CN116406568B - 一种管道吸附式果蔬采摘机器人 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种管道吸附式果蔬采摘机器人，包括履带底盘、果蔬收集箱、负压发生器、控制器、果蔬输送管道、末端执行器、果蔬采摘运行执行机构和双目摄像头，果蔬收集箱固定在履带底盘的顶部；负压发生器固定在果蔬收集箱的顶部；果蔬收集箱与末端执行器通过果蔬输送管道连接相通；果蔬输送管道与负压发生器连接相通；果蔬采摘运行执行机构套设安装在果蔬输送管道上；双目摄像头安装在末端执行器上；负压发生器、双目摄像头与控制器电性连接，控制器与果蔬采摘运行执行机构电性连接。本发明能够在确保果蔬完整的前提下摆脱果蔬采摘过程中果蔬与果篮之间循环往复动作，提高了工作效率，提高了灵活性和适应性。
Description
技术领域
本发明涉及果蔬采摘机器人技术领域，更具体的说是涉及一种管道吸附式果蔬采摘机器人。
背景技术
农业逐步实现机械化、现代化和智能化。而在农业生产中由于采摘期短，采摘量大并且工作强度大，所以采摘占用人力和资源是非常大的一部分，随着发展，采用机器人代替人工采摘是未来的发展趋势。
但是，目前采摘机器人通常是以机械臂带动机械爪进行采摘为主，存在以下问题：1)灵活性和环境的适应性不足；2)在采摘的过程中还保留了果蔬与果篮之间的循环往复动作，操作繁琐，效率较低；3)机械爪在抓取果蔬时会使果蔬表皮受到一定程度的损伤。
因此，提供一种高效、无损且适应性强的管道吸附式果蔬采摘机器人是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种管道吸附式果蔬采摘机器人，能够在确保果蔬完整的前提下摆脱了果蔬在采摘的过程中果蔬与果篮之间的循环往复动作，提高工作效率，从而解决机械臂带动机械爪的采摘机器人存在的灵活性不足和环境的适应性不强等问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种管道吸附式果蔬采摘机器人，包括履带底盘、果蔬收集箱、负压发生器和控制器，所述果蔬收集箱固定在所述履带底盘的顶部；所述负压发生器固定在所述果蔬收集箱的顶部；所述负压发生器与所述控制器电性连接，还包括果蔬输送管道、末端执行器、果蔬采摘运行执行机构和双目摄像头，所述果蔬输送管道一端与所述果蔬收集箱连接相通，所述果蔬输送管道另一端与所述末端执行器连接相通；所述果蔬输送管道与所述负压发生器连接相通；所述果蔬采摘运行执行机构套设安装在所述果蔬输送管道上；所述双目摄像头安装在所述末端执行器上；所述双目摄像头与所述控制器电性连接，所述控制器与所述果蔬采摘运行执行机构电性连接。
通过采取以上方案，本发明的有益效果是：
通过利用管道吸附采摘代替机械爪采摘，它在确保果蔬完整的前提下摆脱了果蔬在采摘的过程中果蔬与果篮之间的循环往复动作，提高了工作效率，解决了机械臂带动机械爪的采摘机器人存在的灵活性不足和环境的适应性不强等问题。
进一步的，所述末端执行器包括吸果盘、缩口斗和卡环，所述果蔬输送管道一端部与所述吸果盘连接相通；所述缩口斗通过所述卡环压紧固定在所述吸果盘内部；所述双目摄像头安装在所述吸果盘上。
采用上述进一步的技术方案产生的有益效果为，缩口斗的管口与尺寸略小的果蔬接触时可以起到密封作用，在负压发生器作用下，缩口斗能够对果蔬实现牢固吸附，双目摄像头用于对果蔬进行识别。
进一步的，所述吸果盘包括连接为一体的底板和吸果管，所述果蔬输送管道一端部贯穿所述底板与所述吸果管连接相通；所述缩口斗通过所述卡环压紧固定在所述吸果管内部；所述双目摄像头安装在所述底板上。
进一步的，所述果蔬输送管道包括软管、负压支路和盖板，所述软管一端与所述果蔬收集箱连接相通，所述软管另一端与所述吸果盘连接相通；所述负压支路一端与所述软管靠近所述果蔬收集箱的端部连接相通，所述负压支路另一端与所述负压发生器连接相通；所述负压支路与所述软管的连接处安装有滤网；所述盖板通过扭簧安装在所述软管与所述果蔬收集箱连接的端部。
