CN215074028U - 一种番茄采摘机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种番茄采摘机器人。本实用新型的采摘机器人主要用于果园内的番茄采摘；通过深度摄像机观察周围环境、进行避障、定位果实和识别果实是否成熟；通过GPS接收器进行机器人的路径规划；行走采用履带，机器人地面适应性强，对土壤破坏小；可通过移动网络技术对机器人进行远程控制；该机器人也可通过移动网络技术实现自主报警，上传数据，远程监控；机器人用三坐标龙门式移动架控制机械臂前后左右上下移动，可以采摘机身周围的果实；所述采摘筐位于三坐标龙门式移动架下面，用于存放采摘的果实；所述压力传感器位于采摘筐下面，实时监控采摘的果实重量。

Description

一种番茄采摘机器人

技术领域

本实用新型专利涉及机器人领域，尤其涉及一种番茄采摘机器人。

背景技术

目前我国果园的番茄采摘，普遍的采摘方法就是靠人工操作，到了果实收获季节，都需要寻找大量工人来采摘果实，果实采摘投入的劳动力，占全部种植环节投入劳动力的50%左右，人的活动会伤害种植土壤，破坏果园种植环境。随着人工智能和计算机图像处理技术的发展，现代化农业逐渐走向智能化、自动化，国内外无数专家与学者都在研究采摘机器人。采摘机器人代替人工采摘，解放了农业劳动力。

发明内容

为了解决现有农业劳动力不够的问题，本实用新型专利提供了一种番茄采摘机器人，代替人工完成果实采摘，实现果实采摘的智能化、自动化，节省人力成本。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用的方案是：

一种番茄采摘机器人，包括机身、移动装置、GPS接收器、报警器、三坐标龙门式移动架、采摘筐、压力传感器、深度摄像机，所述机身是整个机器人的安装主体，所述机身由下箱体和上盖组成，所述机身内部设置有锂电池，所述锂电池为机器人提供电源，所述机身的两侧设置有移动装置，两个方轴分别设置在机身前后方，转向装置设置在方轴下方，方轴顶端的内部设置有直流伺服电机，深度摄像机固定安装在直流伺服电机的电机轴上，通过直流伺服电机的轴的旋转带动深度摄像机上下旋转，所述机身上方设置有三坐标龙门式移动架，所述三坐标龙门式移动架下面设置有采摘筐，所述采摘筐下设置有压力传感器；三坐标龙门式移动架由X方向同步带装置、Y方向同步带装置和Z方向同步带装置组成。Y方向同步带装置设置在X方向同步带装置的滑块上，Z方向同步带装置设置在Y方向同步带装置的滑套上，机械臂设置在Z方向同步带装置的滑块上。

作为本实用新型的进一步改进，所述转向装置由角接触球轴承、端盖、大齿轮、小齿轮、小型步进电机组成，方轴下部与角接触球轴承同轴过盈配合，方轴底部与大齿轮同轴过盈配合，小齿轮与小型步进电机的轴同轴过盈配合，小齿轮与大齿轮啮合。

作为本实用新型的进一步改进，所述移动装置包括设置在机身两侧的八个电机、八个主动轮、三十六个负重轮、四条履带，电机分别固定在机身内部两侧，主动轮与电机的输出轴相连，主动轮设置在机身外侧并与电机的输出轴连接，负重轮设置在机身外侧，主动轮和负重轮外部设置有履带。

作为本实用新型的进一步改进，所述机械臂包括：底盘、一级舵机、转臂、二级舵机、一级摆臂、三级舵机、二级摆臂、四级舵机、安装座、五级舵机、夹持手，底盘固定安装在同步带装置D的滑块上，一级舵机设置在底盘内部，转臂的一端连接着一级舵机的输出轴，转臂的另一端内部设置有二级舵机，一级摆臂的一端连接着二级舵机的输出轴，一级摆臂的另一端连接着三级舵机的输出轴，二级摆臂一端内部设置有三级舵机，二级摆臂另一端内部设置有四级舵机，安装座固定安装在四级舵机的输出轴上，安装座内部设置有五级舵机，夹持手固定安装在五级舵机的输出轴上。

