CN211931423U - 一种蔬果采摘机器人及蔬果采摘系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种蔬果采摘机器人及蔬果采摘系统，所述蔬果采摘机器人包括：底盘，设于所述底盘下方的滚轮，设于底盘上方的叉剪升降台，设于所述叉剪升降台上的机械臂，设于所述机械臂末端的机械爪，所述底盘上还设有滑道、储果篮和主控电路板，所述底盘上还固定有摄像头，所述摄像头与所述主控电路板电连接，所述滑道一端连接所述储果篮。本实用新型的蔬果采摘机器人可以减轻人工采摘强度，解放劳动力，降低种植成本，提高劳动生产效率，提高农产品的品质，满足市场需求。

Description

一种蔬果采摘机器人及蔬果采摘系统

技术领域

本实用新型涉及机械自动化领域，具体涉及一种蔬果采摘机器人及蔬果采摘系统。

背景技术

传统的蔬果采摘方法主要为利用剪刀进行人工采摘。由于蔬果果实较为柔软，果实易受到尖锐物损伤。要求采摘时注意防止果实损伤，一般利用特制的蔬果剪沿果柄根部轻轻将蔬果剪下，果柄不可预留太长，以防放置过程中损伤其它果实。采摘过程中要求轻摘轻放，避免机械伤害。蔬果为可生食果蔬，这对采摘时卫生条件也会提出要求，需收集装置干净卫生、无污染。

目前人工采摘蔬果普遍存在以下问题：

(1)蔬果采摘存在季节性强，普遍采用人工方式采摘存在劳动强度大等问题；

(2)蔬果一般在夏、秋季节采摘，天气炎热，劳动强度大，且效率低；

(3)蔬果采摘周期较长，每过一两天就要采摘一次，就容易导致采摘不及时而导致的果实腐烂，使得经济效益降低；

(4)不能得到及时采摘的蔬果容易产生一些细菌性侵害导致病变，人工采摘与变质的蔬果接触，更加导致了蔬果的病害的扩散，无形中增加了种植成本；

(5)为节省种植成本，蔬果一般都是采用大面积的方式种植，而人工采摘数量庞大的蔬果时，常常需要分批次、多往返来卸下已经装满箩筐的蔬果，采摘过程显得繁琐，随着往返次数和搬运次数的增多，不仅错过了采摘的黄金时间，而且耗费体力，并且在搬运过程中极易造成蔬果的损坏；

(6)蔬果的大面积种植会造成植株在空间分布拥挤，导致人工采摘空间狭小，采摘过程中容易出现漏摘等现象，导致被遗漏的蔬果过了成熟期后枯萎、腐烂，严重时还可能产生有害气体，对环境和人的身体健康危害重大。

实用新型内容

本实用新型的目的在于解决现有技术中的不足之处而提供一种蔬果采摘机器人及蔬果采摘系统，用于解放劳动力，降低种植成本，提高劳动生产效率，提高蔬果品质，满足市场需求。

本实用新型的目的通过以下技术方案实现：

第一方面，本实用新型提供一种蔬果采摘机器人，包括：底盘，设于所述底盘下方的滚轮，设于底盘上方的叉剪升降台，设于所述叉剪升降台上的机械臂，设于所述机械臂末端的机械爪，所述底盘上还设有滑道、储果篮和主控电路板，所述底盘上还固定有摄像头，所述摄像头与所述主控电路板电连接，所述滑道一端连接所述储果篮。

优选地，所述主控电路板包括：主控芯片、用于测距的超声波模块、用于通讯的蓝牙模块、用于获取蔬果采摘机器人实时速度的编码器电机和用于保持小车平衡的陀螺仪模块，所述主控芯片通过导线分别连接所述超声波模块、所述蓝牙模块、所述编码器电机、所述陀螺仪模块和摄像头。