采用上述进一步的技术方案产生的有益效果为，滤网能够防止果蔬进入负压支路造成堵塞，盖板通过扭簧与软管相贴，从而形成密闭空间，保证果蔬在采摘吸取的过程中有足够负压，在常态下，盖板处于闭合状态，软管存在负压时，闭合更加紧密，当负压消失且果蔬落下时，盖板受到果实重力的作用而打开。
进一步的，所述果蔬输送管道还包括多个缓冲机构，所述软管包括多个软管段，相邻两个所述软管段均通过所述缓冲机构连接。
采用上述进一步的技术方案产生的有益效果为，达到多级缓冲的效果。
进一步的，每个所述缓冲机构均包括连接管和多个橡胶档条，相邻两个所述软管段通过所述连接管螺纹连接在一起；多个所述橡胶档条与所述连接管内壁连接为一体，且沿着周向均匀分布。
采用上述进一步的技术方案产生的有益效果为，果蔬在软管内下落的过程中通过橡胶档条时速度减缓，由此降低落地的势能，达到保护果蔬柔软表皮的作用。
进一步的，所述果蔬采摘运行执行机构包括底座、两个后端臂、两个第一翼板、两个第一转动驱动机构、第一管套、两个前端臂、两个第二翼板、两个第二转动驱动机构、两个第三转动驱动机构和第二管套，所述底座固定在所述负压发生器壳体前侧壁上；两个所述后端臂分别相对称固定在所述底座上；两个所述第一翼板相对称分布，且每个所述第一翼板的一端均通过所述第一转动驱动机构与所述后端臂转动连接；所述第一管套固定在两个所述第一翼板之间，所述第一管套套设安装在所述软管上；两个所述前端臂分别相对称固定在所述吸果盘上；两个所述第二翼板对称分布，且每个所述第二翼板的一端均通过所述第二转动驱动机构与相对应的所述第一翼板另一端转动连接，每个所述第二翼板的另一端均通过所述第三转动驱动机构与相对应的所述前端臂转动连接；所述第二管套固定在两个所述第二翼板之间，且所述第二管套套设安装在所述软管上；两个所述第一转动驱动机构、两个所述第二转动驱动机构和两个所述第三转动驱动机构分别与所述控制器电性连接。
采用上述进一步的技术方案产生的有益效果为，第一转动驱动机构、第二转动驱动机构和第三转动驱动机构能够带动第一翼板、第二翼板以及前端臂运动，进而带动第一管套、第二管套以及末端执行器运动，实现果蔬输送管道的运动，实现果蔬的采摘和运输。
进一步的，所述第一转动驱动机构包括第一伺服电机和第一联动轮，所述第一伺服电机安装在所述后端臂上；所述第一联动轮固定在所述第一伺服电机的输出轴上；所述第一翼板的一端与所述第一联动轮固定连接；所述第二转动驱动机构包括第二伺服电机和第二联动轮，所述第二伺服电机安装在所述第一翼板的另一端；所述第二联动轮固定在所述第二伺服电机的输出轴上；所述第二翼板的一端与所述第二联动轮固定连接；所述第三转动驱动机构包括第三伺服电机和第三联动轮，所述第三伺服电机安装在所述第二翼板的另一端；所述第三联动轮固定在所述第三伺服电机的输出轴上；所述前端臂与所述第三联动轮固定连接；所述第一伺服电机、所述第二伺服电机和所述第三伺服电机分别与所述控制器电性连接。
采用上述进一步的技术方案产生的有益效果为，伺服电机驱动联动轮转动，从而带动与相应联动轮固定连接的部件转动，实现各部分之间的转动连接。
进一步的，所述第一翼板和所述第二翼板的结构相同，均是在一端开设有电机安装孔，用于安装所述第一伺服电机或所述第二伺服电机，另一端开设有联动轮安装孔，用于安装所述第一联动轮或所述第二联动轮。
进一步的，所述第一管套和所述第二管套结构相同，均包括两个半圆管套以及每个所述半圆管套两侧连接为一体且均匀分布的多个卡板，所述第一翼板和所述第二翼板上均开设有两行均匀分布的卡孔；每个所述半圆管套均通过多个所述卡板固定在同一行的所述卡孔上。
采用上述进一步的技术方案产生的有益效果为，便于安装。
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的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的一种管道吸附式果蔬采摘机器人的整体结构示意图；
