CN209572478U - 一种采摘机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种采摘机器人。本实用新型所述的采摘机器人包括：移动机构、转动机构、升降机构、横向伸缩机构以及爪手组件，所述升降机构通过所述转动机构与所述移动机构转动连接，所述横向伸缩机构的一端横向连接在所述升降机构上，另一端与所述爪手组件连接。本实用新型所述的采摘机器人具有可纵向升降和横向伸缩结合地采摘果实的优点。

Description

一种采摘机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人，特别是涉及一种采摘机器人。

背景技术

当前农业种植领域，果实采摘高度依赖人工，又因为农村劳动力的大量流失，普遍存在请工难而使得果实得不到及时采摘。利用智能技术实现无人化、智能化采摘是解决上述问题的最有效途径。现有技术的智能采摘机器人主要分为两类，一类是利用现有工业机械手产品，在机械手上加装采摘执行装置来实现果实采摘，这类智能采摘机器人存在控制系统复杂、机械手购置费用高、通用性差、维护成本高和智能化程度低。另一类是自行研制的采摘机器人，这类的机器人通常存在结构复杂、稳定性差等问题。这类自行研制的采摘机器人，如果要实现多角度多方位的采摘，就会设置复杂的机构，结构复杂就会影响控制的准确性，而且果树的枝叶茂密处会影响机器人的手爪的运动，不利于机器人抓取果实；对于结构简单的自行研制的机器人，又会存在抓取角度单一的问题，而果实分布形态复杂，不能做到全面采摘。因此，现有技术的采摘机器人，结构复杂而稳定性差，或者结构简单而智能化程度低。

实用新型内容

基于此，本实用新型的目的在于，提供一种采摘机器人，其具有通过竖直升降和横向伸缩实现果实采摘，可有效避免地形复杂以及树叶繁多带来的影响的优点。

一种采摘机器人，包括移动机构、转动机构、升降机构、横向伸缩机构以及爪手组件，所述升降机构通过所述转动机构与所述移动机构转动连接，所述横向伸缩机构的一端横向连接在所述升降机构上，另一端与所述爪手组件连接；当所述横向伸缩机构伸缩时，使得所述爪手组件横向移动。

本实用新型的采摘机器人，通过升降机构实现爪手组件纵向的升降，通过横向伸缩机构的横向伸缩，实现爪手组件的横向伸缩运动，从而爪手组件可以避开复杂的生态环境带来的影响。而且本实用新型的采摘机器人的结构简单，容易实现自动化。

进一步地，还包括摄像头和控制单元，所述摄像头连接在所述爪手组件上，并且所述摄像头的输出端与所述控制单元的输入端电连接，所述控制单元的输出端分别与所述移动机构的输入端、所述转动机构的输入端、所述升降机构的输入端、所述横向伸缩机构的输入端以及所述爪手组件的输入端电连接。通过摄像头摄取的图像，并在控制单元的处理器内进行处理，然后提取果实的轮廓和图像中的位置信息，传输至控制单元，控制单元控制升降机构和横向伸缩机构运动，在升降机构和横向伸缩机构运动的同时，摄像头实时拍摄果实的图像，处理器实时提取果实的轮廓和位置，实时反馈到控制单元，最终爪手组件到达果实处，并对果实抓取。

进一步地，所述横向伸缩机构包括多组交叉伸缩组件、支撑板、驱动器、丝杆以及滑块组件，所述交叉伸缩组件包括第一斜杆和第二斜杆，所述第一斜杆的中部和所述第二斜杆的中部铰接；所述第一斜杆的一端与所述支撑板铰接，所述第二斜杆一端与所述滑块组件铰接，所述滑块组件与所述丝杆活动连接，所述驱动器固定在所述支撑板上，当所述驱动器驱动丝杆转动，使得所述滑块组件相对所述丝杆升降；

