一种防止水果损坏的智能采摘机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种防止水果损坏的智能采摘机器人，其包括移动单元、摘果单元、探测单元和处理器单元，移动单元包括底盘，摘果单元包括第一底座，第一底座上安装有固定架，固定架顶部和底部分别安装顶板，顶板上固定安装有第一旋转电机和第二旋转电机，摘果单元还包括第一转台和旋转臂，旋转臂包括第二底座，第二底座上安装第一旋臂、第二旋臂、第三旋臂，第三旋臂上安装机械手，探测单元包括第二转台，第二转台上安装直杆，直杆上安装转杆，转杆通过第五旋转电机与直杆铰接，转杆顶部安装视觉传感器，机械手和底盘上均安装有位置传感器。本发明专利技术的智能采摘机器人大大提高了采摘效率，同时机械臂可靠性高且体积较小，操作灵活。

An Intelligent Picking Robot to Prevent Fruit Damage

The invention discloses an intelligent picking robot for preventing fruit damage, which comprises a mobile unit, a picking unit, a detection unit and a processor unit. The mobile unit comprises a chassis, a picking unit comprises a first base, a fixed frame is installed on the first base, a roof is installed on the top and bottom of the fixed frame respectively, and a first rotary motor and a second rotary motor are fixed on the top plate. The picking unit also includes a first turntable and a rotating arm. The rotating arm includes a second base. The first, second and third arms are installed on the second base. The third arm is equipped with a manipulator. The detecting unit includes a second turntable, a straight bar is installed on the second turntable, and a rotary bar is installed on the straight bar. The rotary bar is articulated with the straight bar through the fifth rotating motor, and a visual sensor is installed on the top of the rotary bar. Position sensors are installed on both the manipulator and the chassis. The intelligent picking robot of the invention greatly improves the picking efficiency, while the mechanical arm has high reliability, small volume and flexible operation.

【技术实现步骤摘要】
一种防止水果损坏的智能采摘机器人
本专利技术是关于农业机器人
，特别是关于一种防止水果损坏的智能采摘机器人。
技术介绍
在农业领域中，采摘水果需要耗费相当大的人力物力，在工业生产浪潮下，实现水果采摘机械化已经成为一种趋势。目前在水果采摘领域已经出现了水果采摘机器人，水果采摘机器人作为农业机器人的重要类型，具有很大的发展潜力，采摘机器人是21世纪精确农业的重要装备之一，是未来智能农业机械的发展方向采摘机器人是针对水果和蔬菜，可以通过编程来完成这些作物的采摘、转运、打包等相关作业任务的具有感知能力的自动化机械收获系统，是集机械、电子、信息、智能技术、计算机科学、农业和生物等学科于一体的交叉边缘性科学，需要涉及机械结构、视觉图像处理、机器人运动学动力学、传感器技术、控制技术以及计算信息处理等多方面的学科领域知识。然而，现有的水果采摘机器人在实际应用过程存在一些问题，首先，旋转臂由于长时间工作，可靠性低经常发生故障，而且不够灵活、体积过大，在采摘过程中经常会发生将其他未成熟水果碰掉损坏的现象发生；其次，采摘效率慢，当前采摘机器人通常只设置一组机械臂，而且摄像头通常安装在机械手上，机械手在采摘之前必须先要发现目标果实，效率很慢，往往达不到人工采摘的速度，灵活性教差，从而影响采摘效率。公开于该
