CN117296572A - 一种人工智能自行走采摘设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及采摘技术领域，具体涉及一种适用于微小农产品的人工智能自行走采摘设备，包括行走机构、升降机构、采摘机构、回收机构和控制系统，其升降机构具有作业面高度调节功能，适应不同高度的采摘环境；本发明的采摘机构包括多自由度机械臂以及可调整开合的采摘夹头，本发明驱动机械臂依照指定标准的图像，对作业范围内的物品进行采摘，可以实现多品种、多规格的物品采摘；本发明具有图像采集功能，实时与数据库进行比对，另外通过图像采集后的控制系统自学习，逐步完善图像数据库，达到更精确的判断，最后通过负压收集系统对采摘物品进行收集。本发明人实现农产品的采摘的人工的替代并提高效率。

Description

一种人工智能自行走采摘设备

技术领域

本发明涉及农产品采摘技术领域，具体涉及一种适用于微小农产品的人工智能自行走采摘设备。

背景技术

现阶段农业行业普遍存在劳动力的短缺，劳动环境恶劣，劳动强度大和人工安全以及人工效率低下等一系列问题，尤其是山区农业，存在采摘效率低，人力成本高等问题，如何实现无人环境下的采摘作业是业内亟待解决的问题，伴随着图像识别技术的成熟和机械臂的广泛发展，自动化、智能化的生产设备成为现在生产过程中重要部分，并逐步被应用于农业生产中。

现有技术中的采摘设备不能满足日益发展的农业生产需求，主要是具有以下缺陷：1、现有的采摘设备体型偏大，多适用于体积较大的农产品或者有一定重量的农产品，不具备长度5cm以下的微小农产品的识别能力。2、现有技术的采摘方式大多采用整体修剪式的方式，简单粗暴，损坏比例非常之高，所采摘的物品标准不一，达不到精细化要求采摘的标准，如茶叶采摘过程中，采摘标准多为一芽一叶或一芽二叶，不满足复杂环境下农产品的精细化采摘。3、现有的采摘设备多为平地环境中使用，不能满足山区相对恶劣路况的采摘需求。4、现有技术的采摘设备机械臂功能结构单一，机械臂的设计缺乏针对性，不能满足微小农产品采摘需求。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种适用于微小农产品的人工智能自行走采摘设备，其具有作业面高度调节功能，自适应不同高度的采摘环境；具有图像采集功能，实时与数据库进行比对，驱动机械臂依照指定标准的图像，对作业范围内的物品进行采摘，数据库可存储多物品，多标准，可以实现多品种、多规格的物品采摘，另外通过图像采集后的控制系统自学习，逐步完善图像数据库，达到更精确的判断，最后通过负压收集系统对采摘物品进行收集。通过视觉识别系统，图像处理系统，多自由度机械臂等装置来达到仿人工和实现人工的替代并提高效率。

本发明的技术方案通过如下方式实现：一种人工智能自行走采摘设备，其包括行走机构、升降机构、采摘机构、回收机构和控制系统；所述行走机构包括行走装置、探测装置、第一采集装置和行走驱动装置，所述探测装置；所述行走机构上部设置固定设置有支撑架，所述升降机构与所述支撑架铰接，所述升降机构包括升降架、高度调节机构和水平调节机构，所述高度调节机构驱动所述升降架升降，所述水平调节机构驱动所述升降架水平移动；所述采摘机构包括采摘平台，所述采摘平台上设置有若干可旋转的机械臂，所述机械臂的端部设置有可旋转的采摘夹头，每两个所述机械臂之间均设置有一个回收槽。

作为优选的技术方案：所述回收机构包括回收管道、回收箱、回收槽和吸料泵，所述回收管道设置于所述采摘平台下方，所述采摘平台与回收槽连通，所述回收箱设置于所述回收管道的下方，所述吸料泵与所述回收管道连通。

作为优选的技术方案：所述采摘夹头包括第一电机、夹头安装板、第一夹板、第二夹板，第一齿板和第二齿板，所述第一电机设置于所述夹头安装板上方，所述第一夹板和所述第二夹板分别通过连杆与所述夹头安装板转动连接，所述第一齿板和所述第二齿板啮合，所述第一夹板与所述第一齿板端部固定连接，所述第二夹板与所述第二齿板端部固定连接。

作为优选的技术方案：所述机械臂包括大臂和小臂，所述小臂与所述大臂转动连接，所述小臂上下端均设置有“匚”形的上安装座和下安装座，所述上安装座与所述夹头安装板通过第一转轴转动连接，所述第二电机驱动所述第一转轴转动，带动所述采摘夹头旋转。

