CN205196357U - 水果采摘机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型所述的水果采摘机器人，涉及一种农机设备，具体为可自动采摘水果的机器人。包括：机械手机构、摄像机机构、水果箱、丝杠导轨机构、机器人车轮、机器人车盘机构及控制箱；机器人车轮装于机器人车盘机构的下部；两套机械手机构分别通过丝杠导轨机构装于机器人车盘机构的上部两侧；摄像机机构装于机器人车盘机构上部中间位置；水果箱装于机器人车盘机构的后部靠近机械手机构的位置；控制箱装于机器人车盘机构上部前端；机械手机构、摄像机机构、丝杠导轨机构、机器人车轮及控制箱通过线路连接成控制回路。本实用新型具有结构新颖、加工间便、使用方便、安全可靠、提高效率等特点，故属于一种集经济性与实用性为一体的新型水果采摘机器人。

Description

水果采摘机器人

技术领域

本实用新型所述的水果采摘机器人，涉及一种农机设备，具体为可自动采摘水果的机器人。

背景技术

目前随着农林业的大发展，果树的种植已经成规模，但是由于种植面积的加大，果子成熟后的采摘又成了大问题，需要大量的人力物力，如果采摘不及时，遇到降温、降雨、降雪等自然灾害，那对水果的收成会造成极大的影响。针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的水果采摘机器人，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。

发明内容

鉴于上述现有技术中所存在的问题，本实用新型的目的是研究设计一种新型的水果采摘机器人。用以解决现有技术中存在的人工采摘费工费时的问题。

本实用新型的技术解决方案是这样实现的：

本实用新型所述的水果采摘机器人，其特征在于水果采摘机器人包括：机械手机构、摄像机机构、水果箱、丝杠导轨机构、机器人车轮、机器人车盘机构及控制箱；机器人车轮装于机器人车盘机构的下部；两套机械手机构分别通过丝杠导轨机构装于机器人车盘机构的上部两侧；摄像机机构装于机器人车盘机构上部中间位置；水果箱装于机器人车盘机构的后部靠近机械手机构的位置；控制箱装于机器人车盘机构上部前端；机械手机构、摄像机机构、丝杠导轨机构、机器人车轮及控制箱通过线路连接成控制回路。

本实用新型所述的机器人车盘机构上加工有步进电机底座、沉头孔、轴承座及机器人车轮孔。

本实用新型所述的机器人车轮包括：车轮、圆锥滚子轴承Ⅰ及步进电机Ⅰ；车轮通过圆锥滚子轴承Ⅰ装于机器人车轮孔上；车轮与装在机器人车盘机构上的步进电机Ⅰ相连接，车轮在步进电机Ⅰ的带动下转动。

本实用新型所述的摄像机机构包括：摄像机、支撑杆、转盘、圆锥滚子轴承Ⅱ及步进电机Ⅱ；摄像机通过支架杆装于转盘的上部；转盘的下部通过圆锥滚子轴承Ⅱ装于机器人车盘机构上的沉头孔中；步进电机Ⅱ装于机器人车盘机构底部与转盘相连接，步进电机Ⅱ带动转盘旋转运动。

