CN211240885U

CN211240885U - 一种采摘机器人

Info

Publication number: CN211240885U
Application number: CN201922270154.3U
Authority: CN
Inventors: 徐屾明; 冷俊男; 郭映江; 牛子杰; 潘金金; 谷晓彤
Original assignee: Northwest A&F University
Current assignee: Northwest A&F University
Priority date: 2019-12-17
Filing date: 2019-12-17
Publication date: 2020-08-14
Anticipated expiration: 2029-12-17

Abstract

本实用新型涉及一种采摘机器人，其特征在于，包括行走底盘和设置在所述行走底盘上的采摘臂、收集装置和控制器，所述采摘臂的末端靠近机械爪的位置设置有摄像头；所述行走底盘包括底盘本体，所述底盘本体底部中央设置有识别路线的传感器，所述底盘本体四角分别设置有麦克纳姆轮，所述麦克纳姆轮通过相应的直流电机、电机减震连接件与所述底盘本体连接，所述电机减震连接件与所述底盘本体之间还设置有减震弹簧；所述收集装置包括收集箱、至少一对摆杆和倾倒舵机，所述摆杆上端和所述收集箱连接，所述摆杆下端与所述倾倒舵机的输出轴连接，所述倾倒舵机固定在所述底盘本体上；所述采摘臂、传感器、直流电机、倾倒舵机与所述控制器连接。

Description

一种采摘机器人

技术领域

本实用新型属于农业机械技术领域，具体涉及一种采摘机器人。

背景技术

目前，国内的果蔬种植面积及产量巨大，在果蔬收获时，必须投入大量的人力、物力、财力，使得果蔬采摘成为了整个农作物果实生产链中最耗时耗力的环节。因此，需要通过农业自动化机械来节约劳动力、降低生产成本。

实用新型内容

本实用新型设计了一种采摘机器人，旨在实现对果林、蔬菜大棚等场地的果蔬进行机器采摘，节省劳动力、降低生产成本、提高劳动生产效率。

为了实现上述目的，本实用新型采用了以下方案：

一种采摘机器人，包括行走底盘和设置在所述行走底盘上的采摘臂、收集装置和控制器，所述采摘臂的末端靠近机械爪的位置设置有摄像头；所述行走底盘包括底盘本体，所述底盘本体底部中央设置有识别路线的传感器，所述底盘本体四角分别设置有麦克纳姆轮，所述麦克纳姆轮通过相应的直流电机、电机减震连接件与所述底盘本体连接，所述电机减震连接件与所述底盘本体之间还设置有减震弹簧；所述收集装置包括收集箱、至少一对摆杆和倾倒舵机，所述摆杆上端和所述收集箱连接，所述摆杆下端与所述倾倒舵机的输出轴连接，所述倾倒舵机固定在所述底盘本体上；所述采摘臂、传感器、直流电机、倾倒舵机与所述控制器连接。

进一步，所述收集箱是一上阔下窄的容纳箱，所述收集箱的一侧斜面与所述摆杆上端连接。

进一步，所述收集箱的横截面是一五边形结构。

进一步，所述采摘臂包括旋转底座、大臂、小臂和机械爪；所述旋转底座与所述底盘本体在水平面内转动连接且由底座舵机驱动，所述大臂通过大臂舵机与所述旋转底座俯仰转动连接，所述小臂通过小臂舵机与所述大臂俯仰转动连接，所述机械爪通过腕部舵机与所以小臂的末端转动连接，且所述机械爪由机械爪开合舵机驱动；所述底座舵机、大臂舵机、小臂舵机、腕部舵机、机械爪开合舵机与所述控制器连接。

进一步，所述大臂和所述小臂均包括一对平行设置的臂杆。

进一步，所述传感器有多个，多个传感器呈矩形分布且通过传感器安装板设置在所述底盘本体底部。

进一步，所述传感器是灰度传感器。

进一步，所述底盘本体是一框架结构，所述框架结构的上表设置有亚克力平板。

工作时，在采摘机器人移动过程中，所述传感器用于矫正采摘机器人在移动过程因所述麦克纳姆轮打滑所产生的偏差。当所述摄像头世界内出现成熟果蔬时，采摘机器人旋转，将目标果蔬移至所述摄像头世界中央，后前进，直至目标果蔬阈值达到初始条件，采摘机器人行走底盘停止移动，所述采摘臂开始工作。

当所述采摘臂末端的摄像头寻找到成熟果蔬后，所述大臂舵机、小臂舵机、腕部舵机工作，带动所述大臂、小臂动作，使所述机械爪靠近目标蔬果，在所述摄像头世界内目标蔬果像素点达到阈值时，说明所述机械爪已经能够抓取到目标蔬果，所述机械爪开合舵机动作，所述机械爪抓取到目标果实，所述底座舵机、大臂舵机、小臂舵机、腕部舵机旋转至固定角度，将蔬果放至所述收集箱中，完成一次采摘。