作为优选的技术方案：所述大臂设置有第三电机，所述第三电机驱动所述下安装座转动。

所述大臂底部通过回转底座与所述采摘平台连接，所述回转底座设置有第四电机，所述第四电机驱动所述大臂360度旋转。

作为优选的技术方案：所述水平调节机构为第一液压杆，所述液压杆的伸缩杆与所述采摘平台连接，所述液压杆的另一端与升降架铰接。

作为优选的技术方案：所述高度调节机构包含两个第二液压杆，所述第二液压杆的伸缩杆与所述采摘平台一端固定，所述第二液压杆底部与所述支撑架固定。

作为优选的技术方案：所述采摘夹头上方设置有图像采集装置，所述图像采集装置包括连接导轨支架，紧固滑块，摄像头角度调节连接杆，多镜头图像采集摄像头和摄像头外壳及玻璃镜片。

作为优选的技术方案：所述控制系统包括电力供应模块、行走控制模块、采摘分析计算模块、图像采集模块和数据分析模块。

与现有技术相比，本发明的一种人工智能自行走采摘设备有益效果是：1、本发明包括行走机构、升降机构、采摘机构、回收机构和控制系统，本发明通过各个机构与控制系统的配合，本发明将采摘设备的行走、升降、采摘、回收与图像采集，空间距离测量，伺服控制，图像分析比对相结合，形成了具有视觉识别仿人工的智能自行走采摘，广泛用于农业，提高了生产效率。

2、本发明的采摘机构与升降机构固定，升降机构通过高度调节机构和水平调节机构调整采摘高度和位置，本发明的采摘机构包括多自由度调整的机械臂带动采摘夹头，满足多方位的采摘需求；本发明的采摘夹头通过0-30°的开合控制，满足多类农作物的夹取，本发明的采摘夹头设置有多个台阶式的齿牙，便于多种微小农作物的采摘。

3、本发明的行走机构包括行走装置、探测装置、第一采集装置和行走驱动装置，所述探测装置和所述第一采集装置将数据反馈给控制系统形成避障系统，确保本发明的采摘装置避开障碍物自行行走作业。

4、本发明的回收机构设置有负压回收管道，农作物通过回收管道吸入到回收箱，解决了微小农作物采摘回收难的问题。

5、本发明通过第二采集装置将被采集农作物与数据库中设定进行对比，实现精准采摘。

附图说明

图1是本发明的一种人工智能自行走采摘设备的结构示意图；

图2是本发明采摘夹头的结构示意图；

图3是图3另一视角的结构示意图；

图4是本发明的机械臂的结构示意图；

图5是本发明的回转底座的结构示意图；

图6是本发明的行走机构的结构示意图；

图7是本发明的第二采集装置结构示意图；

图8是本发明的升降机构的结构示意图。

附图标记

1—行走机构、11—行走装置、12—探测装置、13—第一采集装置、14—行走驱动装置、15—导向轮；

2—升降机构、21—升降架、22—第一液压杆、23—第二液压杆；

3—采摘机构、31—采摘平台、32—机械臂、33—采摘夹头、34—回转底座、

321—大臂、322—小臂、323—上安装座、324—下安装座、325—第二电机、

326—第三电机；

331—第一夹片、332—第二夹片、333—齿牙、334—第一电机、335—第一齿板、336—第二齿板、337—夹头安装板、338—夹头固定座；

341—第四电机、342—固定板、343—第五电机；4—回收机构、41—回收槽、

42—回收管道、43—回收箱、44—吸料泵；5—支撑架、6—控制系统；7—第二采集装置。

具体实施方式：

结合本发明，为了使得技术方案更清晰、完整、优点更明显，特详细描述具体实施例，本发明的内容不限于说明书中所述实施例，在采用了本发明实质性内容的情况下，对本发明作出的没有创造性的种种改进和变化所获得的所有其他实施例，任然落在权利要求所表达的保护范围之内。

如图1至图8所示，本发明提供一种视觉识别仿人工智能自行走采摘设备包括行走机构1、升降机构2、采摘机构3、回收机构4、支撑架5和控制系统6；

重点如图6所示，行走机构1用于带动整个采摘设备行走，行走机构1包括行走装置11、探测装置12、第一采集装置13和行走驱动装置14；行走装置11是包括履带行走装置和转向机构，行走驱动装置14是两个直流电机和差速机驱动转向机构来实现行走和转向功能；探测装置12为有四个，分别设置于行走机构1的前后的四个端部，探测装置12为用于行走机构1前后端与障碍物之间距离探测的传感器；第一采集装置13分别设置于行走机构1前后端，第一采集装置13和探测装置12分别将数据传输至控制系统6，本发明通过第一采集装置13和探测装置12反馈给控制系统形成避障系统，确保本发明的采摘装置避开障碍物自行行走作业。

