装所述存储框14和所述多关节机械臂运动装置。

作为优选方案，所述多关节机械臂运动装置为两个及两个以上，所述存储框14为两个及两个以上。

作为优选方案，所述行走装置包括履带15、履带轮16、联轴器17、驱动电机18，所述驱动电机18与联轴器17连接，所述履带15挂接在所述联轴器17上。

作为优选方案，所述夹紧体9数量为两个，所述夹紧体9分别连接在所述第二驱动件7两侧。

作为优选方案，所述菠萝体颜色识别传感器2用于识别成熟菠萝，所述菠萝梗识别传感器3用于识别菠萝梗以确定切割位置。

作为优选方案，所述控制装置1与所述菠萝体颜色传感器2及所述菠萝梗颜色识别传感器3电性连接。

作为优选方案，所述多关节机械臂运动装置包括旋转云台19、连杆20、舵机21，所述连杆20设有若干条，所述旋转云台19设于所述多关节机械臂运动装置底部，所述连杆20连接所述旋转云台19及所述多关节机械臂运动装置末端，所述舵机21驱动所述旋转云台19运动。

作为优选方案，所述控制装置1还包括用于监测路况的摄像头模块22。

作为优选方案，所述摄像头模块22与所述控制装置1通过无线通信方式传输信号。

本发明所提供的菠萝采摘机器人，与现有技术相比，其有益效果是：本发明通过所述行走装置在两行菠萝植株间行走，所述存储框用于存放采摘装置切割下来的菠萝，所述夹紧体通过所述第二驱动件和伸缩机构移动到到菠萝体中心位置，所述菠萝体颜色识别传感器识别到成熟菠萝后，触发所述第一驱动件带动所述第一丝杆实现所述切割机构的升降运动，所述菠萝梗颜色识别传感器识别到绿色的菠萝梗后，所述多关节机械臂运动装置末端夹紧，所述切割刀及所述夹紧体联动控制，实现夹紧菠萝体同时切割菠萝梗，然后所述多关节机械臂运动装置旋转将采摘的菠萝运送到所述存储框中，所述压力传感器采集所述夹紧体的夹持力，从而防止力太大而损坏菠萝，所述菠萝采摘机器人能准确地采摘成熟的菠萝，同时设置了防止菠萝损坏的保护结构，结构设计合理，自动化程度高，具有可行性，可应用于菠萝采摘生产实际中。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对实施方式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方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的菠萝采摘机器人的非切割状态结构示意图。

图2为本发明实施例的菠萝采摘机器人的夹紧切割状态示意图。

图3为本发明实施例的菠萝采摘机器人的俯视图。

图4为本发明实施例的菠萝采摘机器人的采摘装置示意图。

图5为本发明实施例的菠萝采摘机器人的行走装置示意图。

附图标记：1、控制装置；2、菠萝体颜色识别传感器；3、菠萝梗颜色识别传感器；4、第一驱动件；5、第一丝杆；6、切割刀；7、第二驱动件；8、伸缩机构；9、夹紧体；10、弹性减压片；11、压力传感器；12、车架；13、承载板；14、存储框；15、履带；16、履带轮；17、联轴器；18、驱动电机；19、旋转云台；20、连杆；21、舵机；22、摄像头模块。

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作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。

在本发明中，除非另有明确的规定及限定，术语“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，除非另有明确的限定。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。此外，在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

如图1至图5所示，本发明优选的实施例提供了一种菠萝采摘机器人，包括行走装置、车身、采摘装置、识别装置、多关节机械臂运动装置以及控制装置1，其特征在于，所述多关节机械臂运动装置与所述采摘装置连接，所述识别装置包括菠萝体颜色识别传感器2及菠萝梗颜色识别传感器3，所述采摘装置包括菠萝夹紧机构以及菠萝切割机构，所述采摘装置和所述多关节机械臂运动装置分别与所述控制装置1电性连接。所述菠萝切割机构包括第一驱动件4、第一丝杆5、切割刀6、菠萝梗颜色识别传感器3，所述菠萝梗颜色识别传感器3安装在所述切割刀6底面，所述菠萝梗颜色识别传感器3仅选择识别绿色作为触发信号传输到所述控制装置1，所述切割刀6一端部设有带螺纹的通孔，通过螺钉连接所述通孔及所述菠萝梗颜色识别传感器3。所述菠萝夹紧机构包括第二驱动件7、伸缩机构8、夹紧体9，所述第二驱动件7与所述伸缩机构8的一端连接，所述伸缩机构8的另一端与所述多关节机械臂运动装置末端连接，所述夹紧体9内侧安装弹性减压片10，所述菠萝体颜色识别传感器2及所述压力传感器11镶嵌在所述弹性减压片10中，所述菠萝体颜色识别传感器2仅选择识别黄色作为触发信号传输到所述控制装置1。

