CN210707680U - 一种果实转运机器人控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种果实转运机器人控制系统，包括底盘和果实放置筐，所述底盘底部安装有移动行走装置，所述底盘顶部安装有主控制器和筐体拖拉装置，所述筐体拖拉装置包括滑移块、舵机和勾爪，所述滑移块可移动安装在底盘顶部，且其运动方向与底盘运动方向一致，滑移块顶部水平安装有舵机，舵机的输出轴与滑移块的运动方向垂直，舵机的输出轴连接有用于勾拉果实放置筐的勾爪，舵机连接有拖拉控制模块，拖拉控制模块与主控制器连接。本实用新型工作效率高、适用范围广并且能够实现定点精准果实收获。

Description

一种果实转运机器人控制系统

技术领域

本实用新型涉及农业机器人技术领域，特别是一种果实转运机器人控制系统。

背景技术

随着科技的进步，自动化、智能化已成为各个领域的前进发展方向，农业领域也不例外。目前，在果实转运这一方面，自动化在农业领域中正逐步体现出其重要性，通过自动化作业，不但可以减少人们的劳动强度，而且机器做工还可以克服地形、天气、植物疏密状态等一些不利因素的影响，更为重要的是，通过机器人作业可有效减小果实转运作业时人们的工作量。

随着农业机械智能化的不断发展，果实采摘机器人应运而生，由于采摘机器人采摘速度快、工作效率高，其在果实采摘领域的应用越来越广泛。现有的果实采摘机器人多是在底盘上设置采摘机构以及果实放置筐，通过采摘机构将果实采摘至果实放置筐中，实现采摘。在采摘完成后，多是利用果实转运机器人，将果实转运至目的地，但是现有的果实转运机器人结构简单，多是在行走小车上设置果实放置筐，在转运时人工将采摘机器人上果实放置筐中的果实直接倾倒在转运机器人上的果实放置筐中，然后人为拖动行走小车进行转运，此种方式虽然易于操作、造价便宜，但是需要更多的人为操作，不仅增大了劳动强度，而且工作效率较低，不适应目前大面积的采摘工作。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题便是针对上述现有技术的不足，提供一种工作效率高、适用范围广并且能够实现定点精准果实收获的果实转运机器人控制系统。

为了实现以上目的，本实用新型的技术方案如下：

一种果实转运机器人控制系统，包括底盘和果实放置筐，所述底盘底部安装有移动行走装置，所述底盘顶部安装有主控制器和筐体拖拉装置，所述筐体拖拉装置包括滑移块、舵机和勾爪，所述滑移块可移动安装在底盘顶部，且其运动方向与底盘运动方向一致，滑移块顶部水平安装有舵机，舵机的输出轴与滑移块的运动方向垂直，舵机的输出轴连接有用于勾拉果实放置筐的勾爪，舵机连接有拖拉控制模块，拖拉控制模块与主控制器连接。

优选地，所述移动行走装置包括对称安装在底盘后端两侧的万向轮以及对称安装在底盘前端两侧的驱动轮，两个所述驱动轮分别连接有驱动其转动的步进电机，步进电机连接有步进电机控制模块，步进电机控制模块与主控制器连接。

优选地，所述底盘前端顶部水平安装有驱动电机，驱动电机与拖拉控制模块连接，驱动电机的输出轴连接有丝杆，底盘后端顶部安装有与丝杆配合的支撑件，滑移块上开有与丝杆配合的螺纹孔，丝杆穿过螺纹孔后与支撑件可转动连接。

优选地，所述驱动电机与支撑件分别位于底盘前端中部与底盘后端中部。

优选地，所述底盘顶部两侧均垂直安装有挡板，挡板与筐体拖拉装置之间的距离大于果实放置筐的宽度。

优选地，所述底盘上安装有无线接收模块，无线接收模块与主控制器连接。

优选地，所述底盘后端安装有用于对接采摘机器人的对接模块，对接模块与主控制器连接。

优选地，所述底盘底部安装有循迹模块，循迹模块与主控制器连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