优选地，所述底盘下方设有六个滚轮，所述六个滚轮对称分布。

优选地，所述叉剪升降台上方通过旋转平台连接所述机械臂，所述旋转平台包括舵机、轴承和压盘，所述压盘固定于所述旋转平台上，所述压盘上设有舵机，所述舵机通过所述轴承连接所述机械臂。

优选地，所述舵机的旋转角度范围为270度，所述旋转平台的旋转角度通过所述舵机控制。

优选地，所述机械臂为四自由度连杆机械臂，所述四自由度连杆机械臂的每根杆之间通过轴承连接。

优选地，所述机械爪为过载机械爪，所述过载机械爪包括丝杆、电机、爪子、爪子连接件、爪子伸缩件，所述电机连接所述机械臂，所述电机的转轴连接所述丝杆，所述丝杆贯穿所述爪子连接件，所述爪子连接件连接所述爪子的一端，所述丝杆的端部连接爪子伸缩件，所述爪子伸缩件连接所述爪子的中部。

优选地，所述底盘上还设有电感传感器，所述电感传感器用于获取电磁波。

本实用新型还提供一种蔬果采摘系统，包括第一方面所述的蔬果采摘机器人和铺设在蔬果树周围用于发出电磁波的导航导线。

从以上方案可以看出，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型提供了一种蔬果采摘机器人，通过滚轮将蔬果采摘机器人移动至目标蔬果树旁，通过摄像头判断蔬果的位置和成熟度，然后通过叉剪升降平台调整机械臂的高度，机械臂动作使机械爪抓住蔬果后放入滑道，蔬果从滑道滑入储果蓝后完成采摘，本实用新型提供的蔬果采摘机器人可以减轻人工采摘强度，解放劳动力，降低种植成本，提高劳动生产效率，提高农产品的品质，满足市场需求。

附图说明

利用附图对实用新型作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本实用新型的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。

图1是本实用新型的蔬果采摘机器人的一个视图。

图2是本实用新型的蔬果采摘机器人的机械爪的立体结构示意图。

图3是本实用新型的蔬果采摘机器人的立体结构示意图。

其中，附图标记如下：1.底盘，2.滚轮，3.叉剪升降台，4.机械臂，5.机械爪，6.滑道，7.储果篮，8.丝杆电机，9电机，10.丝杆，11.爪子，12.爪子连接件，13.爪子伸缩件。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，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，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分的实施例，而不是全部的实施例。

如附图1-3所示，本实施例的一种蔬果采摘机器人，包括：底盘1，设于底盘1下方的滚轮2，设于底盘1上方的叉剪升降台3，设于叉剪升降台3上的机械臂4，设于机械臂4末端的机械爪5，底盘1上还设有滑道6、储果篮7、摄像头和主控电路板，滑道6一端连接储果篮7。

本实施例中，以番茄为例，该蔬果采摘机器人用于采摘番茄，该蔬果采摘机器人的摄像头为Openmv摄像头，通过训练后可以识别番茄的成熟度，根据需求采摘成熟度不同的番茄。

其中，主控电路板包括：主控芯片、用于测距的超声波模块、用于通讯的蓝牙模块、用于获取蔬果采摘机器人实时速度的编码器电机和用于保持小车平衡的陀螺仪模块，主控芯片通过导线分别连接超声波模块、蓝牙模块、编码器电机、陀螺仪模块和摄像头。

具体地，本实施例中的主控芯片可以为任何具有逻辑控制功能的芯片，例如STM32F13C8T6最小系统，通过STM32F13C8T6最小系统，分别可以操控与主控芯片电连接的超声波模块、蓝牙模块、WIFI模块、数码舵机KS3527、Openmv摄像头以及编码器电机。