多组所述交叉伸缩组件依序连接，上一组所述第一斜杆的一端与下一组的所述第二斜杆的一端铰接，上一组所述第一斜杆的另一端与下一组的所述第二斜杆的另一端铰接；

所述控制单元的输出端与所述驱动器的输入端电连接。横向伸缩机构实现爪手组件的横向伸缩。交叉伸缩组件的第一斜杆和第二斜杆可相对转动，两者的横向上的夹角越小，它们在横向上的长度分量就越长，纵向上的长度分量就越短，从而实现伸长；而两者的横向上的夹角越大，横向上的长度分量就越短，从而实现收缩。多组交叉伸缩组件依序连接，从而实现长距离的伸缩。

进一步地，所述滑块组件包括丝杆滑块、连接板、第一限位滑块以及第一限位滑轨，所述丝杆滑块套接在所述丝杆上并与所述连接板固定连接，所述第二斜杆一端与所述连接板铰接；所述第一限位滑块与所述连接板固定连接，且所述连接板通过所述第一限位滑块与所述第一限位滑轨活动连接；所述第一限位滑轨与所述支撑板固定。滑块组件作为交叉伸缩组件的驱动件，通过丝杆滑块相对丝杆纵向运动，从而实现第一斜杆和第二斜杆的相对开合，从而实现交叉伸缩组件的伸缩。

进一步地，所述横向伸缩机构还包括爪手固定板、限位板以及限位杆，该爪手固定板一端与所述爪手组件连接，另一端与末端一组的所述交叉伸缩组件连接；

两个所述限位板分别固定在所述爪手固定板的左右两侧边，所述限位板上开设有纵向的限位槽；或者，两个所述限位板分别固定在所述爪手固定板的上下两侧边，所述限位板上开设有横向的限位槽；

所述限位杆与末端一组的所述第一斜杆固定，且所述限位杆的两端分别限位在两侧的所述限位槽内，末端一组的所述第二斜杆与所述爪手固定板铰接；

当末端一组的所述第一斜杆和所述第二斜杆相对转动时，所述限位杆在限位槽内相对滑动并使得所述爪手固定板横向移动。限位板用于限位杆的运动方向的限定，保证第一斜杆和第二斜杆的相对转动转化为爪手固定板的横向运动，从而实现爪手组件的横向运动。

进一步地，所述爪手固定板上开设有多个连接孔。连接孔用于连接爪手组件，可以任意调整爪手组件的安装位置。

进一步地，所述升降机构包括支架、第一传动轮、第二传动轮、驱动电机以及传送带，所述支架的底部安装在所述转动机构上，所述驱动电机与所述支架固定，所述驱动电机与所述第一传动轮连接，所述第二传动轮连接在所述支架的上部，所述传送带的两端分别套接在所述第一传动轮和所述第二传动轮上；

所述横向伸缩机构固定在所述传送带的一个半圈上；

所述控制单元的输出端与所述驱动电机的输入端电连接。升降机构用于驱动横向伸缩机构的升降。横向伸缩机构随着传送带的转动而升降。

进一步地，所述升降机构还包括第二限位滑块和第二限位滑轨，所述第二限位滑轨沿纵向固定在所述支架上，所述横向伸缩机构通过所述第二限位滑块与所述第二限位滑轨活动连接。第二限位滑轨用于限定第二限位滑块的运动，第二限位滑块用于限定横向伸缩机构的纵向运动。

进一步地，所述移动机构为电机驱动的履带式移动机构，所述控制单元的输出端与所述电机的输入端电连接。履带式移动机构能够在复杂的地形穿梭，而且与地面的接触面积大，支撑足够稳定。

进一步地，所述转动机构包括转动平台和电机驱动的转盘，所述转动平台安装在所述履带式移动机构上，所述转盘放置在所述转动平台上并与所述转动平台活动连接，所述升降机构固定在所述转盘的顶面。

为了更好地理解和实施，下面结合附图详细说明本实用新型。

附图说明

图1为本实用新型的采摘机器人的立体结构示意图；

图2为本实用新型的升降机构的横向伸缩机构的侧视图；

图3为本实用新型的升降机构的横向伸缩机构的立体结构示意图；

图4为本实用新型的升降机构的立体结构示意图。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

请参阅图1，本实用新型的采摘机器人的立体结构示意图。一种采摘机器人，包括移动机构10、转动机构20、升降机构30、横向伸缩机构50以及爪手组件40，所述升降机构30通过所述转动机构20与所述移动机构10转动连接，所述横向伸缩机构50的一端横向连接在所述升降机构30上，另一端与所述爪手组件40连接；当所述横向伸缩机构50伸缩时，使得所述爪手组件40横向移动。

