CN220422490U - 一种烟叶采摘机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种烟叶采摘机器人，涉及烟叶采摘技术领域，解决了现有烟叶采摘方式仍需要人工对烟叶进行采摘导致采摘效率不高的问题。本实用新型包括顶棚吊架、直线模组、机械臂和夹爪，顶棚吊架与外部设备连接，顶棚吊架上设置有直线模组，直线模组上设置有机械臂，机械臂另一端设置有夹爪；夹爪包括安装座和两个夹爪手指，安装座与机械臂活动连接，安装座上活动安装有两个夹爪手指。本实用新型集烟叶位置识别、机械臂位姿调整、夹爪抓取为一体，同时具有使用方便、自由度高等优点，使用本实用新型不仅其缩短作业时间，还减轻了操作人员的工作量，使步骤简单，采摘精度、效率得到提高。

Description

一种烟叶采摘机器人

技术领域

本实用新型涉及烟叶采摘技术领域，具体为一种烟叶采摘机器人。

背景技术

基于我国虽然是烟叶生产大国，但我国烟草采收的机械化却相对较为落后，烟叶采收一直处于人工作业阶段，这主要与我国的烟叶种植模式，种烟区分布等相联系的。我国的种烟区主要分为三个区域：东北种烟区，黄淮种烟区和丘陵种烟区。东北种烟区由于地广人稀，种烟地块面积大，需要生产效率高的大型烟草收获机械。黄淮种烟区由于人口密度大，烟农习惯分散种植，每户的种烟地块面积不大，大型收获机械虽然作业效率高，但价格昂贵，地头转弯半径大，转弯时对烟草的损伤率较高，烟农难以接受。对于转弯半径小的小型收获机械，烟农们却乐意接受。丘陵种烟区由于地面起伏大，地块面积小，烟农们更需要机动性更好，适应于山地丘陵的微型烟草收获机械。目前，我国绝大多数烟农还是手工采摘烟叶，效率低，需要消耗大量的劳动力和时间，并难以保证及时采摘。在需要收获的烟叶量极大的情况下，手工采摘已不能满足需要，而且容易错过最佳收获时间。虽然目前也有少量半机械化和机械化的收获机投入使用，其采摘效率比人工操作高，能及时完成采摘作业；但是这类烟叶收获机的结构大多比较复杂，烟叶收获机的造价比较高，且在田间施工的时候容易损坏，一直未能得到广泛使用，进而造成经济损失，也在一定程度上制约了烟叶行业的发展。烟叶采摘过程中常面临以下问题：难以保证采摘的及时性、采摘耗时长、受现实采摘环境影响采摘准确性低等因素影响。因此，开发一款性能可靠、适合国内烟叶采摘机器人，对加快我国烟叶采收作业机械化具有重要意义。

专利文献号为CN109566081的中国专利公开了一种高效半人工烟叶采摘机，其依然是依靠人工来对烟叶进行采摘，机械化程度不高，采摘效率受到影响；同时由于需要人员在采摘机上工作，导致整个采摘机体积较大，结构不紧凑。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述提到的现有烟叶采摘方式仍需要人工对烟叶进行采摘导致采摘效率不高的问题，特此提出了一种烟叶采摘机器人。本实用新型集烟叶位置识别、机械臂位姿调整、夹爪抓取为一体，同时具有使用方便、自由度高等优点，使用本实用新型不仅其缩短作业时间，还减轻了操作人员的工作量，使步骤简单，采摘精度、效率得到提高。

本实用新型提出了一种烟叶采摘机器人，具体包括顶棚吊架、直线模组、机械臂和夹爪，顶棚吊架与外部设备连接，顶棚吊架上设置有直线模组，直线模组上设置有机械臂，机械臂另一端设置有夹爪；夹爪包括安装座和两个夹爪手指，安装座与机械臂活动连接，安装座上活动安装有两个夹爪手指。

