CN220511686U - 一种大棚草莓自动采摘机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种大棚草莓自动采摘机器人，属于草莓采摘技术领域。该大棚草莓自动采摘机器人包括动力小车和四轴协作机械臂以及采摘夹爪，所述动力小车上设有视觉系统和草莓筐；所述视觉系统包括用于采集前方道路图像信息的第一摄像头、用于采集草莓图像信息的第二摄像头和第三摄像头以及工控机。本实用新型通过第一摄像头采集前方道路图像信息，获取草莓栽培架的位置信息，工控机控制使动力小车在大棚内循迹行进，通过第二摄像头和第三摄像头采集草莓图像信息，工控机控制四轴协作机械臂和采摘夹爪将草莓采入草莓筐中，实现大棚草莓的自动采摘，提高采摘效率，降低采摘成本。

Description

一种大棚草莓自动采摘机器人

技术领域

本实用新型属于草莓采摘技术领域，具体涉及一种大棚草莓自动采摘机器人。

背景技术

大棚草莓与露天草莓相比，对外界环境的要求较低，可全年供应，种植过程中，大棚草莓染病概率低，品相极佳。传统的大棚草莓种植方式为地面栽培，随着大棚技术的日益发展，越来越多的温室大棚采取立体栽培的方式对草莓进行种植。将大棚草莓栽培在多层结构的栽培架上，不仅能提高大棚的空间利用率，也为人工采摘提供了便利。

然而随着大棚内草莓产量的增加，手工采摘所需的人力成本也在不断上升。大棚草莓在采摘过程中，需要明确草莓的生长位置，又因为草莓的食用部分是由花托发育而成的假果，而并非真正的果肉，草莓假果缺乏果皮的保护，所以采摘草莓时还需动作轻柔，若使用机械结构进行采摘作业，则容易对草莓的假果构成损伤，因此现有技术中，大棚草莓仍采用人工采摘的方式进行收获，采摘效率较低，采摘成本也颇高。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于为了解决上述问题而提供一种大棚草莓自动采摘机器人。

本实用新型通过以下技术方案来实现上述目的：

一种大棚草莓自动采摘机器人，包括动力小车和设于动力小车顶部的多轴机械臂以及设于多轴机械臂的输出端的采摘夹爪，所述动力小车上设有视觉系统和草莓筐，所述视觉系统用于采集图像信息；

所述视觉系统包括用于采集前方道路图像信息的第一摄像头、用于采集草莓图像信息的第二摄像头和第三摄像头以及用于控制动力小车、多轴机械臂和采摘夹爪的工控机，所述多轴机械臂用于移动采摘夹爪，所述采摘夹爪用于剪切并夹持草莓。

作为本实用新型的进一步优化方案，所述动力小车包括底盘、设于底盘一侧底部的两个驱动轮、设于底盘另一侧底部的一个万向轮。

作为本实用新型的进一步优化方案，所述多轴机械臂为四轴协作机械臂。

作为本实用新型的进一步优化方案，所述采摘夹爪包括固定设于四轴协作机械臂输出端的安装架、对称设于安装架两侧的两个夹持块、固定设于夹持块端部的第一刀具和第二刀具以及用于驱动夹持块的直线驱动组件。

作为本实用新型的进一步优化方案，所述第二刀具通过刀架与夹持块的端部相互固定，两个所述刀架的下端分别固定设于两个夹持块的端部，两个所述刀架的上端安装有第二刀具并相互靠近。

作为本实用新型的进一步优化方案，所述直线驱动组件包括固定设于安装架顶部的驱动电机、固定设于驱动电机输出端的摇臂和分别转动设于摇臂两端的摆臂，两个所述夹持块分别与两个摆臂远离摇臂的一端转动连接，两个所述夹持块分别滑动设于安装架两侧。

作为本实用新型的进一步优化方案，所述第一摄像头固定设于底盘的前端，所述第二摄像头固定设于四轴协作机械臂的顶部，所述第三摄像头固定设于安装架与四轴协作机械臂的连接处，所述工控机安装在机箱的内部，所述机箱固定设于底盘顶端。

作为本实用新型的进一步优化方案，两个所述摆臂关于驱动电机的输出端中心对称，两个所述摆臂均呈弧形。

作为本实用新型的进一步优化方案，所述第一刀具相对的一端设有弹力层。

本实用新型的有益效果在于：

1)本实用新型通过第一摄像头采集前方道路图像信息，工控机接收前方道路图像信息后，使动力小车在大棚内按照草莓栽培架的摆放位置循迹行进，工控机接收视觉系统传递的信息，并控制四轴协作机械臂和采摘夹爪，将草莓送入草莓筐内，以实现栽培架上的草莓的自动采摘，提高采摘效率，降低采摘成本；