基于上述特征的菠萝采摘机器人，所述行走装置在两行菠萝植株间行走，所述存储框用于存放采摘装置切割下来的菠萝，所述夹紧体通过所述第二驱动件和伸缩机构移动到到菠萝体中心位置，所述菠萝体颜色识别传感器识别到成熟菠萝后，触发所述第一驱动件带动所述第一丝杆实现所述切割机构的升降运动，所述菠萝梗颜色识别传感器识别到绿色的菠萝梗后，所述多关节机械臂运动装置末端夹紧，所述切割刀及所述夹紧体联动控制，实现夹紧菠萝体同时切割菠萝梗，然后所述多关节机械臂运动装置旋转将采摘的菠萝运送到所述存储框中，所述压力传感器采集所述夹紧体的夹持力，从而防止力太大而损坏菠萝，所述菠萝采摘机器人能准确地采摘成熟的菠萝，同时设置了防止菠萝损坏的保护结构，结构设计合理，自动化程度高，具有可行性，可应用于菠萝采摘生产实际中。

如图1至图3所示，为了便于调整切割刀的位置，所述切割刀6端部与夹紧机构之间还设有与所述第二驱动件7连接为一体的连接杆，所述连接杆与所述第一丝杆5连接，所述第一驱动件4与所述第一丝杆5连接，所述第一驱动件4带动所述第一丝杆5，所述第一丝杆5与所述切割刀6通过螺纹连接，经过能量转换，所述第一丝杆5带动切割刀6进行升降运动，实现切割位置的精确识别。所述切割刀6为两把或两把以上，所述第一丝杆5为两个及两个以上。为了节省空间，简化结构，所述夹紧体9分别安装在所述第二驱动件7两侧，所述伸缩机构8通过伸出和收缩调整所述菠萝夹紧机构与菠萝体的距离，确保稳定夹紧菠萝。待菠萝收割完成后，所述旋转云台19转动至所述存储框14旁，所述多关节机械臂运动装置各关节运动，将所述夹紧体9内的菠萝调整至所述存储框14区域内，所述第二驱动件7动作，打开所述夹紧体9及所述切割刀6，实现了菠萝的收集与存储。

所述连杆20设有若干条，所述旋转云台19设于所述多关节机械臂运动装置底部，所述连杆20连接所述旋转云台19及所述多关节机械臂运动装置末端，所述舵机21驱动所述旋转云台19运动。

所述夹紧体9和切割刀6处于张开状态时，所述采摘机器人处于运动状态，所述摄像头模块22持续监控前方路况，并反馈信号到所述控制装置1做出继续前进还是停止的命令。所述多关节机械臂运动装置启动时，所述夹紧体9及所述切割刀6同步进行收缩，切割菠萝。为了实现精确采摘成熟菠萝体，同时考虑生产成本，本发明采用控制更简单灵活的颜色识别传感器，相比于采用摄像头判断菠萝成熟，由于图像处理过程较开关信号传输处理更复杂，对控制系统的实时性要求更高，故本专利所用颜色识别传感器处理速度更快。

如图4所示，为了适应菠萝体直径差异，所述两夹紧体9间的开合角度最大为180°，所述弹性减压片10为中空结构，所述菠萝体颜色识别传感器2及所述压力传感器11分别安装在所述弹性减压片10中心，呈上下和左右对称结构分布。为了便于精确识别菠萝位置，所述摄像头模块22不断扫描识别前方植株，一旦确定为菠萝植株，所述多关节机械臂运动装置调整各关节在x、y、z轴的位置，使得末端执行的采摘装置定位到菠萝体附近，所述识别装置判断出菠萝是否成熟，若是，则开启夹紧和切割动作。

