机器人收获系统技术方案

一种示例系统包括真空发生装置、机械臂和联接到机械臂的收获装置。收获装置包括：末端执行器，其具有入口；真空管，其联接到端部执行器的入口和真空发生装置，其中真空发生装置被构造成在真空管中产生真空环境；出口机构，其联接到真空管；和减速结构，其被构造成使已经穿过真空环境的至少一部分的果实减速。

Robot Harvesting System

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】机器人收获系统相关申请的交叉引用本申请要求2016年9月21日提交的名称为“用于机器人收获的末端执行器（EndEffectorforRoboticHarvesting）”的美国临时专利申请第62/397,456号的优先权，该申请的全部内容通过引用结合于此，如同在本说明书中完全阐述一样。
技术介绍
果实采摘和收获仍然主要是手工操作。在诸如苹果、梨、杏、桃子等果实长在树上的果园里，农场工人可以移动梯子靠近树，爬上梯子，摘下果实，然后将果实转移到像篮子一样的临时仓库。在工人摘下那个地方的所有成熟果实之后，工人爬下梯子，将梯子移动到另一个地方，然后重复该过程。该过程对劳动力的要求很高，这导致操作成本很高，从而降低了农民的利润。依靠体力劳动也可能有其他风险。例如，工人生病或其他不能出工情况可能会影响劳动力供应。作为另一示例，缺乏未受过培训的工人会导致果实处理不当或错误。虽然采摘果实似乎需要低技能和低培训的工人，但熟练的农场工人每秒钟可能采摘多达两个果实，并且由于损坏造成的损失相对较低，而未经培训的工人可能工作速度明显较慢，并且可能由于果实损坏造成更高的损失。培训工人的成本可能导致农场运营成本的显著增加。因此，可能需要机械化果实收获系统，该系统减轻与体力劳动相关的一些风险。一种示例性机械化系统可以具有末端执行器，该末端执行器被构造成采摘果实，以代替手动采摘果实。为了降低这种机械化系统的成本，可能需要这样一种机械化系统，其不需要末端执行器的高度精确定位来有效地采摘果实。
技术实现思路
本公开描述了涉及机器人收获系统的实施例。在一个方面，本公开描述了一种果实收获机器人系统。该果实收获机器人系统包括：(i)真空发生装置；(ii)机械臂；(iii)收获装置，其联接到机械臂并包括：(a)末端执行器，其具有入口，(b)真空管，其联接到末端执行器的入口和真空发生装置，其中真空发生装置被构造成在真空管中产生真空环境，并且其中末端执行器的入口具有允许特定类型的果实通过入口并进入真空管中的真空环境的尺寸，(c)出口机构，其联接到真空管，其中已经进入真空环境的果实能够通过出口机构离开真空环境，以及(d)减速结构，其被构造成使已经穿过真空环境的至少一部分的果实减速而不损坏果实；以及(iv)控制器，其被构造成执行操作，所述操作包括：导致机械臂移动收获装置，以将末端执行器的入口定位在距附接到树的果实预定距离内，其中真空环境产生通过入口的气流，从而诱发将施加到果实的力；将果实通过入口拉入真空管中；以及将果实与树分离。前述
技术实现思路
仅是说明性的，并不旨在以任何方式进行限制。除了上面描述的说明性方面、实施例和特征之外，通过参考附图和以下详细描述，另外的方面、实施例和特征将变得显而易见。附图说明图1示出了根据一个示例性实施方式的附接到树的苹果。图2A示出了根据一个示例性实施方式的用于收获的机器人系统。图2B示出了根据一个示例性实施方式的图2A所示机器人系统的内部构造。图3A示出了根据一个示例性实施方式的安装到托架的机械臂。图3B示出了根据一个示例性实施方式的围绕铰链在特定方向上旋转的托架。图3C示出了根据一个示例性实施方式的图2A所示机器人系统的后视图，示出了托架。图3D示出了根据一个示例性实施方式的围绕相应的铰链在特定方向上旋转的图3C所示托架。图4示出了根据一个示例性实施方式的机器人系统的控制系统。图5示出了根据一个示例性实施方式的机械臂系统。图6A示出了根据一个示例性实施方式的基于真空的收获系统的示意图。图6B示出了根据一个示例性实施方式的图6A所示的基于真空的收获系统，其中末端执行器相对于果实未对准。