更进一步地，所述机械臂包括机械臂大臂、机械臂中臂、机械臂小臂和若干驱动装置，直线模组、机械臂大臂、机械臂中臂、机械臂小臂和夹爪依次连接，在连接位置均设置有驱动装置。

更进一步地，所述机械臂还包括深度相机，深度相机设置在直线模组和机械臂大臂的连接位置处。

更进一步地，所述夹爪还包括滑轨，滑轨设置在安装座上，滑轨上滑动安装有两个夹爪手指。

更进一步地，所述夹爪还包括摄像头，摄像头设置在滑轨上。

更进一步地，所述安装座包括连接法兰和驱动装置，连接法兰与机械臂小臂连接；连接法兰上设置有驱动装置，驱动装置与滑轨连接。

更进一步地，所述夹爪还包括两个齿形刀片，齿形刀片分别安装在夹爪手指上。

更进一步地，所述顶棚吊架包括顶棚固定加强筋、顶棚固定侧板和顶棚固定底板，顶棚固定侧板与外部设备连接，顶棚固定侧板和顶棚固定底板通过顶棚固定加强筋连接，顶棚固定底板与直线模组连接。

更进一步地，所述直线模组包括直线模组电机、滚珠丝杠和机械臂安装板，直线模组电机与滚珠丝杠连接，滚珠丝杠上滑动安装有机械臂安装板，机械臂安装板与机械臂大臂连接；械臂安装板上设置有深度相机。

更进一步地，所述直线模组还包括若干限位开关，若干限位开关设置在滚珠丝杠上。

本实用新型所述的一种烟叶采摘机器人的有益效果为：

(1)本实用新型所述的一种烟叶采摘机器人，集烟叶位置识别、机械臂位姿调整、夹爪抓取为一体，同时具有使用方便、自由度高等优点，使用本实用新型不仅其缩短作业时间，还减轻了操作人员的工作量，使步骤简单，采摘精度、效率得到提高；

(2)本实用新型所述的一种烟叶采摘机器人，整机重量轻，自由度高，可以以更高的柔性来实现位姿调整，机械臂大臂、中臂和小臂均采用回转机构，机械臂的圆弧抓取形式能更有效的躲避现实条件下的干扰，来实现对目标烟叶的精确定位；

(3)本实用新型所述的一种烟叶采摘机器人，机械臂响应速度快，理论2.5s完成一次抓取，理论上夹爪开合抓取的时间可以达到0.2s，大大提高作业效率；

(4)本实用新型所述的一种烟叶采摘机器人，防尘、防水效果好，可以应用在户外以及一些环境相对复杂的场合。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。

在附图中：

图1是本实用新型所述的一种烟叶采摘机器人的整体结构示意图；

图2是本实用新型所述的一种烟叶采摘机器人的机械臂结构示意图；

图3是本实用新型所述的一种烟叶采摘机器人的夹爪结构示意图；

图4是本实用新型所述的一种烟叶采摘机器人的顶棚吊架结构示意图；

图5是本实用新型所述的一种烟叶采摘机器人的直线模组结构示意图；

其中：1-顶棚吊架，2-直线模组，3-机械臂，4-夹爪，5-机械臂大臂，6-深度相机，7-相机安装座，8-机械臂大臂电机，9-机械臂中臂电机，10-机械臂中臂，11-机械臂小臂，12-夹爪电机，13-夹爪安装座，14-机械臂小臂电机，15-末端连接法兰1，16-末端连接法兰2，17-摄像头，18-夹爪手指，19-齿形刀片，20-顶棚固定加强筋，21-顶棚固定侧板，22-顶棚固定底板，23-直线模组电机，24-限位开关，25-滚珠丝杠，26-机械臂安装板，27-滑轨。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明：

具体实施方式一：参见图1-图5具体说明本实施方式。本实施方式所述的一种烟叶采摘机器人具体包括顶棚吊架1、直线模组2、机械臂3和夹爪4，顶棚吊架1与外部设备连接，顶棚吊架1上设置有直线模组2，直线模组2上设置有机械臂3，机械臂3另一端设置有夹爪4；夹爪4包括安装座13和两个夹爪手指18，安装座13与机械臂3活动连接，安装座13上活动安装有两个夹爪手指18，夹爪手指18通过气缸驱动实现开合动作。