该采摘机器人具有以下有益效果：

（1）本实用新型是一种基于独立悬挂式麦克拉姆轮和机器视觉的采摘机器人，麦克纳姆轮可以实现采摘机器人的全向移动, 保证了各个麦克纳姆轮的完全接地，摄像头用于识别可采摘蔬果；在具体应用过程中，可以实现地面果蔬的抓取、采摘并收集、倾倒，节省人力，降低生产成本，提高劳动效率。这种采摘机器人可以替代一些农业、林业的人工采摘。

（2）本实用新型中，收集箱上阔下窄形成斜面，便于收集箱内的果蔬倒出；而且，收集箱采用倾倒舵机和摆杆驱动倾倒，自动化程度高。

附图说明

图1：本实用新型实施方式中采摘机器人的立体结构示意图；

图2：本实用新型实施方式中采摘机器人的主视图；

图3：本实用新型实施方式中采摘机器人的仰视图；

图4：本实用新型实施方式中采摘机器人的左视图。

附图标记说明：

1—行走底盘；11—底盘本体；12—传感器安装板；13—传感器；14—麦克纳姆轮；15—直流电机；16—电机减震连接件；17—减震弹簧；2—采摘臂；21—底座舵机；22—旋转底座；23—大臂舵机；24—大臂；25—小臂舵机；26—小臂；27—机械爪；28—腕部舵机；29—机械爪开合舵机；3—收集装置；31—收集箱；32—摆杆；33—倾倒舵机；4—摄像头。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型做进一步说明：

图1至图4示出了本实用新型一种采摘机器人的具体实施方式。图1是本实施方式中采摘机器人的立体结构示意图；图2至图4是本实施方式中采摘机器人的三视图。

如图1至图4所示，本实施方式中的采摘机器人，包括行走底盘1和设置在行走底盘1上的采摘臂2、收集装置3和控制器，采摘臂2的末端靠近机械爪27的位置设置有摄像头4；行走底盘1包括底盘本体11，底盘本体11底部中央设置有识别路线的传感器13，底盘本体11四角分别设置有麦克纳姆轮14，麦克纳姆轮14通过相应的直流电机15、电机减震连接件16与底盘本体11连接，电机减震连接件16与底盘本体11之间还设置有减震弹簧17；收集装置3包括收集箱31、至少一对摆杆32和倾倒舵机33，摆杆32上端和收集箱31连接，摆杆32下端与倾倒舵机33的输出轴连接，倾倒舵机33固定在底盘本体11上；采摘臂2、直流电机15、倾倒舵机33与所述控制器连接。本实施例的附图中，控制器没有画出。

麦克纳姆轮14与相对应的直流电机15、电机减震连接件16、减震弹簧17组成独立悬挂装置连接至底盘本体11上，保证了各个麦克纳姆轮14的完全接地。

优选地，收集箱31是一上阔下窄的容纳箱，所述收集箱的一侧斜面与摆杆32上端连接，如图1和图2所示。

本实施例中，收集箱31的横截面是一五边形结构，如图1和图2所示。也即收集箱31近似为一个五棱柱，与倾倒舵机32相连接。收集状态时，收集箱31底部的一条棱与底盘本体11上表面相接触，保持收集箱31开口竖直向上；倾倒状态时，倾倒舵机32向后旋转，将收集箱31内收集的果蔬倒出。由于收集箱31上阔下窄形成斜面，便于收集箱31内的果蔬倒出。

优选地，采摘臂2包括旋转底座22、大臂24、小臂26和机械爪27；旋转底座22与底盘本体11在水平面内转动连接且由底座舵机21驱动，大臂24通过大臂舵机23与旋转底座22俯仰转动连接，小臂26通过小臂舵机25与大臂24俯仰转动连接，机械爪27通过腕部舵机28与小臂26的末端转动连接，且机械爪27由机械爪开合舵机29驱动；底座舵机21、大臂舵机23、小臂舵机25、腕部舵机28、机械爪开合舵机29与所述控制器连接，如图1和图2所示。