行走机构1上部设置固定设置有支撑架5，升降机构2与支撑架5铰接，、升降机构2上端设置有采摘机构3，升降机构2用于调整采摘机构3的水平位置以及竖直高度；升降机构2包括升降架、高度调节机构和水平调节机构，所述高度调节机构驱动所述升降架升降，所述水平调节机构驱动所述升降架水平移动；所述水平调节机构为第一液压杆22，第一液压杆的伸缩杆与所述采摘平台3连接，所述液压杆的另一端与升降架铰接，第一液压杆22驱动采摘平台3水平移动；所述高度调节机构包含两个第二液压杆23，第二液压杆23的伸缩杆与所述采摘平台3一端固定，第二液压杆23底部与支撑架5固定，第二液压杆23驱动采摘平台3升降。

采摘机构3包括采摘平台31，采摘平台31上设置有若干可旋转的机械臂32，机械臂32的端部设置有可旋转的采摘夹头33，每两个机械臂32之间均设置有一个回收槽41；

重点如图2和图3所示，采摘夹头33用于直接采摘农产品，采摘夹头33包括第一电机334、夹头安装板337、第一夹板331、第二夹板332、第一齿板335和第二齿板336；第一夹板331和第二夹板332均设置有台阶式的齿牙333；第一夹板331和第二夹板332分别通过连杆与夹头安装板337转动连接；第一电机334设置于所述夹头安装板337上方，第一齿板335和第二齿板336啮合，第一夹板331与第一齿板335端部固定连接，第二夹板332与第二齿板336端部固定连接；第一电机334驱动第一齿板335和第二齿板336开合，从而控制第一夹板331和第二夹板332的开合，开合角度为0-30度；

重点如图4所示，机械臂31包括大臂321和小臂322，小臂322与大臂321转动连接，小臂322上下端均设置有“匚”形的上安装座323和下安装座324，上安装座323与夹头安装板337通过第一转轴转动连接，第二电机325驱动所述第一转轴转动，带动采摘夹头33旋转，采摘夹头旋转角度为0-180°；大臂321设置有第三电机326，第三电机326驱动所述下安装座324转动；大臂321底部通过回转底座34与采摘平台31连接，大臂321与回转底座34之间设置有L形的固定板342，大臂321与固定板342一端固定，所述回转底座34设置有第四电机341，第四电机341驱动回转底座34实现360°旋转，带动大臂321实现360°旋转；大臂321的两侧设置有第五电机343，第五电机343驱动大臂321前后180°旋转。

回收机构4包括回收管道42、回收箱43、回收槽41和吸料泵44，回收管道42设置于采摘平台31下方，回收管道42水平布置，回收管道42与吸料泵44连接，回收管道42呈负压状态，回收管道42上方设置有多个与回收管道42连通的回收槽41，采摘夹头33采摘的农产品放置于回收槽41，通过回收管道42输送至回收箱43。在机械臂的侧面，通过吸料泵44的风机旋转产生负压，定期对回收槽41的物品通过回收管道42吸入到回收箱43中。

进一步的，履带行走装置设置有多个导向轮15，多个导向轮15增强了本发明行走的稳定性，本发明的履带行走装置的履带设置有多个防滑刺，增强了履带的爬坡能力。

进一步的，行走装置还可以是蜘蛛腿结合轮式的行走机构，由4只或者6只活动关节支撑设备并实现移动，可扩展多地形适应性。

进一步的，本发明的所述控制系统包括电力供应模块、行走控制模块、驱动模块，采摘分析计算模块、图像采集模块和数据分析模块，操控面板及显示系统包括全部操作按钮和液晶显示屏及操作平台，操作平台固定在行走机构上。

图像采集模块包括第一采集装置13和第二采集装置7，第二采集装置7包括与机械手数量对应的双目摄像头，摄像头可以采集图像和识别距离，第二采集装置7的数据采集反馈至采摘分析计算模块，通过综合计算出摄像头与所采摘物品的三维坐标，从而命令机械手进行采摘和收集动作。进一步的，采摘夹头33上方设置有图像采集装置，第二采集装置7包括连接导轨支架，紧固滑块，摄像头角度调节连接杆，多镜头图像采集摄像头和摄像头外壳及玻璃镜片。