技术介绍
部分的信息仅仅旨在增加对本专利技术的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种防止水果损坏的智能采摘机器人，以克服现有技术中摘果机器人采摘效率慢、机械臂可靠性低和体积大的缺陷。为实现上述目的，本专利技术提供了一种防止水果损坏的智能采摘机器人，包括移动单元、摘果单元、探测单元和处理器单元，移动单元包括底盘，摘果单元包括第一底座，第一底座安装在底盘上，第一底座上安装有固定架，固定架顶部和底部分别安装有顶板和第一固定凸缘，第一固定凸缘与第一底座紧固连接，顶板上固定安装第一旋转电机和第二旋转电机，第一旋转电机和第二旋转电机分别包括第一转轴和第二转轴，第一转轴底部和第二转轴底部分别安装有大齿轮和小齿轮，顶板上还安装有轴承架，轴承架底部固定安装有第二固定凸缘，第二固定凸缘与顶板紧固，轴承架内腔固定安装有轴承，轴承架顶部连接第一转台，第一转台底部安装第三转轴，第三转轴分别穿过轴承和顶板，轴承底部安装有旋转齿轮，旋转齿轮与大齿轮和小齿轮配合，第一转台顶部安装有旋转臂，旋转臂包括第二底座，第二底座上固定安装第一铰接座和第二铰接座，第一铰接座上安装有第一旋臂，第二铰接座上安装有第一气缸，第一旋臂上安装有第三铰接座和第四旋转电机，第一气缸另一端连接第三铰接座，第一旋臂铰接第二旋臂，第四旋转电机连接第一旋臂和第二旋臂之间的铰接轴并控制铰接轴旋转，第二旋臂连接第三旋臂，第二旋臂和第三旋臂上分别安装第四铰接座和第五铰接座，第四铰接座和第五铰接座上安装第二气缸，第三旋臂连接有机械手，机械手包括第三底座，第三底座与第三旋臂焊接固定，第三底座通过支架固定连接第四底座，第三底座与第四底座之间安装有多个第三旋转电机，第四底座上开设多个引线孔，第四底座上安装爪手台，爪手台侧壁安装多个引线板，引线板一端安装滑轮，爪手台顶部安装多个爪手，爪手包括固定爪手和活动爪手，活动爪手通过铰接轴与固定爪手铰接，第三旋转电机的旋转轴上安装有引线，引线穿过引线板与活动爪手固定连接并与滑轮接触，活动爪手和固定爪手之间安装弹性装置，爪手台上安装有距离传感器；探测单元包括第二转台，第二转台上安装直杆，直杆上安装转杆，转杆通过第五旋转电机与直杆铰接，转杆顶部安装视觉传感器，机械手和底盘上均安装有位置传感器。在一优选的实施方式中，底盘底部两侧安装履带，履带连接底盘电动机，第一底座通过剪刀式升降架与底盘固定连接，剪刀式升降架分别与第一底座和底盘固定连接。在一优选的实施方式中，底盘两端分别安装有果篮，果篮内部铺设有海绵层。在一优选的实施方式中，摘果单元的数量是两个，两个摘果单元在探测单元两侧。在一优选的实施方式中，第三旋转电机、引线孔、引线板和爪手的数量均为四个。在一优选的实施方式中，活动爪手和固定爪手的材质均为硅胶，引线的材质为合金钢。在一优选的实施方式中，弹性装置包括弹簧座和弹簧，弹簧座固定安装在引线板上，弹簧安装在弹簧座上且两端分别与活动爪手和固定爪手。在一优选的实施方式中，直杆是伸缩杆，直杆包括母杆和子杆，母杆内腔底部安装有第三气缸，子杆插入母杆内腔且与第三气缸连接。在一优选的实施方式中，视觉传感器是具有位置定位功能的摄像头，摄像头用于识别水果成熟度并对水果进行定位，处理器单元包括图像处理器和机器人处理器，图像处理器连接摄像头和机器人处理器，机器人处理器连接距离传感器和多个位置传感器，并能够对机械手的运动轨迹进行规划。在一优选的实施方式中，机器人处理器还连接第一旋转电机、第二旋转电机、第三旋转电机、第四旋转电机、第五旋转电机、第一气缸、第二气缸、底盘电动机并根据位置信息发送指令。与现有技术相比，根据本专利技术的防止水果损坏的智能采摘机器人具有如下有益效果是：1、解决了当前采摘机器人采摘效率慢的缺陷，本专利技术通过在底座上安装两组摘果单元和一组探测单元，在工作时，探测单元上的带有位置定位功能的摄像头首先将影像传输到图像处理器，图像处理器将符合采摘标准的果实(如苹果)的位置信息反馈到机器人处理器，机器人处理器分别控制两组摘果单元进行摘果作业，由于本专利技术将采摘和探测分开进行，且设置两组摘果单元，大大加快了本专利技术的采摘效率。