一种全自动番茄自动采摘运输一体化机器人及使用方法技术

本发明专利技术涉及一种全自动番茄自动采摘运输一体化机器人及使用方法，其中一种全自动番茄自动采摘运输一体化机器人包括采摘车和运输车，运输车上设有收集装置，采摘车上设有无损采摘装置和输出端伸至收集装置的传送装置。本发明专利技术实现对番茄的采摘、运输与装卸的全程自动化，通过中间传送装置的合理配置使采摘车与运输车配合，实现了番茄采摘、运输与装卸的全程自动化，提高了劳动效率；实现无损采摘作业，吸附式无损采摘装置的锥形保护外壳一次只将一个番茄套住，真空吸盘开始扭转时不会碰伤到附近的果实，同时网兜装置采用柔性绳织网，可大大降低对番茄表面的冲击力，减损辊刷将番茄脱离传送带进入收集筐时的速度降到最低，以减少收集筐对番茄的冲击。

【技术实现步骤摘要】
一种全自动番茄自动采摘运输一体化机器人及使用方法
本专利技术涉及农业机器人
，尤其涉及到一种全自动番茄自动采摘运输一体化机器人及使用方法。
技术介绍
我国是农业大国，但整体机械化水平不高，作业效率低下，农业机器人的应用更是少之又少。就番茄来讲，目前通常是采用大棚规模化种植，采摘、运输和装卸等作业环节主要以人工完成，或是采用机械辅助作业，表现为耗时耗力、效率低下、成本高昂。而且采用机械辅助作业时，由于机械结构的不合理对番茄造成较大的损伤，从而影响了番茄的销售，降低了产值，增加了农业劳动者的经济负担。国内对番茄收获机器人的研究起步较晚，番茄收获领域比较落后。现有的一些用于番茄的作业机械普遍存在自动化程度低、作业时对番茄损伤较大和效率低的问题，且作业功能单一、适用性差，无法体系化作业，推广应用前景差。随着先进算法的不断提出、人工智能的不断发展，研发农业机器人将成为发展农业、实现农业现代化的重要方向。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术的不足，提供一种全自动番茄自动采摘运输一体化机器人及使用方法，提高了番茄收获效率，而且减小了收获过程中番茄的损伤。本专利技术是通过如下技术方案实现的，提供一种全自动番茄自动采摘运输一体化机器人，包括采摘车和运输车，所述运输车上设有收集装置，采摘车上设有无损采摘装置和输出端伸至收集装置的传送装置。本优化方案利用采摘车带动无损采摘装置进行无损采摘，采摘后的番茄通过传送装置送至运输车上的收集装置，收集至一定量时，运输车将收集装置中的番茄运至集中存放点，从而利用采摘车、传送装置和运输车的配合实现番茄收获作业，大幅降低了劳动强度，提高了收获效率。作为优化，所述无损采摘装置包括机械臂和安装在机械臂末节的真空吸盘，所述真空吸盘连接设置在采摘车上的真空发生器。本优化方案利用机械臂带动真空吸盘与番茄接触，利用真空发生器的作用使真空吸盘吸附住番茄，再利用机械臂末节的转动将果梗扭断，避免了番茄被损伤，真空发生器和机械臂均采用现有技术实现。作为优化，机械臂末节上固接有外壳，真空吸盘位于外壳内。本优化方案通过设置外壳，使番茄在外壳内被吸附，将番茄摘下、真空发生器停止工作后，避免番茄掉落。作为优化，还包括固设在采摘车上的第一导轨、滑接在第一导轨上的滑动底座和驱动滑动底座沿第一导轨沿竖向移动的第一驱动装置，所述滑动底座与机械臂首节固接。本优化方案通过滑动底座的移动带动机械臂上下移动，从而增大了采摘范围。作为优化，传送装置包括安装在采摘车上的固定输送机和安装在运输车上的摆动输送机，固定输送机的输出端延伸至摆动输送机的输入端，摆动输送机的输出端伸至收集装置，摆动输送机的机架通过横轴铰接在运输车上，运输车上安装有驱动摆动输送机绕横轴转动的摆动驱动装置。本优化方案的传送装置在使用时，通过固定输送机将采摘装置采摘的番茄传送至摆动输送机，利用摆动输送机将番茄传送至收集装置，通过摆动驱动装置带动摆动输送机整体摆动，使得摆动输送机的输出端高度可以调节，以避免落差过大导致番茄摔坏损伤，同时还方便实现逐层摆放。作为优化，所述摆动输送机包括机架、转动安装在机架上的主动滚筒和从动滚筒，以及连接主动滚筒和从动滚筒的摆动传送带，主动滚筒连接第一电动机；摆动输送机的机架上转动连接有位于固定输送机输出端与摆动输送机输入端之间的防卡辊刷，所述防卡辊刷与主动滚筒传动连接。