为了使得抓取果实自动化，进一步地，还包括摄像头(图中未示出)和控制单元(图中未示出)，控制单元包括控制器和处理器，处理器的输出端与控制器的输入端电连接。所述摄像头连接在所述爪手组件40上，并且所述摄像头的输出端与所述控制单元的输入端电连接，所述控制单元的输出端分别与所述移动机构10的输入端、所述转动机构20的输入端、所述升降机构30的输入端、所述横向伸缩机构50的输入端以及所述爪手组件40的输入端电连接。

为了实现爪手组件40的横向伸缩，请参阅图2和图3，在一个实施例中，所述横向伸缩机构50包括多组交叉伸缩组件51、支撑板52、驱动器55、丝杆53以及滑块组件54，所述交叉伸缩组件51包括第一斜杆511和第二斜杆512，所述第一斜杆511的中部和所述第二斜杆512的中部铰接；所述第一斜杆511的一端与所述支撑板52铰接，所述第二斜杆512一端与所述滑块组件54铰接，所述滑块组件54与所述丝杆53活动连接，所述驱动器55固定在所述支撑板52上，当所述驱动器55驱动丝杆53转动，使得所述滑块组件54相对所述丝杆53升降；

多组所述交叉伸缩组件51依序连接，上一组所述第一斜杆511的一端与下一组的所述第二斜杆512的一端铰接，上一组所述第一斜杆511的另一端与下一组的所述第二斜杆512的另一端铰接；

所述控制单元的输出端与所述驱动器55的输入端电连接。

为了对交叉伸缩组件51实现纵向运动的限位，请参阅图2和图3，在一个实施例中，所述滑块组件54包括丝杆滑块541、连接板542、第一限位滑块543以及第一限位滑轨544，所述丝杆滑块541套接在所述丝杆53上并与所述连接板542固定连接，所述第二斜杆512一端与所述连接板542铰接；所述第一限位滑块543与所述连接板542固定连接，且所述连接板542通过所述第一限位滑块543与所述第一限位滑轨544活动连接；所述第一限位滑轨544与所述支撑板52固定。

为了方便爪手组件40的横向运动以及连接，请参阅图2和图3，进一步地，所述横向伸缩机构50还包括爪手固定板56、限位板57以及限位杆58，该爪手固定板56一端与所述爪手组件40连接，另一端与末端一组的所述交叉伸缩组件51连接；

两个所述限位板57分别固定在所述爪手固定板56的左右两侧边，所述限位板57上开设有纵向的限位槽(图中未标识)；

或者，两个所述限位板57分别固定在所述爪手固定板56的上下两侧边，所述限位板57上开设有横向的限位槽；

所述限位杆58与末端一组的所述第一斜杆511铰接，且所述限位杆58的两端分别限位在两侧的所述限位槽内，末端一组的所述第二斜杆512与所述爪手固定板56铰接；

当末端一组的所述第一斜杆511和所述第二斜杆512相对转动时，所述限位杆58在限位槽内相对滑动并使得所述爪手固定板56横向移动。

为了方便爪手组件40的连接固定，进一步地，所述爪手固定板56上开设有多个连接孔。

为了实现爪手组件40的升降，请参阅图4，本实用新型的升降机构30的立体结构示意图。在一个实施例中，所述升降机构30包括支架31、第一传动轮32、第二传动轮33、驱动电机34以及传送带35，所述支架31的底部安装在所述转动机构20上，所述驱动电机34与所述支架31固定，所述驱动电机34与所述第一传动轮32连接，所述第二传动轮33连接在所述支架31的上部，所述传送带35的两端分别套接在所述第一传动轮32和所述第二传动轮33上；

所述横向伸缩机构50固定在所述传送带35的一个半圈上并随所述传送带35升降；

所述控制单元的输出端与所述驱动电机34的输入端电连接。

为了限定升降机构30的运动，进一步地，请参阅图4，本实用新型的升降机构30的立体结构示意图。所述升降机构30还包括第二限位滑块36和第二限位滑轨37，所述第二限位滑轨37沿纵向固定在所述支架31上，所述横向伸缩机构50通过所述第二限位滑块36与所述第二限位滑轨37活动连接。