本实用新型所述的丝杠导轨机构包括：步进电机Ⅲ、圆锥滚子轴承Ⅲ及联轴器、丝杠Ⅰ、滑杠Ⅰ、圆锥滚子轴承Ⅳ、步进电机Ⅳ、滑块Ⅰ、丝杠Ⅱ、滑杠Ⅱ、步进电机Ⅴ、圆锥滚子轴承Ⅴ、丝杠Ⅲ、滑杠Ⅲ及滑块Ⅱ；滑杠Ⅰ两端分别装在步进电机底座与轴承座上；丝杠Ⅰ的一端装于轴承座上，另一端通过圆锥滚子轴承Ⅲ及联轴器装于电机底座上；步进电机Ⅲ装于电机底座上并与丝杠Ⅰ相连接，带动丝杠Ⅰ旋转；滑块Ⅰ装于滑杠Ⅰ和丝杠Ⅰ上，可沿滑杠Ⅰ和丝杠Ⅰ滑动；滑杠Ⅱ装于滑块Ⅰ上；丝杠Ⅱ通过圆锥滚子轴承Ⅳ装于滑块Ⅰ侧部的安装孔上；步进电机Ⅳ装于滑块Ⅰ上并与丝杠Ⅱ相连接；滑块Ⅱ装于丝杠Ⅱ与滑杠Ⅱ上；步进电机Ⅳ带动丝杠Ⅱ旋转牵动滑块Ⅱ沿丝杠Ⅱ与滑杠Ⅱ滑动；滑杠Ⅲ装于滑块Ⅱ上；丝杠Ⅲ通过圆锥滚子轴承Ⅴ装于滑块Ⅱ侧部的安装孔上；步进电机Ⅴ装于滑块Ⅱ上并与丝杠Ⅲ相连接；滑块Ⅲ装于丝杠Ⅲ与滑杠Ⅲ上；步进电机Ⅴ带动丝杠Ⅲ旋转牵动滑块Ⅲ沿丝杠Ⅲ与滑杠Ⅲ滑动。

机械手机构包括：舵机Ⅰ、机械剪、机械爪、舵机Ⅱ、步进电机Ⅴ、步进电机Ⅳ、滑块Ⅲ、旋转臂及旋转架；旋转臂前端的旋转架上铰装有机械剪和机械爪；舵机Ⅰ装于旋转架上，并与机械爪后部的齿部相连接；舵机Ⅱ装于旋转架上，并与机械剪后部的齿部相连接；步进电机Ⅴ装于旋转臂的前部与选转架相连接，在步进电机Ⅴ的带动下实现旋转架的角度旋转；旋转臂的后部通过圆锥滚子轴承装于滑块Ⅲ侧部的安装孔上；步进电机Ⅳ装于滑块Ⅲ上，并与旋转臂相连接，在步进电机Ⅳ的带动下实现旋转臂的转动。

控制箱包括：太阳能板、太阳能电源转换器模块、舵机驱动器模块、控制器Ⅰ、处理器、箱体、步进电机驱动模块及控制器Ⅱ；箱体为多层架体结构；在箱体的顶面装有太阳能板；太阳能板与装于其下层箱体内的太阳能电源转换器模块相连接；在箱体内还装配有上舵机驱动器模块、控制器Ⅰ、处理器、步进电机驱动模块及控制器Ⅱ；太阳能板、太阳能电源转换器模块、舵机驱动器模块、控制器Ⅰ、处理器、步进电机驱动模块及控制器Ⅱ与机械手机构、摄像机机构、丝杠导轨机构、机器人车轮及机器人车盘机构连接成相应的回路，控制各个机构运行实现信息的采集、分析、处理、指令的传送等功能。

丝杠Ⅱ及滑杠Ⅱ与丝杠Ⅰ及滑杠Ⅰ保持垂直；丝杠Ⅲ及滑杠Ⅲ与丝杠Ⅱ及滑杠Ⅱ保持垂直。

本实用新型采用太阳能发电，通过太阳能电源转换器模块转化能电能，供各个系统使用；首先是步进电机驱动模块对摄像机机构中的步进电机Ⅱ发出指令，步进电机Ⅱ旋转带动摄像机转动进行拍照，两部摄像机对外部水果进行左右共两次拍照从而获得四幅水果图像信息，四幅水果图像信息经传送给控制箱中的处理器进行处理，最终输出处理后的距离信息并通过串口分别发送给控制箱中的控制器Ⅰ和控制器Ⅱ，控制器Ⅰ和控制器Ⅱ接收到距离信息后进行处理和判断并将输出的驱动信息发送给控制箱中的舵机驱动器模块和步进电机驱动器模块，舵机驱动器模块和步进电机驱动器模块接收到控制器Ⅰ和控制器Ⅱ发送来的驱动信息后驱动机械手机构和丝杠导轨机构动作进而采摘水果并将水果放回水果箱。依次循环以上直到采摘完一次左右拍照所拍摄的有效水果数目，当一次左右拍照所拍摄的有效水果被采摘完时，处理器反馈给控制器Ⅰ和控制器Ⅱ不同的信息信号以提示机器人已经采摘完一次左右拍照的水果数目，控制器Ⅰ和控制器Ⅱ收到信息信号后经步进电机驱动器模块驱动机器人车轮转动一定距离来进行下一次左右拍照。以上不断循环直到水果采摘完毕。