(1)通过设置拖拉控制模块、驱动电机和丝杆，拖拉控制模块与主控制器连接，能够利用主控制器控制拖拉控制模块，从而使驱动电机转动，驱动电机转动时，带动丝杆转动，丝杆与滑移块上的螺纹孔配合，使整个筐体拖拉装置在底盘顶部移动，当筐体拖拉装置运动至底盘后端时，能够利用拖拉控制模块控制舵机转动，舵机转动带动勾爪以舵机输出轴为中心往复转动，当勾爪朝远离底盘前端一侧转动至与底盘平行时，勾爪勾住放置在采摘机器人上的果实放置筐，同时利用驱动电机带动丝杆转动，使筐体拖拉装置朝底盘前端运动，从而带动果实放置筐朝底盘前端移动，使采摘机器人上的果实放置筐平稳移动至底盘上，实现自主转运，节约劳动力；

(2)通过设置步进电机控制模块和与其连接的移动行走装置，能够通过步进电机控制模块控制步进电机转动，从而带动机器人自动移动，利用两个步进电机分别带动两个驱动轮单独运动，实现转弯，使机器人更加灵活，节约人力，实现自主导航，提高运输速率，节约劳动力；

(3)通过将驱动电机与丝杆支撑件分别位于底盘前端中部与底盘后端中部，能够利用筐体拖拉装置同时拖动两个果实放置筐，将两个果实放置筐分别拖动至筐体拖拉装置两侧的底盘上，既能够使整个筐体拖拉装置拖拉果实放置筐时更加的稳定，又能够提高转运效率；

(4)通过在底盘两侧设置挡板，能够限制果实放置筐的位移，放置果实放置筐掉落；

(5)通过设置对接模块，能够通过激光检测出果实转运机器人至采摘机器人的距离，同时，主控制器将控制信号传输至步进电机驱动模块，使步进电机转动，带动机器人行走，当机器人与采摘机器人之间的距离达到适合位置时，对接模块将信号传输至主控制器，主控制器发送信号至拖拉控制模块，使筐体拖拉装置运行，将采摘机器人上的果实放置筐转运至转运机器人上，实现自动化转运，降低劳动力，提高转运速度；

(6)通过设置无线接收模块，能够利用无线接收模块准确接收采摘机器人发出的信号，从而与采摘机器人快速配合完成转运，实现精准转运，提高转运速率。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型底盘的结构示意图；

图3为本实用新型筐体拖拉装置的结构示意图；

图4为本实用新型勾爪的结构示意图；

图5为本实用新型果实放置筐的结构示意图；

图6为本实用新型与果实采摘机器人对接图；

图7为本实用新型果实转运机构的场地示意图；

图8为本实用新型控制系统的控制流程图。

图中标记：1-底盘、2-果实放置筐、3-移动行走装置、31-万向轮、32-驱动轮、33-步进电机、4-筐体拖拉装置、41-滑移块、42-舵机、43-勾爪、5-驱动电机、6-丝杆、7-支撑件、71-上支撑件、72-下支撑件、8-螺纹孔、9-挡板、10-通孔、11-勾体、12-卡槽、13-主控制器、14-拖拉控制模块、15-步进电机控制模块、16-无线接收模块、17-对接模块、18-循迹模块、19-引导线、20-设备支撑架。

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：

如图1～图8所示，本实施例提供了果实转运机器人控制系统，本实施例提供的机器人与果实采摘机器人配合完成果实等农作物的转运，所述果实转运机器人包括底盘1、果实放置筐2、移动行走装置3、筐体拖拉装置4、驱动电机5、丝杆6、支撑件7、螺纹孔8、挡板9、主控制器13、拖拉控制模块14、步进电机控制模块15、无线接收模块16、对接模块17、循迹模块18和设备支撑架20。

果实转运机器人运转场地如图7所示，场地分为A、B、C三个区域，其中A和C区域内设置有数颗果树，B区域内设置有果实存放区，B区域内设置有引导线19，引导线19延伸至C区，引导线19用于引导机器人的行走方向。

