CN115812434A - 一种极坐标型水果采摘机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种极坐标型水果采摘机器人。本发明包括真空泵、移动底盘、真空吸盘、双目相机、同步带滑台、滑动关节驱动电机、扭转电机、俯仰电机和滑动光轴等，由双目相机识别定位果实位置，主控制器对果实位置进行判断和处理，由下位机控制器控制电机运动，将真空吸盘送到目标果实位置，真空吸盘由真空泵提供负压吸住果实，再控制电机和真空泵采摘果实并返回初始位置放下果实，完成采摘作业。极坐标型水果采摘机器人配合移动底盘可实现连续采摘作业，具有提高采摘作业效率的潜力，通过更换真空吸盘的大小以适应不同品种的水果，提高极坐标型水果采摘机器人的使用范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种采摘机器人，特别涉及一种极坐标型水果采摘机器人，属于果园采摘机械领域。
背景技术
水果采摘是一种劳动强度高、季节性强的果园作业。不断提高的人工成本，增加了水果的生产成本，影响水果的销售价格。水果采摘机器人代替果农进行采摘劳动，可以减轻果农的劳动强度，提高采摘效率，降低水果的生产成本，提高水果的市场竞争力。
随着农机农艺相结合的思想不断深入，以苹果农艺种植为例，“V形”、纺锤形等标准化果园不断推广，果树树冠变小，提高了果实的可见性，为采摘机器人作业提供了便利。因此，设计了一种极坐标型水果采摘机器人。
发明内容
本发明提供一种极坐标型水果采摘机器人，可以有效地提高水果采收效率，减轻果农的劳动强度。
为了解决上述技术问题，本发明提供一种极坐标型水果采摘机器人，包括真空泵、电源箱、移动底盘、真空吸盘、吸盘安装件、滑动关节安装件、操作台、主控制器、双目相机、机架、同步带滑块、同步带滑台、滑台驱动电机、下位机控制器、滑动关节驱动电机、扭转电机、扭转电机安装件、俯仰电机安装件、俯仰电机、滑动光轴安装件、滑动光轴、同步带轮、惰轮和滑动关节同步带，所述真空泵、电源箱和下位机控制器通过螺栓固定安装在移动底盘的底板上，所述同步带滑台通过地脚和螺栓安装在移动底盘中部，所述同步带滑台一侧通过螺栓和联轴器安装有滑台驱动电机，所述同步带滑台上安装有同步带滑块，所述同步带滑块上通过螺栓安装有扭转电机安装件，所述扭转电机通过螺栓安装在扭转电机安装件的内侧，所述俯仰电机安装件通过螺栓安装在扭转电机的输出轴上，所述俯仰电机通过螺栓安装在俯仰电机安装件一侧，所述滑动关节安装件通过螺栓安装在俯仰电机输出轴上，所述滑动关节驱动电机通过螺栓安装在滑动关节安装件内侧，所述惰轮通过螺栓安装在滑动关节安装件前部的安装孔上，所述同步带轮通过顶丝安装在滑动关节驱动电机的输出轴上，所述滑动光轴通过直线轴承安装在滑动关节安装件上，所述滑动光轴的一端通过顶丝安装在滑动光轴安装件的轴孔中，所述滑动光轴的另一端通过顶丝安装在吸盘安装件的轴孔中，所述真空吸盘通过金具安装在吸盘安装件中心的通孔中，所述真空吸盘通过金具和气管连接到真空泵上，所述滑动关节同步带的一端安装在滑动光轴安装件的卡槽中，所述滑动关节同步带的另一端依次绕着惰轮和同步带轮安装在吸盘安装件的卡槽中，所述双目相机通过螺栓安装在机架居中部位，所述操作台通过螺栓安装在机架上部的一侧，所述主控制器放置在操作台上，所述主控制器通过网线连接下位机控制器，所述主控制器通过USB线连接双目相机，所述下位机控制器通过导线连接真空泵、滑台驱动电机、扭转电机、俯仰电机和滑动关节驱动电机，所述电源箱通过导线连接真空泵、主控制器、下位机控制器、滑台驱动电机、扭转电机、俯仰电机和滑动关节驱动电机。
作为本发明的一种优选技术方案，所述真空吸盘材料为软质硅胶。
作为本发明的一种优选技术方案，所述真空吸盘大小可根据采摘水果品种进行更换。
作为本发明的一种优选技术方案，所述同步带滑台一侧安装有限位开关。
作为本发明的一种优选技术方案，所述滑动关节安装件一侧安装有限位开关。
作为本发明的一种优选技术方案，所述扭转电机和俯仰电机内置编码器。
作为本发明的一种优选技术方案，所述主控制器可对移动底盘的行驶速度和转向角度进行控制。
