一种基于人机协作的果园智能机械手采摘装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种基于人机协作的果园智能机械手采摘装置，包括推车、采摘机械手以及水果收集装置，所述推车的车体上端面固定安装有电动伸缩杆，电动伸缩杆顶部固定有基座，基座上安装有采摘机械手，所述采摘机械手采用六自由度串联关节型机械手；所述采摘机械手端部安装有用于剪断果梗的末端执行器；所述水果收集装置包括顶部开口位于末端执行器下方的可伸缩式管道，所述可伸缩式管道的顶部开口外壁与基座固定连接，可伸缩式管道底部连接有倾斜导管，倾斜导管底端伸入车体上端面固定的水果筐内；本实用新型专利技术相较于人工采摘，缩短了采摘时间，提高了水果采摘效率，符合水果产业化，机械化的需求，其开发利用具有巨大的经济效益和广阔的市场前景。

An orchard intelligent manipulator picking device based on man-machine cooperation

The utility model discloses an intelligent manipulator picking device of an orchard based on man-machine cooperation, which includes a cart, a picking manipulator and a fruit collection device. The upper end face of the cart is fixed with an electric telescopic rod, the top of the electric telescopic rod is fixed with a base, a picking manipulator is installed on the base, and the picking machine is used. The arm is connected with a joint type manipulator with six degrees of freedom; the end of the picking manipulator is equipped with an end actuator for cutting off the frustus; the fruit collection device includes a telescopic pipe at the top opening below the end actuators, and the outer wall of the top opening of the telescopic pipe is fixedly connected with the base. The bottom of the type pipe is connected with an inclined tube, and the bottom end of the inclined pipe is extended into a fruit basket fixed on the upper end of the car body. The utility model, compared with the artificial picking, shortens the picking time, improves the fruit picking efficiency, meets the fruit industrialization and mechanization demand, and its development and utilization has great economic benefits and a vast city. The prospect of the field.

