CN2489930Y - 会摘果的机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种会摘果的机器人,包括电路控制部分和执行机构。电路控制部分包括中央处理器,与中央处理器输入端连接的光电传感器、红外传感器、电位传感器、信号源检测器、摄像头检测器、电压检测装置,与中央处理器输出端连接的声控装置、报警装置、驱动装置。执行机构与驱动装置连接,包括底架、设在底架下方的行走轮、设在底架上方的旋转架、摆动架、与摆动架连接的机械手及相应的传动机构。该种机器人可自动完成找果、摘果、放置全过程,具有工作可靠、灵活自如的优点,可代替人们劳动。

Description

会摘果的机器人

本实用新型涉及一种会摘果的机器人，特别是一种通过电路控制、机械传动的方式，能自动完成找果、摘果、放置等过程的会摘果的机器人。

由本公司申请的自动跟踪击球机(申请号：00222909.9)、会弹琴的机器人(申请号：00223534.x)、仿化石电动骨架(申请号：00244677.4)系列产品，均是用于科技展览馆或大型游乐场所，供人们参观、娱乐等，不能广泛用于工农业生产中，代替人们的劳动，因此其使用受到种种局限，不能充分体现机器人的价值。

本实用新型的目的在于提供一种会摘果的机器人，该种机器人通过单片机内部对输入信号的计算、分析、判断，将信号输出从而控制各个驱动器协调动作，用以代替人们采摘果实的劳动，自动完成找果、摘果、放果的过程，以达到工作准确无误，动作灵活，提高劳动生产率的目的。

本实用新型的解决方案在于会摘果的机器人包括电路控制部分和执行机构，其特征在于电路控制部分包括中央处理器，与中央处理器输入端连接的光电传感器、红外传感器、电位传感器、信号源检测器、摄像头检测器、电压检测装置，与中央处理器输出端连接的声控装置、报警装置、驱动装置。执行机构与驱动装置连接，包括底架45、设在底架下方的行走轮1、61、设在底架上方的旋转架15、摆动架36、38、40、与摆动架连接的由手臂骨架29和手爪18构成的机械手。电机5设置在支架4上，通过齿轮传动机构3、2与主动轮1的转轴连接。电机10设置在底架45上，通过齿轮传动机构9、6和支架4与底架45连接，以控制底架的运动方向。从动轮61通过以曲柄48、60、连杆49、底架45为机架构成的平行四边形机构与底架45连接。电机52亦设置在底架45上，通过曲柄51、曲柄48为摇杆、连杆50、底架45为机架的曲柄摇杆机构与上述平行四边形机构配合，以控制从动轮61和主动轮1的运动方向一致。电机53设置在底架45上，通过齿轮传动机构54、11与转轴14连接，从而控制转轴14的转动。旋转架15与转轴固定连接，电机16设置在旋转架15上，通过齿轮传动机构17、39与摆动架36、38、40连接，其中支架38、连杆40分别与连杆36铰接，并通过以齿轮39、支架38为机架、连杆36、连杆40为曲柄、曲柄42为机架的平行四边形机构与连杆36连接，以控制连杆36绕齿轮39的轴心转动。电机41仍固定在旋转架15上，通过齿轮39、支架38为机架、曲柄42、连杆40、连杆36为曲柄的平行四边形机构与连杆36连接，以控制连杆36绕其与支架38的铰接处转动。手臂骨架29与连杆36铰接，电机35设置在连杆36上，通过以曲柄33、手臂骨架29为摇杆、连杆32、连杆36为机架构成的曲柄摇杆机构与手臂骨架29连接，以控制手臂骨架绕其与连杆36的铰接处转动。电机37亦设置在连杆36上，通过曲柄59、以离合线34为连杆、拔叉22为摇杆、手臂骨架29为机架的曲柄摇杆机构与拔叉22连接，以控制拔叉22绕其与手臂骨架29的铰接处转动，并通过以手爪18为摇杆、连杆19、固定板21为曲柄、手臂骨架29为机架的曲柄摇杆机构与手爪18连接，以控制手爪18的张合。手臂骨架29还通过由弹簧23、固定板21、轴28为导杆、滑套27为机架构成的弹性导杆机构与固定板21连接，以使固定板前后伸缩。