本实施例中的超声波模块主要用于测距，通过摄像头识别番茄树后，对番茄树进行定位，定距离采摘。编码器电机用于驱动蔬果采摘机器人运动，具体采用的是霍尔编码器电机，可以自带测速码盘，可以实时测试出蔬果采摘机器人的速度。蔬果采摘机器人设有陀螺仪模块，当路面不平时，可以通过读取陀螺仪模块的6轴数据，来达到小车平衡，防止翻车。Openmv摄像头是用来做机器视觉，识别番茄的位置，并通过训练后识别番茄的成熟度，实现选择性采摘。

本实施例的蔬果采摘机器人还自带控制台，可以通过蓝牙模块连接手机APP 进行短距离控制，长距离传输控制则会采用WIFI模块无线通信，方便控制以及查看车的动态。

本实施例的蔬果采摘机器人采用了六轮悬架小车底盘1，运用六轮悬架小车底盘1，能很更好地番茄田地的地形，在凹凸不平的田地上，六轮悬架底盘1连接的六个滚轮2和陀螺仪模块相配合，能够使机器人平稳的行走，跨越障碍、坑洼，使蔬果采摘机器人不容易翻车、打滑、卡死。

机器人的两侧设计了两条滑道6，左右两条滑道6底部通往蔬果采摘机器人后部的储果篮7，两条滑道6可以使蔬果机器人在采摘番茄后，从任意一边放下番茄，加快蔬果采摘机器人的采摘速度。

本实施例中的叉剪升降台3，采用的是丝杆电机8的机构控制升降，本实施例的叉剪升降台3连接的方式采用的是直线导轨式，并且只有一节，并使蔬果采摘机器人的整体的体积更小、制作成本低廉、叉剪升降台3升降更平稳可靠、承载负重相对较高，且使控制更简单、准确。叉剪升降台3上面包括有舵机、轴承、压盘组成的旋转平台，旋转平台与叉剪升降台3完美贴合，节约空间，且不影响机构的受力以及稳定性。

具体地，旋转平台中的舵机的旋转角度范围为270度，用于控制旋转平台上面的机械臂4的水平方向角度旋转平台上面连接的是四自由度连杆机械臂4，四自由度连杆机械臂4的每条臂的长度都是根据整体机器人抓取的范围设计，且四自由度连杆机械臂4的每根杆和整体机械臂4都做了受力分析，保证了机器人在工作工程中的适用性。四自由度连杆机械臂4的每根杆之间通过轴承连接，保证了旋转时的光滑，减少阻力，减少对臂以及舵机的损失，延长机器的寿命。

在本实施例中，机械爪5包括丝杆10、电机9、爪子11、爪子连接件12、爪子伸缩件12，电机9连接机械臂4，电机9的转轴连接丝杆10，丝杆10贯穿爪子连接件12，爪子连接件12连接爪子11的一端，丝杆10的端部连接爪子伸缩件12，爪子伸缩件12连接爪子11的中部，还包括弹簧，弹簧连接爪子连接件12和爪子11的连接处，本实施例运用了弹簧的特性，实现了只有抓力到了一定的力度，爪子11将锁死，不再增加抓力爪取番茄，一旦锁死即代表抓实了番茄，可以收集放到蔬果采摘机器人两侧的滑道6，抓取后由旋转平台以及机械臂 4控制机械爪5到两侧滑道6上方，控制机械爪电机9放下采摘到的番茄到滑道 6上，番茄顺着滑道6，慢慢滚到滑道6底部进入储果篮7，完成一次采摘收集过程。后继续采摘下一个番茄。

本实施例还提供一种蔬果采摘系统，包括上述蔬果采摘机器人和铺设在番茄树周围的导航漆包线，在蔬果采摘机器人的底盘1上还设有电感传感器，电感传感器用于获取电磁波。设计使用电感传感器检测预先人为铺设在番茄树围的漆包线发出的20kHz的交变电磁波，对电感传感器采样值进行处理，包括中值滤波，均值滤波等多种滤波方式，更好的提高小车电感检测的稳定性，最后将所得出的值经过运算来控制小车的转向。