2、本专利技术所述机械臂可靠性高且体积较小，在当前很多摘果机械臂上安装有旋转电机以使机械臂能够活动，但是电机往往质量较重，而且机械臂仅靠电机提供旋转动力，本专利技术采用气缸和电机组合的方式，在最下侧的第一旋臂采用气缸进行承重升降，中间的第二旋臂在采摘过程中往往转动最为频繁和要求最为精确，而且承重相对下侧第一旋臂较小，所以采用伺服电机，最上侧第三旋臂往往承担着将水果放入果篮中的责任，往往存在着旋转角度大、频率小的特点，所以采用气缸的方式，本专利技术所述的机械臂所采用动力装置搭配合理，可使故障率大幅降低。3、本专利技术还具有采摘精度高的特点，在采摘过程中，旋转定位是非常关键的，当发现目标果实时，机器人处理器首先控制第一转台旋转到合适的方向，在本专利技术中，第一转台旋转时通过齿轮控制，齿轮控制具有控制精度高的特点，而且本专利技术设置有第一旋转电机和第二旋转电机，第一旋转电机上安装大齿轮，第二旋转电机上安装小齿轮，大齿轮和小齿轮均与旋转齿轮连接，当需要一次旋转大角度时，机器人处理器首先控制大齿轮旋转，当旋转角度接近时，机器人处理器控制大齿轮停止旋转，小齿轮开始旋转。附图说明图1是根据本专利技术一实施方式的防止水果损坏的智能采摘机器人的结构示意图。图2是根据本专利技术一实施方式的摘果单元的结构示意图。图3是图2的局部放大图I。图4是根据本专利技术一实施方式的机械手的结构示意图。图5是图4的局部放大图II。主要附图标记说明：1、底盘；2、履带；3、第一底座；4、固定架；5、顶板；6、第一固定凸缘；7、第一旋转电机；8、第二旋转电机；9、大齿轮；10、小齿轮；11、轴承架；12、第二固定凸缘；13、第一转台；14、第三转轴；1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种防止水果损坏的智能采摘机器人，包括移动单元、摘果单元、探测单元和处理器单元，其特征在于：所述移动单元包括底盘(1)，所述摘果单元包括第一底座(3)，所述第一底座(3)安装在所述底盘(1)上，所述第一底座(3)上安装有固定架(4)，所述固定架(4)顶部和底部分别安装有顶板(5)和第一固定凸缘(6)，所述第一固定凸缘(6)与所述第一底座(3)紧固连接，所述顶板(5)上固定安装第一旋转电机(7)和第二旋转电机(8)，所述第一旋转电机(7)和第二旋转电机(8)分别包括第一转轴和第二转轴，第一转轴底部和第二转轴底部分别安装有大齿轮(9)和小齿轮(10)，所述顶板(5)上还安装有轴承架(11)，所述轴承架(11)底部固定安装有第二固定凸缘(12)，所述第二固定凸缘(12)与所述顶板(5)紧固，轴承架(11)内腔固定安装有轴承，轴承架(11)顶部连接第一转台(13)，所述第一转台(13)底部安装第三转轴(14)，所述第三转轴(14)分别穿过轴承和所述顶板(5)，轴承底部安装有旋转齿轮(15)，所述旋转齿轮(15)与所述大齿轮(9)和小齿轮(10)配合，所述第一转台(13)顶部安装有旋转臂，所述旋转臂包括第二底座(16)，所述第二底座(16)上固定安装第一铰接座(17)和第二铰接座(48)，所述第一铰接座(17)上安装有第一旋臂(18)，所述第二铰接座(48)上安装有第一气缸(19)，所述第一旋臂(18)上安装有第三铰接座(20)和第四旋转电机(21)，所述第一气缸(19)另一端连接第三铰接座(20)，所述第一旋臂(18)铰接第二旋臂(22)，所述第四旋转电机(21)连接所述第一旋臂(18)和第二旋臂(22)之间的铰接轴并控制铰接轴旋转，所述第二旋臂(22)连接第三旋臂(23)，所述第二旋臂(22)和所述第三旋臂(23)上分别安装第四铰接座(24)和第五铰接座(25)，所述第四铰接座(24)和第五铰接座(25)上安装第二气缸(26)，所述第三旋臂(23)连接有机械手，所述机械手包括第三底座(27)，所述第三底座(27)与所述第三旋臂(23)焊接固定，所述第三底座(27)通过支架(28)固定连接第四底座(29)，第三底座(27)与第四底座(29)之间安装有多个第三旋转电机(30)，所述第四底座(29)上开设多个引线孔(31)，所述第四底座(29)上安装爪手台(32)，所述爪手台(32)侧壁安装多个引线板(33)，所述引线板(33)一端安装滑轮(34)，所述爪手台(32)顶部安装多个爪手，所述爪手包括固定爪手(35)和活动爪手(36)，所述活动爪手(36)通过铰接轴与所述固定爪手(35)铰接，所述第三旋转电机(30)的旋转轴上安装有引线(37)，所述引线(37)穿过所述引线板(33)与所述活动爪手(36)固定连接并与所述滑轮(34)接触，所述活动爪手(36)和所述固定爪手(35)之间安装弹性装置，所述爪手台(32)上安装有距离传感器；所述探测单元包括第二转台(38)，第二转台(38)上安装直杆，所述直杆上安装转杆(39)，所述转杆(39)通过第五旋转电机(40)与所述直杆铰接，所述转杆(39)顶部安装视觉传感器(49)，所述机械手和所述底盘(1)上均安装有位置传感器。...