上述电机驱动回路包括手腕电机驱动回路和其它电机驱动回路，其中手腕电机驱动回路包括三极管、复合三极管的导通和截止、电容的加速导通和截止、三极管自锁回路，其它电机驱动回路包括三极管、场效应管、继电器的断开与闭合回路。

上述信号源检测回路包括信号源产生、电感线圈感应、比较器比较放大、整流、滤波回路。

上述红外检测回路包括红外管发射和接收、运算放大器比较和放大、二极管整流、电容滤波、施密特整形回路。

上述底架45上设有电位器7，并通过齿轮传动机构8与主动轮1的转轴连接，以控制主动轮1的转动角度。

上述底架45还上设有两电位器12、43，其中一个电位器12通过齿轮传动机构13与转轴14连接，以控制摘果时转轴的转动角度；另一个电位器43通过齿轮传动机构44与转轴14连接，以控制放果时转轴的转动角度。

上述旋转架15上设有电位器55，并通过齿轮传动机构56与齿轮39啮合，以控制齿轮39的转动角度。

上述连杆36上设有电位器30，并通过齿轮传动机构31与手臂骨架29连接，以控制手臂骨架绕其与连杆36的铰接处转动的角度。

上述手臂骨架29上设有电位器26，并通过曲柄25、连杆24、摇杆18、机架29构成的曲柄摇杆机构与手爪18连接，以控制手爪的张合角度。

上述连杆36上设有电位器57，并通过齿轮传动机构58与连杆36连接，以控制连杆绕其与支架38的铰接处转动的角度。

本实用新型的优点在于通过摄像头控制器搜寻果子，确定机器人的行走方向，通过光电传感器和红外传感器分别确定机器人行走轮和手爪停留的位置，通过电位传感器分别控制主动轮、旋转架、手臂、手爪等各部位的转动角度，从上下左右各个方位寻找果子，找到后，进而锁定各部位的精确位置，然后进行采摘，使找果、摘果完全而准确，并在整个过程中运行可靠，灵活自如。通过控制手爪张合角度的电位器和果子大、中、小范围的设定，机器人可以判断所采摘的果子大小，然后分门别类进行放置，并通过声控装置发出声音，说明是大、中、小果子。由于设置有信号源控制器，可以控制机器人只在设定的范围内找寻果子，并且在找到后可以停留在任何一个合适的位置进行采摘。设置的电压检测装置可检测电压的有无或不足，并通过报警装置示警。单独设置的手腕电机驱动回路，在保证手腕上下频繁运动的同时而不会影响其它系统的正常运行，增强了找果、采果的可靠性和灵活性。

附图1是本实用新型主视图。附图2是附图1的A向视图。附图3是附图1的B向视图。附图4是附图1的D向视图。附图5是附图1的C向旋转视图。附图6是附图1的E向视图。附图7是附图1的F-F剖视图。附图8是附图2的G向视图。附图9是本实用新型电路框图。附图10是手腕电机驱动回路电路原理图。附图11是其它电机驱动回路电路原理图。附图12是信号源检测回路电路原理图。附图13是红外检测回路电路原理图。

