CN220799160U - 一种温室大棚轨道采摘机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种温室大棚轨道采摘机器人，涉及轨道采摘机器人技术领域，包括多功能导航车、协作机械臂、软体夹爪、地面驱动轮、轨道轮和万向轮。本实用新型中可自主运行于地面和轨道上面，实现了采摘机器人的运行灵活性，满足复杂的运行环境；协作机械臂的灵活性和夹爪的柔软性，保证了采摘时左右两侧的高效率采摘和对果实外表的保护性，在提高效率的同时保证采摘水果的完美外观；本实用新型结构简单，整体控制系统合理，充分提高了采摘效率，降低了使用成本；本实用新型可在地面和轨道上自由运行，让任务执行没有死角，同时采用多自由度协作机械臂和柔性夹爪，让采摘动作更加灵活自如，进而提高整体采摘作业效率。

Description

一种温室大棚轨道采摘机器人

技术领域

本实用新型涉及轨道采摘机器人技术领域，具体为一种温室大棚轨道采摘机器人。

背景技术

采摘机器人是现代化农业生产中经常使用到一种设备，可实现对农业果实的自动采摘工作；温室大棚是现代化农业中重要的组成部分之一，温室大棚中经常会对配备采摘轨道，以供采摘机器人运动行走。

专利(CN114714322A)公开了采摘机器人，包括移动底盘，机械臂，存储筐以及决策控制平台四部分，且机械臂和存储筐分别设置在移动底盘的顶部前后两侧，决策控制平台设置在移动底盘的内部，移动底盘，主要由底盘框架，全向移动组件，自适应底盘悬架挂，支撑及防护部件以及决策控制平台组成，本实用新型在移动底盘上设置有自适应底盘悬架挂，通过连杆的方式，使单侧两轮组活动式固连，形成一种四边形连杆此方式使轮组具有了灵活性，满足了底盘通过不同路况的需求，又在两侧轮组间添加了一组联动连杆将两侧的连杆运动相关联，使得两侧连杆的相对运动具有唯一性，从而使车体相对于四轮组的运动具有唯一性，解决了车身本体相对于地面运动的不确定性的问题。

上述专利文献中的采摘机器人，基于现有的运行轮系，只能在地面上运行，无法到达标准轨道上运行并采摘，大大降低了适应环境的灵活性，只能在植株的一侧进行采摘，铺设轨道的一侧无法采摘，或者只能在一侧，尽机械臂最大臂展伸过去对面进行采摘，但是应用难度很大，且效率不高。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种温室大棚轨道采摘机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供如下技术方案：一种温室大棚轨道采摘机器人，包括多功能导航车，所述多功能导航车顶部设有协作机械臂和自动滚筒输送机构，所述协作机械臂由六个自由度的关节组成，所述协作机械臂末端设有软体夹爪和视觉相机模块，所述视觉相机模块设于软体夹爪外侧中部，所述多功能导航车底部中心两侧分别设有转动连接的地面驱动轮、两个轨道轮和万向轮，所述地面驱动轮、轨道轮和万向轮错位设置，所述多功能导航车内侧底部设有驱动组件，所述驱动组件分别与地面驱动轮和轨道轮连接，所述地面驱动轮底部和万向轮底部平齐，所述轨道轮底部高于地面驱动轮底部。

进一步的，所述多功能导航车外壁前后两侧和左右两侧均分别对称设有超声避障模块，所述多功能导航车外壁前后两侧底部均分别设有防撞条。

进一步的，所述自动滚筒输送机构顶部远离协作机械臂一端两侧分别设有声光提示模块和云台相机，所述自动滚筒输送机构顶部四角均设有物料感应模块。

进一步的，所述驱动组件包括两个第一伺服电机，所述地面驱动轮外壁中部设有支撑轴，所述第一伺服电机输出端通过减速机与支撑轴连接，所述减速机远离支撑轴一侧设有第一链轮，相邻两个轨道轮之间设有连接轴，所述连接轴外壁设有第二链轮，所述第一链轮和第二链轮通过第一链条传动连接。

