CN203608578U

CN203608578U - 智能辨识采摘机器人

Info

Publication number: CN203608578U
Application number: CN201320634269.6U
Authority: CN
Inventors: 李娟�; 郭亭亭; 张鹏; 纪鉴新
Original assignee: Qingdao Agricultural University
Current assignee: Qingdao Agricultural University
Priority date: 2013-10-14
Filing date: 2013-10-14
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2023-10-14

Abstract

本实用新型提出了一种智能辨识采摘机器人，解决了高空采摘板栗果实的问题。一种智能辨识采摘机器人，包括下位机和上位机；所述下位机包括：四轮智能移动平台10、第一控制柜7、图像采集模块、板栗采摘模块、集果箱3、称重模块4、无线视频传输模块、电源9和GPS定位模块44；所述上位机包括PC机39、无线视频接收模块36、数据采集卡37、第二主控模块38、第二控制柜35、接收机天线34、视频传输线。本实用新型提高了板栗采摘劳动生产率、降低了农民的劳动强度和采摘成本，保证了板栗及时采收和板栗的质量，对于促进农村经济发展，提高我国农业的现代化、智能化、加快农业科学进步具有不可估量的意义。

Description

智能辨识采摘机器人

技术领域

本实用新型涉及机械领域，特别涉及一种果实采摘机器人。

背景技术

板栗是壳斗科栗属的一种，原产我国，是一种重要的干果，富含糖、淀粉、蛋白质和多种矿物元素，食用方式多样。我国板栗的产量和品质，居世界首位。

板栗的采摘是劳动密集型作业，目前普遍采摘方法是：用竹竿或者木棍对准板栗及其所连树枝进行敲打，是板栗从所连树枝上脱落下来，采摘人员将脱落的板栗进行收集起来。这种采摘方法需要耗费大量的人力和财力，使板栗生产成本上升；同时从树上脱落的板栗遭受到竹竿活木棍的打击及跌落到地上的撞击，外观及果肉受到破坏，存储时极易腐烂，造成农民不必要的损失；另外，板栗外壳带刺，从高空脱落时极易伤害到操作人员。

由于板栗生长的复杂性和农田环境的非结构化等特点，目前市场上尚未出现商品化的板栗采摘系统。

实用新型内容

本实用新型提出一种智能辨识采摘机器人，解决了高空采摘板栗果实的问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种智能辨识采摘机器人，包括下位机和上位机；

所述下位机包括：四轮智能移动平台10、第一控制柜7、图像采集模块、板栗采摘模块、集果箱3、称重模块4、无线视频传输模块、电源9和GPS定位模块44；

所述上位机包括PC机39、无线视频接收模块36、数据采集卡37、第二主控模块38、第二控制柜35、接收机天线34、视频传输线；无线视频接收模块36通过AV线与第二主控模块38连接，第二主控模块38通过视频传输线与数据采集卡37连接，数据采集卡37通过插接方式与PC机39连接，接收机天线34通过屏蔽电缆与无线视频接收模块36连接；所述接收机天线34通过螺母固定在第二控制柜35上方；

所述四轮智能移动平台10包括驱动轮总成16、平台车架15和四轮智能移动平台驱动模块45，驱动轮总成16与平台车架15之间采用螺栓连接；

所述集果箱3位于四轮智能移动平台10中间位置，处于三维滑台机械臂前方；

第一控制柜7内部垂直方向上设置多个隔断，其底部安装电源9，所述四轮智能移动平台驱动模块45固定在第一控制柜7内部且位于所述电源9的上一层；

所述图像采集模块包括两台短枪摄像机6和接线端子；短枪摄像机6采用两自由度云台支撑，通过螺栓螺母固定在四轮智能移动平台10中间位置，接线端子通过BNC双绞线5与图像处理模块40连接；

所述图像处理模块40通过螺栓固定在第一控制柜7上层，通过接线端子与电源9及第一主控模块41连接，通过AV转接头与无线视频发射模块42连接，通过串口线与第一主控模块41连接；