附图说明

图1为本实用新型的正三轴测图。

图2为本实用新型的机身的正三轴测图。

图3为本实用新型的下箱体的正三轴测图。

图4为本实用新型的三坐标龙门式移动架的正三轴测图。

图5为本实用新型的三坐标龙门式移动架的俯视图。

图6为本实用新型的同步带装置的正三轴测图。

图7为本实用新型的零件的正三轴测图。

图8为本实用新型的机械臂的正三轴测图。

1.角铁，2.立型材，3.型材套，4.防尘盖，5.X方向同步带装置，6.三坐标龙门式移动架，7.机械臂，8.横型材，9.采摘筐，10.移动装置，11.上盖，12.下箱体，13.转向装置，14.压力传感器，15.方轴，16.机身，17.深度摄像机，18.挡板，19.报警器，20.GPS接收器，21.锂电池，22.控制箱，23.电机，24.主动轮，25.负重轮，26.履带，27.Y方向同步带装置，28.同步带装置A，29.Z方向同步带装置，30.滑套，31.同步带装置B，32.同步带装置C，33.同步带装置D，34.连杆，35.长轴，36.同步带装置，100.短轴，101.小角接触球轴承，102.同步带轮，103.同步带，104.型材，105.滑块，106.同步带轮固定件，107.联轴器，108.连接件，109.刹车电机，200.角接触球轴承，201.端盖，202.直流伺服电机，203.大齿轮，204.小齿轮，205.小型步进电机，300.底盘，301.一级舵机，302.转臂，303.二级舵机，304.一级摆臂，305.三级舵机，306.二级摆臂，307.四级舵机，208.安装座，209.五级舵机，310.夹持手。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

实施例：如图1、图2所示的一种番茄采摘机器人，机身16是整个机器人的安装主体，机身16由下箱体12和上盖11组成，移动装置10设置在机身两侧，四个压力传感器14安装在机身16上，压力传感器14可以监控采摘番茄的重量，采摘筐9安放在机身16上，四根立型材2由三个角铁1固定安装在机身16上，型材套3固定安装在立型材2顶部，两根横型材8由角铁1固定安装在型材套3的下方、机身16的前后，三坐标龙门式移动架6固定安装在型材套3上，机械臂7固定安装在三坐标龙门式移动架6上，两个方轴15分别设置在机身16前后方，转向装置13设置在方轴15下方，方轴15顶端的内部设置有直流伺服电机202，深度摄像机17固定安装在直流伺服电机202的电机轴上，通过直流伺服电机202的轴的旋转带动深度摄像机17俯仰。通过深度摄像机17可以观察周围环境、进行避障、定位果实和识别果实是否成熟。

移动装置10具体结构如图3所示，移动装置10包括设置在机身16两侧的八个电机23、八个主动轮24、三十六个负重轮25、四条履带26，电机23分别固定在机身16内部两侧，主动轮24与电机23的输出轴相连，主动轮24设置在机身16外侧并与电机24的输出轴连接，负重轮25设置在机身16外侧，主动轮24和负重轮25外部设置有履带26。电机23与控制箱22进行通讯，当负重较小时，只有机身16前后四个电机23工作带动前后四个主动轮24运动，当采摘一定重量的果实时，机身16重量增加，通过压力传感器14的信号，八个电机23同时工作带动八个主动轮24运动。

同步带装置36具体结构如图6所示，同步带装置36由防尘盖4、短轴100，长轴35，小角接触球轴承101，同步带轮102，同步带103，型材104，滑块105，同步带轮固定件106，联轴器107，连接件108，刹车电机109组成，防尘盖4安装在同步带轮固定件106上，接刹车电机109设置在型材104的一端，刹车电机109可以在机器人停止运动、损坏或电量过低时锁死，不会因外力转动，长轴35的一端连接联轴器107，另一端与同步带轮102同轴过盈配合，联轴器107一端连接长轴35，另一端与刹车电机109的电机轴连接，同步带轮102两侧面都设置有一个小角接触球轴承101，同步带轮102的轴心与小角接触球轴承101同轴过盈配合，小角接触球轴承101与同步带轮固定件106同心过盈配合，连接件108通过一面通过固定在同步带轮固定件106上，连接件108另外一面固定安装着刹车电机109，未连接刹车电机109的型材104的一端的短轴100与同步带轮102过盈配合，同步带103通过型材104两端的同步带轮102，滑块105固定安装在同步带102上。

三坐标龙门式移动架6具体结构如图4、图5所示，三坐标龙门式移动架6由X方向同步带装置5、Y方向同步带装置27和Z方向同步带装置29组成。Y方向同步带装置27设置在X方向同步带装置5的滑块105上，Z方向同步带装置29设置在Y方向同步带装置27的滑套30上，机械臂7设置在Z方向同步带29装置的滑块105上。

X方向同步带装置27由同步带装置A28、同步带装置B31和连杆34组成，刹车电机109的轴通过联轴器107与长轴35一端连接，长轴35另外一端连接另外一个联轴器107，连杆34两端都连接联轴器107，当刹车电机109运动时，带动一侧长轴35旋转，再带动连杆34旋转，再带动另一侧面的长轴35旋转，从而使两个同步带103同步运动，从而带动同步带103上的滑块105前后运动，从而带动Y方向同步带装置27前后运动。

Y方向同步带装置27由同步带装置36组成，Y方向同步带装置27的滑套30固定安装在同步带103上，刹车电机109运动时，通过Y方向同步带装置27，可以带动滑套30左右运动，从而带动Z方向同步带装置29运动。