下面结合附图对本实用新型实施例作进一步描述。

本实用新型机械部分包括底架45、设在底架下方的主动轮1、从动轮61、设在底架上方的旋转架15、与旋转架连接的摆动架36、38、40、与摆动架连接的由手臂骨架29和手爪18构成的机械手。在底架45下方通过连接轴对称固定有两支架4，主动轮1的转轴与该支架4铰接，电机5固定在支架4上，其输出轴上的电机齿轮3与齿轮2啮合，齿轮2与主动轮1的转轴刚性连接，电机5工作则驱动主动轮1转动，并在底架45上固定电位器7，通过齿轮传动机构8与主动轮1的转轴连接，以控制主动轮1需要转动的角度。电机10固定在底架45上，其输出轴上的电机齿轮9与齿轮6啮合，齿轮6与支架4的连接轴刚性连接，电机10工作可控制主动轮1的转动方向。在底架45下方对应于支架4通过连接轴铰接有两支架47、62，从动轮46和61的转轴分别与支架47和62铰接，电机52固定在底架45上，其输出轴连接曲柄51，曲柄51通过连杆50与曲柄48铰接，曲柄48一端与支架47上的连接轴刚性连接，另一端通过连杆49与曲柄60铰接，曲柄60与支架62刚性连接，电机52工作，则通过曲柄51、曲柄48为摇杆、连杆50、底架45为机架的曲柄摇杆机构推动曲柄48绕支架47上的连接轴轴心往复运动，再通过曲柄48和60、连杆49、机架45构成的平行四边形机构控制从动轮46、61的运动方向以及与主动轮1的运动方向一致。电机53亦固定在底架45上，其输出轴上的电机齿轮54与固定在转轴14上的大齿轮11啮合，转轴14通过轴承与底架45连接，其上端焊接有旋转架15，电机53工作，则通过齿轮传动机构使旋转架15可做360度旋转，并在底架45上固定电位器12、43，分别通过齿轮传动机构13和44与转轴14连接，以控制摘果和放果时旋转架15的转动角度。电机16固定在旋转架15上，其输出轴上的电机齿轮17与大齿轮39啮合，大齿轮39的转轴通过轴承固定在旋转架15上，摆动架由支架38、连杆36和40构成，其中支架38一端固定在大齿轮39上，另一端与连杆36铰接，连杆40一端仍与连杆36铰接，另一端与曲柄42铰接，该曲柄与仍然固定在旋转架15上的另一电机41的输出轴连接，电机16工作，则通过以大齿轮39、支架38为曲柄、连杆36、连杆40为曲柄、曲柄42为机架的平行四边形机构，使连杆36绕大齿轮39的轴心转动，并在旋转架15上固定电位器55，通过齿轮传动机构56与大齿轮39啮合，以控制大齿轮39需要转动的角度。而电机41工作，则通过以大齿轮39、支架38为机架、曲柄42、连杆40、连杆36为曲柄的平行四边形机构，使连杆36绕其与支架38的铰接处转动，并在连杆36上固定电位器57，通过齿轮传动机构58与连杆36连接，以控制连杆36的转动角度。手臂骨架29与连杆36铰接，电机35固定在连杆36上，其输出轴连接曲柄33，曲柄33通过连杆32与手臂骨架29铰接，电机35工作，则通过曲柄33、连杆32、手臂骨架29为摇杆、连杆36为机架的曲柄摇杆机构，使手臂骨架29绕其与连杆36的铰接处转动，并在连杆36上固定电位器30，通过齿轮传动机构31与手臂骨架29连接，以控制手臂骨架29的转动角度。电机37亦固定在连杆36上，其输出轴连接曲柄59，曲柄59与固定在连杆36和手臂骨架29上的离合线34铰接，离合线另一端与拔叉22铰接，拔叉22一端与手臂骨架29铰接，另一端与固定板21刚性连接；手爪18通过连杆19与固定板21铰接，在固定板上焊接有轴28，轴上套有滑套27，滑套则固定在手臂骨架29上，电机37工作，则通过以曲柄59、离合线34为连杆、拔叉22为摇杆、手臂骨架29为机架的曲柄摇杆机构使拔叉22绕其与手臂骨架29的铰接处转动，同时通过以手爪18为摇杆、连杆19、固定板21为曲柄、手臂骨架29为机架的曲柄摇杆机构，使手爪18张合，并通过以弹簧23、固定板21、轴28为导杆、滑套27为机架的弹性导杆机构，使固定板21前后往复运动，即让手爪前后伸缩。且在手臂骨架29上固定电位器26，通过曲柄25、连杆24、手爪18为摇杆、手臂骨架29为机架的曲柄摇杆机构与手爪18连接，以控制手爪的张合角度。在固定板21的两端对称安装有摄像头20，两摄像头中间固定有一块镜片63，以增大摄像头的搜寻范围。

手腕电机驱动回路(图10)中：当CPU2输入高电平时，三极管T1及由三极管T2和T3组成的复合管均导通，此时三极管T4因电容C1的存在而快速反向使三极管T5截止，从而使复合管T6、T7截止，当CPU1输入为低电平时，由三极管T8、T9、T10组成的复合管截止，而三极管T11因电容C2而快速反向导通，从而使三极管T12、T13、T14组成的复合管导通，此时电机正转。同理，当CPU2输入低电平，CPU1输入高电平时，电机反转。而当CPU1、CPU2输入同为高电平或低电平时，电机停转，由此控制手腕上下频繁转动。