所述机械臂3包括机械臂大臂5、机械臂大臂电机8、机械臂中臂电机9、机械臂中臂10、机械臂小臂11、夹爪电机12和机械臂小臂电机14，所述直线模组2、机械臂大臂5、机械臂中臂10、机械臂小臂11和夹爪4依次连接，具体为机械臂大臂5与直线模组2连接位置设置有机械臂大臂电机8，实现机械臂大臂5的回转运动；机械臂中臂10与机械臂大臂5连接位置设置有机械臂中臂电机9，实现采摘机械臂中臂10的回转运动；机械臂小臂11与机械臂中臂10连接位置设置有机械臂小臂电机14，实现机械臂小臂11的回转运动；机械臂小臂11另一端还设置有夹爪电机12，夹爪电机12与夹爪4连接并驱动夹爪4进行回转运动。

所述机械臂3还包括深度相机6，深度相机6设置在直线模组2和机械臂大臂5的连接位置处，深度相机6跟随机械臂大臂5一起上下移动，对烟叶高度位置进行初步的识别。

所述夹爪4还包括滑轨27，滑轨27设置在安装座13上，滑轨27上滑动安装有两个夹爪手指18。

所述夹爪4还包括摄像头17，摄像头17设置在滑轨27上，摄像头17跟随滑轨27一起运动，通过摄像头17对夹爪4伸入位置进行识别。

所述安装座13包括连接法兰16和驱动装置，连接法兰16与机械臂小臂11连接；连接法兰16上设置有驱动装置，驱动装置与滑轨27连接，驱动滑轨27进行回转。

所述夹爪4还包括两个齿形刀片19，齿形刀片19分别安装在夹爪手指18上，用于对烟叶的柄部进行切断。

所述顶棚吊架1包括顶棚固定加强筋20、顶棚固定侧板21和顶棚固定底板22，所述顶棚固定侧板21与外部设备连接，顶棚固定侧板21和顶棚固定底板22通过顶棚固定加强筋20连接，顶棚固定底板22与直线模组2连接。

所述直线模组2包括直线模组电机23、滚珠丝杠25和机械臂安装板26，滚珠丝杠25上端安装有直线模组电机23，滚珠丝杠25上滑动安装有机械臂安装板26，机械臂安装板26与机械臂大臂5连接；械臂安装板26上设置有深度相机6，深度相机6跟随械臂安装板26以及机械臂28一起上下运动；通过直线模组电机23驱动滚珠丝杠25带动采摘机械臂安装板26，进而带动采摘机械臂28上下运动。

所述直线模组2还包括若干限位开关24，若干限位开关24设置在滚珠丝杠25的侧面；所述限位开关24为pnp限位开关。

本实用新型所述的一种烟叶采摘机器人的具体工作过程为：

通过采摘机器人上的深度相机6对烟叶位置进行识别，直线模组2带动机械臂3移动到深度相机6识别到的烟叶高度位置，随后在若干伺服电机的驱动下机械臂大臂5、机械臂中臂10、机械臂小臂11和夹爪4之间互相协同工作进行位姿调整，通过夹爪4上设置的摄像头17进行精确的烟叶位置识别，夹爪4对齐所需要采摘的烟叶，调整机械臂小臂11与夹爪4之间关节的俯仰角度，同时转动夹爪手指以实现所采摘烟叶可以被夹爪手指18夹紧，并通过齿形刀片19对烟叶的柄部进行切断，完成采摘。