Z方向同步带装置29，由同步带装置C32和方向同步带装置D33通过两端的同步带轮固定件固定组成，当同步带装置C32上的刹车电机109运动时，Z方向同步带装置29沿着Z方向运动，同步带装置D33的同步带103上的滑块105，滑块105上设置有机械臂7，同步带装置D33的刹车电机109运动时，可以带动滑块105运动，从而带动机械臂7沿Y方向运动。通过三坐标龙门式移动架6和机械臂7，可以让机器人采摘果实并把采摘好的果实轻轻摆放到采摘筐9的底部。

转向装置13结构如图7所示，转向装置13由角接触球轴承200、端盖201、大齿轮203、小齿轮204、小型步进电机205组成，方轴15下部与角接触球轴承200同轴过盈配合，方轴15底部与大齿轮203同轴过盈配合，小齿轮204与小型步进电机205的轴同轴过盈配合，小齿轮204与大齿轮203啮合，小齿轮204由小型步进电机205带动，小齿轮204带动大的齿轮203旋转，大齿轮203的旋转带动方轴15旋转，方轴15的旋转带动深度摄像机17在水平方向旋转，可以获得更多视角。挡板8通过刚性连接与深度摄像机17连接，避免深度摄像机17因为强光的影响而无法正常工作。

报警器19固定安装在机身16后面，当机器人电量不足或者发生故障时，会发信号给控制室。GPS接收器20固定在机身16后面，为机器人提供精准的定位信息，在使用前可以规划好机器人的采摘轨迹，让机器人按照精准的轨迹采摘果实。压力传感器14可以测量采摘筐9内所采摘的果实重量，当机器人采摘一定重量的果实后，机器人会返航。

下箱体12结构如图3所示，锂电池21固定安装在下箱体12上，锂电池21为采摘机器人提供能源。控制箱22固定安装在下箱体12上。

机械臂7的具体结构如图8所示，底盘300固定安装在同步带装置D33的滑块105上，一级舵机301设置在底盘300内部，转臂302的一端连接着一级舵机301的输出轴，转臂302的另一端内部设置有二级舵机303，一级摆臂304的一端连接着二级舵机303的输出轴，一级摆臂304的另一端连接着三级舵机305的输出轴，二级摆臂306一端内部设置有三级舵机305，二级摆臂306另一端内部设置有四级舵机307，安装座208固定安装在四级舵机307的输出轴上，安装座208内部设置有五级舵机209，夹持手310固定安装在五级舵机209的输出轴上。

采摘机器人通过移动装置10移动到番茄植株旁停止运动，通过三坐标龙门式移动架6将机械臂7移动到靠近果实的位置，转臂302能够带动整个机械臂7进行整体的转动，安装座208能够带动夹持手310的转动，五级舵机209能够带动夹持手310做开合动作，并配合一级摆臂304、二级摆臂306的转动，从而完成采摘动作，再通过三坐标龙门式移动架6移动机械臂7，机械臂7将果实摆放到采摘筐9内。

以上实施仅为说明本实用新型的技术思想，不能以此限定本实用新型的保护范围，凡是按照本实用新型提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本实用新型的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种番茄采摘机器人，包括机身、移动装置、GPS接收器、报警器、深度摄像机、三坐标龙门式移动架、采摘筐、压力传感器、机械臂，其特征在于：所述机身的两侧设置有移动装置，所述机身前后都设置有一个方轴，方轴底部设置有旋转装置，方轴顶端内部设置有直流伺服电机，直流伺服电机轴上安装有深度摄像机。

2.根据权利要求1所述的一种番茄采摘机器人，其特征在于：所述三坐标龙门式移动架由X方向同步带装置、Y方向同步带装置和Z方向同步带装置组成，Y方向同步带装置设置在X方向同步带装置的滑块上，Z方向同步带装置设置在Y方向同步带装置的滑套上，机械臂设置在Z方向同步带装置的滑块上。

3.根据权利要求1所述的一种番茄采摘机器人，其特征在于：所述机身后面设置有GPS接收器和报警器，所述机身中间设置有压力传感器，压力传感器上方设置采摘筐。

4.根据权利要求1所述的一种番茄采摘机器人，其特征在于：所述机械臂包括：底盘、一级舵机、转臂、二级舵机、一级摆臂、三级舵机、二级摆臂、四级舵机、安装座、五级舵机、夹持手，底盘固定安装在同步带装置D的滑块上，一级舵机设置在底盘内部，转臂的一端连接着一级舵机的输出轴，转臂的另一端内部设置有二级舵机，一级摆臂的一端连接着二级舵机的输出轴，一级摆臂的另一端连接着三级舵机的输出轴，二级摆臂一端内部设置有三级舵机，二级摆臂另一端内部设置有四级舵机，安装座固定安装在四级舵机的输出轴上，安装座内部设置有五级舵机，夹持手固定安装在五级舵机的输出轴上。

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