所述第一主控模块41通过螺栓固定在第一控制柜7上层，通过接线端子与图像处理模块40、无线视频发射模块42、板栗采摘模块驱动器43和电源9连接；

所述无线视频传输模块包括无线视频发射模块42、无线视频接收模块36、发射机天线8，接收机天线34；无线视频发射模块42通过接线端子和图像采集模块连接并安装在第一控制柜7内上层，无线视频接收模块36通过接线端子和第二主控模块38连接，发射机天线8和接收机天线34分别与无线视频发射模块42和无线视频接收模块36通过屏蔽电缆连接，发射机天线8通过螺母固定在四轮智能移动平台10后侧；

所述称重模块4包括第一压力传感器，通过屏蔽电缆与第一主控模块41连接，并通过螺栓螺母固定在集果箱3和平台车架15之间；

所述GPS定位模块44通过螺栓螺母固定在第一控制柜7的下层，包括差分GPS模块，通过屏蔽电缆与第一主控模块41连接；

所述板栗采摘模块通过螺栓固定在四轮智能移动平台10的前侧，包括三维滑台机械臂2和板栗采摘机械手1；

所述三维滑台机械臂2包括步进电机25，联轴器26，滚珠导轨27，滚珠丝杠28，滑块29，挡块30，底座31，连杆32；步进电机25通过联轴器26和滚珠丝杠28连接，滚珠丝杠28上套有滑块30，滚珠丝杠28两端和挡块30连接，挡块30通过螺栓固定在底座31上，底座31通过螺栓固定在四轮智能移动平台10的前侧；板栗采摘机械手1通过连杆32和滑块29连接，步进电机25与板栗采摘模块驱动器43连接；

所述板栗采摘机械手1包括第二压力传感器33、舵机23、舵机支架24、机械爪22、剪刀手21；第二压力传感器33固定在机械爪22内侧，剪刀手21通过支架安装在三维滑台机械臂2前方；所述板栗采摘机械手1通过舵机支架24和三维滑台机械臂2连接。

可选地，所述集果箱3由塑料注塑而成，且内部铺设有橡胶垫19，集果箱3中间位置安装有漏斗状缓冲装置20且通过螺栓与所述集果箱3连接。

可选地，所述驱动轮总成16包括车轮11、转轴12、减速齿轮箱13、直流电机14、支架18；减速齿轮箱13与车轮11之间由转轴12连接，直流电机14和减速齿轮箱13通过螺栓螺母固定在支架18上，支架18通过螺栓螺母固定在平台车架15上。

可选地，所述图像处理模块40为TMS320DM642电路板，短枪摄像机6通过BNC双绞线5与TMS320DM642电路板连接。

可选地，第一主控模块41包括ARM9最小系统板。

本实用新型的有益效果是：

（1）利用摄像头对采摘区域的板栗进行图像采集，分析板栗分布位置和成熟情况，避免了错摘、漏摘的情况；

（2）利用板栗采摘机械手实现自动采摘，无需人工干预，极大地降低了生产成本；

（3）采用板栗采摘机械手，加入力传感器，避免了对板栗的破坏，降低了采摘过程中的经济损失；

（4）对四轮智能移动平台所在区域的视频进行实时传输，使操作人员易于控制和干预。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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实用新型的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型智能辨识采摘机器人的下位机的左视结构示意图；

