CN210183923U - 果实采摘装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及农业设备技术领域，提供一种果实采摘装置，包括装置本体和执行机构；执行机构包括机械臂、机械手、气罐和电磁换向阀；机械臂的连接端与装置本体相连，机械臂的动作端与机械手的连接端相连；气罐的输出端通过管路与机械手的动作端相连，电磁换向阀设置在气罐与机械手相连的管路上。本实用新型提供的果实采摘装置，通过在装置本体上设置执行机构，以及该执行机构中的机械手通过机械臂带动完成各个方位的采摘，同时气罐为机械手的采摘动作提供气压，使得机械手的整个采摘过程能够较方便和迅速地完成，提高了果实采摘的便利性和效率。

Description

果实采摘装置

技术领域

本实用新型涉及农业设备技术领域，尤其涉及一种果实采摘装置。

背景技术

果实成熟后应进行采摘处理及时收获，否则容易腐烂、风干甚至变质，而生长在树枝上的果实(例如，番茄)采摘难度大。在果实采摘的过程中，果实的识别和抓取一直是阻碍果实采摘自动化的重要因素。我国目前的果实采摘仍以人工为主，少数采摘机器人采摘效率不高，大多是针对单一果实。许多温室工作的机器人需要再温室铺设导轨进行路径规划。大多数采摘机器人采用的气吸式机械手难以满足不同果实的需求。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种果实采摘装置，用以解决现有技术中果实采摘不方便、采摘效率低等问题。

本实用新型实施例提供一种果实采摘装置，包括：装置本体和执行机构；所述执行机构包括机械臂、机械手、气罐和电磁换向阀；所述机械臂的连接端与所述装置本体相连，所述机械臂的动作端与所述机械手的连接端相连；所述气罐的输出端通过管路与所述机械手的动作端相连，所述电磁换向阀设置在所述气罐与所述机械手相连的管路上。

其中，所述执行机构还包括：空气滤清器；所述空气滤清器设置在所述气罐与所述机械手相连的管路上、且位于所述气罐与所述电磁换向阀之间。

其中，所述执行机构还包括：气泵和压力表；所述气泵的输出端与所述气罐的输入端相连，所述压力表设置在所述气罐与所述机械手相连的管路上、且位于所述气罐与所述空气滤清器之间。

其中，所述的果实采摘装置，还包括：运动机构；所述运动机构包括伺服电机、减速器和车轮；所述装置本体的底部安装有四个所述车轮；每个所述车轮与对应的所述减速器的输出端相连，每个所述减速器的输入端与对应的所述伺服电机的输出端相连。

其中，所述的果实采摘装置，还包括：导航机构；所述导航机构包括激光雷达和GNSS天线；所述装置本体中位于所述装置本体的运动方向的两侧均设置所述GNSS天线；所述装置本体中位于所述装置本体的运动方向的其中一侧设置所述激光雷达。

其中，所述的果实采摘装置，还包括：视觉机构；所述视觉机构包括相机架和两个相机；两个所述相机沿一条水平线安装在所述相机架上，且两个所述相机均与所述机械臂相连；所述相机架安装在所述装置本体的一侧，以使所述相机的摄像端朝向垂直于所述装置本体的运行方向。

其中，所述的果实采摘装置，还包括：工控机、路由器、运动控制主板和机械臂控制柜；所述工控机通过所述路由器分别与所述运动控制主板、所述机械臂控制柜、所述激光雷达、GNSS天线及所述相机相连；所述运动控制主板与所述运动机构相连，所述机械臂控制柜与所述机械臂相连。

其中，所述的果实采摘装置，还包括：电池、开关和继电器；所述电池依次与所述开关及所述继电器相连，所述继电器与所述伺服电机相连。

其中，所述的果实采摘装置，还包括：电力显示表；所述电力显示表与所述电池相连，用于显示所述电池的剩余电量。

其中，所述的果实采摘装置，还包括：碰撞传感器和红外避障传感器；所述装置本体的侧边安装有所述碰撞传感器和所述红外避障传感器；所述碰撞传感器和所述红外避障传感器均与所述伺服电机相连。