图7A示出了根据一个示例性实施方式的具有基于真空的末端执行器的收获系统，该末端执行器被构造成以与果实的脱落轴线成一角度施加扭转。图7B示出了根据一个示例性实施方式的管的切割区段的透视图。图7C示出了根据一个示例性实施方式的描绘管的远端的前视图。图7D示出了根据一个示例性实施方式的构造为柔性板的突出部。图7E示出了根据一个示例性实施方式的具有一对或多对电极的突出部。图8A示出了根据一个示例性实施方式的收获系统，该收获系统被构造成以与果实的脱落轴线成一角度向果实施加扭转。图8B示出了根据一个示例性实施方式的收获系统的操作。图8C示出了根据一个示例性实施方式的图8A所示收获系统的变型。图8D示出了根据一个示例性实施方式的图8C所示收获系统的操作。图8E示出了根据一个示例性实施方式的图8A所示收获系统的另一个变型。图8F示出了根据一个示例性实施方式的结合来自图7A的构造的特征和来自图8A的构造的特征的收获系统。图8G示出了根据一个示例性实施方式的管的前视图，该管被构造成适应成簇生长的果实的各种取向。图9A示出了根据一个示例性实施方式的末端执行器的透视图。图9B示出了根据一个示例性实施方式的图9A所示末端执行器沿着图9A所示平面A-A’的剖视图。图9C示出了根据一个示例性实施方式的示意图，示出了在刚性管内部和周围引起的气流。图9D示出了根据一个示例性实施方式的实验数据，该实验数据将喷嘴与果实的间距与使用不同喷嘴孔口尺寸的不同直径的测试球上的阻力相关联。图9E示出了根据一个示例性实施方式的具有大光圈开口的光圈开口机构。图9F示出了根据一个示例性实施方式的具有小光圈开口的图9A所示光圈开口机构。图9G示出了根据一个示例性实施方式的图9A所示末端执行器的剖视图。图9H示出了根据一个示例性实施方式的用于细枝切割（twigcutting）的轮子。图9I示出了根据一个示例性实施方式的轮子，该轮子相对于图9H中描绘的其位置处于旋转位置。图9J示出了根据一个示例性实施方式的轮子的区段和具有锋利边缘的叶片的区段。图9K示出了根据一个示例性实施方式的传感器在该处可以联接到末端执行器的示例位置。图10示出了根据一个示例性实施方式的联接到末端执行器的近端的带垫导管。图11A示出了根据一个示例性实施方式的具有末端执行器的收获系统，该末端执行器具有T形外管。图11B示出了根据一个示例性实施方式的内管的前透视图。图11C示出了根据一个示例性实施方式的图11B所示内管的侧视图。图11D示出了根据一个示例性实施方式的外管的透视图。图12A示出了根据一个示例性实施方式将末端执行器与传送机构相结合。图12B示出了根据一个示例性实施方式的具有狭缝孔的桶，该狭缝孔具有第一形状。图12C示出了根据一个示例性实施方式的具有狭缝孔的桶，该狭缝孔具有第二形状。图12D示出了根据一个示例性实施方式的末端执行器沿着图12A所示的平面A-A’的剖视图。图12E示出了根据一个示例性实施方式从管中移除果实。图13A示出了根据一个示例性实施方式的具有另一个传送机构的末端执行器。图13B示出了根据一个示例性实施方式的柔性活板机构。图13C示出了根据一个示例性实施方式的具有打开以让果实通过的活板的末端执行器。图14示出了根据一个示例性实施方式的在果实减速之前发生从真空环境中移除果实的收获系统。图15A示出了根据一个示例性实施方式的在果实减速之后发生从真空环境中移除果实的收获系统。图15B示出了根据一个示例性实施方式将箱移出真空环境。图16示出了根据一个示例性实施方式的具有两级真空功率的收获系统的示意图。图17A示出了本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种果实收获机器人系统，包括：真空发生装置；机械臂；收获装置，其联接到所述机械臂并包括：末端执行器，其具有入口，真空管，其联接到所述末端执行器的所述入口和所述真空发生装置，其中，所述真空发生装置被构造成在所述真空管中产生真空环境，并且其中，所述末端执行器的所述入口具有允许特定类型的果实穿过所述入口并进入所述真空管中的所述真空环境的尺寸，出口机构，其联接到所述真空管，其中，已进入所述真空环境的果实能够通过所述出口机构离开所述真空环境，和减速结构，其被构造成使已经穿过所述真空环境的至少一部分的果实减速而不损坏果实；和控制器，其被构造成执行操作，所述操作包括：使所述机械臂移动所述收获装置，以将所述末端执行器的所述入口定位在距附接到树上的果实预定距离内，其中，所述真空环境产生通过所述入口的气流，从而诱发将施加到所述果实的力；将所述果实通过所述入口拉入所述真空管中；以及将所述果实与所述树分离。