图2为本实用新型智能辨识采摘机器人的下位机的主视结构示意图；

图3为本实用新型智能辨识采摘机器人的下位机的仰视图结构示意图；

图4为本实用新型智能辨识采摘机器人的下位机的俯视结构示意图；

图5为本实用新型智能辨识采摘机器人的下位机的右视结构示意图；

图6为本实用新型智能辨识采摘机器人的板栗采摘模块的左视结构示意图；

图7为本实用新型智能辨识采摘机器人的板栗采摘模块的俯视结构示意图；

图8为本实用新型智能辨识采摘机器人的上位机的主视结构示意图；

图9为本实用新型智能辨识采摘机器人的第一控制柜的结构示意图；

图10为本实用新型智能辨识采摘机器人的立体结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

现有的板栗采集方法，主要是人工用竹竿或者木棍对准板栗及其所连树枝进行敲打，板栗果实的良品率低、工人效率低下、且易发生危险。本实用新型提出一种智能辨识采摘机器人，包括下位机和上位机，对高空所结板栗果实进行采摘，实现对板栗果实的自动摘取。

如图1、2、6、7和10所示，本实用新型智能辨识采摘机器人的下位机包括：四轮智能移动平台10、第一控制柜7、图像采集模块、板栗采摘模块、集果箱3、称重模块4、无线视频传输模块、电源9和GPS定位模块。集果箱3位于四轮智能移动平台10中间位置。称重模块4包括第一压力传感器，并通过螺栓螺母固定在集果箱3和四轮智能移动平台10的平台车架之间。图像采集模块包括两台短枪摄像机6和接线端子；短枪摄像机6采用两自由度云台支撑，通过螺栓螺母固定在四轮智能移动平台10中间位置，接线端子通过BNC双绞线5与图像处理模块连接，图像处理模块通过螺栓固定在第一控制柜7内部。第一控制柜7通过螺栓固定在四轮智能移动平台10的后侧，第一控制柜7的内部在垂直方向上设置多个隔断，其底部安装电源9。发射机天线8通过螺母固定在四轮智能移动平台10后侧。

本实用新型的板栗采摘模块包括三维滑台机械臂2和板栗采摘机械手1，板栗采摘模块通过螺栓固定在四轮智能移动平台10的前侧，集果箱3的后方。

三维滑台机械臂2包括步进电机25，联轴器26，滚珠导轨27，滚珠丝杠28，滑块29，挡块30，底座31，连杆32；步进电机25通过联轴器26和滚珠丝杠28连接，滚珠丝杠28上套有滑块30，滚珠丝杠28两端和挡块30连接，挡块30通过螺栓固定在底座31上，底座31通过螺栓固定在四轮智能移动平台10的前侧；板栗采摘机械手1通过连杆32和滑块29连接，步进电机25与板栗采摘模块驱动器43连接。

板栗采摘机械手1包括第二压力传感器33、舵机23、舵机支架24、机械爪22、剪刀手21；第二压力传感器33固定在机械爪22内侧，剪刀手21通过支架24安装在三维滑台机械臂2前方；所述板栗采摘机械手1通过支架和三维滑台机械臂2连接。工作时，机械爪22所连舵机23转动，带动机械爪22张开和关闭；剪刀手21所连舵机转动，带动剪刀打开和关闭。

如图3所示，四轮智能移动平台10包括驱动轮总成16、平台车架15和四轮智能移动平台驱动模块，驱动轮总成16与平台车架15之间采用螺栓连接，四轮智能移动平台驱动模块固定在第一控制柜7内部。驱动轮总成16包括车轮11、转轴12、减速齿轮箱13、直流电机14、支架18；减速齿轮箱13与车轮11之间由转轴12连接，直流电机14和减速齿轮箱13通过螺栓螺母固定在支架18上，支架18通过螺栓螺母固定在平台车架15上。

如图4，5所示，为了更好的保护采集到的板栗果实，集果箱3由塑料注塑而成，如图4所示，集果箱3的内部铺设有橡胶垫19，对收集到的果实进行缓冲和保护。集果箱中间位置安装有漏斗状缓冲装置20且通过螺栓与所述集果箱3连接。