本发明所达到的有益效果是：该种极坐标型水果采摘机器人，适用于标准化种植的不同水果园，可降低采摘的劳动强度，极坐标型水果采摘机器人作业时，由双目相机识别定位果实位置，将果实位置通过USB线发给主控制器，主控制器对果实位置进行判断和处理，然后向下位机控制器发送控制指令，由下位机控制器控制滑台驱动电机、扭转电机、俯仰电机和滑动关节驱动电机运动，将真空吸盘送到目标果实位置，真空吸盘由真空泵提供负压吸住果实，吸住果实后，下位机控制器控制电机和真空泵进行采摘果实并返回初始位置放下果实，完成采摘作业。当双目相机视角范围内没有可采摘的果实，主控制器控制移动底盘向前行驶，找到可采摘的果实后继续进行采摘。极坐标型水果采摘机器人可实现连续采摘作业，具有提高采摘作业效率的潜力，通过更换真空吸盘的大小以适应不同品种的水果，提高极坐标型水果采摘机器人的使用范围。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的整体结构示意图；
图2是本发明的极坐标机械臂结构示意图；
图中：1、真空泵；2、电源箱；3、移动底盘；4、真空吸盘；5、吸盘安装件；6、滑动关节安装件；7、操作台；8、主控制器；9、双目相机；10、机架；11、同步带滑块；12、同步带滑台；13、滑台驱动电机；14、下位机控制器；15、滑动关节驱动电机；16、扭转电机；17、扭转电机安装件；18、俯仰电机安装件；19、俯仰电机；20、滑动光轴安装件；21、滑动光轴；22、同步带轮；23、从动轮；24、滑动关节同步带。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
如图1所示，本发明一种极坐标型水果采摘机器人，包括真空泵1、电源箱2、移动底盘3、真空吸盘4、吸盘安装件5、滑动关节安装件6、操作台7、主控制器8、双目相机9、机架10、同步带滑块11、同步带滑台12、滑台驱动电机13、下位机控制器14、滑动关节驱动电机15、扭转电机16、扭转电机安装件17、俯仰电机安装件18、俯仰电机19、滑动光轴安装件20、滑动光轴21、同步带轮22、惰轮23和滑动关节同步带24，其特征在于，所述真空泵1、电源箱2和下位机控制器14通过螺栓固定安装在移动底盘3的底板上，所述同步带滑台12通过地脚和螺栓安装在移动底盘3中部，所述同步带滑台12一侧通过螺栓和联轴器安装有滑台驱动电机13，所述同步带滑台12上安装有同步带滑块11，所述同步带滑块11上通过螺栓安装有扭转电机安装件17，所述扭转电机16通过螺栓安装在扭转电机安装件17的内侧，所述俯仰电机安装件18通过螺栓安装在扭转电机16的输出轴上，所述俯仰电机19通过螺栓安装在俯仰电机安装件18一侧，所述滑动关节安装件6通过螺栓安装在俯仰电机19输出轴上，所述滑动关节驱动电机15通过螺栓安装在滑动关节安装件6内侧，所述惰轮23通过螺栓安装在滑动关节安装件6前部的安装孔上，所述同步带轮22通过顶丝安装在滑动关节驱动电机15的输出轴上，所述滑动光轴21通过直线轴承安装在滑动关节安装件6上，所述滑动光轴21的一端通过顶丝安装在滑动光轴安装件20的轴孔中，所述滑动光轴21的另一端通过顶丝安装在吸盘安装件5的轴孔中，所述真空吸盘4通过金具安装在吸盘安装件5中心的通孔中，所述真空吸盘4通过金具和气管连接到真空泵1上，所述滑动关节同步带24的一端安装在滑动光轴安装件20的卡槽中，所述滑动关节同步带24的另一端依次绕着惰轮23和同步带轮22安装在吸盘安装件5的卡槽中，所述双目相机9通过螺栓安装在机架10居中部位，所述操作台7通过螺栓安装在机架10上部的一侧，所述主控制器8放置在操作台7上，所述主控制器8通过网线连接下位机控制器14，所述主控制器8通过USB线连接双目相机9，所述下位机控制器14通过导线连接真空泵1、滑台驱动电机13、扭转电机16、俯仰电机19和滑动关节驱动电机15，所述电源箱通过导线连接真空泵1、主控制器8、下位机控制器14、滑台驱动电机13、扭转电机16、俯仰电机19和滑动关节驱动电机15。
进一步的，真空吸盘4材料为软质硅胶，有利于增加真空吸盘4吸住果实的概率并降低果实损伤的可能性。
进一步的，真空吸盘4大小可根据采摘的水果品种进行更换，以适用不同大小和不同品种的果实。
进一步的，同步带滑台13一侧安装有限位开关，方便对同步带滑台13进行位置归零，并保证同步带滑台13运行安全。
进一步的，滑动关节安装件6一侧安装有限位开关，便于对滑动关节驱动电机15进行位置归零，并保证滑动关节驱动电机15运行安全。
进一步的，扭转电机16和俯仰电机19内置编码器，便于对扭转电机16和俯仰电机19进行反馈控制与位置归零。
进一步的，主控制器8可对移动底盘3的行驶速度和转向角度进行控制，便于实现极坐标型水果采摘机器人的连续作业，降低果农劳动强度。