进一步的，所述自动滚筒输送机构包括第二伺服电机和若干个转动连接的辊轮，所述辊轮外壁设有若干个柔性条，所述柔性条长度方向与辊轮的长度方向相互平行，所述辊轮外壁一侧设有固定轴，所述固定轴外壁套设有第三链轮和第四链轮，两个所述辊轮外壁的第三链轮通过第二链条传动连接，两个所述辊轮外壁的第四链轮通过第三链条传动连接，所述第二链条和第三链条交错设置，所述第二伺服电机输出轴通过第五链轮与一个第二链条连接。

进一步的，所述多功能导航车内部包含工控机、协作机械臂控制柜、电机驱动器及电池，所述工控机、所述协作机械臂控制柜、所述电机驱动器、所述电池均固定于多功能导航车内部底板上，工控机控制系统信号总体连接协作机械臂控制柜、电机驱动器，协作机械臂控制柜信号连接协作机械臂、视觉相机模块、软体夹爪，电机驱动器信号连接第一伺服电机和第二伺服电机，所述电池为以上机构供电。

与现有技术相比，本实用新型所达到的有益效果是：

1、本实用新型通过设置多功能导航车、协作机械臂、自动滚筒输送机构、软体夹爪、地面驱动轮、轨道轮和万向轮，地面驱动轮先带动前万向轮和后万向轮整体运行，从而使多功能导航车在地面平稳运行，到达地面和轨道衔接处，通过前轨道轮和后轨道轮的运行，使整体设备自主上轨道并平稳运行，实现了地面和轨道的整体运行切换，提供了设备的整体适应环境的能力；在轨道运行过程中，视觉相机模块通过视觉识别确定采摘水果的位姿，同时将位姿信息发给协作机械臂控制柜，协作机械臂控制柜下发信号给协作机械臂和软体夹爪，协作机械臂和软体夹爪执行采摘动作，所述协作机械臂是由自由度关节组成，动作灵活自如，进行实现高效率的自主采摘动作；采摘的水果通过协作机械臂和软体夹爪放置于自动滚筒输送机构上的水果收集框，当水果收集框采摘满后，多功能导航车运动到指定位置，并通过辊轮的正反运行和前置物料感应模块、后置物料感应模块的识别，将水果收集框进行自动化转运；柔性条在辊轮外壁进行柔性支撑，可有效加强辊轮和水果收集框的接触摩擦力，可有效避免水果收集框从自动滚筒输送机构上意外滑落，同时可避免水果收集框在进行输送时发生打滑问题，保证自动滚筒输送机构对水果收集框输送的安全性和稳定性。

2、本实用新型中采摘机器人可自主运行于地面和轨道上面，实现了采摘机器人的运行灵活性，满足复杂的运行环境；协作机械臂的灵活性和夹爪的柔软性，保证了采摘时左右两侧的高效率采摘和对果实外表的保护性，在提高效率的同时保证采摘水果的完美外观；自动滚筒输送机构在滚筒和物料感应模块的共同作用下，实现水果收集框在采摘机器人上和固定转运位置的满眶运输和空框运输，实现无人转运和高效率转运；本实用新型的一种轨道采摘机器人，本体结构简单，整体控制系统合理，充分提高了采摘效率，降低了使用成本；本实用新型可在地面和轨道上自由运行，让任务执行没有死角，同时采用多自由度协作机械臂和柔性夹爪，让采摘动作更加灵活自如，进而提高整体采摘作业效率。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型整体的结构示意图；

图2是本实用新型整体的主视图；

图3是本实用新型整体的侧视图；

图4是本实用新型整体的侧视剖面图；

图5是本实用新型内部结构的仰视结构示意图；

图6是本实用新型自动自动滚筒输送机构的内部侧视图；

图7是本实用新型自动自动滚筒输送机构一端的内部俯视图；

图中：1、多功能导航车；2、超声避障模块；3、防撞条；4、协作机械臂；5、自动滚筒输送机构；6、软体夹爪；7、视觉相机模块；8、地面驱动轮；9、轨道轮；10、万向轮；11、第一伺服电机；12、减速机；13、第一链轮；14、第二链轮；15、第一链条；16、声光提示模块；17、云台相机；18、物料感应模块；19、辊轮；20、柔性条；21、固定轴；22、第三链轮；23、第四链轮；24、第二链条；25、第三链条；26、第五链轮。