本实用新型实施例提供的果实采摘装置，通过在装置本体上设置执行机构，以及该执行机构中的机械手通过机械臂带动完成各个方位的采摘，同时气罐为机械手的采摘动作提供气压，使得机械手的整个采摘过程能够较方便和迅速地完成，提高了果实采摘的便利性和效率。

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一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本实用新型提供的果实采摘装置的一个优选实施例的结构示意图；

图2为本实用新型提供的执行机构的一个优选实施例的结构示意图；

图3为本实用新型提供的运动机构的一个优选实施例的结构示意图；

图4为本实用新型提供的控制机构的一个优选实施例的结构示意图；

图5为本实用新型提供的果实采摘装置中硬件部件的结构示意图；

图6为本实用新型提供的果实采摘装置中电池与其他部件之间的连接关系图；

其中，1、第一相机，2、果篮；3、机械臂；4、前GNSS天线；5、激光雷达；7、碰撞传感器；8、红外避障传感器；9、充电桩；10、后GNSS天线；11、机械手；12、第二相机；13、电力显示表；14、电池；15、开关；16、机械臂控制柜；18、路由器；19、运动控制主板；20、工控机；22、气泵；23、电磁换向阀；24、空气滤清器；25、压力表；26、气罐；27、伺服电机；28、减速器；29、继电器；30、车轮。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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作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。

在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”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。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本实用新型中，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，也可以是电连接或彼此可通讯；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，除非另有明确的限定。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实用新型中的具体含义。

图1示出了本实用新型果实采摘装置的一个优选实施例，如图1和图2所示，该果实采摘装置包括：装置本体和执行机构；执行机构包括机械臂3、机械手11、气罐26和电磁换向阀23；机械臂3的连接端与装置本体相连，机械臂3的动作端与机械手11的连接端相连；气罐26的输出端通过管路与机械手11的动作端相连，电磁换向阀23设置在气罐26与机械手11相连的管路上。

具体地，该果实采摘装置(简称“采摘装置”)包括装置本体和执行机构，该执行机构设置在该装置本体上；如图2所示，该执行机构包括机械臂3、机械手11、气罐26和电磁换向阀23；例如，机械臂3为六自由度的机械臂3；例如，该机械臂3的有效运动半径不小于600mm，例如，机械臂3的有效运动半径为800mm，以确保机械臂3的动作端能够带动机械手11达到大多数果实的位置。且该机械臂3的连接端与装置本体相连，例如，二者的连接关系为固定连接或可拆卸连接等，即只要能够将机械臂3的连接端连接在装置本体上，二者的连接关系可以为任意形式；例如，机械臂3的连接端连接在装置本体的顶部位置。且机械臂3的动作端与机械手11的连接端相连，以使机械臂3能够带动机械手11前后、左右和上下运动，以使机械手11能够采摘到不同位置处成熟的果实；例如，机械手11的形状为剪刀状，能够在剪断果梗的同时抓紧果梗。

以及，将气罐26的输出端通过管路与机械手11的动作端相连，即该机械手11为气动机械手11，通过气罐26为机械手11提供动力，进而使得该机械手11完成开合动作；以及在机械手11与气罐26相连的管路上设置电磁换向阀23，通过该电磁换向阀23调节机械手11与气罐26之间管路的通断；即，当机械手11工作时，电磁换向阀23打开，以使机械手11与气罐26之间的管路连通，进而使得气罐26向机械手11提供气压，使得机械手11打开；当机械手11完成果实的采摘动作后，电磁换向阀23关闭，以使机械手11与气罐26之间的管路断开，即使得气罐26不再向机械手11提供气压，进而使得机械手11闭合。