所述菠萝梗颜色识别传感器3设置在所述切割刀6正下方，且仅选择绿色作为模拟信号传输到所述控制装置1中，类似地，所述菠萝体颜色识别传感器仅选择黄色作为模拟信号传输到所述控制装置1中。

如图5所示，所述驱动电机18与所述控制装置1电性连接，所述驱动电机18驱动所述履带15绕着所述履带轮16及所述联轴器17运动，所述驱动电机18正转可带动所述菠萝采摘机器人前进，反转可带动所述菠萝采摘机器人后退。所述承载板13覆盖在所述车架12上方。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种菠萝采摘机器人，包括行走装置、车身、采摘装置、识别装置、多关节机械臂运动装置以及控制装置(1)，其特征在于，所述多关节机械臂运动装置与所述采摘装置连接，所述识别装置包括菠萝体颜色识别传感器(2)及菠萝梗颜色识别传感器(3)，所述采摘装置包括菠萝夹紧机构以及菠萝切割机构，所述采摘装置和所述多关节机械臂运动装置分别与所述控制装置(1)电性连接，所述菠萝切割机构包括第一驱动件(4)、第一丝杆(5)、切割刀(6)、菠萝梗颜色识别传感器(3)，所述菠萝梗颜色识别传感器(3)安装在所述切割刀(6)底面，所述菠萝梗颜色识别传感器(3)仅选择识别绿色作为触发信号传输到所述控制装置(1)，所述切割刀(6)一端部设有带螺纹的通孔，通过螺钉连接所述通孔及所述菠萝梗颜色识别传感器(3)，所述菠萝夹紧机构包括第二驱动件(7)、伸缩机构(8)、夹紧体(9)，所述第二驱动件(7)与所述伸缩机构(8)的一端连接，所述伸缩机构(8)的另一端与所述多关节机械臂运动装置末端连接，所述夹紧体(9)内侧安装弹性减压片(10)，所述菠萝体颜色识别传感器(2)及所述压力传感器(11)镶嵌在所述弹性减压片(10)中，所述菠萝体颜色识别传感器(2)仅选择识别黄色作为触发信号传输到所述控制装置(1)。

2.根据权利要求1所述的菠萝采摘机器人，其特征在于，所述车身包括车架(12)、承载板(13)、存储框(14)，所述行走装置设置在所述车架(12)下方，所述承载板(13)覆盖在所述车架(12)上方，所述承载板(13)上安装所述存储框(14)和所述多关节机械臂运动装置。

3.根据权利要求2所述的菠萝采摘机器人，其特征在于，所述多关节机械臂运动装置为两个及两个以上，所述存储框(14)为两个及两个以上。

4.根据权利要求1所述的菠萝采摘机器人，其特征在于，所述行走装置包括履带(15)、履带轮(16)、联轴器(17)、驱动电机(18)，所述驱动电机(18)与联轴器(17)连接，所述履带(15)挂接在所述联轴器(17)上。

5.根据权利要求1所述的菠萝采摘机器人，其特征在于，所述夹紧体(9)数量为两个，所述夹紧体(9)分别连接在所述第二驱动件(7)两侧。

6.根据权利要求1所述的菠萝采摘机器人，其特征在于，所述菠萝体颜色识别传感器(2)用于识别成熟菠萝，所述菠萝梗识别传感器(3)用于识别菠萝梗以确定切割位置。

7.根据权利要求6所述的菠萝采摘机器人，其特征在于，所述控制装置(1)与所述菠萝体颜色传感器(2)及所述菠萝梗颜色识别传感器(3)电性连接。

8.根据权利要求3所述的菠萝采摘机器人，其特征在于，所述多关节机械臂运动装置包括旋转云台(19)、连杆(20)、舵机(21)，所述连杆(20)设有若干条，所述旋转云台(19)设于所述多关节机械臂运动装置底部，所述连杆(20)连接所述旋转云台(19)及所述多关节机械臂运动装置末端，所述舵机(21)驱动所述旋转云台(19)运动。

9.根据权利要求1-8任一项所述的菠萝采摘机器人，其特征在于，所述控制装置(1)还包括用于监测路况的摄像头模块(22)。

10.根据权利要求9所述的菠萝采摘机器人，其特征在于，所述摄像头模块(22)与所述控制装置(1)通过无线通信方式传输信号。

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