具体实施方式

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实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1-图7，本实用新型提供技术方案：一种温室大棚轨道采摘机器人，包括多功能导航车1，所述多功能导航车1顶部设有协作机械臂4和自动滚筒输送机构5，所述协作机械臂4由六个自由度的关节组成，所述协作机械臂4末端设有软体夹爪6和视觉相机模块7，所述视觉相机模块7设于软体夹爪6外侧中部，所述多功能导航车1底部中心两侧分别设有转动连接的地面驱动轮8、两个轨道轮9和万向轮10，所述地面驱动轮8、轨道轮9和万向轮10错位设置，所述多功能导航车1内侧底部设有驱动组件，所述驱动组件分别与地面驱动轮8和轨道轮9连接，所述地面驱动轮8底部和万向轮10底部平齐，所述轨道轮9底部高于地面驱动轮8底部；所述多功能导航车1外壁前后两侧和左右两侧均分别对称设有超声避障模块2，所述多功能导航车1外壁前后两侧底部均分别设有防撞条3。

所述自动滚筒输送机构5顶部远离协作机械臂4一端两侧分别设有声光提示模块16和云台相机17，所述自动滚筒输送机构5顶部四角均设有物料感应模块18。

所述驱动组件包括两个第一伺服电机11，所述地面驱动轮8外壁中部设有支撑轴，所述第一伺服电机11输出端通过减速机12与支撑轴连接，所述减速机12远离支撑轴一侧设有第一链轮13，相邻两个轨道轮9之间设有连接轴，所述连接轴外壁设有第二链轮14，所述第一链轮13和第二链轮14通过第一链条15传动连接；第一伺服电机11通过减速机12可带动地面驱动轮8进行转动，实现设备在地面上的行走；第一伺服电机11通过减速机12带动第一链轮13进行旋转运动，第一链轮13、第二链轮14和第一链条15配合带动轨道轮9进行旋转运动，实现轨道轮9在大棚内部轨道上的自动行走。

所述自动滚筒输送机构5包括第二伺服电机和若干个转动连接的辊轮19，所述辊轮19外壁设有若干个柔性条20，所述柔性条20长度方向与辊轮19的长度方向相互平行，所述辊轮19外壁一侧设有固定轴21，所述固定轴21外壁套设有第三链轮22和第四链轮23，两个所述辊轮19外壁的第三链轮22通过第二链条24传动连接，两个所述辊轮19外壁的第四链轮23通过第三链条25传动连接，所述第二链条24和第三链条25交错设置；所述第二伺服电机输出轴通过第五链轮26与一个第二链条24连接；固定轴21对辊轮19进行支撑，第二伺服电机输出轴通过第五链轮26带动第二链条24进行旋转运动，第二链条24带动第三链轮22进行旋转运动，第三链轮22通过固定轴21和辊轮19进行旋转运动，固定轴21带动第四链轮23进行旋转运动，第四链轮23和第三链条25配合工作，实现其他辊轮19的旋转运动，由于第三链轮22和第四链轮23的旋转方向相同，因此辊轮19全部沿着同一个方向进行旋转运动，保证辊轮19对水果收集框的输送稳定性。

所述多功能导航车1内部包含工控机、协作机械臂控制柜、电机驱动器及电池，所述工控机、所述协作机械臂控制柜、所述电机驱动器、所述电池均固定于多功能导航车1内部底板上，工控机控制系统信号总体连接协作机械臂控制柜、电机驱动器，协作机械臂控制柜信号连接协作机械臂4、视觉相机模块7、软体夹爪6，电机驱动器信号连接第一伺服电机11和第二伺服电机，所述电池为以上机构供电。