根据电磁学的知识，载流导线周围充满交变的的磁场，在当中放置一个电感线圈，电磁感应会使线圈内产生交变的电流。在导线位置和导线中电流既定的条件下，线圈中感应电流(或者电压)是空间位置的函数。本实施例利用上述方式形成蔬果采摘机器人的导航路线。

实现时只需一条漆包线与一信号发生器就能对路径进行铺设。在成熟番茄树下铺设一圆环，蔬果采摘机器人通过识别圆环，环绕番茄树一圈，把识别到成熟的果摘下，避免成熟的果实遗漏，当环绕树摘完一棵树的果实后再进行下一棵树的果实摘取，采用此路径可同时辅设多道，并多台机器同时采摘。

运用本实施例的蔬果采摘机器人用于番茄采摘，通过滚轮将番茄采摘机器人移动至目标番茄树旁，通过摄像头判断番茄的位置和成熟度，然后通过叉剪升降平台调整机械臂的高度，机械臂动作使机械爪抓住番茄后放入滑道，番茄从滑道滑入储果蓝后完成采摘，本实用新型提供的番茄采摘机器人可以减轻人工采摘强度，解放劳动力，降低种植成本，提高劳动生产效率，提高农产品的品质，满足市场需求。

最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种蔬果采摘机器人，其特征在于，包括：底盘，设于所述底盘下方的滚轮，设于底盘上方的叉剪升降台，设于所述叉剪升降台上的机械臂，设于所述机械臂末端的机械爪，所述底盘上还设有滑道、储果篮和主控电路板，所述底盘上还固定有摄像头，所述摄像头与所述主控电路板电连接，所述滑道一端连接所述储果篮。

2.根据权利要求1所述的蔬果采摘机器人，其特征在于：所述主控电路板包括：主控芯片、用于测距的超声波模块、用于通讯的蓝牙模块、用于获取蔬果采摘机器人实时速度的编码器电机和用于保持小车平衡的陀螺仪模块，所述主控芯片通过导线分别连接所述超声波模块、所述蓝牙模块、所述编码器电机、所述陀螺仪模块和摄像头。

3.根据权利要求1所述的蔬果采摘机器人，其特征在于：所述底盘下方设有六个滚轮，所述六个滚轮对称分布。

4.根据权利要求1所述的蔬果采摘机器人，其特征在于：所述底盘上方还设有丝杆电机，所述丝杆电机与所述叉剪升降台的连接方式为直线导轨式。

5.根据权利要求1所述的蔬果采摘机器人，其特征在于：所述叉剪升降台上方通过旋转平台连接所述机械臂，所述旋转平台包括舵机、轴承和压盘，所述压盘固定于所述旋转平台上，所述压盘上设有舵机，所述舵机通过所述轴承连接所述机械臂。

6.根据权利要求5所述的蔬果采摘机器人，其特征在于：所述舵机的旋转角度范围为270度，所述旋转平台的旋转角度通过所述舵机控制。

7.根据权利要求1所述的蔬果采摘机器人，其特征在于：所述机械臂为四自由度连杆机械臂，所述四自由度连杆机械臂的每根杆之间通过轴承连接。

8.根据权利要求1所述的蔬果采摘机器人，其特征在于：所述机械爪为过载机械爪，所述过载机械爪包括丝杆、电机、爪子、爪子连接件、爪子伸缩件，所述电机连接所述机械臂，所述电机的转轴连接所述丝杆，所述丝杆贯穿所述爪子连接件，所述爪子连接件连接所述爪子的一端，所述丝杆的端部连接爪子伸缩件，所述爪子伸缩件连接所述爪子的中部。

9.根据权利要求1所述的蔬果采摘机器人，其特征在于：所述底盘上还设有电感传感器，所述电感传感器用于获取电磁波。

10.一种蔬果采摘系统，其特征在于，包括权利要求1至9任意一项所述的蔬果采摘机器人和铺设在蔬果树周围用于发出电磁波的导航导线。

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