其它电机驱动回路(图11)中：中央处理器输出的信号CPU1至高时，通过耦合电容E1、整流管D3、D4、滤波电容E2构成的倍压电路后，经过由三极管T4、T5构成的复合管，驱动继电器J1线包。同时，信号通过三极管T1前置激励，三极管T2调速激励后，由场效应管T3驱动继电器J1触点，此时继电器线包通电，其常开触点闭合，电机正转。反之，当CPU2至高时，电机则反转。由此控制机器人前后轮转动、身体转动、手臂上下转动、手指张合等。

信号源检测回路(图12)中：可调电阻P1与电阻R1、施密特反向器IC1：A共同构成方波发生器，可调电阻P1调节脉冲宽度，此信号再经可调电阻P2送到A点，当A点至高时，经三极管T1使B点变为低电平，三极管T3、T4输出低电平，C点即为低电平，同时，三极管T2集电极输出为高电平，三极管T5输出为低电平，同样也使C点为低电平，此时C点通过三极管T5到地，经过线圈B1形成通路时，经电容E2放电，输出负电压。当A点至低时，B点为高电平，三极管T3、T4组成复合管输出高电平，使C点至高，同时三极管T2输出为低，三极管T5输出为高，同样也使C点至高，此时C点通过电容E2、电感B1对电容E2充电输出正电压，如此循环往复，在导线L0上形成交流，交流电流的强弱由可调电阻P2调节。当电感L1感应到交流信号时，产生感应电压，此感应信号送到比较器IC2：A进行比较放大后，通过耦合电容E3耦合，经二极管D1、D2整流、电容E4滤波后再送到比较器IC2：B的正端，与负端送来的比较电压进行比较后，再通过稳压管Z3稳压后送到中央处理器进行处理，当电感L1感应到交流信号时，发光管LED发光指示，以使机器人在信号线L0所圈定的范围内运动并进行采集。

红外检测回路(图13)中：当红外接收管R接收到由发射管T发射，经果子反射回来的信号时，此信号通过耦合电容C1耦合到运算放大器IC1：A的正端，与负端的基准电压值比较、放大，得到交流信号。该交流信号经耦合电容E1耦合，二极管D1、D2整流，电容E2滤波后得到一个直流电压，送到运算放大器IC1：B的同相输入端，与反向端送来的比较电压比较后输出一个高电平，此高电平再经过运算放大器IC1：C、以及由电阻R12、R13、三极管T1组成的正反馈回路进行施密特整形，并通过稳压管Z1限幅，输出低电平信号。输出的低电平信号送到中央处理器处理，判断有无果子，且输出的电平高低由发光管LED指示，当接受管R接收到信号时，输出端为低，此时发光管LED不发光，表明有果子，反之，无果子时，输出为高，发光管LED发光。

Claims (10)