本优化方案的摆动输送机通过第一电动机带动主动滚筒转动，从而带动传送带转动，实现番茄输送，结构简单，通过设置防卡辊刷，避免番茄在经过固定输送机和摆动输送机结合处时被卡住，实现了番茄顺利传送。作为优化，摆动输送机的机架上还转动连接有位于摆动输送机输出端上方的减损辊刷，所述减损辊刷连接第二电动机，减损辊刷与从动滚筒的转向相反。本优化方案通过第二电动机带动减损辊刷旋转，将番茄脱离传送带进入收集筐时的速度降到最低，以减少收集筐对番茄的冲击，避免番茄受损。作为优化，传送装置还包括固设在采摘车上的第二导轨、滑接在第二导轨上的移动底座和驱动移动底座沿第二导轨沿竖向移动的第二驱动装置，移动底座上安装有位于固定输送机上方的网兜装置和驱动网兜装置出料端启闭的第三驱动装置。本优化方案利用网兜装置承接机械臂卸下的番茄，减小了对番茄表面的冲击力，通过第二驱动装置驱动移动底座上下移动，从而实现了网兜装置的上下移动，实现了网兜装置从靠近机械臂卸料位置到靠近固定输送机位置之间的移动，减小了番茄滚动掉落高度差，更好地避免了番茄受损。作为优化，网兜装置包括与移动底座固接的支撑架，以及分别通过横向铰轴与支撑架铰接的第一外框和第二外框，第一外框和第二外框相对设置，第一外框和第二外框的内孔均安装有承接网；第三驱动装置包括安装在移动底座上的第三电动机、固装在第三电动机输出轴的控制齿轮，以及与所述控制齿轮啮合的上齿条和下齿条，上齿条和下齿条均与移动底座滑接，上齿条的一端与第一外框铰接，下齿条的一端与第二外框铰接，且上齿条和下齿条位于横向铰轴的同侧。本优化方案利用承接网的柔性，大大降低了对番茄表面的冲击力，通过控制齿轮同时与上齿条、下齿条啮合，当控制齿轮转动时，带动上齿条和下齿条沿相反方向移动，从而带动第一外框和第二外框沿相反的方向转动，实现控制网兜装置进料端和出料端的打开或闭合。作为优化，收集装置包括设置在运输车上的托盘、叉架和驱动托盘移动至叉架一侧的第四驱动装置，托盘上放置有与传送装置输出端对应的收集筐，叉架上设有与收集筐对应的货叉和驱动货叉沿竖向移动的第五驱动装置。本优化方案的收集装置通过收集筐存放由传动装置传送来的番茄，当收集筐中的番茄达到一定量时，通过托盘的移动带动收集筐朝向货叉移动，通过第五驱动装置带动货叉上移将收集筐挑起，然后通过叉架的动作将收集筐移至存放位置，进一步减轻了劳动强度，提高了作业效率。本方案还提供一种全自动番茄自动采摘运输一体化机器人的使用方法，包括如下方面：（1）整体工作过程：a、基于人工势场在作物行间规划路径，采摘车首先进入作物行间并调整好姿态，随后运输车进入，在运输车上的光电传感器与单片机的作用下实时标定、调整与采摘车之间的方位；b、采用强化学习算法实现路径跟踪及优化并控制机械臂完成采摘动作，待采摘装置将番茄摘下来之后，在机械臂的带动下，锥形外壳到达第二导轨的前侧某一位置，该位置为实现采摘及后续动作过程耗时最短的位置；传统的采摘方式为接果位置是固定的，这种传统方式表现为机械臂不管在什么位置采摘果实都必须返回到原来的接果位置，不能保证每次返回路径都是最优的、所耗时间是最短的，与传统采摘模式相比，本专利技术的作业模式配合最优路径算法，路径优、耗时短，实现了高效率采摘作业；c、采摘装置把番茄吐出至网兜装置上，随后网兜装置下移至固定输送机的上方近距离处将番茄缓慢放下，经过传送装置将番茄传送至收集筐；d、当收集筐下方的压力传感器输出的信号达到一定值时，采摘车停止工作，运输车脱离采摘车并将货物运输至集中收集点，与此同时单片机控制托盘移动，把收集筐移动到货叉的工作区域，随后叉架带动货叉将收集筐叉起并本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种全自动番茄自动采摘运输一体化机器人，其特征在于：包括采摘车（100）和运输车（200），所述运输车上设有收集装置，采摘车上设有无损采摘装置和输出端伸至收集装置的传送装置。/n