为了方便在复杂地形移动并且提供足够的支撑，在一个实施例中，所述移动机构10为电机驱动的履带式移动机构10，所述控制单元的输出端与该电机的输入端电连接。

为了实现爪手组件40的转动，在一个实施例中，所述转动机构20包括转动平台(图未示)和电机驱动的转盘(图未示)，所述转动平台安装在所述履带式移动机构10上，所述转盘放置在所述转动平台上并与所述转动平台活动连接，所述升降机构30固定在所述转盘的顶面。

为了实现抓取并剪断果实的枝，在一个实施例中，所述爪手组件40包括爪部(图未示)和剪部(图未示)，爪部包括多个爪杆、爪杆驱动器、爪杆限位板和爪杆连接板，所述爪杆的一端连接在所述爪杆连接板上并活动穿套在所述爪杆限位板上，所述爪杆驱动器与所述爪杆连接板连接并驱动所述爪杆连接板往复运动，所述爪杆限位板通过连接件与所述横向伸缩机构50连接；当所述爪杆驱动器驱动所述爪杆连接板运动时，使得多个所述爪杆呈手爪状开合，从而抓取果实。在一个实施例中，所述剪部包括第一剪刀片、第二剪刀片以及剪部驱动器，所述第一剪刀片的中部和所述第二剪刀片的中部铰接，所述剪部驱动器分别与所述第一剪刀片和所述第二剪刀片铰接，当所述剪部驱动器推动所述第一剪刀片和所述第二剪刀片运动时，所述第一剪刀片和所述第二剪刀片相对开合，从而剪断果实的枝干。在另一实施例中，所述剪部包括第一剪刀片和第二剪刀片，所述第一剪刀片的中部与所述第二剪刀片的中部铰接，且所述第一剪刀片和所述第二剪刀片分别与所述爪杆连接板活动连接，当所述爪杆连接板运动时，所述第一剪刀片与所述第二剪刀片相对转动，从而剪断果实的枝干。

本实用新型的工作原理：

通过移动机构10带动整个采摘机器人移动，移动机构10的履带可以在任意地形行走。通过转动机构20的转动实现升降机构30、横向伸缩机构50以及爪手组件40的整体横向转动，最终是为了实现爪手组件40的横向位置的转动。当驱动电机34驱动传送带35转动时，带动横向伸缩机构50竖向运动，从而实现横向伸缩机构50的竖向运动，最终实现爪手组件40的竖直高度的升降。横向伸缩机构50的驱动器55驱动丝杆53转动，丝杆53转动带动滑块组件54的丝杆滑块541竖向升降，从而使得第二斜杆512的一端升降，并且第二斜杆512相对第一斜杆511转动，它们之间的夹角变化引起横向伸缩机构50的横向长度的伸缩，从而使得爪手组件40横向的位置的变化。

并且，摄像头提取的图像信息，传输到控制单元的处理器中，处理器对图像信息进行处理并提取出果实的轮廓和图像中的位置，并传输到控制器中，分别控制转动机构20、升降机构30、横向伸缩机构50以及爪手组件40的运动，最终将爪手组件40移动至果实处，抓取果实。

本实用新型的采摘机器人，通过设置升降机构30，实现爪手组件40的竖向垂直升降；通过设置横向伸缩机构50，实现爪手组件40的横向往复运动；通过设置转动机构20，实现爪手组件40的水平转动，将上述的竖直升降、横向往复以及横向转动结合，从而解决了树木茂密而无法采摘的问题，并且通过移动机构10的履带实现了复杂地形的移动问题。从而本实用新型的采摘机器人能够在各种地形移动采摘果实，而且自动完成，解决了地形复杂、树木茂密的困扰。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种采摘机器人，其特征在于：包括移动机构、转动机构、升降机构、横向伸缩机构以及爪手组件，所述升降机构通过所述转动机构与所述移动机构转动连接，所述横向伸缩机构的一端横向连接在所述升降机构上，另一端与所述爪手组件连接；