1、一种会摘果的机器人，包括电路控制部分和执行机构，其特征在于电路控制部分包括中央处理器，与中央处理器输入端连接的光电传感器、红外传感器、电位传感器、信号源检测器、摄像头检测器、电压检测装置，与中央处理器输出端连接的声控装置、报警装置、驱动装置；执行机构与驱动装置连接，包括底架(45)、设在底架下方的行走轮(1、61)、设在底架上方的旋转架(15)、摆动架(36、38、40)、与摆动架连接的由手臂骨架(29)和手爪(18)构成的机械手；电机(5)设置在支架(4)上，通过齿轮传动机构(3、2)与主动轮(1)的转轴连接；电机(10)设置在底架(45)上，通过齿轮传动机构(9、6)和支架(4)与底架(45)连接，以控制底架的运动方向；从动轮(61)通过以曲柄(48、60)、连杆(49)、底架(45)为机架构成的平行四边形机构与底架(45)连接；电机(52)亦设置在底架(45)上，通过曲柄(51)、曲柄(48)为摇杆、连杆(50)、底架(45)为机架的曲柄摇杆机构与上述平行四边形机构配合，以控制从动轮(61)和主动轮(1)的运动方向一致；电机(53)设置在底架(45)上，通过齿轮传动机构(54、11)与转轴(14)连接，从而控制转轴(14)的转动；旋转架(15)与转轴固定连接，电机(16)设置在旋转架(15)上，通过齿轮传动机构(17、39)与摆动架(36、38、40)连接，其中支架(38)、连杆(40)分别与连杆(36)铰接，并通过以齿轮(39)、支架(38)为机架、连杆(36)、连杆(40)为曲柄、曲柄(42)为机架的平行四边形机构与连杆(36)连接，以控制连杆(36)绕齿轮(39)的轴心转动；电机(41)仍固定在旋转架(15)上，通过齿轮(39)、支架(38)为机架、曲柄(42)、连杆(40)、连杆(36)为曲柄的平行四边形机构与连杆(36)连接，以控制连杆(36)绕其与支架(38)的铰接处转动；手臂骨架(29)与连杆(36)铰接，电机(35)设置在连杆(36)上，通过曲柄(33)、手臂骨架(29)为摇杆、连杆(32)、连杆(36)为机架的曲柄摇杆机构与手臂骨架(29)连接，以控制手臂骨架绕其与连杆(36)的铰接处转动；电机(37)亦设置在连杆(36)上，通过曲柄(59)、以离合线(34)为连杆、拔叉(22)为摇杆、手臂骨架(29)为机架的曲柄摇杆机构与拔叉(22)连接，以控制拔叉(22)绕其与手臂骨架(29)的铰接处转动，并通过以手爪(18)为摇杆、连杆(19)、固定板(21)为曲柄、手臂骨架(29)为机架的曲柄摇杆机构与手爪(18)连接，以控制手爪(18)的张合，手臂骨架(29)还通过由弹簧(23)、固定板(21)、轴(28)为导杆、滑套(27)为机架构成的弹性导杆机构与固定板(21)连接，以使固定板前后伸缩。

2、根据权利要求1所述的机器人，其特征在于所述的电机驱动回路包括手腕电机驱动回路和其它电机驱动回路，其中手腕电机驱动回路包括三极管、复合三极管的导通和截止、电容的加速导通和截止、三极管自锁回路，其它电机驱动回路包括三极管、场效应管、继电器的断开与闭合回路。

3、根据权利要求1所述的机器人，其特征在于所述的信号源检测回路包括信号源产生、电感线圈感应、比较器比较放大、整流、滤波回路。

4、根据权利要求1所述的机器人，其特征在于所述的红外检测回路包括红外管发射和接收、运算放大器比较和放大、二极管整流、电容滤波、施密特整形回路。

5、根据权利要求1所述的机器人，其特征在于所述的底架(45)上设有电位器(7)，并通过齿轮传动机构(8)与主动轮(1)的转轴连接，以控制主动轮(1)的转动角度。

6、根据权利要求1所述的机器人，其特征在于所述的底架(45)还上设有两电位器(12、43)，其中一个电位器(12)通过齿轮传动机构(13)与转轴(14)连接，以控制摘果时转轴的转动角度；另一个电位器(43)通过齿轮传动机构(44)与转轴(14)连接，以控制放果时转轴的转动角度。

7、根据权利要求1所述的机器人，其特征在于所述的旋转架(15)上设有电位器(55)，并通过齿轮传动机构(56)与齿轮(39)啮合，以控制齿轮(39)的转动角度。

8、根据权利要求1所述的机器人，其特征在于所述的连杆(36)上设有电位器(30)，并通过齿轮传动机构(31)与手臂骨架(29)连接，以控制手臂骨架绕其与连杆(36)的铰接处转动的角度。

9、根据权利要求1所述的机器人，其特征在于所述的手臂骨架(29)上设有电位器(26)，并通过曲柄(25)、连杆(24)、摇杆(18)、机架(29)构成的曲柄摇杆机构与手爪(18)连接，以控制手爪的张合角度。

10、根据权利要求1所述的机器人，其特征在于所述的连杆(36)上设有电位器(57)，并通过齿轮传动机构(58)与连杆(36)连接，以控制连杆绕其与支架(38)的铰接处转动的角度。

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