所述果实放置筐2有两个且均放置在采摘机器人顶部，两个果实放置筐2以采摘机器人长度方向对称设置，采摘机器人的底板与本实施例的底盘1高度相同，采摘机器人在A区和C区内行走，将果树上的果树采摘至果实放置筐2中，果实采摘完毕后行走至f点等待本实施例提供的转运机器人，转运机器人从d点运行至f点与采摘机器人接触，将装满果实的果实放置筐2转运至转运机器人上，然后转运至果实存放区。

所述底盘1为矩形，底盘1顶部安装有设备支撑架20，设备支撑架20顶部安装有主控制器13，主控制器13包括主控芯片和电磁继电控制器，主控芯片采用stm32单片机，具有定时器功能，能够产生若干路的PWM信号。

所述设备支撑架20上安装有拖拉控制模块14，拖拉控制模块14包括舵机控制板和驱动电机控制板，舵机控制板与主控芯片相应的引脚连接，驱动电机控制板的正极和负极分别与主控芯片相应的接口连接。

所述底盘1前端顶部水平安装有驱动电机5，驱动电机5与驱动电机控制板连接，能够通过主控芯片发送PWM信号至驱动电机控制板，然后驱动电机控制板控制驱动电机5运行。驱动电机5的输出轴通过联轴器连接有丝杆6，底盘1后端顶部安装有与丝杆6配合的支撑件7，驱动电机5与支撑件7分别位于底盘1前端中部与底盘1后端中部；所述支撑件7包括上支撑件71和下支撑件72，所述下支撑件72通过螺栓安装在底盘1上，上支撑件71通过螺栓与下支撑件72连接，上支撑件71上开有与丝杆6配合的通孔10。能够通过驱动电机5带动丝杆6转动，并通过支撑件7使丝杆6转动更加的稳定。

所述底盘1上安装有筐体拖拉装置4，所述筐体拖拉装置4包括滑移块41、舵机42和勾爪43，所述滑移块41可移动安装在底盘1顶部，滑移块41上开有与丝杆6配合的螺纹孔8，丝杆6穿过螺纹孔8后与上支撑件71中的通孔10通过轴承可转动连接，能够通过驱动电机5带动丝杆6转动，丝杆6与螺纹孔8配合，从而使整个滑移块41沿着丝杆6长度方向移动，从而驱动筐体拖拉装置4在底盘1上往复运动。

所述滑移块41顶部水平安装有舵机42，滑移块41与舵机42过盈配合，舵机42与舵机控制板相应的引脚连接，能够通过主控芯片发送PWM信号至舵机控制板，舵机控制板接收信号后控制舵机42转动。所述舵机42的输出轴与滑移块41的运动方向垂直，舵机42采用双轴舵机，且两个输出轴上均安装有转盘，两个转盘均通过螺栓与勾爪43连接，能够利用舵机42输出轴往复摆动，带动转盘往复摆动，从而使勾爪43以转盘为中心往复摆动，实现勾放。所述勾爪43远离转盘一侧的两端均垂直安装有勾体11，两个所述勾体11上均开有与果实放置筐2侧壁匹配的卡槽12。当舵机42带动勾爪43朝果实采摘机器人方向摆动至勾爪43与底盘1平行时，两个果实放置筐2的侧壁卡入两个勾体11上的卡槽12内。

所述底盘1底部安装有移动行走装置3，所述移动行走装置3包括对称安装在底盘1后端两侧的万向轮31以及对称安装在底盘1前端两侧的驱动轮32，所述底盘1前端开有与两个驱动轮32配合的缺口，两个所述驱动轮32分别连接有驱动其转动的步进电机33，步进电机33采用闭环步进电机33，且其通过电机支架(图中未画出)固定安装在底盘1底部，两个所述步进电机33分别连接有与其配合的驱动器，驱动器采用HBS57闭环驱动器；所述步进电机33采用S型速度曲线规划，将步进电机33启动、加速和停止的运行曲线规律做成标准模块并储存在主控制器13的存储器中。所述步进电机33与步进电机控制模块15相应的端口连接，步进电机控制模块15的端口与主控芯片对应端口相连。

