上下协同式无人自主精准保质采棉机器人及其采棉方法技术

本发明专利技术提供了一种上下协同式无人自主精保质采棉机器人及其采棉方法，主要由车架、图像识别模块、扶禾机构、棉花扶正机构、棉仓、多轴采棉机构组成。步骤如下：两侧的扶禾机构将棉花苗绽开的棉花枝叶向中间收拢；图像识别模块拍照计算后获取上层棉花的位置；弧形轨道在侧臂轨道上滑动至棉花位置处，扶正梳齿沿内弧轨道滑动以调整棉花的姿态；图像识别模块继续拍照并获取调整姿态后的棉花位置，并对不同质量的棉花进行分类；采棉抓手在三轴轨道上进行空间的移动并抓取棉花，随后将抓取的棉花投放至棉仓内。本发明专利技术先对棉花进行姿态进行调整然后采摘，提高了棉花的采摘质量，并且减少了残留在棉花苞上的棉花残留，采摘更加彻底。采摘更加彻底。采摘更加彻底。

【技术实现步骤摘要】
上下协同式无人自主精准保质采棉机器人及其采棉方法


[0001]本专利技术涉及棉花采摘，具体涉及到一种上下协同式无人自主精准保质采棉机器人及其采棉方法。

技术介绍

[0002]当棉花采摘期到来时，棉农们忙着手工采摘棉花，费时费工，不仅劳动强度大而且采摘效率极低，遇到连阴雨天气时，棉花就不能及时采收完毕，严重影响了棉花的质量等级。传统的大型采棉机采棉效率虽然高，但所采的棉花质量参差不齐，掺杂大量的枝叶、土等杂质，难以收获优质棉。同时，棉花株的枝叶繁茂，棉花的位置和朝向各不相同，这对棉花的精准采集都带来了不小的麻烦。
[0003]因此，本专利技术在此希望提供一种新型的棉花采摘机器人，能够克服以上问题并精准地采摘优质的棉花。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了一种上下协同式无人自主精准保质采棉机器人，包含：
[0005]所述采棉机器人设有车架，所述车架设有左右两侧间隔设置有支撑架，左、右支撑架之间留有供棉花株穿过的间隙，在支撑架底部的前后两端分别设有行走轮和转向轮；
[0006]在车架的不同方位以及采棉爪手上安装有若干图像识别模块，用于采集计算以获取棉花的位置，对不同质量的棉花进行分类；
[0007]在左、右支撑架均安装有扶禾机构，所述扶禾机构包含有设于支撑架上的竖直栏杆，各竖直栏杆沿车架的前后方向分布，在竖直栏杆的前侧设有扶禾器；
[0008]在每个扶禾机构上均设有棉花扶正机构，棉花扶正机构包含有侧臂轨道、弧形轨道、扶正梳齿，侧臂轨道竖直安装在竖直栏杆的外侧，弧形轨道上下滑动安装在侧臂轨道上，弧形轨道竖向设置且两侧弧形轨道的开口相对设置，弧形轨道设有内弧轨道，扶正梳齿的一端滑动安装在弧形轨道上且扶正梳齿的另一端交叉穿过竖直栏杆，扶正梳齿始终与弧形轨道的内侧面相切；
[0009]在车架顶部安装有棉仓、多轴采棉机构，多轴采棉机构由三轴轨道以及安装在三轴轨道上的采棉抓手组成；
[0010]两侧的扶禾机构将棉花苗竖直聚拢在中间后，弧形轨道在侧臂轨道滑动至并由穿过竖直栏杆的扶正梳齿调整棉花的姿态，使得棉花正面向上，由多轴采棉机构将棉花采摘并投放至棉仓内。
[0011]进一步的，行走轮和转向轮均为星型轮且行走轮配置有轮毂电机，所述采棉机器人通过两个行走轮的速度差来进行转向。
[0012]进一步的，在左、右支撑架上分别固定安装有龙门架用于安装竖直栏杆，扶禾器安装在龙门架的前端，扶禾器为三角形板的导向板。
[0013]进一步的，侧臂轨道上安装有第一同步带以及用于驱动第一同步带上下传动的第
一电机，弧形轨道的外弧中部设有供第一同步带穿过的通槽。
[0014]进一步的，弧形轨道的内部设有第二同步带，在弧形轨道上设有用于驱动第二同步带沿弧形轨道内弧方向传动的第二电机；
[0015]扶正梳齿的一端设有滑块与第二同步带固定连接。
