CN205408633U - 一种可自主导航的履带式多机械臂苹果采摘机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可自主导航的履带式多机械臂苹果采摘机器人，包括履带式移动平台、导航系统和采摘系统。其特征是：所述的履带式移动平台包括履带总成、车体机架、实验设备固定机架、横梁、支撑立柱、液压缸体等；所述的导航系统包括机器视觉模块、超声波避障模块、GPS模块和导航控制模块；所述的采摘系统包括采摘机械臂、末端执行器、苹果收集装置等。本实用新型在履带式移动平台上集成四个苹果采摘机械臂并增加自主导航功能，提高了苹果采摘机器人的工作效率和自动化程度。

Description

一种可自主导航的履带式多机械臂苹果采摘机器人

技术领域

本实用新型涉及一种苹果采摘机器人，特别涉及一种可自主导航的履带式多机械臂苹果采摘机器人。

背景技术

我国是苹果生产大国，苹果生产对我国农业经济的发展具有重要意义。然而，当前我国苹果采摘基本上都是手工进行的，采摘效率较低。近年来，随着农业机械化和自动化的发展，苹果自动采摘机器人的研究越来越受到关注。但多数研究集中在在苹果采摘机械臂、各种末端执行器、各种传感器以及采摘机器人自动导航等单方面的研究，对于苹果采摘机器人整体系统的研究相对缺乏，市场上能够投入应用的苹果采摘机器人在实际工作中仍需人力协助，无法实现完全的自动化和无人化；而现有苹果采摘机器人多为单个机械手工作，虽然能代替人力自行采摘，极大地节约了劳动力，但此类苹果采摘机器人，成本较高，采摘效率仍需提高。

实用新型内容

针对上述问题和不足，本实用新型的目的在于提供一种新型履带式苹果采摘机器人。此种苹果采摘机器人在履带式移动平台上集成四个苹果采摘机械臂，并增加自主导航功能，可提高苹果采摘机器人的作业效率和自动化程度。

为实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案：一种可自主导航的履带式多机械臂苹果采摘机器人，由履带式移动平台、导航系统和采摘系统组成。

履带式移动平台主要包括车体机架、实验设备固定机架、两个履带总成、横梁、支撑立柱、液压缸体、控制盒和蓄电池。其中两个履带总成通过四根横梁与履带支撑梁焊接，履带总成包括变速箱、驱动轮、导向轮、承重轮、张紧轮、履带和履带支撑梁。车体机架与四个根横梁之间通过焊接连接，实验设备固定机架和履带式移动平台之间通过四根支撑立柱连接。该履带式移动平台以柴油机为动力机，可通过柴油机带动发电机发电，给蓄电池充电，再由蓄电池给采摘系统供电。液压缸体用来调整机身平衡，可使履带式移动平台在丘陵山地上行走。

导航系统由机器视觉模块、超声波避障模块、GPS模块和导航控制模块组成。

机器视觉模块由安装在履带式移动平台最前部双目摄像头实时采集果园道路环境信息，经图像处理器DSP处理，提取出图像中的果园路径与果树的二维信息；超声波避障模块由安装在履带式移动平台前后左右四角的超声波传感器实时采集履带式移动平台周围的障碍物信息与距离信息；GPS模块用于检测履带式移动平台的当前位置信息以及路面环境信息；以上三种模块的最终信息都传递与导航控制模块的处理器ARM1。导航控制模块的处理器ARM1同时接收采摘控制模块的ARM2处理器的相关信息，当采摘系统检测不到苹果目标信息时，采摘控制模块的ARM2处理器向导航系统控制模块的ARM1处理器发送“行走”指令信息，则ARM1处理器将接收到的机器视觉模块、超声波避障模块、GPS模块的相关信息按照一定规则进行融合计算处理后求出导航参数以及相应的控制信号，对履带式移动平台的驱动电机进行驱动控制实现相关的行走、转向运动。当行走过程中采摘系统检测到苹果目标信息时ARM2处理器向ARM1处理器发送“停止”指令信息，则ARM1处理器对履带式移动平台进行停车控制处理。

采摘系统由采摘机械执行模块和采摘控制模块组成。

采摘机械执行模块主要包括四个采摘机械臂和对应的末端执行器、苹果收集装置。四个采摘机械臂通过螺栓固定在可调整高度的升降台上，升降台通过螺栓分别固定在实验设备固定机架的前后左右四个位置上，并由气泵驱动。苹果收集装置由连接在机械臂推杆上的柔性管和苹果收集箱组成，苹果收集箱安装在实验设备固定机架的前方和后方。采摘机械臂主要包括推杆、小臂电机、大臂、大臂电机、腰部、腰部电机，采摘机械臂上布置有位置传感器、有限位开关传感器、力敏电阻碰撞传感器，以保证机械臂在安全的工作范围内运动和避免机械臂与机械臂以及机械臂与障碍物发生碰撞。末端执行器的三指中心位置安装有摄像头、红外距离传感器、采摘苹果压力传感器。