能够通过主控芯片发送控制信号至步进电机控制模块15，然后步进电机控制模块15分别控制两个步进电机33转动，两个步进电机33分别带动两个驱动轮32转动，当两个步进电机33的转速一致时，两个驱动轮32同速转动，使整个装置直线行走；当两个步进电机33转速不一致时，两个驱动轮32转速不同，从而使整个装置实现转弯。通过设置移动行走装置3，能够使整个机器人更加的灵活，实现快速转运，提高转运速度，降低劳动力。

所述底盘1两侧均垂直安装有挡板9，挡板9为矩形长条，且其沿底盘1长度方向设置，底盘1底部安装有用于固定挡板9的固定件，固定件呈L型，其一端通过螺栓与底盘1连接，另一端通过螺栓与挡板9连接，能够进一步加固挡板9，防止挡板9晃动。两块所述挡板9与筐体拖拉装置4的距离略大于果实放置筐2的最大宽度，能够保证果实放置筐2稳定的放置在底盘1上，防止果实放置筐2掉落。

所述底盘1后端安装有用于对接采摘机器人的对接模块17，对接模块17可采用压力感应器、电磁感应开关以及电容感应开关等，对接模块17与主控芯片相应的引脚连接，采摘机器人前端安装有用于触发对接模块17的触发部件。当转运机器人行走至触发部件与对接模块17接触时，转运机器人的底盘1后端刚好与采摘机器人的底板前端接触，触发部件触发对接模块17，对接模块17发送信号至主控芯片，主控芯片发送PWM信号至舵机控制板，舵机控制板接收信号后控制舵机42转动，利用舵机42输出轴往复摆动，带动转盘往复摆动，从而使勾爪43以转盘为中心往复摆动，使勾爪43勾住采摘机器人上放置的果实放置筐2上，然后主控芯片发送信号至驱动电机控制板，控制驱动电机5转动，使整个筐体拖拉装置4朝底盘1前端移动，将果实放置筐2拖至底盘1上。

所述底盘1前端底部安装有循迹模块18，循迹模块18有三个，且其沿底盘1宽度方向均匀分布，循迹模块18采用灰度传感器，灰度传感器的信号发送和接收端分别与主控芯片上相应的引脚连接。灰度传感器用于检测地面引导线19，当检测到的地面引导线19后，执行相应的左转或右转程序，使机器人完成左转或右转。

所述底盘1上安装有无线接收模块16，无线接收模块16与主控芯片相应的端口连接，用于接收采摘机器人发出的传输信号，当采摘机器人采摘完毕到达f点后，发出传输无线信号，无线接收模块16接收信号，并将控制信号转化为电信号，然后传输至主控芯片，主控芯片控制小车运行至f点与采摘机器人对接。

所述主控芯片可拆卸连接有PC端(图中未画出)，PC端为电脑输入端，PC端的控制端口和数据接口分别与所述主控制器13的控制端口和数据端口相连，用于为主控芯片输入控制程序。

所述底盘1上安装有为机器人提供电能的蓄电池，蓄电池可采用锂电池、镍氢电池等常用可充电电池结构，蓄电池连接有稳压模块，蓄电池与各个元器件之间的连接方式为常规现有技术，这里不做赘述。