在本实施例中，通过在装置本体上设置执行机构，以及该执行机构中的机械手11通过机械臂3带动完成各个方位的采摘，同时气罐26为机械手11的采摘动作提供气压，使得机械手11的整个采摘过程能够较方便和迅速地完成，提高了果实采摘的便利性和效率。

进一步地，执行机构还包括：空气滤清器24；空气滤清器24设置在气罐26与机械手11相连的管路上、且位于气罐26与电磁换向阀23之间。其中，空气滤清器24是用于清除空气中的微粒杂质的装置；活塞式机械(内燃机、往复压缩机等)工作时，如果吸入空气中含有灰尘等杂质就将加剧零件的磨损，所以装空气滤清器24可以提高这类机械的寿命。空气滤清器24由滤芯和壳体两部分组成。通过在气罐26与机械手11相连的管路上设置空气滤清器24，使得进入机械手11气路中的气体均是经过空气滤清器24过滤的，即进入机械手11气路中的气体均较纯净，进而使得机械手11免于受杂质磨损，提高了机械手11的使用寿命。

进一步地，执行机构还包括：气泵22和压力表25；气泵22的输出端与气罐26的输入端相连，压力表25设置在气罐26与机械手11相连的管路上、且位于气罐26与空气滤清器24之间。气泵22用于为气罐26补充气压，压力表25用于检测气罐26与机械手11相连的管路上的压力；例如，将压力表25设置在气罐26的输出端附近，则当压力变检测到气罐26的输出端压力较小，以至于气罐26提供的压力难以冲开电磁换向阀23为机械手11提供气压时，此时气泵22开始工作增加气罐26内的压强。气体流向为：气泵22→气罐26→压力表25→空气滤清器24→电磁换向阀23→机械手11。即，气泵22、电磁换向阀23、空气滤清器24、压力表25和气罐26组成的气压系统。

进一步地，果实采摘装置，还包括：运动机构；运动机构包括伺服电机27、减速器28和车轮30；装置本体的底部安装有四个车轮30；每个车轮30与对应的减速器28的输出端相连，每个减速器28的输入端与对应的伺服电机27的输出端相连。即，在装置本体的底部安装有四个车轮30，且采用伺服电机27驱动车轮30运转；例如，四个车轮30两两一对分别安装在装置本体的两侧，如图1和图3所示。每个车轮30均连接一个减速器28的输出端，每个减速器28的输入端均连接一个伺服电机27的输入端，确保每一个车轮30可以单独运动；即每个伺服电机27控制一个车轮30的转动速度和转动方向，可以实现果实采摘装置前进后退、原地差速转向等工作过程中必备的运动功能。

进一步地，结合图1，果实采摘装置，还包括：导航机构；导航机构包括激光雷达5和GNSS天线；装置本体中位于装置本体的运动方向的两侧均设置GNSS天线；装置本体中位于装置本体的运动方向的其中一侧设置激光雷达5。

具体地，装置本体中位于装置本体的运动方向的两侧即为装置本体的前侧和后侧；可将设置在装置本体前侧的GNSS天线称为前GNSS天线4，设置在装置本体后侧的GNSS天线称为后GNSS天线10。例如，可以在装置本体的前侧设置激光雷达5，如图1所示。则可以通过激光雷达5、前GNSS天线4和后GNSS天线10为果实采摘装置进行导航，例如，果实采摘装置在温室工作时，由于温室内的地图边界比较明显，特征易识别，可以采用激光雷达5建立工作地图，根据温室内的作物分布、道路结构，人工设置行走路点，规划工作路线。在大田中工作时，由于农田地段开阔，特征建筑不明显，激光雷达5无法完成建立地图的工作，则采用前GNSS天线4和后GNSS天线10进行定位和道路规划，实现果实采摘装置的自主导航。

进一步地，果实采摘装置，还包括：视觉机构；视觉机构包括相机架和两个相机；两个相机沿一条水平线安装在相机架上，且两个相机均与机械臂3相连；相机架安装在装置本体的一侧，以使相机的摄像端朝向垂直于装置本体的运行方向。