驱动模块包括电力系统供电模块，液压油泵和多路电磁阀，驱动模块控制第一液压杆、第二液压杆和本发明的多个电机的工作，实现同步工作或分步工作。

进一步的，本发明还设置有遥控手柄，遥控手柄与主控计算模块通过无线连接，实现本设备的相应动作控制，遥控手柄包括手柄外壳，功能按键，外接显示屏紧急停车按钮和设备前进后退左右转向控制摇杆。本身配备有无线控制手柄，可实现人工的非接触操作和图像的实时回传显示，实现远距离操作，降低劳动强度，手柄为便携式，由操作人员携带。

进一步的，本发明的驱动为直流电，配备有48V锂电池组，分别为直流电机，液压泵，个控制系统及机械手等设备提供电力，锂电池组固定在行走机构上。

回收箱43固定在行走机构的前端，回收箱43设置有透气孔，可以更换，在满载后发出报警提示，由工作人员更换回收箱43，更换过程中机器自动通知工作，待更换完成后自行启动。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“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，也可以是电路连接或无线连接；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。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。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种人工智能自行走采摘设备，其特征在于：包括行走机构、升降机构、采摘机构、回收机构和控制系统；

所述行走机构包括行走装置、探测装置、第一采集装置和行走驱动装置，所述探测装置用于前后障碍物距离探测；

所述行走机构上部设置固定设置有支撑架，所述升降机构与所述支撑架铰接，所述升降机构包括升降架、高度调节机构和水平调节机构，所述高度调节机构驱动所述升降架升降，所述水平调节机构驱动所述升降架水平移动；

所述采摘机构包括采摘平台，所述采摘平台上设置有若干可旋转的机械臂，所述机械臂的端部设置有可旋转的采摘夹头，每两个所述机械臂之间均设置有一个回收槽。

2.根据权利要求1所述的一种人工智能自行走采摘设备，其特征在于：所述回收机构包括回收管道、回收箱、回收槽和吸料泵，所述回收管道设置于所述采摘平台下方，所述采摘平台与回收槽连通，所述回收箱设置于所述回收管道的下方，所述吸料泵与所述回收管道连通。

3.根据权利要求1所述的一种人工智能自行走采摘设备，其特征在于：所述采摘夹头包括第一电机、夹头安装板、第一夹板、第二夹板，第一齿板和第二齿板，所述第一电机设置于所述夹头安装板上方，所述第一夹板和所述第二夹板分别通过连杆与所述夹头安装板转动连接，所述第一齿板和所述第二齿板啮合，所述第一夹板与所述第一齿板端部固定连接，所述第二夹板与所述第二齿板端部固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种人工智能自行走采摘设备，其特征在于：所述机械臂包括大臂和小臂，所述小臂与所述大臂转动连接，所述小臂上下端均设置有“匚”形的上安装座和下安装座，所述上安装座与所述夹头安装板通过第一转轴转动连接，所述第二电机驱动所述第一转轴转动，带动所述采摘夹头旋转。

5.根据权利要求4所述的一种人工智能自行走采摘设备，其特征在于：所述大臂设置有第三电机，所述第三电机驱动所述下安装座转动。

6.根据权利要求3所述的一种人工智能自行走采摘设备，其特征在于：所述大臂底部通过回转底座与所述采摘平台连接，所述回转底座设置有第四电机，所述第四电机驱动所述大臂360度旋转。

7.根据权利要求1所述的一种人工智能自行走采摘设备，其特征在于：所述水平调节机构为第一液压杆，所述液压杆的伸缩杆与所述采摘平台连接，所述液压杆的另一端与升降架铰接。

8.根据权利要求7所述的一种人工智能自行走采摘设备，其特征在于：所述高度调节机构包含两个第二液压杆，所述第二液压杆的伸缩杆与所述采摘平台一端固定，所述第二液压杆底部与所述支撑架固定。

9.根据权利要求1所述的一种人工智能自行走采摘设备，其特征在于：所述采摘夹头上方设置有第二采集装置，所述第二采集装置7包括连接导轨支架，紧固滑块，摄像头角度调节连接杆，多镜头图像采集摄像头和摄像头外壳及玻璃镜片。

10.根据权利要求1所述的一种人工智能自行走采摘设备，其特征在于：所述控制系统包括电力供应模块、驱动模块、行走控制模块、采摘分析计算模块、图像采集模块和数据分析模块。