2)本实用新型在采集草莓图像信息的过程中，通过第二摄像头配合工控机和四轴协作机械臂对采摘夹爪进行一次定位，通过第三摄像头配合工控机和四轴协作机械臂对采摘夹爪进行二次定位，通过在四轴协作机械臂和采摘夹爪上设置第二摄像头和第三摄像头，使机器人对草莓的定位更加精准，确保自动采摘机器人能够顺利完成采摘作业；

3)本实用新型通过在夹持块端部设置用于剪切草莓匍匐茎的第一刀具，和用于夹持草莓假果的第二刀具，在切割匍匐茎的同时对草莓进行夹持，通过四轴协作机械臂将采摘夹爪移动至草莓筐的开口内，采摘夹爪松开草莓后完成对草莓的收获，能够避免采摘过程对草莓构成损伤。

附图说明

图1是本实用新型的工作状态示意图；

图2是本实用新型的整体结构示意图；

图3是本实用新型的动力小车结构示意图；

图4是本实用新型的四轴协作机械臂结构示意图；

图5是本实用新型的采摘夹爪结构示意图；

图6是本实用新型的采摘通道俯视图。

图中：1、动力小车；2、四轴协作机械臂；3、采摘夹爪；4、视觉系统；5、草莓筐；6、机箱；11、底盘；12、驱动轮；13、万向轮；31、安装架；32、驱动电机；33、摇臂；34、摆臂；35、夹持块；36、第一刀具；37、刀架；38、第二刀具；39、弹力层；41、第一摄像头；42、第二摄像头；43、第三摄像头；C、采摘通道。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

实施例

如图1所示，一种大棚草莓自动采摘机器人，用于采摘温室大棚内的草莓，大棚内设有多个相互平行的采摘通道C，相邻的两个采摘通道C之间设有草莓栽培架，大棚内的草莓种植在草莓栽培架上，该栽培架优选为A型多层立体栽培架，包括动力小车1和设于动力小车1顶部的多轴机械臂以及设于多轴机械臂的输出端的采摘夹爪3，多轴机械臂为四轴协作机械臂2，动力小车1上设有视觉系统4和草莓筐5，视觉系统4用于采集图像信息，并控制动力小车1、多轴机械臂以及采摘夹爪3进行采摘作业。

如图2和图4所示，视觉系统4包括用于采集前方道路图像信息的第一摄像头41、用于采集草莓图像信息的第二摄像头42和第三摄像头43以及用于控制动力小车1、多轴机械臂和采摘夹爪3的工控机，工控机的型号优选为RCX-2000PEG，多轴机械臂用于移动采摘夹爪3，采摘夹爪3用于剪切并夹持草莓，动力小车1为双轮差速驱动式小车，通过第一摄像头41采集前方道路图像信息，工控机接收前方道路图像信息，并控制动力小车1在大棚内按照草莓栽培架的摆放位置循迹行进，动力小车1间歇性行驶，在动力小车1停止期间，自动采摘机器人对动力小车1侧面的草莓进行采摘，工控机接收第二摄像头42和第二摄像头43传递的图像信息，并控制四轴协作机械臂2和采摘夹爪3，以使四轴协作机械臂2配合采摘夹爪3采摘草莓，并将草莓送入草莓筐5内，以实现栽培架上的草莓的自动采摘，提高采摘效率，节省人力；

在采集草莓图像信息的过程中，通过第二摄像头42配合工控机和四轴协作机械臂2对采摘夹爪3进行一次定位，工控机控制四轴协作机械臂2将采摘夹爪3移动至单个草莓的侧面，通过采摘夹爪3上的第三摄像头43采集该单个草莓的图像信息，工控机接收第三摄像头43采集的图像信息，并控制四轴协作机械臂2对采摘夹爪3进行二次定位，使采摘夹爪3正对该单个草莓，接着四轴协作机械臂2继续移动采摘夹爪3，使采摘夹爪3包围该单个草莓，采摘夹爪3切割草莓的匍匐茎，并同时夹持草莓的假果，之后四轴协作机械臂2将采摘夹爪3移动至草莓筐5开口处，采摘夹爪3放开草莓后完成草莓采摘，通过在四轴协作机械臂2和采摘夹爪3上设置第二摄像头42和第三摄像头43，确保定位的精确性，从而保证自动采摘机器人能够顺利完成采摘作业。

进一步地，如图3所示，动力小车1包括底盘11、设于底盘11一侧底部的两个驱动轮12、设于底盘11另一侧底部的一个万向轮13，两个万向轮13均内置轮毂电机，在自动采摘机器人差速转向时，工控机控制两个轮毂电机差速运转，以使动力小车1完成转向。