【技术实现步骤摘要】
一种基于人机协作的果园智能机械手采摘装置
本技术涉及采摘机器人
，具体为一种基于人机协作的果园智能机械手采摘装置。
技术介绍
我国是世界第一大水果生产国，也是世界第一大水果消费国，2015年我国的水果产量已超过2.71亿吨，约占全球产量的17％。但我国目前的水果采摘绝大部分还是以人工采摘为主，采摘作业所用的劳动力占整个生产过程的33％～50％。采摘作业强度大、人工成本高、采摘效率低、危险性高。本项目大大提高了采摘效率，降低了果实的破损率。节省了人工成本，提高了果农的经济效益。且随着农业从业者人数的减少及老龄化趋势不断加大，采摘机械的开发利用具有巨大的经济效益和广阔的市场前景。目前国外对采摘机械的研究是以采摘机器人为主，采摘机器人主要由机械手、末端执行器、视觉识别系统和行走装置等4大系统组成。近年来，日本在番茄采摘机器人上设计出了具有7个自由度的能够指定采摘姿态的机械手，西班牙科技人员研发出一套由光学视觉系统和机械手组成的柑橘采摘机器人识别柑橘是否成熟。此类产品可有效地代替人力，极大地节约人力成本，但是此类采摘机器人价格昂贵且不易维修，很难在我国小农经济式的果园中推广开。我国果园采收机械化的研究与应用较晚，但近些年我国采摘机械得到迅速发展，中国农业大学和潍坊学院联合研制了茄子采摘机器人，该机器人由四自由度关节式机械手、DMC运动控制器、数字摄像头以及PC机组成。中国农业大学研制了六自由度圆柱型黄瓜采摘机器人,该机器人拥有六自由度机械臂，各关节均采用步进电机驱动,视觉系统采用基于RGB模型G分量的图像分割算法，分割成功率为70％左右。但该设计采摘精度不高，容易造成果实高损伤率。目前，采摘机器人研究领域主要存在以下几个问题：(1)果实的识别率不高或定位精度不高。(2)果实损伤率较大。(3)果实的平均采摘周期较长。如采摘机器人收获一个甜瓜约15s。为使机器人实现实用化，提高其作业效率与减少果实损伤率是应解决问题的关键。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种基于人机协作的果园智能机械手采摘装置，以解决上述
技术介绍
中提出的问题。为实现上述目的，本技术提供如下技术方案：一种基于人机协作的果园智能机械手采摘装置，包括推车、采摘机械手以及水果收集装置，所述推车的车体上端面固定安装有电动伸缩杆，电动伸缩杆顶部固定有基座，基座上安装有采摘机械手，所述采摘机械手采用六自由度串联关节型机械手；所述采摘机械手端部安装有用于剪断果梗的末端执行器；所述水果收集装置包括顶部开口位于末端执行器下方的可伸缩式管道，所述可伸缩式管道的顶部开口外壁与基座固定连接，可伸缩式管道底部连接有倾斜导管，倾斜导管底端伸入车体上端面固定的水果筐内；所述采摘机械手中各个舵机的舵机驱动器、末端执行器以及电动伸缩杆的控制端均与控制板连接。作为本技术进一步的方案：所述可伸缩式管道内部设置多级缓冲装置，所述缓冲装置为四周与可伸缩式管道内壁固定的缓冲垫，缓冲垫中心开设有通孔，缓冲垫上围绕通孔四周分布有V型开口。作为本技术进一步的方案：所述可伸缩式管道为铝箔可伸缩式管道。作为本技术进一步的方案：所述六自由度串联关节型机械手包括安装在基座上的旋转座，旋转座内设置有用于驱动旋转台旋转的舵机，所述旋转台上安装有第一铰接座，第一铰接座端部铰接有第一摆臂，第一铰接座内设置有用于驱动第一摆臂转动的舵机；第一摆臂顶部铰接有第二摆臂，第一摆臂端部设置有用于驱动第二摆臂转动的舵机；第二摆臂端部铰接有第二铰接座，第二摆臂端部设置有用于驱动第二铰接座转动的舵机；第二铰接座上端面旋转安装有转动台，第二铰接座内设置有用于驱动转动台旋转的舵机；所述转动台内的舵机输出轴端通过连接架与末端执行器连接。作为本技术进一步的方案：所述末端执行器包括与连接架固定的执行支架，执行支架上对称安装一组剪臂，所述剪臂包括剪刀片、剪刀摆动臂以及中心轴转动安装在执行支架上的锤片，两个锤片之间通过多个齿头啮合连接，锤片上延伸设置有延伸臂，延伸臂端部与剪刀摆动臂端部铰接，所述剪刀摆动臂中部铰接有与延伸臂平行的中间杆，中间杆另一端与执行支架铰接，所述剪刀片固定在剪刀摆动臂自由端，所述执行支架内安装有用于驱动其中一个锤片转动的执行马达。作为本技术进一步的方案：所述转动台顶部安装有摄像头，所述摄像头通过WIFI模块与控制板连接，控制板上连接有显示屏，控制板通过无线通讯模块与上位机通讯连接，上位机通过模拟器与无线控制手柄连接。作为本技术进一步的方案：所述显示屏为OLED显示屏。作为本技术进一步的方案：所述控制板的型号为STM32F103。与现有技术相比，本技术的有益效果是：1、在水果采摘的闭环人机系统中，采用人与机械的交替互助与串口显示屏的结合使用，给予反馈者更为精准的反馈信息大大降低了采摘难度，取代了传统人工采摘模式中高强度，高危险性的采摘行为。同时在果实采摘的精准度上优于现有的纯机械化采摘机器人。本项目中以人作为控制主体，在实际采摘活动中，更能体现系统的灵活性；2、末端执行器选用剪切式在连接最弱处于果柄，改变了人工剪切的低效行为，扩大了执行器的作业范围和工作能力，提高了效率。同时较与夹持器式摘取方式，剪切式对所摘取水果的种类与果径要求更为宽泛并降低了果实采摘的破损率；3、共有七个自由度，包括机械手的六自由度和支撑杆的自由度。现有市场上的采摘机械手多为2～3个自由度，相较于此，多自由度控制可扩大采摘范围，灵活变化角度。在实际采摘过程中，对于复杂位置的果实的剪切采取更具优势，增加了果实采净率。附图说明图1为一种基于人机协作的果园智能机械手采摘装置的结构示意图；图2为一种基于人机协作的果园智能机械手采摘装置的结构示意图；图3为一种基于人机协作的果园智能机械手采摘装置的结构示意图；图4为一种基于人机协作的果园智能机械手采摘装置的结构示意图；图5为一种基于人机协作的果园智能机械手采摘装置的结构示意图；图6为一种基于人机协作的果园智能机械手采摘装置的系统流程框图；图7为一种基于人机协作的果园智能机械手采摘装置中D-H连杆坐标系；图8为一种基于人机协作的果园智能机械手采摘装置中D-H模型逆运动学几何表示；图9为一种基于人机协作的果园智能机械手采摘装置中采摘机械手工作空间仿真的三维图；图10为一种基于人机协作的果园智能机械手采摘装置中采摘机械手工作空间的XOZ坐标图；图11为一种基于人机协作的果园智能机械手采摘装置中采摘机械手工作空间的YOZ坐标图；图12为一种基于人机协作的果园智能机械手采摘装置中采摘机械手工作空间的XOY坐标图。具体实施方式下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术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技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，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，都属于本技术保护的范围。请参阅图1～5，本技术提供一种技术方案：一种基于人机协作的果园智能机械手采摘装置，包括推车1、采摘机械手6以及水果收集装置，所述推车1的车体11下端面四周设置有滚轮12，推车1的车体11上端面固定安装有电动伸缩杆2，电动伸缩杆2顶部固定有基座4，基座4上安装有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于人机协作的果园智能机械手采摘装置，包括推车、采摘机械手以及水果收集装置，其特征在于：所述推车的车体上端面固定安装有电动伸缩杆，电动伸缩杆顶部固定有基座，基座上安装有采摘机械手，所述采摘机械手采用六自由度串联关节型机械手；所述采摘机械手端部安装有用于剪断果梗的末端执行器；所述水果收集装置包括顶部开口位于末端执行器下方的可伸缩式管道，所述可伸缩式管道的顶部开口外壁与基座固定连接，可伸缩式管道底部连接有倾斜导管，倾斜导管底端伸入车体上端面固定的水果筐内；所述采摘机械手中各个舵机的舵机驱动器、末端执行器以及电动伸缩杆的控制端均与控制板连接。