本实用新型的工作原理：

参照说明书附图1-图7，本实用新型通过设置多功能导航车1、协作机械臂4、自动滚筒输送机构5、软体夹爪6、地面驱动轮8、轨道轮9和万向轮10；

前后的超声避障模块2位于多功能导航车1的正前正后方，侧面的超声避障模块2位于多功能导航车的正左面和正右面，同时前后的超声避障模块2和侧面的超声避障模块2形成水平的长方形，保证四周检测的可靠性；前置的防撞条3位于多功能导航车1的正前方，后置的防撞条3位于多功能导航车1的正后方，同时前置的防撞条3和后置的防撞条3成平行半包围姿态，保证运行中安全可靠；万向轮10可分为前万向轮和后万向轮，前万向轮固定于多功能导航车1的底部前端，后万向轮固定于多功能导航车1的底部后端，地面驱动轮8固定于多功能导航车1的底部中间，同时前万向轮、后万向轮和地面驱动轮8保持固定于同一水平面，且成长方形，保证多功能导航车1的地面运行稳定性；轨道轮9可分为前轨道轮和后轨道轮；前轨道轮固定于多功能导航车1的底部前端，后轨道轮固定于多功能导航车1的底部后端，前轨道轮和后轨道轮保持固定于同一水平面，且成长方形，保证多功能导航车1的轨道运行稳定性；声光提示模块16固定于多功能导航车1顶部，云台相机17固定于多功能导航车1顶部，且与协作机械臂4成等腰三角形姿态，保证不干扰各自运行，同时达到各自的最佳效果；自动滚筒输送机构5固定于多功能导航车1的顶部，并保持水平位姿；物料感应模块18可分为前置物料感应模块和后置物料感应模块，前置物料感应模块固定于自动滚筒输送机构5的前端、后置物料感应模块固定于自动滚筒输送机构5的后端，且平均分布于自动滚筒输送机构5的四个顶角，成长方形分布；辊轮19固定于自动滚筒输送机构5的中间位置，整体保持水平，保证了整体物料箱(图上未画出)的平稳输送；协作机械臂4固定于多功能导航车1的顶部最前端，保证最佳的抓取姿态，视觉相机模块7和软体夹爪6共同固定于协作机械臂4的末端法兰，视觉相机模块7位于中间位置，保证最佳的视觉视野和采摘的识别姿态；

使用过程中，地面驱动轮8先带动前万向轮和后万向轮整体运行，从而使多功能导航车1在地面平稳运行，到达地面和轨道衔接处，通过前轨道轮和后轨道轮的运行，使整体设备自主上轨道并平稳运行，实现了地面和轨道的整体运行切换，提供了设备的整体适应环境的能力；在轨道运行过程中，视觉相机模块7通过视觉识别确定采摘水果的位姿，同时将位姿信息发给协作机械臂控制柜，协作机械臂控制柜下发信号给协作机械臂4和软体夹爪6，协作机械臂4和软体夹爪6执行采摘动作，所述协作机械臂4是由6自由度关节组成，动作灵活自如，进行实现高效率的自主采摘动作；采摘的水果通过协作机械臂4和软体夹爪6放置于自动滚筒输送机构5上的水果收集框(图上未画出)，当水果收集框采摘满后，多功能导航车1运动到指定位置，并通过辊轮19的正反运行和前置物料感应模块、后置物料感应模块的识别，将水果收集框(图上未画出)进行自动化转运；柔性条20在辊轮19外壁进行柔性支撑，可有效加强辊轮19和水果收集框的接触摩擦力，可有效避免水果收集框从自动滚筒输送机构5上意外滑落，同时可避免水果收集框在进行输送时发生打滑问题，保证自动滚筒输送机构5对水果收集框输送的安全性和稳定性。

采用以上结构，采摘机器人可自主运行于地面和轨道上面，实现了采摘机器人的运行灵活性，满足复杂的运行环境；协作机械臂4的灵活性和夹爪的柔软性，保证了采摘时左右两侧的高效率采摘和对果实外表的保护性，在提高效率的同时保证采摘水果的完美外观；自动滚筒输送机构5在滚筒和物料感应模块18的共同作用下，实现水果收集框在采摘机器人上和固定转运位置的满眶运输和空框运输，实现无人转运和高效率转运；本实用新型的一种轨道采摘机器人，本体结构简单，整体控制系统合理，充分提高了采摘效率，降低了使用成本；