如图8所示，本实用新型智能辨识采摘机器人的上位机包括PC机39、无线视频接收模块36、数据采集卡37、第二主控模块38、第二控制柜35、接收机天线34、视频传输线；无线视频接收模块36通过AV线与第二主控模块38连接，第二主控模块38通过视频传输线与数据采集卡37连接，数据采集卡37通过插接方式与PC机39连接，接收机天线34通过屏蔽电缆与无线视频接收模块36连接；接收机天线34通过螺母固定在第二控制柜35上方。

如图9所示，第一控制柜7包括图像处理模块40、第一主控模块41、无线视频发射模块42、板栗采摘机械手驱动模块43、GPS定位模块44、四轮智能移动平台驱动模块45和电源9。四轮智能移动平台驱动模块45固定在第一控制柜7内部且位于电源9的上一层；图像处理模块40通过螺栓固定在第一控制柜7上层，通过接线端子与电源9及第一主控模块41连接，通过AV转接头与无线视频发射模块42连接，通过串口线与第一主控模块41连接，例如，图像处理模块40为TMS320DM642电路板，短枪摄像机6通过BNC双绞线5与TMS320DM642电路板连接；第一主控模块41通过螺栓固定在第一控制柜7上层，通过接线端子与图像处理模块40、无线视频发射模块42、板栗采摘机械手驱动模块43和电源9连接，并通过屏蔽电缆与称重模块4连接，例如，第一主控模块41包括ARM9最小系统板；GPS定位模块44通过螺栓螺母固定在第一控制柜7的下层，包括差分GPS模块，通过屏蔽电缆与第一主控模块41连接。

无线视频传输模块包括无线视频发射模块42、无线视频接收模块36、发射机天线8，接收机天线34；无线视频发射模块42通过接线端子和图像采集模块连接并安装在第一控制柜7内上层，无线视频接收模块36通过接线端子和第二主控模块38连接，发射机天线8和接收机天线34分别与无线视频发射模块42和无线视频接收模块36通过屏蔽电缆连接。

本实用新型智能辨识采摘机器人，利用摄像头对采摘区域的板栗进行图像采集，分析板栗分布位置和成熟情况，避免了错摘、漏摘的情况；利用板栗采摘机械手实现自动采摘，无需人工干预，极大地降低了生产成本；采用板栗采摘机械手，加入力传感器，避免了对板栗的破坏，降低了采摘过程中的经济损失；对四轮智能移动平台所在区域的视频进行实时传输，使操作人员易于控制和干预。本实用新型提高了板栗采摘劳动生产率、降低了农民的劳动强度和采摘成本，保证了板栗及时采收和板栗的质量，对于促进农村经济发展，提高我国农业的现代化、智能化、加快农业科学进步具有不可估量的意义。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种智能辨识采摘机器人，其特征在于，包括下位机和上位机；

所述下位机包括：四轮智能移动平台（10）、第一控制柜（7）、图像采集模块、板栗采摘模块、集果箱（3）、称重模块（4）、无线视频传输模块、电源（9）和GPS定位模块（44）；

所述上位机包括PC机（39）、无线视频接收模块（36）、数据采集卡（37）、第二主控模块（38）、第二控制柜（35）、接收机天线（34）、视频传输线；无线视频接收模块（36）通过AV线与第二主控模块（38）连接，第二主控模块（38）通过视频传输线与数据采集卡（37）连接，数据采集卡（37）通过插接方式与PC机（39）连接，接收机天线（34）通过屏蔽电缆与无线视频接收模块（36）连接；所述接收机天线（34）通过螺母固定在第二控制柜（35）上方；

所述四轮智能移动平台（10）包括驱动轮总成（16）、平台车架（15）和四轮智能移动平台驱动模块（45），驱动轮总成（16）与平台车架（15）之间采用螺栓连接；

所述集果箱（3）位于四轮智能移动平台（10）前端位置，集果箱（3）中间位置安装有漏斗状缓冲装置（20）且通过螺栓与所述集果箱（3）连接；

第一控制柜（7）内部垂直方向上设置多个隔断，其底部安装电源（9），所述四轮智能移动平台驱动模块（45）固定在第一控制柜（7）内部且位于所述电源（9）的上一层；

所述图像采集模块包括两台短枪摄像机（6）和接线端子；短枪摄像机（6）采用两自由度云台支撑，通过螺栓螺母固定在四轮智能移动平台（10）中间位置，接线端子通过BNC双绞线（5）与图像处理模块（40）连接；