【技术特征摘要】
1.一种全自动番茄自动采摘运输一体化机器人，其特征在于：包括采摘车（100）和运输车（200），所述运输车上设有收集装置，采摘车上设有无损采摘装置和输出端伸至收集装置的传送装置。


2.根据权利要求1所述的一种全自动番茄自动采摘运输一体化机器人，其特征在于：所述无损采摘装置包括机械臂（15）和安装在机械臂末节的真空吸盘（103），所述真空吸盘连接设置在采摘车上的真空发生器。


3.根据权利要求2所述的一种全自动番茄自动采摘运输一体化机器人，其特征在于：还包括固设在采摘车上的第一导轨（141）、滑接在第一导轨上的滑动底座（21）和驱动滑动底座沿第一导轨沿竖向移动的第一驱动装置，所述滑动底座与机械臂首节固接。


4.根据权利要求1所述的一种全自动番茄自动采摘运输一体化机器人，其特征在于：传送装置包括安装在采摘车上的固定输送机（5）和安装在运输车上的摆动输送机（7），固定输送机的输出端延伸至摆动输送机的输入端，摆动输送机的输出端伸至收集装置，摆动输送机的机架通过横轴铰接在运输车上，运输车上安装有驱动摆动输送机绕横轴转动的摆动驱动装置。


5.根据权利要求4所述的一种全自动番茄自动采摘运输一体化机器人，其特征在于：所述摆动输送机包括机架、转动安装在机架上的主动滚筒（73）和从动滚筒，以及连接主动滚筒和从动滚筒的摆动传送带，主动滚筒连接第一电动机（71）；
摆动输送机的机架上转动连接有位于固定输送机输出端与摆动输送机输入端之间的防卡辊刷（72），所述防卡辊刷与主动滚筒传动连接。


6.根据权利要求5所述的一种全自动番茄自动采摘运输一体化机器人，其特征在于：摆动输送机的机架上还转动连接有位于摆动输送机输出端上方的减损辊刷（77），所述减损辊刷连接第二电动机（78），减损辊刷与从动滚筒的转向相反。


7.根据权利要求4所述的一种全自动番茄自动采摘运输一体化机器人，其特征在于：传送装置还包括固设在采摘车上的第二导轨（142）、滑接在第二导轨上的移动底座（22）和驱动移动底座沿第二导轨沿竖向移动的第二驱动装置，移动底座上安装有位于固定输送机上方的网兜装置（4）和驱动网兜装置出料端启闭的第三驱动装置（42）。


8.根据权利要求7所述的一种全自动番茄自动采摘运输一体化机器人，其特征在于：网兜装置包括与移动底座（22）固接的支撑架（41），以及分别通过横向铰轴与支撑架铰接的第一外框和第二外框，第一外框和第二外框相对设置，第一外框和第二外框的内孔均安装有承接网；
第三驱动装置（42）包括安装在移动底座上的第三电动机（43）、固装在第三电动机输出轴的控制齿轮，以及与所述控制齿轮啮合的上齿条和下齿条，上齿条和下齿条均与移动底座滑接，上齿条的一端与第一外框铰接，下齿条的一端与第二外框铰接，且上齿条和下齿条位于横向...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏斐，刘久钦，祖林禄，李天华，
申请(专利权)人：山东农业大学，
类型：发明
国别省市：山东;37