[0016]进一步的，三轴轨道由水平的X轨道、Y轨道以及竖直的Z轨道组成，
[0017]两个X轨道设有X轴同步带和X轴同步带电机，在X轴同步带设有第一滑块，Y轨道的两端与第一滑块相连，X轴同步带电机带动X轴同步带传动以驱使第一滑块带动Y轨道做X轴滑动；
[0018]Y轨道设有Y轴同步带和Y轴同步带电机，在Y轴同步带设有第二滑块，Y轴同步带电机带动Y轴同步带传动以驱使第二滑块做Y轴滑动，Y轨道还配置有供第二滑块穿过的导向杆；
[0019]Z轨道安装在第二滑块上，Z轨道为竖直齿条且底部安装有采棉抓手，在第二滑块上安装有齿条升降电机，齿条升降电机转轴安装有与竖直齿条相啮合的驱动齿轮。
[0020]进一步的，采棉抓手由第五电机、腕臂连接器、采棉爪腕、采棉爪组成，
[0021]第五电机安装在电机基座上，采棉爪腕为“十”字形，采棉爪腕中间安装有可转动的腕臂连接器，腕臂连接器为与第五电机的转轴螺纹配合的螺帽，在采棉爪腕上连接有4个采棉爪，每个采棉爪为两节关节爪，第一关节爪与腕臂连接器铰接连接，第二关节爪与电机基座以及第一关节爪铰接连接。
[0022]进一步的，在多轴采棉机构的前后两侧均安装有棉仓，棉仓的开口上部设有棉花分离梳齿，抓取有棉花的采棉抓手移动到棉花分离梳齿后上移，利用棉花分离梳齿将挂在采棉抓手上的棉花剥离下来。
[0023]一种上述采棉机器人的采棉方法，包括如下步骤：
[0024]S1、两侧的扶禾机构将棉花苗绽开的棉花枝叶向中间收拢；
[0025]S2、图像识别模块拍照计算后获取上层棉花的位置；
[0026]S3、弧形轨道在侧臂轨道上滑动至棉花位置处，扶正梳齿沿内弧轨道滑动，扶正梳齿插在棉花底部的根茎处以调整棉花的姿态；
[0027]S4、图像识别模块再次拍照对棉花进行分类，并获取棉花的位置
[0028]S5、采棉抓手在三轴轨道上进行空间的移动并抓取棉花，随后将抓取的棉花投放至棉仓内。
[0029]进一步的，采棉抓手抓取好棉花后，对应侧的扶正梳齿在弧形轨道向上滑动至最上端使扶正梳齿垂直于地面，减少横向占用空间。
[0030]本专利技术的优点在于：
[0031]1)采用图像识别模块采集图像并计算得出棉花的坐标信息，为后续棉花姿态的扶正和采摘提供坐标信息；
[0032]2)车架两侧的扶禾机构，可以实现对绽开的棉花枝叶进行一定程度的收拢作用，同时采棉抓手和扶禾机构上下协同工作，可以更精准地采摘棉花；
[0033]3)扶禾机构外侧设有棉花扶正机构，弧形轨道在侧臂轨道上滑动至相应位置，随后扶正梳齿在内弧轨道上滑动，扶正梳齿的梳齿交叉伸入竖直栏杆中，通过扶正梳齿的弧形滑动，进而调整棉花的姿态，使得棉花正面朝上，方便后续对棉花的质量进行评估和分
类，也方便后续采棉抓手更好的采摘棉花；
[0034]4)采棉抓手根据图像识别模块的坐标信息将棉花采摘下来，随后投放到棉仓里面，在棉仓开口处设有棉花分离梳齿，可以将采棉抓手上的棉花强制剥离下来。
附图说明
[0035]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0036]图1为本专利技术提供的一种上下协同式无人自主精准保质采棉机器人的立体图；
[0037]图2为采棉机器人单侧车架以及车架上的扶禾机构、棉花扶正机构的结构图；
[0038]图3为扶禾机构、棉花扶正机构的组合结构图；
[0039]图4为棉花扶正机构的结构图；
[0040]图5为棉花扶正机构的弧形轨道以及扶正梳齿的结构图；
[0041]图6为多轴采棉机构的三轴轨道的结构图；
[0042]图7为三轴轨道的Z轨道侧面结构图；
[0043]图8为滑动设于Y轨道上的第二滑块结构图；
[0044]图9为采棉抓手的结构图；