本实用新型的优点是显而易见的，主要表现在：

本实用新型的使用，解决了大面积果树采摘难的问题，解决了人工采摘水果，费时费力的问题，避免了人工采摘水果需要上下爬树的问题，避免了因上下爬树造成的人员受伤问题。

本实用新型具有结构新颖、加工间便、使用方便、安全可靠、提高效率等优点，其大批量投入市场必将产生积极的社会效益和显著的经济效益。

附图说明

本实用新型共有8幅附图,其中：

附图1为本实用新型结构示意图；

附图2为机器人车盘机构结构示意图；

附图3为机器人车轮结构示意图；

附图4为水果箱机构结构示意图；

附图5为摄像机机构结构示意图；

附图6为丝杠导轨机构结构示意图；

附图7为机械手机构结构示意图；

附图8为控制箱结构示意图。

在图中：1、机械手机构2、摄像机机构3、水果箱4、丝杠导轨机构5、机器人车轮6、机器人车盘机构7、控制箱8、步进电机底座9、车轮孔10、沉头孔11、轴承座12、车轮13、圆锥滚子轴承Ⅰ14、步进电机Ⅰ15、摄像机16、支撑杆17、转盘18、圆锥滚子轴承Ⅱ19、步进电机Ⅱ20、步进电机Ⅲ21、圆锥滚子轴承Ⅲ及联轴器22、丝杠Ⅰ23、滑杠Ⅰ24、步进电机Ⅳ25、圆锥滚子轴承Ⅳ26、滑块Ⅰ27、丝杠Ⅱ28、滑杠Ⅱ29、步进电机Ⅴ30、滑块Ⅱ31、圆锥滚子轴承Ⅴ32、丝杠Ⅲ33、滑杠Ⅲ34、滑块Ⅲ35、步进电机Ⅳ36、旋转臂37、步进电机Ⅴ38、舵机Ⅰ39、机械剪40、机械爪41、舵机Ⅱ42、旋转架43、太阳能板44、太阳能电源转换器模块45、舵机驱动器模块46、控制器Ⅰ47、处理器48、箱体49、步进电机驱动模块50、控制器Ⅱ。

具体实施方式

本实用新型的具体实施例如附图所示，水果采摘机器人包括：机械手机构1、摄像机机构2、水果箱3、丝杠导轨机构4、机器人车轮5、机器人车盘机构6及控制箱7；机器人车轮5装于机器人车盘机构6的下部；两套机械手机构1分别通过丝杠导轨机构4装于机器人车盘机构6的上部两侧；摄像机机构2装于机器人车盘机构6上部中间位置；水果箱3装于机器人车盘机构6的后部靠近机械手机构1的位置；控制箱7装于机器人车盘机构6上部前端；机械手机构1、摄像机机构2、丝杠导轨机构4、机器人车轮5及控制箱7通过线路连接成控制回路。

机器人车盘机构6上加工有步进电机底座8、沉头孔10、轴承座11及机器人车轮孔9。

机器人车轮5包括：车轮12、圆锥滚子轴承Ⅰ13及步进电机Ⅰ14；车轮12通过圆锥滚子轴承Ⅰ13装于机器人车轮孔9上；车轮12与装在机器人车盘机构6上的步进电机Ⅰ14相连接，车轮12在步进电机Ⅰ14的带动下转动。