图2附图为本发明提供的末端执行器的结构示意图；
图3附图为本发明提供的果蔬输送管道和果蔬采摘运行执行机构装配在一起的结构示意图；
图4附图为本发明提供的果蔬输送管道的结构示意图；
图5附图为本发明提供的缓冲机构的截面图；
图6附图为本发明提供的果蔬采摘运行执行机构的结构示意图；
图7附图为本发明提供的第一翼板和第一管套装配在一起的结构示意图。
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做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。
如图1-7所示，本发明实施例公开了一种管道吸附式果蔬采摘机器人，包括履带底盘1、果蔬收集箱2、负压发生器3和控制器4，果蔬收集箱2固定在履带底盘1的顶部；负压发生器3固定在果蔬收集箱2的顶部；负压发生器3与控制器4电性连接，还包括果蔬输送管道5、末端执行器6、果蔬采摘运行执行机构7和双目摄像头8，果蔬输送管道5一端与果蔬收集箱2连接相通，果蔬输送管道5另一端与末端执行器6连接相通；果蔬输送管道5与负压发生器3连接相通；果蔬采摘运行执行机构7套设安装在果蔬输送管道5上；双目摄像头8安装在末端执行器6上；双目摄像头8与控制器4电性连接，控制器4与果蔬采摘运行执行机构7电性连接。本发明通过利用管道吸附采摘代替机械爪采摘，它在确保果蔬完整的前提下摆脱了果蔬在采摘的过程中果蔬与果篮之间的循环往复动作，提高了工作效率，解决了机械臂带动机械爪的采摘机器人存在的灵活性不足和环境的适应性不强等问题。
具体的，末端执行器6包括吸果盘61、缩口斗62和卡环63，果蔬输送管道5一端部与吸果盘61连接相通；缩口斗62通过卡环63压紧固定在吸果盘61内部，缩口斗62为橡胶材质，呈V型，即缩口斗62放置在吸果盘61内，缩口斗62的边沿位于吸果盘61的端缘上，卡环63按压卡紧在吸果盘61的延伸端上，以压紧缩口斗62的边沿，从而实现缩口斗62位置的固定，在使用时缩口斗62的管口与尺寸略小的果蔬接触时可以起到密封作用，在负压发生器3作用下，缩口斗62能够对果蔬实现牢固吸附；双目摄像头8安装在吸果盘61上，用于对果蔬进行识别，在本实施例中，吸果盘61包括连接为一体的底板611和吸果管612，果蔬输送管道5一端部贯穿底板611与吸果管612连接相通；缩口斗62通过卡环63压紧固定在吸果管612内部；双目摄像头8安装在底板611上。
具体的，果蔬输送管道5包括软管51、负压支路52和盖板53，软管51一端与果蔬收集箱2连接相通，软管51另一端与吸果盘61连接相通，软管51是由橡胶材质制成；负压支路52一端与软管51靠近果蔬收集箱2的端部连接相通，负压支路52另一端与负压发生器3连接相通；负压支路52与软管51的连接处安装有滤网54，能够防止果蔬进入负压支路52造成堵塞；盖板53通过扭簧安装在软管51与果蔬收集箱2连接的端部，从而形成密闭空间，保证果蔬在采摘吸取的过程中有足够负压，在常态下，盖板53处于闭合状态，软管51存在负压时，闭合更加紧密，当负压消失且果蔬落下时，盖板53受到果实重力的作用而打开。
为了实现果蔬输送的缓冲及多级缓冲效果，果蔬输送管道5还包括多个缓冲机构55，软管51包括多个软管段，相邻两个软管段均通过缓冲机构55连接，在本实施例中，每个缓冲机构55均包括连接管551和多个橡胶档条552，相邻两个软管段通过连接管551螺纹连接在一起；多个橡胶档条552与连接管551内壁连接为一体，且沿着周向均匀分布，果蔬在软管51内下落的过程中通过橡胶档条552时速度减缓，由此降低落地的势能，达到保护果蔬柔软表皮的作用。