【技术特征摘要】
1.一种基于人机协作的果园智能机械手采摘装置，包括推车、采摘机械手以及水果收集装置，其特征在于：所述推车的车体上端面固定安装有电动伸缩杆，电动伸缩杆顶部固定有基座，基座上安装有采摘机械手，所述采摘机械手采用六自由度串联关节型机械手；所述采摘机械手端部安装有用于剪断果梗的末端执行器；所述水果收集装置包括顶部开口位于末端执行器下方的可伸缩式管道，所述可伸缩式管道的顶部开口外壁与基座固定连接，可伸缩式管道底部连接有倾斜导管，倾斜导管底端伸入车体上端面固定的水果筐内；所述采摘机械手中各个舵机的舵机驱动器、末端执行器以及电动伸缩杆的控制端均与控制板连接。2.根据权利要求1所述的一种基于人机协作的果园智能机械手采摘装置，其特征在于：所述可伸缩式管道内部设置多级缓冲装置，所述缓冲装置为四周与可伸缩式管道内壁固定的缓冲垫，缓冲垫中心开设有通孔，缓冲垫上围绕通孔四周分布有V型开口。3.根据权利要求2所述的一种基于人机协作的果园智能机械手采摘装置，其特征在于：所述可伸缩式管道为铝箔可伸缩式管道。4.根据权利要求1所述的一种基于人机协作的果园智能机械手采摘装置，其特征在于：所述六自由度串联关节型机械手包括安装在基座上的旋转座，旋转座内设置有用于驱动旋转台旋转的舵机，所述旋转台上安装有第一铰接座，第一铰接座端部铰接有第一摆臂，第一铰接座内设置有用于驱动第一摆臂转动的舵机；第一摆臂顶部铰接有第二摆臂...

【专利技术属性】
技术研发人员：白雪，斯贝贝，张凯，常庆庆，奚婷婷，
申请(专利权)人：安徽农业大学，
类型：新型
国别省市：安徽,34