例如，相机架设置在装置本体的左侧，且两个相机一前一后沿一条水平线安装该相机架上，例如，该两个相机中前侧的为第一相机1、后侧的为第二相机12，则该视觉机构采用双目视觉相机识别果梗位置。且将两个相机的摄像端朝向垂直于装置本体的运行方向，即，两个相机的摄像端均朝向装置本体的右侧。则在果实采摘装置的运动过程中，可以通过第一相机1和第二相机12同时采集果实图像，并通过第一相机1与第二相机12采集的果实图像得到果实的位置信息和深度信息。在获取到果实的位置信息和深度信息后，机械臂3根据该位置信息和深度信息带动机械手11运行；并通过气罐26为机械手11提供动力，使得机械手11剪断并抓取果梗完成果实采摘。另外，还可在机械臂3的侧边设置果篮2，则机械手11可以将抓取的果实放置在该果篮2中。

进一步地，结合图4和图5，果实采摘装置，还包括：工控机20、路由器18、运动控制主板19和机械臂控制柜16；工控机20通过路由器18分别与运动控制主板19、机械臂控制柜16、激光雷达5、GNSS天线及相机相连；运动控制主板19与运动机构相连，机械臂控制柜16与机械臂3相连。

具体地，在果实采摘装置内设置工控机20，则可以通过该工控机20控制整个采摘装置。例如，工控机20采集i5处理器、16G内存、内存大小为128G。工控机20通过路由器18利用网线分别运动控制主板19、机械臂控制柜16、激光雷达5、第一相机1以及第二相机12进行通信；则当激光雷达5基于获取到的待采摘区域的位置信息规划出行走路点后，将规划好的行走路点发送至工控机20，工控机20根据该行走路点通过运动控制主板19控制运动机构的运行情况，例如，运动控制主板19与运动机构中的伺服电机27相连，则工控机20根据该行走路点通过运动控制主板19控制伺服电机27的运动；以及，当第一相机1和第二相机12获取到果实的位置信息和深度信息后，将果实的位置信息和深度信息发送至工控机20，工控机20根据该位置信息和深度信息通过机械臂控制柜16控制机械臂3的运动状态，进而控制机械臂3带动机械手11的运动状态，从而使得机械手11顺利采摘果实。

进一步地，果实采摘装置，还包括：电池14、开关15和继电器29；电池14依次与开关15及继电器29相连，继电器29与伺服电机27相连。具体地，例如，电池14为48V锂电池14；电池14与开关15及继电器29之间通过线路相连，且继电器29与伺服电机27，通过该开关15调节电池14的工作状态，进而调节伺服电机27的工作状态，即开关15打开电池14处于供电状态，由于电池14为伺服电机27供电，进而使得伺服电机27处于工作状态，进而带动车轮30运转，整个装置处于运行状态；开关15关闭电池14处于断电状态，由于电池14停止为伺服电机27供电，使得伺服电机27处于停止状态，进而使得车轮30停止运转，整个装置处于停车状态，如图6所示。

进一步地，还可以将电力显示表13与电池14相连，用于显示电池14的剩余电量。当电力显示表13上显示的电量偏低时，可以将采摘装置停在靠近充电桩9的地方，例如，该充电桩9可以为无线充电桩9，进而利用该充电桩9为电池14充电。或者，可以采用传统的220V电源为电池14进行充电。

进一步地，果实采摘装置，还包括：碰撞传感器7和红外避障传感器8；装置本体的侧边安装有碰撞传感器7和红外避障传感器8；碰撞传感器7和红外避障传感器8均与伺服电机27相连。例如，在装置本体的前侧、左侧和/或后侧设置碰撞传感器7和红外避障传感器8，则可以利用该碰撞传感器7和红外避障传感器8对采摘装置的周边环境进行检测，进而使得伺服电机27根据该检测结果调整车轮30的运行方向和运动速度，避免采摘装置与周边障碍物发送碰撞。