具体的，果蔬采摘运行执行机构7包括底座71、两个后端臂72、两个第一翼板73、两个第一转动驱动机构74、第一管套75、两个前端臂76、两个第二翼板77、两个第二转动驱动机构78、两个第三转动驱动机构79和第二管套710，底座71固定在负压发生器3壳体前侧壁上；两个后端臂72分别相对称固定在底座71上；两个第一翼板73相对称分布，且每个第一翼板73的一端均通过第一转动驱动机构74与后端臂72转动连接；第一管套75固定在两个第一翼板73之间，第一管套75套设安装在软管51上；两个前端臂76分别相对称固定在吸果盘61上；两个第二翼板77对称分布，且每个第二翼板77的一端均通过第二转动驱动机构78与相对应的第一翼板73另一端转动连接，每个第二翼板77的另一端均通过第三转动驱动机构79与相对应的前端臂76转动连接；第二管套710固定在两个第二翼板77之间，且第二管套710套设安装在软管51上，两个第一转动驱动机构74、两个第二转动驱动机构78和两个第三转动驱动机构79分别与控制器4电性连接；第一转动驱动机构74、第二转动驱动机构78和第三转动驱动机构79能够带动第一翼板73、第二翼板77以及前端臂76运动，进而带动第一管套75、第二管套710以及末端执行器6运动，实现果蔬输送管道5的运动，实现果蔬的采摘和运输。
在本实施例中，第一转动驱动机构74包括第一伺服电机和第一联动轮，第一伺服电机安装在后端臂72上；第一联动轮固定在第一伺服电机的输出轴上；第一翼板73的一端与第一联动轮固定连接；第二转动驱动机构78包括第二伺服电机和第二联动轮，第二伺服电机安装在第一翼板73的另一端；第二联动轮固定在第二伺服电机的输出轴上；第二翼板77的一端与第二联动轮固定连接；第三转动驱动机构79包括第三伺服电机791和第三联动轮792，第三伺服电机791安装在第二翼板77的另一端；第三联动轮792固定在第三伺服电机791的输出轴上；前端臂76与第三联动轮792固定连接；第一伺服电机、第二伺服电机和第三伺服电机791分别与控制器4电性连接。
具体的，第一翼板73和第二翼板77的结构相同，均是在一端开设有电机安装孔731，用于安装第一伺服电机或第二伺服电机，通过螺钉配合上紧，另一端开设有联动轮安装孔732，用于安装第一联动轮或第二联动轮。
具体的，第一管套75和第二管套710结构相同，均包括两个半圆管套以及每个半圆管套两侧连接为一体且均匀分布的多个卡板751，第一翼板73和第二翼板77上均开设有两行均匀分布的卡孔733；每个半圆管套均通过多个卡板751固定在同一行的卡孔733上。
本发明的工作过程：
采摘机器人在田间移动，当移动到果蔬采摘范围时，双目摄像头8对果蔬进行图像信息和位置信息采集，当末端执行器6移动到果蔬的位置时，缩口斗62与待采果蔬完全贴合，负压发生器3开始工作，通过较低负压吸附果蔬，果蔬被吸牢后，控制器4控制驱动第三伺服电机791，第三联动轮792转动，带动前端臂76以及末端执行器6摆动，实现果蔬的摘取，在成功摘取果蔬后通过控制负压发生器3使得负压增大，将果蔬吸入软管51，经缓冲机构55减速后，到达果蔬收集箱2，一次采摘作业完成，采摘机器人继续通过双目摄像头8确定下一个目标果蔬的位置，进行下一次采摘作业。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (7)
1.一种管道吸附式果蔬采摘机器人，包括履带底盘、果蔬收集箱、负压发生器和控制器，所述果蔬收集箱固定在所述履带底盘的顶部；所述负压发生器固定在所述果蔬收集箱的顶部；所述负压发生器与所述控制器电性连接，其特征在于，还包括果蔬输送管道、末端执行器、果蔬采摘运行执行机构和双目摄像头，所述果蔬输送管道一端与所述果蔬收集箱连接相通，所述果蔬输送管道另一端与所述末端执行器连接相通；所述果蔬输送管道与所述负压发生器连接相通；所述果蔬采摘运行执行机构套设安装在所述果蔬输送管道上；所述双目摄像头安装在所述末端执行器上；所述双目摄像头与所述控制器电性连接，所述控制器与所述果蔬采摘运行执行机构电性连接；