本实施例中，大臂24和小臂26均包括一对平行设置的臂杆，如图1和图2所示。

优选地，传感器13有多个，多个传感器13呈矩形分布且通过传感器安装板12设置在底盘本体11底部，如图3所示。

本实施例中，传感器13采用灰度传感器。

本实施例中，底盘本体11是一框架结构，框架结构的上表设置有亚克力平板，如图1所示。具体地，框架结构采用铝型材框架。

由于麦克纳姆轮14旋转时产生的力是与轮子轴向成45°夹角，以前进运动为例，四个轮子产生的力经矢量合成后，沿质心指向前，能够实现前进。故，本实施例中，当四个麦克纳姆轮14均顺势针旋转时，四轮在水平面上产生的力经平行四边形法则合成为向前的作用力，使采摘机器人向前移动；当四个麦克纳姆轮14均逆势针旋转时，四轮在水平面上产生的力经平行四边形法则合成为向后的作用力，使采摘机器人向后移动；同理，当采摘机器同侧的麦克纳姆轮14采用相反的旋转方向，且两前轮旋转方向相同，两后轮旋转方向相同时，实现采摘机器人的横向移动；当采摘机器同侧的麦克纳姆轮14采用相同的旋转方向，且两前轮旋转方向相反，两后轮旋转方向相反时，实现采摘机器人的旋转。

在采摘机器人移动过程中，传感器13用于矫正采摘机器人在移动过程因麦克纳姆轮打滑所产生的偏差。当摄像头4世界内出现成熟果蔬时，采摘机器人旋转，将目标果蔬移至摄像头4世界中央，后前进，直至目标果蔬阈值达到初始条件，采摘机器人行走底盘1停止移动，采摘臂2开始工作。

当采摘臂2末端的摄像头4寻找到成熟果蔬后，大臂舵机23、小臂舵机25、腕部舵机28工作，带动大臂24、小臂26，使机械爪27靠近目标蔬果，在摄像头4世界内目标蔬果像素点达到阈值时，说明机械爪27已经能够抓取到目标蔬果，机械爪开合舵机29动作，机械爪27抓取到目标果实，底座舵机21、大臂舵机23、小臂舵机25、腕部舵机28旋转至固定角度，将蔬果放至收集箱31中，完成一次采摘。

本实用新型是一种基于独立悬挂式麦克拉姆轮和机器视觉的采摘机器人，麦克纳姆轮可以实现采摘机器人的全向移动, 保证了各个麦克纳姆轮的完全接地，摄像头用于识别可采摘蔬果；在具体应用过程中，可以实现地面果蔬的抓取、采摘并收集、倾倒，节省人力，降低生产成本，提高劳动效率。这种采摘机器人可以替代一些农业、林业的人工采摘。

本实用新型中，收集箱上阔下窄形成斜面，便于收集箱内的果蔬倒出；而且，收集箱采用倾倒舵机和摆杆驱动倾倒，自动化程度高。

上面结合附图对本实用新型进行了示例性的描述，显然本实用新型的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本实用新型的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本实用新型的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种采摘机器人，其特征在于，包括行走底盘和设置在所述行走底盘上的采摘臂、收集装置和控制器，所述采摘臂的末端靠近机械爪的位置设置有摄像头；所述行走底盘包括底盘本体，所述底盘本体底部中央设置有识别路线的传感器，所述底盘本体四角分别设置有麦克纳姆轮，所述麦克纳姆轮通过相应的直流电机、电机减震连接件与所述底盘本体连接，所述电机减震连接件与所述底盘本体之间还设置有减震弹簧；所述收集装置包括收集箱、至少一对摆杆和倾倒舵机，所述摆杆上端和所述收集箱连接，所述摆杆下端与所述倾倒舵机的输出轴连接，所述倾倒舵机固定在所述底盘本体上；所述采摘臂、传感器、直流电机、倾倒舵机与所述控制器连接。

2.根据权利要求1所述的采摘机器人，其特征在于，所述收集箱是一上阔下窄的容纳箱，所述收集箱的一侧斜面与所述摆杆上端连接。

3.根据权利要求2所述的采摘机器人，其特征在于，所述收集箱的横截面是一五边形结构。

4.根据权利要求1、2或3所述的采摘机器人，其特征在于，所述采摘臂包括旋转底座、大臂、小臂和机械爪；所述旋转底座与所述底盘本体在水平面内转动连接且由底座舵机驱动，所述大臂通过大臂舵机与所述旋转底座俯仰转动连接，所述小臂通过小臂舵机与所述大臂俯仰转动连接，所述机械爪通过腕部舵机与所以小臂的末端转动连接，且所述机械爪由机械爪开合舵机驱动；所述底座舵机、大臂舵机、小臂舵机、腕部舵机、机械爪开合舵机与所述控制器连接。

5.根据权利要求4所述的采摘机器人，其特征在于，所述大臂和所述小臂均包括一对平行设置的臂杆。

6.根据权利要求1、2、3或5所述的采摘机器人，其特征在于，所述传感器有多个，多个传感器呈矩形分布且通过传感器安装板设置在所述底盘本体底部。

7.根据权利要求6所述的采摘机器人，其特征在于，所述传感器是灰度传感器。

8.根据权利要求1、2、3、5或7所述的采摘机器人，其特征在于，所述底盘本体是一框架结构，所述框架结构的上表设置有亚克力平板。