本实用新型的工作原理：首先转运机器人在d点停车等待，采摘机器人采摘完成后发送无线信号，无线接收模块16接收信号后，将无线信号转为电信号传送至主控芯片，主控芯片控制循迹模块18开启，同时将控制信号发送至步进电机控制模块15，控制步进电机33转动，从而带动驱动轮32转动，使机器人行走，此时循迹模块18检测到引导线19，并沿着引导线19行走一定距离到达f点，达到f点后主控芯片控制两个步进电机33反向转动使机器人掉头，掉头后控制机器人朝采摘机器人方向继续移动，直至采摘机器人上的触发部件与对接模块17接触，此时对接模块17触发，发送信号至主控芯片，主控芯片发送信号至驱动电机控制板，驱动电机控制板控制驱动电机5开启，驱动电机5转动带动丝杆6转动，丝杆6与螺纹孔8配合，使整个筐体拖拉装置4朝底盘1后端移动，当运动至指定位置后，主控芯片发送信号至舵机控制板，舵机控制板控制舵机42开启，舵机42转动，通过舵机42带动勾爪43朝果实采摘机器人方向摆动一定角度，当勾爪43摆动至与底盘1平行时，果实采摘机器人顶部的两个果实放置筐2侧壁分别插入两个勾体11上的卡槽12中，然后主控芯片发送信号至驱动电机控制板，控制驱动电机5反向转动，带动丝杆6反向转动，丝杆6与螺纹孔8配合，使整个筐体拖拉装置4朝底盘1前端移动，将两个果实放置筐2从果实采摘机器人的底板上拖至筐体拖拉装置4两侧的底盘1上。然后主控芯片发送信号至步进电机控制模块15，步进电机控制模块15开启步进电机33，使机器人沿着引导线19行走至e点，然后停车，此时主控芯片发送信号至步进电机控制模块15，步进电机控制模块15控制两个步进电机33反向转动，使机器人右转，右转后机器人机选行走一定距离进入果实存放区，然后人员手动取下机器人上的果实放置筐2，完成后主控芯片发送信号至步进电机控制模块15，步进电机控制模块15控制步进电机33，两个步进电机33反转，使机器人掉头，掉头后直线行走至e点，此时循迹模块18再次检测到引导线19，然后主控芯片发送信号控制机器人右转，沿着引导线19返回d点并掉头。

Claims (8)

1.一种果实转运机器人控制系统，包括底盘(1)和果实放置筐(2)，所述底盘(1)底部安装有移动行走装置(3)，其特征在于：所述底盘(1)顶部安装有主控制器(13)和筐体拖拉装置(4)，所述筐体拖拉装置(4)包括滑移块(41)、舵机(42)和勾爪(43)，所述滑移块(41)可移动安装在底盘(1)顶部，且其运动方向与底盘(1)运动方向一致，滑移块(41)顶部水平安装有舵机(42)，舵机(42)的输出轴与滑移块(41)的运动方向垂直，舵机(42)的输出轴连接有用于勾拉果实放置筐(2)的勾爪(43)，舵机(42)连接有拖拉控制模块(14)，拖拉控制模块(14)与主控制器(13)连接。

2.根据权利要求1所述的果实转运机器人控制系统，其特征在于：所述移动行走装置(3)包括对称安装在底盘(1)后端两侧的万向轮(31)以及对称安装在底盘(1)前端两侧的驱动轮(32)，两个所述驱动轮(32)分别连接有驱动其转动的步进电机(33)，步进电机(33)连接有步进电机控制模块(15)，步进电机控制模块(15)与主控制器(13)连接。

3.根据权利要求1或2所述的果实转运机器人控制系统，其特征在于：所述底盘(1)前端顶部水平安装有驱动电机(5)，驱动电机(5)与拖拉控制模块(14)连接，驱动电机(5)的输出轴连接有丝杆(6)，底盘(1)后端顶部安装有与丝杆(6)配合的支撑件(7)，滑移块(41)上开有与丝杆(6)配合的螺纹孔(8)，丝杆(6)穿过螺纹孔(8)后与支撑件(7)可转动连接。

4.根据权利要求3所述的果实转运机器人控制系统，其特征在于：所述驱动电机(5)与支撑件(7)分别位于底盘(1)前端中部与底盘(1)后端中部。

5.根据权利要求1所述的果实转运机器人控制系统，其特征在于：所述底盘(1)顶部两侧均垂直安装有挡板(9)，挡板(9)与筐体拖拉装置(4)之间的距离大于果实放置筐(2)的宽度。

6.根据权利要求1所述的果实转运机器人控制系统，其特征在于：所述底盘(1)上安装有无线接收模块(16)，无线接收模块(16)与主控制器(13)连接。

7.根据权利要求1或6所述的果实转运机器人控制系统，其特征在于：所述底盘(1)后端安装有用于对接采摘机器人的对接模块(17)，对接模块(17)与主控制器(13)连接。

8.根据权利要求1所述的果实转运机器人控制系统，其特征在于：所述底盘(1)底部安装有循迹模块(18)，循迹模块(18)与主控制器(13)连接。

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