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种上下协同式无人自主精准保质采棉机器人，其特征在于，包含：所述采棉机器人设有车架(100)，所述车架(100)设有左右两侧间隔设置有支撑架(101)，左、右支撑架(101)之间留有供棉花株穿过的间隙，在支撑架(101)底部的前后两端分别设有行走轮(102)和转向轮(103)；在车架(100)的不同方位以及采棉爪手(520)上安装有若干图像识别模块，用于识别棉花、按质量对棉花进行分类、获取棉花的位置；在左、右支撑架(101)均安装有扶禾机构(200)，所述扶禾机构(200)包含有设于支撑架(101)上的竖直栏杆(201)，各竖直栏杆(201)沿车架(100)的前后方向分布，在竖直栏杆(201)的前侧设有扶禾器(202)；在每个扶禾机构(200)上均设有棉花扶正机构(300)，棉花扶正机构(300)包含有侧臂轨道(301)、弧形轨道(302)、扶正梳齿(303)，侧臂轨道(301)竖直安装在竖直栏杆(201)的外侧，弧形轨道(302)上下滑动安装在侧臂轨道(301)上，弧形轨道(302)竖向设置且两侧弧形轨道(302)的开口相对设置，弧形轨道(302)设有内弧轨道(302
‑
1)，扶正梳齿(303)的一端滑动安装在弧形轨道(302)上且扶正梳齿(303)的另一端交叉穿过竖直栏杆(201)，扶正梳齿(303)始终与弧形轨道(302)的内侧面相切；在车架(100)顶部安装有棉仓(400)、多轴采棉机构(500)，多轴采棉机构(500)由三轴轨道(510)以及安装在三轴轨道(510)上的采棉抓手(520)组成；两侧的扶禾机构(200)将棉花苗竖直聚拢在中间后，弧形轨道(302)在侧臂轨道(301)滑动至并由穿过竖直栏杆(201)的扶正梳齿(303)调整棉花的姿态，使得棉花正面向上，由多轴采棉机构(500)将棉花采摘并投放至棉仓(400)内。2.如权利要求1所述的上下协同式无人自主精准保质采棉机器人，其特征在于，行走轮(102)和转向轮(103)均为星型轮且行走轮(102)配置有轮毂电机，所述采棉机器人通过两个行走轮(102)的速度差来进行转向。3.如权利要求1所述的上下协同式无人自主精准保质采棉机器人，其特征在于，在左、右支撑架(101)上分别固定安装有龙门架(203)用于安装竖直栏杆(201)，扶禾器(202)安装在龙门架的前端，扶禾器(202)为三角形板的导向板。4.如权利要求1所述的上下协同式无人自主精准保质采棉机器人，其特征在于，侧臂轨道(301)上安装有第一同步带以及用于驱动第一同步带上下传动的第一电机(304)，弧形轨道(302)的外弧中部设有供第一同步带穿过的通槽(302
‑
2)。5.如权利要求1所述的上下协同式无人自主精准保质采棉机器人，其特征在于，弧形轨道(302)的内部设有第二同步带，在弧形轨道(302)上设有用于驱动第二同步带沿弧形轨道(302)内弧方向传动的第二电机(302
‑
3)；扶正梳齿(303)的一端设有滑块与第二同步带固定连接。6.如权利要求1所述的上下协同式无人自主精准保质采棉机器人，其特征在于，三轴轨道(510)由水平的X轨道(511)、Y轨道(512)以及竖直的Z轨道(513)组成，两个X轨道(511)设有X轴同步带(511
‑
1)和X轴同步带电机(511
‑
2)，在X轴同步带(511
‑
1)设有第一滑块(511
‑
3)，Y轨道(512)的两端与第一滑块(511
‑
3)相连，X轴同步带电机(511

【专利技术属性】
技术研发人员：谢嘉，陈学飞，金昌兵，孙帅浩，
申请(专利权)人：小家智能科技上海有限公司，
类型：发明
国别省市：