当所述横向伸缩机构伸缩时，使得所述爪手组件横向移动。

2.根据权利要求1所述的采摘机器人，其特征在于：还包括摄像头和控制单元，所述摄像头连接在所述爪手组件上，并且所述摄像头的输出端与所述控制单元的输入端电连接，所述控制单元的输出端分别与所述移动机构的输入端、所述转动机构的输入端、所述升降机构的输入端、所述横向伸缩机构的输入端以及所述爪手组件的输入端电连接。

3.根据权利要求2所述的采摘机器人，其特征在于：所述横向伸缩机构包括多组交叉伸缩组件、支撑板、驱动器、丝杆以及滑块组件，所述交叉伸缩组件包括第一斜杆和第二斜杆，所述第一斜杆的中部与所述第二斜杆的中部铰接；所述第一斜杆的一端与所述支撑板铰接，所述第二斜杆一端与所述滑块组件铰接，所述滑块组件与所述丝杆活动连接，所述驱动器固定在所述支撑板上，当所述驱动器驱动丝杆转动，使得所述滑块组件相对所述丝杆升降；

多组所述交叉伸缩组件依序连接，上一组所述第一斜杆的一端与下一组的所述第二斜杆的一端铰接，上一组所述第一斜杆的另一端与下一组的所述第二斜杆的另一端铰接；

所述控制单元的输出端与所述驱动器的输入端电连接。

4.根据权利要求3所述的采摘机器人，其特征在于：所述滑块组件包括丝杆滑块、连接板、第一限位滑块以及第一限位滑轨，所述丝杆滑块套接在所述丝杆上并与所述连接板固定连接，所述第二斜杆的一端与所述连接板铰接；所述第一限位滑块与所述连接板固定连接，且所述连接板通过所述第一限位滑块与所述第一限位滑轨活动连接；所述第一限位滑轨与所述支撑板固定。

5.根据权利要求3或4所述的采摘机器人，其特征在于：所述横向伸缩机构还包括爪手固定板、限位板以及限位杆，该爪手固定板一端与所述爪手组件连接，另一端与末端一组的所述交叉伸缩组件连接；

两个所述限位板分别固定在所述爪手固定板的左右两侧边，所述限位板上开设有纵向的限位槽；或者，两个所述限位板分别固定在所述爪手固定板的上下两侧边，所述限位板上开设有横向的限位槽；

所述限位杆与末端一组的所述第一斜杆固定，且所述限位杆的两端分别限位在两侧的所述限位槽内，末端一组的所述第二斜杆与所述爪手固定板铰接；

当末端一组的所述第一斜杆和所述第二斜杆相对转动时，所述限位杆在限位槽内相对滑动并使得所述爪手固定板横向移动。

6.根据权利要求5所述的采摘机器人，其特征在于：所述爪手固定板上开设有多个连接孔。

7.根据权利要求2所述的采摘机器人，其特征在于：所述升降机构包括支架、第一传动轮、第二传动轮、驱动电机以及传送带，所述支架的底部安装在所述转动机构上，所述驱动电机与所述支架固定，所述驱动电机与所述第一传动轮连接，所述第二传动轮连接在所述支架的上部，所述传送带的两端分别套接在所述第一传动轮和所述第二传动轮上；

所述横向伸缩机构固定在所述传送带的一个半圈上；

所述控制单元的输出端与所述驱动电机的输入端电连接。

8.根据权利要求7所述的采摘机器人，其特征在于：所述升降机构还包括第二限位滑块和第二限位滑轨，所述第二限位滑轨沿纵向固定在所述支架上，所述横向伸缩机构通过所述第二限位滑块与所述第二限位滑轨活动连接。

9.根据权利要求2所述的采摘机器人，其特征在于：所述移动机构为电机驱动的履带式移动机构，所述控制单元的输出端与所述电机的输入端电连接。

10.根据权利要求9所述的采摘机器人，其特征在于：所述转动机构包括转动平台和电机驱动的转盘，所述转动平台安装在所述履带式移动机构上，所述转盘放置在所述转动平台上并与所述转动平台活动连接，所述升降机构固定在所述转盘的顶面。