本发明的工作原理：极坐标型水果采摘机器人作业时，由双目相机9识别定位果实位置，将果实位置通过USB线发给主控制器8，主控制器8对果实位置进行判断和处理，然后向下位机控制器14发送控制指令，由下位机控制器14控制滑台驱动电机13、扭转电机16、俯仰电机19和滑动关节驱动电机15运动，将真空吸盘4送到目标果实位置，真空吸盘4由真空泵1提供负压吸住果实，吸住果实后，下位机控制器14控制电机和真空泵1进行采摘果实并返回初始位置放下果实，完成采摘作业。当双目相机9视角范围内没有可采摘的果实，主控制器8控制移动底盘3向前行驶，找到可采摘的果实后继续进行采摘。
本发明为一种极坐标型水果采摘机器人，极坐标型机械臂具有控制简单，响应速度快的优点，配合移动底盘的移动可实现连续采摘作业，具有提高采摘作业效率的潜力，通过更换真空吸盘的大小可以适应不同品种不同大小的水果，提高极坐标型水果采摘机器人的使用范围。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种极坐标型水果采摘机器人，包括真空泵（1）、电源箱（2）、移动底盘（3）、真空吸盘（4）、吸盘安装件（5）、滑动关节安装件（6）、操作台（7）、主控制器（8）、双目相机（9）、机架（10）、同步带滑块（11）、同步带滑台（12）、滑台驱动电机（13）、下位机控制器（14）、滑动关节驱动电机（15）、扭转电机（16）、扭转电机安装件（17）、俯仰电机安装件（18）、俯仰电机（19）、滑动光轴安装件（20）、滑动光轴（21）、同步带轮（22）、惰轮（23）和滑动关节同步带（24），其特征在于，所述真空泵（1）、电源箱（2）和下位机控制器（14）通过螺栓固定安装在移动底盘（3）的底板上，所述同步带滑台（12）通过地脚和螺栓安装在移动底盘（3）中部，所述同步带滑台（12）一侧通过螺栓和联轴器安装有滑台驱动电机（13），所述同步带滑台（12）上安装有同步带滑块（11），所述同步带滑块（11）上通过螺栓安装有扭转电机安装件（17），所述扭转电机（16）通过螺栓安装在扭转电机安装件（17）的内侧，所述俯仰电机安装件（18）通过螺栓安装在扭转电机（16）的输出轴上，所述俯仰电机（19）通过螺栓安装在俯仰电机安装件（18）一侧，所述滑动关节安装件（6）通过螺栓安装在俯仰电机（19）输出轴上，所述滑动关节驱动电机（15）通过螺栓安装在滑动关节安装件（6）内侧，所述惰轮（23）通过螺栓安装在滑动关节安装件（6）前部的安装孔上，所述同步带轮（22）通过顶丝安装在滑动关节驱动电机（15）的输出轴上，所述滑动光轴（21）通过直线轴承安装在滑动关节安装件（6）上，所述滑动光轴（21）的一端通过顶丝安装在滑动光轴安装件（20）的轴孔中，所述滑动光轴（21）的另一端通过顶丝安装在吸盘安装件（5）的轴孔中，所述真空吸盘（4）通过金具安装在吸盘安装件（5）中心的通孔中，所述真空吸盘（4）通过金具和气管连接到真空泵（1）上，所述滑动关节同步带（24）的一端安装在滑动光轴安装件（20）的卡槽中，所述滑动关节同步带（24）的另一端依次绕着惰轮（23）和同步带轮（22）安装在吸盘安装件（5）的卡槽中，所述双目相机（9）通过螺栓安装在机架（10）居中部位，所述操作台（7）通过螺栓安装在机架（10）上部的一侧，所述主控制器（8）放置在操作台（7）上，所述主控制器（8）通过网线连接下位机控制器（14），所述主控制器（8）通过USB线连接双目相机（9），所述下位机控制器（14）通过导线连接真空泵（1）、滑台驱动电机（13）、扭转电机（16）、俯仰电机（19）和滑动关节驱动电机（15），所述电源箱通过导线连接真空泵（1）、主控制器（8）、下位机控制器（14）、滑台驱动电机（13）、扭转电机（16）、俯仰电机（19）和滑动关节驱动电机（15）。
2.根据权利要求1所述的一种极坐标型水果采摘机器人，其特征在于，所述真空吸盘（4）材料为软质硅胶。
3.根据权利要求1所述的一种极坐标型水果采摘机器人，其特征在于，所述真空吸盘（4）大小可根据采摘的水果品种进行更换。
4.根据权利要求1所述的一种极坐标型水果采摘机器人，其特征在于，所述同步带滑台（13）一侧安装有限位开关。
5.根据权利要求1所述的一种极坐标型水果采摘机器人，其特征在于，所述滑动关节安装件（6）一侧安装有限位开关。
6.根据权利要求1所述的一种极坐标型水果采摘机器人，其特征在于，所述扭转电机（16）和俯仰电机（19）内置编码器。
7.根据权利要求1所述的一种极坐标型水果采摘机器人，其特征在于，所述主控制器（8）可对移动底盘（3）的行驶速度和转向角度进行控制。
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