摄像机机构2包括：摄像机15、支撑杆16、转盘17、圆锥滚子轴承Ⅱ18及步进电机Ⅱ19；摄像机15通过支架杆16装于转盘17的上部；转盘17的下部通过圆锥滚子轴承Ⅱ18装于机器人车盘机构6上的沉头孔10中；步进电机Ⅱ19装于机器人车盘机构6底部与转盘17相连接，步进电机Ⅱ19带动转盘17旋转运动。

丝杠导轨机构4包括：步进电机Ⅲ20、圆锥滚子轴承Ⅲ及联轴器21、丝杠Ⅰ22、滑杠Ⅰ23、圆锥滚子轴承Ⅳ25、步进电机Ⅳ24、滑块Ⅰ26、丝杠Ⅱ27、滑杠Ⅱ28、步进电机Ⅴ29、圆锥滚子轴承Ⅴ31、丝杠Ⅲ32、滑杠Ⅲ33及滑块Ⅱ30；滑杠Ⅰ23两端分别装在步进电机底座8与轴承座11上；丝杠Ⅰ22的一端装于轴承座11上，另一端通过圆锥滚子轴承Ⅲ及联轴器21装于电机底座8上；步进电机Ⅲ20装于电机底座8上并与丝杠Ⅰ22相连接，带动丝杠Ⅰ22旋转；滑块Ⅰ26装于滑杠Ⅰ23和丝杠Ⅰ22上，可沿滑杠Ⅰ23和丝杠Ⅰ22滑动；

滑杠Ⅱ28装于滑块Ⅰ26上；丝杠Ⅱ27通过圆锥滚子轴承Ⅳ25装于滑块Ⅰ26侧部的安装孔上；步进电机Ⅳ24装于滑块Ⅰ26上并与丝杠Ⅱ27相连接；滑块Ⅱ30装于丝杠Ⅱ27与滑杠Ⅱ28上；步进电机Ⅳ24带动丝杠Ⅱ27旋转牵动滑块Ⅱ30沿丝杠Ⅱ27与滑杠Ⅱ28滑动；

滑杠Ⅲ33装于滑块Ⅱ30上；丝杠Ⅲ32通过圆锥滚子轴承Ⅴ31装于滑块Ⅱ30侧部的安装孔上；步进电机Ⅴ29装于滑块Ⅱ30上并与丝杠Ⅲ32相连接；滑块Ⅲ34装于丝杠Ⅲ32与滑杠Ⅲ33上；步进电机Ⅴ29带动丝杠Ⅲ32旋转牵动滑块Ⅲ34沿丝杠Ⅲ32与滑杠Ⅲ33滑动。

机械手机构1包括：舵机Ⅰ38、机械剪39、机械爪40、舵机Ⅱ41、步进电机Ⅴ37、步进电机Ⅳ35、滑块Ⅲ34、旋转臂36及旋转架42；旋转臂36前端的旋转架42上铰装有机械剪39和机械爪40；舵机Ⅰ38装于旋转架42上，并与机械爪40后部的齿部相连接；舵机Ⅱ41装于旋转架42上，并与机械剪39后部的齿部相连接；步进电机Ⅴ37装于旋转臂36的前部与选转架42相连接，在步进电机Ⅴ37的带动下实现旋转架42的角度旋转；旋转臂36的后部通过圆锥滚子轴承27装于滑块Ⅲ34侧部的安装孔上；步进电机Ⅳ35装于滑块Ⅲ34上，并与旋转臂36相连接，在步进电机Ⅳ35的带动下实现旋转臂36的转动。

控制箱7包括：太阳能板43、太阳能电源转换器模块44、舵机驱动器模块45、控制器Ⅰ46、处理器47、箱体48、步进电机驱动模块49及控制器Ⅱ50；箱体48为多层架体结构；在箱体48的顶面装有太阳能板43；太阳能板43与装于其下层箱体48内的太阳能电源转换器模块44相连接；在箱体48内还装配有上舵机驱动器模块45、控制器Ⅰ46、处理器47、步进电机驱动模块49及控制器Ⅱ50；太阳能板43、太阳能电源转换器模块44、舵机驱动器模块45、控制器Ⅰ46、处理器47、步进电机驱动模块49及控制器Ⅱ50与机械手机构1、摄像机机构2、丝杠导轨机构4、机器人车轮5及机器人车盘机构6连接成相应的回路，控制各个机构运行实现信息的采集、分析、处理、指令的传送等功能。