所述图像处理模块（40）通过螺栓固定在第一控制柜（7）上层，通过接线端子与电源（9）及第一主控模块（41）连接，通过AV转接头与无线视频发射模块（42）连接，通过串口线与第一主控模块（41）连接；

所述第一主控模块（41）通过螺栓固定在第一控制柜（7）上层，通过接线端子与图像处理模块（40）、无线视频发射模块（42）、板栗采摘模块驱动器（43）和电源（9）连接；

所述无线视频传输模块包括无线视频发射模块（42）、无线视频接收模块（36）、发射机天线（8）和接收机天线（34）；无线视频发射模块（42）通过接线端子和图像处理模块（40）连接并安装在第一控制柜（7）内上层，无线视频接收模块（36）通过接线端子和PC机（39）连接，发射机天线（8）和接收机天线（34）分别与无线视频发射模块（42）和无线视频接收模块（36）通过屏蔽电缆连接，发射机天线（8）通过螺母固定在四轮智能移动平台（10）后侧；

所述称重模块（4）包括第一压力传感器，通过屏蔽电缆与第一主控模块（41）连接，并通过螺栓螺母固定在集果箱（3）和平台车架（15）之间；

所述GPS定位模块（44）通过螺栓螺母固定在第一控制柜（7）的下层，包括差分GPS模块，通过屏蔽电缆与第一主控模块（41）连接；

所述板栗采摘模块通过螺栓固定在四轮智能移动平台（10）的前侧，包括三维滑台机械臂（2）和板栗采摘机械手（1）；

所述三维滑台机械臂（2）包括步进电机（25），联轴器（26），滚珠导轨（27），滚珠丝杠（28），滑块（29），挡块（30），底座（31），连杆（32）；步进电机（25）通过联轴器（26）和滚珠丝杠（28）连接，滚珠丝杠（28）上套有滑块（30），滚珠丝杠（28）两端和挡块（30）连接，挡块（30）通过螺栓固定在底座（31）上，底座（31）通过螺栓固定在四轮智能移动平台（10）的前侧；板栗采摘机械手（1）通过连杆（32）和滑块（29）连接，步进电机（25）与板栗采摘模块驱动器（43）连接；

所述板栗采摘机械手（1）包括第二压力传感器（33）、舵机（23）、舵机支架（24）、机械爪（22）、剪刀手（21）；第二压力传感器（33）固定在机械爪（22）内侧，剪刀手（21）通过支架安装在三维滑台机械臂（2）前方；所述板栗采摘机械手（1）通过舵机支架（24）和三维滑台机械臂（2）连接。

2.根据权利要求1所述一种智能辨识采摘机器人，其特征在于，所述集果箱（3）由塑料注塑而成，且内部铺设有橡胶垫（19）。

3.根据权利要求1所述一种智能辨识采摘机器人，其特征在于，所述驱动轮总成（16）包括车轮（11）、转轴（12）、减速齿轮箱（13）、直流电机（14）、支架（18）；减速齿轮箱（13）与车轮（11）之间由转轴（12）连接，直流电机（14）和减速齿轮箱（13）通过螺栓螺母固定在支架（18）上，支架（18）通过螺栓螺母固定在平台车架（15）上。

4.根据权利要求1所述一种智能辨识采摘机器人，其特征在于，所述图像处理模块（40）为TMS320DM642电路板，短枪摄像机（6）通过BNC双绞线（5）与TMS320DM642电路板连接。

5.根据权利要求1所述一种智能辨识采摘机器人，其特征在于，第一主控模块（41）包括ARM9最小系统板。