采摘控制模块有四个控制盒分别控制对应的四个机械臂和末端执行器，控制盒通过螺栓固定在实验设备固定机架上，每个控制盒内装有ARM2处理器，ARM2处理器与DSP芯片、伺服电机驱动、位置传感器、采摘苹果压力传感器、有限位开关传感器、力敏电阻碰撞传感器以及ARM1相连。DSP芯片与摄像头和红外距离传感器相连，DSP芯片将摄像头采集到的图像信息和红外距离传感器的信息进行处理后传递给ARM2处理器。当检测不到苹果信息时，ARM2处理器将向导航控制模块的ARM1处理器发送“行走”信号指令；当检测到苹果信息时，ARM2处理器向导航控制模块的ARM1处理器发送“停止”信号指令，同时将接收到的DSP芯片传递来的目标苹果的位置信息与有限位开关传感器、力敏电阻碰撞传感器、位置传感器以及采摘苹果压力传感器传递来的信息进行融合处理分析，得出相应的控制信号，对采摘机械臂以及末端执行器上的伺服电机进行相应控制，从而驱动采摘机械臂和末端执行器对苹果进行采摘。

本实用新型具有以下优点：

(1)在履带式移动平台上集成四个采摘机械臂，能可同时进行果实采摘，极大地提高了采摘效率，降低了苹果采摘的成本。

(2)采用多传感器进行位置、距离及目标信息提取确定，保障了苹果采摘机器人作业的安全性。

(3)实现苹果采摘机器人的自主导航功能，进一步降低了果农的劳动强度，提高了生产率。

附图说明

图1是本实用新型种可自主导航的履带式多机械臂苹果采摘机器人的主视图；

图2是本实用新型种可自主导航的履带式多机械臂苹果采摘机器人导航控制模块的结构示意图；

图3是本实用新型种可自主导航的履带式多机械臂苹果采摘机器人采摘控制模块的结构示意图。

以下是图中各部件的标号：

1-承重轮，2-驱动轮，3-控制盒，4-变速箱，5-实验设备固定机架，6-苹果收集箱，7-柔性管，8-摄像头，9-末端执行器，10-推杆，11-小臂电机，12-大臂，13-大臂电机，14-腰部，15-腰部电机，16-采摘控制盒，17-升降台，18-支撑立柱，19-导向轮，20-蓄电池，21-双目摄像头，22-液压缸体，23-张紧轮，24-横梁，25-机架，26-履带支撑梁，27-履带。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步解释说明：

如图1，本实施例的一种新型履带式苹果采摘机器人主要由承重轮(1)，驱动轮(2)，控制盒(3)，变速箱(4)，实验设备固定机架(5)，苹果收集箱(6)，柔性管(7)，摄像头(8)，末端执行器(9)，推杆(10)，小臂电机(11)，大臂(12)，大臂电机(13)，腰部(14)，腰部电机(15)，采摘控制盒(16)，升降台(17)，支撑立柱(18)，导向轮(19)，蓄电池(20)，双目摄像头(21)，液压缸体(22)，张紧轮(23)，横梁(24)，机架(25)，履带支撑梁(26)，履带(27)组成。采摘机械臂四周布置有位置传感器、有限位开关传感器、力敏电阻碰撞传感器以保证机械臂在安全的工作范围内运动和避免机械臂与机械臂以及机械臂与障碍物发生碰撞。末端执行器的三指中心位置安装有摄像头、红外位置传感器、采摘苹果压力传感器。

工作时，导航系统控制模块的ARM1处理器接收机器视觉模块、超声波避障模块、GPS模块以及采摘控制模块的ARM2处理器的相关信息，当采摘系统检测不到苹果目标信息时，采摘控制模块的ARM2处理器向导航系统控制模块的ARM1处理器发送“行走”指令信息，则ARM1处理器将接收到的机器视觉模块、超声波避障模块、GPS模块的相关信息按照一定规则进行融合计算处理后求出导航参数以及相应的控制信号，对履带式移动平台的驱动电机进行驱动控制实现相关行走、转向运动。当行走过程中采摘系统检测到苹果目标信息时ARM2处理器向ARM1处理器发送“停止”指令信息，则ARM1处理器对履带式移动平台进行停车控制处理。

采摘过程中，四个采摘机械臂独立工作，每个采摘机械臂的工作过程为：先由摄像头(8)采集图像，然后传递给采摘控制盒(16)中的DSP芯片，DSP芯片将摄像头采集到的图像信息和红外距离传感器的信息进行处理后传递给ARM2处理器。当检测不到苹果信息时，ARM2处理器将向导航控制模块的ARM1处理器发送“行走”信号指令；当检测到苹果信息时，ARM2处理器向导航控制模块的ARM1处理器发送“停止”信号指令，同时将接收到的DSP芯片传递来的目标苹果的位置信息与有限位开关传感器、力敏电阻碰撞传感器、位置传感器以及采摘苹果压力传感器传递来的信息进行融合处理分析，得出相应的控制信号，对采摘机械臂以及末端执行器上的伺服电机进行相应控制，从而驱动采摘机械臂和末端执行器对苹果进行采摘。