丝杠Ⅱ27及滑杠Ⅱ28与丝杠Ⅰ22及滑杠Ⅰ23保持垂直；丝杠Ⅲ32及滑杠Ⅲ33与丝杠Ⅱ27及滑杠Ⅱ28保持垂直。

以上所述，仅为本实用新型的较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，所有熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型公开的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其本实用新型的构思加以等同替换或改变均应涵盖在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种水果采摘机器人，其特征在于水果采摘机器人包括：机械手机构(1)、摄像机机构(2)、水果箱(3)、丝杠导轨机构(4)、机器人车轮(5)、机器人车盘机构(6)及控制箱(7)；机器人车轮(5)装于机器人车盘机构(6)的下部；两套机械手机构(1)分别通过丝杠导轨机构(4)装于机器人车盘机构(6)的上部两侧；摄像机机构(2)装于机器人车盘机构(6)上部中间位置；水果箱(3)装于机器人车盘机构(6)的后部靠近机械手机构(1)的位置；控制箱(7)装于机器人车盘机构(6)上部前端；机械手机构(1)、摄像机机构(2)、丝杠导轨机构(4)、机器人车轮(5)及控制箱(7)通过线路连接成控制回路。

2.根据权利要求1所述的水果采摘机器人，其特征在于所述的机器人车盘机构(6)上加工有步进电机底座(8)、沉头孔(10)、轴承座(11)及机器人车轮孔(9)。

3.根据权利要求1所述的水果采摘机器人，其特征在于所述的机器人车轮(5)包括：车轮(12)、圆锥滚子轴承Ⅰ(13)及步进电机Ⅰ(14)；车轮(12)通过圆锥滚子轴承Ⅰ(13)装于机器人车轮孔(9)上；车轮(12)与装在机器人车盘机构(6)上的步进电机Ⅰ(14)相连接，车轮(12)在步进电机Ⅰ(14)的带动下转动。

4.根据权利要求1所述的水果采摘机器人，其特征在于所述的摄像机机构(2)包括：摄像机(15)、支撑杆(16)、转盘(17)、圆锥滚子轴承Ⅱ(18)及步进电机Ⅱ(19)；摄像机(15)通过支架杆(16)装于转盘(17)的上部；转盘(17)的下部通过圆锥滚子轴承Ⅱ(18)装于机器人车盘机构(6)上的沉头孔(10)中；步进电机Ⅱ(19)装于机器人车盘机构(6)底部与转盘(17)相连接，步进电机Ⅱ(19)带动转盘(17)旋转运动。

5.根据权利要求1所述的水果采摘机器人，其特征在于所述的丝杠导轨机构(4)包括：步进电机Ⅲ(20)、圆锥滚子轴承Ⅲ及联轴器(21)、丝杠Ⅰ(22)、滑杠Ⅰ(23)、圆锥滚子轴承Ⅳ(25)、步进电机Ⅳ(24)、滑块Ⅰ(26)、丝杠Ⅱ(27)、滑杠Ⅱ(28)、步进电机Ⅴ(29)、圆锥滚子轴承Ⅴ(31)、丝杠Ⅲ(32)、滑杠Ⅲ(33)及滑块Ⅱ(30)；滑杠Ⅰ(23)两端分别装在步进电机底座(8)与轴承座(11)上；丝杠Ⅰ(22)的一端装于轴承座(11)上，另一端通过圆锥滚子轴承Ⅲ及联轴器(21)装于电机底座(8)上；步进电机Ⅲ(20)装于电机底座(8)上并与丝杠Ⅰ(22)相连接，带动丝杠Ⅰ(22)旋转；滑块Ⅰ(26)装于滑杠Ⅰ(23)和丝杠Ⅰ(22)上，可沿滑杠Ⅰ(23)和丝杠Ⅰ(22)滑动；