上述采摘装置主要用于带有果梗的果实采摘，其采摘工作流程包括：首先，根据采摘装置的工作环境选择合适的不仅建立地图(例如，大田环境采用GNSS天线建立地图，温室环境采用激光雷达5建立地图)；然后，根据建立的地图，对采摘过程中采摘装置的工作路线进行规划，设置需要停车抓取果实图像的路径点。采摘装置会依次抵达设置好的路径点抓取果实图像；若发现有果实，采摘装置中的执行机构会在工作范围内摘取果实，并将无法抵达的果实位置反馈回采摘装置。执行机构工作结束后，视觉机构会重新抓取果实图像，确保工作范围内的果实已经全部被摘取。当所有路径点的采摘工作完成，即到达路径末端点后，采摘装置会自动回库为下一次采摘做准备。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种果实采摘装置，包括：装置本体，其特征在于，还包括：执行机构；

所述执行机构包括机械臂、机械手、气罐和电磁换向阀；所述机械臂的连接端与所述装置本体相连，所述机械臂的动作端与所述机械手的连接端相连；

所述气罐的输出端通过管路与所述机械手的动作端相连，所述电磁换向阀设置在所述气罐与所述机械手相连的管路上。

2.根据权利要求1所述的果实采摘装置，其特征在于，所述执行机构还包括：空气滤清器；

所述空气滤清器设置在所述气罐与所述机械手相连的管路上、且位于所述气罐与所述电磁换向阀之间。

3.根据权利要求2所述的果实采摘装置，其特征在于，所述执行机构还包括：气泵和压力表；

所述气泵的输出端与所述气罐的输入端相连，所述压力表设置在所述气罐与所述机械手相连的管路上、且位于所述气罐与所述空气滤清器之间。

4.根据权利要求1所述的果实采摘装置，其特征在于，还包括：运动机构；

所述运动机构包括伺服电机、减速器和车轮；所述装置本体的底部安装有四个所述车轮；每个所述车轮与对应的所述减速器的输出端相连，每个所述减速器的输入端与对应的所述伺服电机的输出端相连。

5.根据权利要求4所述的果实采摘装置，其特征在于，还包括：导航机构；

所述导航机构包括激光雷达和GNSS天线；所述装置本体中位于所述装置本体的运动方向的两侧均设置所述GNSS天线；所述装置本体中位于所述装置本体的运动方向的其中一侧设置所述激光雷达。

6.根据权利要求5所述的果实采摘装置，其特征在于，还包括：视觉机构；

所述视觉机构包括相机架和两个相机；两个所述相机沿一条水平线安装在所述相机架上，且两个所述相机均与所述机械臂相连；

所述相机架安装在所述装置本体的一侧，以使所述相机的摄像端朝向垂直于所述装置本体的运行方向。

7.根据权利要求6所述的果实采摘装置，其特征在于，还包括：工控机、路由器、运动控制主板和机械臂控制柜；

所述工控机通过所述路由器分别与所述运动控制主板、所述机械臂控制柜、所述激光雷达、GNSS天线及所述相机相连；

所述运动控制主板与所述运动机构相连，所述机械臂控制柜与所述机械臂相连。

8.根据权利要求4所述的果实采摘装置，其特征在于，还包括：电池、开关和继电器；

所述电池依次与所述开关及所述继电器相连，所述继电器与所述伺服电机相连。

9.根据权利要求8所述的果实采摘装置，其特征在于，还包括：电力显示表；所述电力显示表与所述电池相连，用于显示所述电池的剩余电量。

10.根据权利要求4-9任一项所述的果实采摘装置，其特征在于，还包括：碰撞传感器和红外避障传感器；

所述装置本体的侧边安装有所述碰撞传感器和所述红外避障传感器；所述碰撞传感器和所述红外避障传感器均与所述伺服电机相连。

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