总结上述实施案例，本实用新型所述的一种烟叶采摘机器人，集烟叶位置识别、机械臂位姿调整、夹爪抓取为一体，同时具有使用方便、自由度高等优点，使用本实用新型不仅其缩短作业时间，还减轻了操作人员的工作量，使步骤简单，采摘精度、效率得到提高；本实用新型所述的一种烟叶采摘机器人，整机重量轻，自由度高，可以以更高的柔性来实现位姿调整，机械臂大臂5、机械臂中臂10和机械臂小臂11均采用回转机构，机械臂的圆弧抓取形式能更有效的躲避现实条件下的干扰，来实现对目标烟叶的精确定位；本实用新型所述的一种烟叶采摘机器人，机械臂3响应速度快，理论2.5s完成一次抓取，理论上夹爪4开合抓取的时间可以达到0.2s，大大提高作业效率；本实用新型所述的一种烟叶采摘机器人，其防尘、防水，可以应用在户外，目前农业机器人都是在大棚里，所以防尘防水可以使本机器人应用于一些相对复杂的场合。

以上所述的具体实施例，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明。所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制实用新型，还可以是上述实施方式记载的特征的合理组合，凡在本实用新型精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种烟叶采摘机器人，其特征在于：包括顶棚吊架(1)、直线模组(2)、机械臂(3)和夹爪(4)，顶棚吊架(1)与外部设备连接，顶棚吊架(1)上设置有直线模组(2)，直线模组(2)上设置有机械臂(3)，机械臂(3)另一端设置有夹爪(4)；夹爪(4)包括安装座(13)和两个夹爪手指(18)，安装座(13)与机械臂(3)活动连接，安装座(13)上活动安装有两个夹爪手指(18)。

2.根据权利要求1所述的烟叶采摘机器人，其特征在于：所述机械臂(3)包括机械臂大臂(5)、机械臂中臂(10)、机械臂小臂(11)和若干驱动装置，直线模组(2)、机械臂大臂(5)、机械臂中臂(10)、机械臂小臂(11)和夹爪(4)依次连接，在连接位置均设置有驱动装置。

3.根据权利要求2所述的烟叶采摘机器人，其特征在于：所述机械臂(3)还包括深度相机(6)，深度相机(6)设置在直线模组(2)和机械臂大臂(5)的连接位置。

4.根据权利要求1-3任一项所述的烟叶采摘机器人，其特征在于：所述夹爪(4)还包括滑轨(27)，滑轨(27)设置在安装座(13)上，滑轨(27)上滑动安装有两个夹爪手指(18)。

5.根据权利要求4所述的烟叶采摘机器人，其特征在于：所述夹爪(4)还包括摄像头(17)，摄像头(17)设置在滑轨(27)上。

6.根据权利要求4所述的烟叶采摘机器人，其特征在于：所述安装座(13)包括连接法兰(16)和驱动装置，连接法兰(16)与机械臂小臂(11)连接；连接法兰(16)上设置有驱动装置，驱动装置与滑轨(27)连接。

7.根据权利要求1、2、3、5或6所述的烟叶采摘机器人，其特征在于：所述夹爪(4)还包括两个齿形刀片(19)，齿形刀片(19)分别安装在夹爪手指(18)上。

8.根据权利要求1所述的烟叶采摘机器人，其特征在于：所述顶棚吊架(1)包括顶棚固定加强筋(20)、顶棚固定侧板(21)和顶棚固定底板(22)，顶棚固定侧板(21)与外部设备连接，顶棚固定侧板(21)和顶棚固定底板(22)通过顶棚固定加强筋(20)连接，顶棚固定底板(22)与直线模组(2)连接。

9.根据权利要求1所述的烟叶采摘机器人，其特征在于：所述直线模组(2)包括直线模组电机(23)、滚珠丝杠(25)和机械臂安装板(26)，直线模组电机(23)与滚珠丝杠(25)连接，滚珠丝杠(25)上滑动安装有机械臂安装板(26)，机械臂安装板(26)与机械臂大臂(5)连接；械臂安装板(26)上设置有深度相机(6)。

10.根据权利要求9所述的烟叶采摘机器人，其特征在于：所述直线模组(2)还包括若干限位开关(24)，若干限位开关(24)设置在滚珠丝杠(25)上。