【技术特征摘要】
1.一种防止水果损坏的智能采摘机器人，包括移动单元、摘果单元、探测单元和处理器单元，其特征在于：所述移动单元包括底盘(1)，所述摘果单元包括第一底座(3)，所述第一底座(3)安装在所述底盘(1)上，所述第一底座(3)上安装有固定架(4)，所述固定架(4)顶部和底部分别安装有顶板(5)和第一固定凸缘(6)，所述第一固定凸缘(6)与所述第一底座(3)紧固连接，所述顶板(5)上固定安装第一旋转电机(7)和第二旋转电机(8)，所述第一旋转电机(7)和第二旋转电机(8)分别包括第一转轴和第二转轴，第一转轴底部和第二转轴底部分别安装有大齿轮(9)和小齿轮(10)，所述顶板(5)上还安装有轴承架(11)，所述轴承架(11)底部固定安装有第二固定凸缘(12)，所述第二固定凸缘(12)与所述顶板(5)紧固，轴承架(11)内腔固定安装有轴承，轴承架(11)顶部连接第一转台(13)，所述第一转台(13)底部安装第三转轴(14)，所述第三转轴(14)分别穿过轴承和所述顶板(5)，轴承底部安装有旋转齿轮(15)，所述旋转齿轮(15)与所述大齿轮(9)和小齿轮(10)配合，所述第一转台(13)顶部安装有旋转臂，所述旋转臂包括第二底座(16)，所述第二底座(16)上固定安装第一铰接座(17)和第二铰接座(48)，所述第一铰接座(17)上安装有第一旋臂(18)，所述第二铰接座(48)上安装有第一气缸(19)，所述第一旋臂(18)上安装有第三铰接座(20)和第四旋转电机(21)，所述第一气缸(19)另一端连接第三铰接座(20)，所述第一旋臂(18)铰接第二旋臂(22)，所述第四旋转电机(21)连接所述第一旋臂(18)和第二旋臂(22)之间的铰接轴并控制铰接轴旋转，所述第二旋臂(22)连接第三旋臂(23)，所述第二旋臂(22)和所述第三旋臂(23)上分别安装第四铰接座(24)和第五铰接座(25)，所述第四铰接座(24)和第五铰接座(25)上安装第二气缸(26)，所述第三旋臂(23)连接有机械手，所述机械手包括第三底座(27)，所述第三底座(27)与所述第三旋臂(23)焊接固定，所述第三底座(27)通过支架(28)固定连接第四底座(29)，第三底座(27)与第四底座(29)之间安装有多个第三旋转电机(30)，所述第四底座(29)上开设多个引线孔(31)，所述第四底座(29)上安装爪手台(32)，所述爪手台(32)侧壁安装多个引线板(33)，所述引线板(33)一端安装滑轮(34)，所述爪手台(32)顶部安装多个爪手，所述爪手包括固定爪手(35)和活动爪手(36)，所述活动爪手(36)通过铰接轴与所述固定爪手(35)铰接，所述第三旋转电机(30)的旋转轴上安装有引线(37)，所述引线(37)穿过所述引线板(33)...

【专利技术属性】
技术研发人员：张峰，阴伟锋，吴豪琼，张建霞，崔鹏伟，张涛，田坤，
申请(专利权)人：河南工学院，
类型：发明
国别省市：河南,41