本实用新型可在地面和轨道上自由运行，让任务执行没有死角，同时采用多自由度协作机械臂和柔性夹爪，让采摘动作更加灵活自如，进而提高整体采摘作业效率。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、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 (6)

1.一种温室大棚轨道采摘机器人，包括多功能导航车(1)，其特征在于：所述多功能导航车(1)顶部设有协作机械臂(4)和自动滚筒输送机构(5)，所述协作机械臂(4)由六个自由度的关节组成，所述协作机械臂(4)末端设有软体夹爪(6)和视觉相机模块(7)，所述视觉相机模块(7)设于软体夹爪(6)外侧中部，所述多功能导航车(1)底部中心两侧分别设有转动连接的地面驱动轮(8)、两个轨道轮(9)和万向轮(10)，所述地面驱动轮(8)、轨道轮(9)和万向轮(10)错位设置，所述多功能导航车(1)内侧底部设有驱动组件，所述驱动组件分别与地面驱动轮(8)和轨道轮(9)连接，所述地面驱动轮(8)底部和万向轮(10)底部平齐，所述轨道轮(9)底部高于地面驱动轮(8)底部。

2.根据权利要求1所述的一种温室大棚轨道采摘机器人，其特征在于：所述多功能导航车(1)外壁前后两侧和左右两侧均分别对称设有超声避障模块(2)，所述多功能导航车(1)外壁前后两侧底部均分别设有防撞条(3)。

3.根据权利要求1所述的一种温室大棚轨道采摘机器人，其特征在于：所述自动滚筒输送机构(5)顶部远离协作机械臂(4)一端两侧分别设有声光提示模块(16)和云台相机(17)，所述自动滚筒输送机构(5)顶部四角均设有物料感应模块(18)。

4.根据权利要求1所述的一种温室大棚轨道采摘机器人，其特征在于：所述驱动组件包括两个第一伺服电机(11)，所述地面驱动轮(8)外壁中部设有支撑轴，所述第一伺服电机(11)输出端通过减速机(12)与支撑轴连接，所述减速机(12)远离支撑轴一侧设有第一链轮(13)，相邻两个轨道轮(9)之间设有连接轴，所述连接轴外壁设有第二链轮(14)，所述第一链轮(13)和第二链轮(14)通过第一链条(15)传动连接。

5.根据权利要求4所述的一种温室大棚轨道采摘机器人，其特征在于：所述自动滚筒输送机构(5)包括第二伺服电机和若干个转动连接的辊轮(19)，所述辊轮(19)外壁设有若干个柔性条(20)，所述柔性条(20)长度方向与辊轮(19)的长度方向相互平行，所述辊轮(19)外壁一侧设有固定轴(21)，所述固定轴(21)外壁套设有第三链轮(22)和第四链轮(23)，两个所述辊轮(19)外壁的第三链轮(22)通过第二链条(24)传动连接，两个所述辊轮(19)外壁的第四链轮(23)通过第三链条(25)传动连接，所述第二链条(24)和第三链条(25)交错设置，所述第二伺服电机输出轴通过第五链轮(26)与一个第二链条(24)连接。

6.根据权利要求5所述的一种温室大棚轨道采摘机器人，其特征在于：所述多功能导航车(1)内部包含工控机、协作机械臂控制柜、电机驱动器及电池，所述工控机、所述协作机械臂控制柜、所述电机驱动器、所述电池均固定于多功能导航车(1)内部底板上，工控机控制系统信号总体连接协作机械臂控制柜、电机驱动器，协作机械臂控制柜信号连接协作机械臂(4)、视觉相机模块(7)、软体夹爪(6)，电机驱动器信号连接第一伺服电机(11)和第二伺服电机，所述电池为以上机构供电。