上面以具体实施例予以说明本实用新型的结构及工作原理，本实用新型并不局限于以上实施例，根据上述的说明内容，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种可自主导航的履带式多机械臂苹果采摘机器人，主要包括履带式移动平台、导航系统和采摘系统；其特征是：

所述的履带式移动平台主要包括履带总成、车体机架(25)、实验设备固定机架(5)、横梁(23)、支撑立柱(18)、液压缸体(21)、控制盒(3)和蓄电池(20)；履带总成包括变速箱(4)、驱动轮(2)、导向轮(19)、承重轮(1)、张紧轮(23)、履带(27)和履带支撑梁(26)；车体机架(25)与四个根横梁(24)之间通过焊接连接，试验设备固定机架(5)和履带式移动平台之间通过四根支撑立柱(18)连接；履带式移动平台以柴油机为动力机，可通过柴油机带动发电机发电，给蓄电池充电，再由蓄电池给采摘系统供电；液压缸体(22)用来调整机身平衡，可使履带式移动平台在丘陵山地上行走；

所述的导航系统由机器视觉模块、超声波避障模块、GPS模块和导航控制模块组成；机器视觉模块由安装在履带式移动平台的最前部双目摄像头(21)实时采集果园道路环境信息，经图像处理器DSP处理，提取出图像中的果园路径与果树的二维信息；超声波避障模块由安装在履带式移动平台前后左右四角的超声波传感器实时采集履带式移动平台周围的障碍物信息；GPS模块用于检测履带式移动平台的当前位置信息以及路面环境信息；以上三种模块的最终信息都传递与导航控制模块的ARM1处理器；导航控制模块的ARM1处理器同时接收采摘控制模块的ARM2处理器的相关信息，当采摘系统检测不到苹果目标信息时，采摘控制模块的ARM2处理器向导航系统控制模块的ARM1处理器发送“行走”指令信息，则ARM1处理器将接收到的机器视觉模块、超声波避障模块、GPS模块的相关信息按照一定规则进行融合计算处理后求出导航参数以及相应的控制信号，对履带式移动平台的驱动电机进行驱动控制实现相关的行走、转向运动；当行走过程中采摘系统检测到苹果目标信息时ARM2处理器向ARM1处理器发送“停止”指令信息，则ARM1处理器对履带式移动平台进行停车控制处理；

所述的采摘系统由采摘机械执行模块和采摘控制模块组成；采摘机械执行模块主要包括四个采摘机械臂和末端执行器、苹果收集装置；四个采摘机械臂通过螺栓固定在可调整高度的升降台(17)上，升降台(17)通过螺栓分别固定在实验设备固定机架(5)的前后左右四个位置上；苹果收集装置由连接在机械臂推杆(10)上的柔性管(7)和苹果收集箱(6)组成，苹果收集箱(6)安装在实验设备固定机架(5)的前方和后方；采摘机械臂主要包括推杆(10)、小臂电机(11)、大臂(12)、大臂电机(13)、腰部(14)、腰部电机(15)，采摘机械臂上布置有位置传感器、有限位开关传感器、力敏电阻碰撞传感器，以保证机械臂在安全的工作范围内运动和避免机械臂与机械臂以及机械臂和障碍物发生碰撞；末端执行器的三指中心位置安装有摄像头、红外位置传感器、采摘苹果压力传感器；

所述的采摘控制模块有四个采摘控制盒(16)，分别控制对应的四个机械臂和末端执行器，采摘控制盒(16)通过螺栓固定在实验设备固定机架(5)上，每个控制盒内装有ARM2处理器，ARM2处理器与DSP芯片、伺服电机驱动、位置传感器、采摘苹果压力传感器、有限位开关传感器、力敏电阻碰撞传感器以及ARM1相连；DSP芯片与摄像头和红外距离传感器相连，DSP芯片将摄像头采集到的图像信息和红外距离传感器的信息进行处理后传递给ARM1处理器；当检测不到苹果信息时，ARM2处理器将向导航控制模块的ARM1处理器发送“行走”信号指令；当检测到苹果信息时，ARM2处理器向导航控制模块的ARM1处理器发送“停止”信号指令，同时将接收到的DSP芯片传递来的目标苹果的位置信息与有限位开关传感器、力敏电阻碰撞传感器、位置传感器以及采摘苹果压力传感器传递来的信息进行融合处理分析，得出相应的控制信号，对采摘机械臂以及末端执行器上的伺服电机进行相应控制，从而驱动采摘机械臂和末端执行器对苹果进行采摘。