如图5所示，采摘夹爪3包括固定设于四轴协作机械臂2输出端的安装架31、对称设于安装架31两侧的两个夹持块35、固定设于夹持块35端部的第一刀具36和第二刀具38以及用于驱动夹持块35的直线驱动组件；具体地，直线驱动组件包括固定设于安装架31顶部的驱动电机32、固定设于驱动电机32输出端的摇臂33和分别转动设于摇臂33两端的摆臂34，两个夹持块35分别与两个摆臂34远离摇臂33的一端转动连接，两个夹持块35分别滑动设于安装架31两侧，通过在夹持块35端部设置用于剪切草莓匍匐茎的第一刀具36，和用于夹持草莓假果的第二刀具38，在切割匍匐茎的同时对草莓进行夹持，通过四轴协作机械臂2将采摘夹爪3移动至草莓筐5的开口内，采摘夹爪3松开草莓后完成对草莓的收获，能够避免采摘过程对草莓构成损伤。需要说明的是，驱动电机32输出端贯穿安装架31，通过驱动电机32带动摇臂33旋转，摇臂33正转时通过摆臂34带动两个夹持块35相向滑动，实现对草莓的夹持操作，摇臂33反转时通过摆臂34带动两个夹持块35反向滑动，实现对草莓的卸料操作。

进一步地，第二刀具38通过刀架37与夹持块35的端部相互固定，刀架37为呈倒L形，两个刀架37的下端分别固定设于两个夹持块35的端部，两个刀架37的上端安装有第二刀具38并相互靠近，两个摆臂34关于驱动电机32的输出端中心对称，两个摆臂34均呈弧形，第一刀具36相对的一端设有弹力层39，弹力层39优选为海绵片。

如图2和图4所示，第一摄像头41固定设于底盘11的前端，第二摄像头42固定设于四轴协作机械臂2的顶部，第三摄像头43固定设于安装架31与四轴协作机械臂2的连接处，工控机安装在机箱6的内部，机箱6固定设于底盘11顶端，机箱6内还安装有与四轴协作机械臂2的各关节电机以及采摘夹爪3的驱动电机32对应的驱动器和电池。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种大棚草莓自动采摘机器人，包括动力小车(1)和设于动力小车(1)顶部的多轴机械臂以及设于多轴机械臂的输出端的采摘夹爪(3)，其特征在于：所述动力小车(1)上设有视觉系统(4)和草莓筐(5)，所述视觉系统(4)用于采集图像信息；

所述视觉系统(4)包括用于采集前方道路图像信息的第一摄像头(41)、用于采集草莓图像信息的第二摄像头(42)和第三摄像头(43)以及用于控制动力小车(1)、多轴机械臂和采摘夹爪(3)的工控机，所述多轴机械臂用于移动采摘夹爪(3)，所述采摘夹爪(3)用于剪切并夹持草莓，所述多轴机械臂为四轴协作机械臂(2)，所述第一摄像头(41)固定设于底盘(11)的前端，所述第二摄像头(42)固定设于四轴协作机械臂(2)的顶部，所述第三摄像头(43)固定设于安装架(31)与四轴协作机械臂(2)的连接处，第一摄像头(41)用于使动力小车(1)循迹行进，第二摄像头(42)用于对采摘夹爪(3)进行一次定位，第三摄像头(43)用于对采摘夹爪(3)进行二次定位。

2.根据权利要求1所述的大棚草莓自动采摘机器人，其特征在于：所述动力小车(1)包括底盘(11)、设于底盘(11)一侧底部的两个驱动轮(12)、设于底盘(11)另一侧底部的一个万向轮(13)。

3.根据权利要求2所述的大棚草莓自动采摘机器人，其特征在于：所述采摘夹爪(3)包括固定设于四轴协作机械臂(2)输出端的安装架(31)、对称设于安装架(31)两侧的两个夹持块(35)、固定设于夹持块(35)端部的第一刀具(36)和第二刀具(38)以及用于驱动夹持块(35)的直线驱动组件。

4.根据权利要求3所述的大棚草莓自动采摘机器人，其特征在于：所述第二刀具(38)通过刀架(37)与夹持块(35)的端部相互固定，两个所述刀架(37)的下端分别固定设于两个夹持块(35)的端部，两个所述刀架(37)的上端安装有第二刀具(38)并相互靠近。

5.根据权利要求4所述的大棚草莓自动采摘机器人，其特征在于：所述直线驱动组件包括固定设于安装架(31)顶部的驱动电机(32)、固定设于驱动电机(32)输出端的摇臂(33)和分别转动设于摇臂(33)两端的摆臂(34)，两个所述夹持块(35)分别与两个摆臂(34)远离摇臂(33)的一端转动连接，两个所述夹持块(35)分别滑动设于安装架(31)两侧。

6.根据权利要求5所述的大棚草莓自动采摘机器人，其特征在于：所述工控机安装在机箱(6)的内部，所述机箱(6)固定设于底盘(11)顶端。

7.根据权利要求5所述的大棚草莓自动采摘机器人，其特征在于：两个所述摆臂(34)关于驱动电机(32)的输出端中心对称，两个所述摆臂(34)均呈弧形。

8.根据权利要求5所述的大棚草莓自动采摘机器人，其特征在于：所述第一刀具(36)相对的一端设有弹力层(39)。