滑杠Ⅱ(28)装于滑块Ⅰ(26)上；丝杠Ⅱ(27)通过圆锥滚子轴承Ⅳ(25)装于滑块Ⅰ(26)侧部的安装孔上；步进电机Ⅳ(24)装于滑块Ⅰ(26)上并与丝杠Ⅱ(27)相连接；滑块Ⅱ(30)装于丝杠Ⅱ(27)与滑杠Ⅱ(28)上；步进电机Ⅳ(24)带动丝杠Ⅱ(27)旋转牵动滑块Ⅱ(30)沿丝杠Ⅱ(27)与滑杠Ⅱ(28)滑动；

滑杠Ⅲ(33)装于滑块Ⅱ(30)上；丝杠Ⅲ(32)通过圆锥滚子轴承Ⅴ(31)装于滑块Ⅱ(30)侧部的安装孔上；步进电机Ⅴ(29)装于滑块Ⅱ(30)上并与丝杠Ⅲ(32)相连接；滑块Ⅲ(34)装于丝杠Ⅲ(32)与滑杠Ⅲ(33)上；步进电机Ⅴ(29)带动丝杠Ⅲ(32)旋转牵动滑块Ⅲ(34)沿丝杠Ⅲ(32)与滑杠Ⅲ(33)滑动。

6.根据权利要求1所述的水果采摘机器人，其特征在于所述的机械手机构(1)包括：舵机Ⅰ(38)、机械剪(39)、机械爪(40)、舵机Ⅱ(41)、步进电机Ⅴ(37)、步进电机Ⅳ(35)、滑块Ⅲ(34)、旋转臂(36)及旋转架(42)；旋转臂(36)前端的旋转架(42)上铰装有机械剪(39)和机械爪(40)；舵机Ⅰ(38)装于旋转架(42)上，并与机械爪(40)后部的齿部相连接；舵机Ⅱ(41)装于旋转架(42)上，并与机械剪(39)后部的齿部相连接；步进电机Ⅴ(37)装于旋转臂(36)的前部与选转架(42)相连接，在步进电机Ⅴ(37)的带动下实现旋转架(42)的角度旋转；旋转臂(36)的后部通过圆锥滚子轴承(27)装于滑块Ⅲ(34)侧部的安装孔上；步进电机Ⅳ(35)装于滑块Ⅲ(34)上，并与旋转臂(36)相连接，在步进电机Ⅳ(35)的带动下实现旋转臂(36)的转动。

7.根据权利要求1所述的水果采摘机器人，其特征在于所述的控制箱(7)包括：太阳能板(43)、太阳能电源转换器模块(44)、舵机驱动器模块(45)、控制器Ⅰ(46)、处理器(47)、箱体(48)、步进电机驱动模块(49)及控制器Ⅱ(50)；箱体(48)为多层架体结构；在箱体(48)的顶面装有太阳能板(43)；太阳能板(43)与装于其下层箱体(48)内的太阳能电源转换器模块(44)相连接；在箱体(48)内还装配有上舵机驱动器模块(45)、控制器Ⅰ(46)、处理器(47)、步进电机驱动模块(49)及控制器Ⅱ(50)；太阳能板(43)、太阳能电源转换器模块(44)、舵机驱动器模块(45)、控制器Ⅰ(46)、处理器(47)、步进电机驱动模块(49)及控制器Ⅱ(50)与机械手机构(1)、摄像机机构(2)、丝杠导轨机构(4)、机器人车轮(5)及机器人车盘机构(6)连接成相应的回路，控制各个机构运行实现信息的采集、分析、处理、指令的传送等功能。

8.根据权利要求5所述的水果采摘机器人，其特征在于所述的丝杠Ⅱ(27)及滑杠Ⅱ(28)与丝杠Ⅰ(22)及滑杠Ⅰ(23)保持垂直；丝杠Ⅲ(32)及滑杠Ⅲ(33)与丝杠Ⅱ(27)及滑杠Ⅱ(28)保持垂直。