所述末端执行器包括吸果盘、缩口斗和卡环，所述果蔬输送管道一端部与所述吸果盘连接相通；所述缩口斗通过所述卡环压紧固定在所述吸果盘内部；所述双目摄像头安装在所述吸果盘上；
所述果蔬输送管道包括软管、负压支路和盖板，所述软管一端与所述果蔬收集箱连接相通，所述软管另一端与所述吸果盘连接相通；所述负压支路一端与所述软管靠近所述果蔬收集箱的端部连接相通，所述负压支路另一端与所述负压发生器连接相通；所述负压支路与所述软管的连接处安装有滤网；所述盖板通过扭簧安装在所述软管与所述果蔬收集箱连接的端部；
所述果蔬采摘运行执行机构包括底座、两个后端臂、两个第一翼板、两个第一转动驱动机构、第一管套、两个前端臂、两个第二翼板、两个第二转动驱动机构、两个第三转动驱动机构和第二管套，所述底座固定在所述负压发生器壳体前侧壁上；两个所述后端臂分别相对称固定在所述底座上；两个所述第一翼板相对称分布，且每个所述第一翼板的一端均通过所述第一转动驱动机构与所述后端臂转动连接；所述第一管套固定在两个所述第一翼板之间，所述第一管套套设安装在所述软管上；两个所述前端臂分别相对称固定在所述吸果盘上；两个所述第二翼板对称分布，且每个所述第二翼板的一端均通过所述第二转动驱动机构与相对应的所述第一翼板另一端转动连接，每个所述第二翼板的另一端均通过所述第三转动驱动机构与相对应的所述前端臂转动连接；所述第二管套固定在两个所述第二翼板之间，且所述第二管套套设安装在所述软管上；两个所述第一转动驱动机构、两个所述第二转动驱动机构和两个所述第三转动驱动机构分别与所述控制器电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种管道吸附式果蔬采摘机器人，其特征在于，所述吸果盘包括连接为一体的底板和吸果管，所述果蔬输送管道一端部贯穿所述底板与所述吸果管连接相通；所述缩口斗通过所述卡环压紧固定在所述吸果管内部；所述双目摄像头安装在所述底板上。
3.根据权利要求1所述的一种管道吸附式果蔬采摘机器人，其特征在于，所述果蔬输送管道还包括多个缓冲机构，所述软管包括多个软管段，相邻两个所述软管段均通过所述缓冲机构连接。
4.根据权利要求3所述的一种管道吸附式果蔬采摘机器人，其特征在于，每个所述缓冲机构均包括连接管和多个橡胶档条，相邻两个所述软管段通过所述连接管螺纹连接在一起；多个所述橡胶档条与所述连接管内壁连接为一体，且沿着周向均匀分布。
5.根据权利要求1所述的一种管道吸附式果蔬采摘机器人，其特征在于，所述第一转动驱动机构包括第一伺服电机和第一联动轮，所述第一伺服电机安装在所述后端臂上；所述第一联动轮固定在所述第一伺服电机的输出轴上；所述第一翼板的一端与所述第一联动轮固定连接；所述第二转动驱动机构包括第二伺服电机和第二联动轮，所述第二伺服电机安装在所述第一翼板的另一端；所述第二联动轮固定在所述第二伺服电机的输出轴上；所述第二翼板的一端与所述第二联动轮固定连接；所述第三转动驱动机构包括第三伺服电机和第三联动轮，所述第三伺服电机安装在所述第二翼板的另一端；所述第三联动轮固定在所述第三伺服电机的输出轴上；所述前端臂与所述第三联动轮固定连接；所述第一伺服电机、所述第二伺服电机和所述第三伺服电机分别与所述控制器电性连接。
6.根据权利要求5所述的一种管道吸附式果蔬采摘机器人，其特征在于，所述第一翼板和所述第二翼板的结构相同，均是在一端开设有电机安装孔，用于安装所述第一伺服电机或所述第二伺服电机，另一端开设有联动轮安装孔，用于安装所述第一联动轮或所述第二联动轮。
7.根据权利要求6所述的一种管道吸附式果蔬采摘机器人，其特征在于，所述第一管套和所述第二管套结构相同，均包括两个半圆管套以及每个所述半圆管套两侧连接为一体且均匀分布的多个卡板，所述第一翼板和所述第二翼板上均开设有两行均匀分布的卡孔；每个所述半圆管套均通过多个所述卡板固定在同一行的所述卡孔上。
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