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.09.21 US 62/3974561.一种果实收获机器人系统，包括：真空发生装置；机械臂；收获装置，其联接到所述机械臂并包括：末端执行器，其具有入口，真空管，其联接到所述末端执行器的所述入口和所述真空发生装置，其中，所述真空发生装置被构造成在所述真空管中产生真空环境，并且其中，所述末端执行器的所述入口具有允许特定类型的果实穿过所述入口并进入所述真空管中的所述真空环境的尺寸，出口机构，其联接到所述真空管，其中，已进入所述真空环境的果实能够通过所述出口机构离开所述真空环境，和减速结构，其被构造成使已经穿过所述真空环境的至少一部分的果实减速而不损坏果实；和控制器，其被构造成执行操作，所述操作包括：使所述机械臂移动所述收获装置，以将所述末端执行器的所述入口定位在距附接到树上的果实预定距离内，其中，所述真空环境产生通过所述入口的气流，从而诱发将施加到所述果实的力；将所述果实通过所述入口拉入所述真空管中；以及将所述果实与所述树分离。2.根据权利要求1所述的果实收获机器人系统，其中，所述减速结构设置在所述真空环境之外，并且被构造成使已经通过所述出口机构离开所述真空环境的果实减速。3.根据权利要求1所述的果实收获机器人系统，其中，所述出口机构包括位于所述真空管内或所述真空管的端部处的两个弹簧加载门，其中，当果实由于由所述真空环境引起的所述果实的动量而撞击所述两个弹簧加载门时，所述两个弹簧加载门打开以允许所述果实穿过形成在所述两个弹簧加载门之间的开口，并且其中，所述两个弹簧加载门在所述果实穿过所述两个弹簧加载门之后关闭以将所述真空环境容纳在所述真空管内。4.根据权利要求1所述的果实收获机器人系统，还包括：箱填充机构，其包括构造成围绕枢轴旋转的可枢转门；和箱，其位于所述可枢转门下方，其中，所述可枢转门设置在所述减速结构下面，使得果实在被所述减速结构减速后落到所述可枢转门上，从而使所述可枢转门围绕所述枢轴旋转并允许所述果实进入所述箱。5.根据权利要求4所述的果实收获机器人系统，其中，所述减速结构设置在所述真空环境内，并且其中，所述出口机构包括(i)第一门，其在第一枢轴处联接到所述收获装置，以及(ii)第二门，其在第二枢轴处联接到所述收获装置，其中，所述第一枢轴和所述第二枢轴分别允许所述第一门和所述第二门在关闭位置和打开位置之间切换，并且其中：当所述第一门和所述第二门处于所述关闭位置时，所述第一门和所述第二门形成包含所述箱的腔室，使得所述箱设置在所述真空环境中，并且当所述第一门和所述第二门处于所述打开位置时，所述箱能够离开所述真空环境。6.根据权利要求5所述的果实收获机器人系统，还包括：输送机，所述箱设置在所述输送机上，其中，所述控制器还被构造成执行操作，所述操作包括：确定所述箱是满的；使所述第一门和所述第二门打开；启动所述输送机以将所述箱转移出所述真空环境，并将后续的箱定位在所述箱填充机构下方；和使所述第一门和所述第二门关闭，以便重新密封所述后续的箱周围的真空环境。7.根据权利要求1所述的果实收获机器人系统，其中，所述真空管是第一真空管，其中，所述真空发生装置包括第一真空鼓风机，所述第一真空鼓风机被构造成在所述第一真空管中产生真空环境，并且其中，所述果实收获机器人系统还包括：第二真空管，其联接到所述收获装置；第二真空鼓风机，其被构造成在所述第二真空管中产生第二真空环境，...

【专利技术属性】
技术研发人员：C萨利斯伯里，DC斯蒂尔，M埃里克森，C施瓦布，
申请(专利权)人：裕盛机器人技术公司，
类型：发明
国别省市：美国,US