一种适用于采摘多种果蔬的采摘机器人及其采摘方法技术

本发明专利技术公开了一种适用于采摘多种果蔬的采摘机器人及其采摘方法，该采摘机器人包括具有底盘的行走机构、设置在行走机构底盘上用于将末端采摘机构送至待采摘果蔬位置的机械臂、可拆卸安装在机械臂上用于实现果蔬与果梗分离的末端采摘机构、收集果蔬的收集机构、获取采摘相关图像的视觉识别系统以及与上述部件均连接的控制处理系统；其中，机械臂和末端采摘机构均包含多个自由度，且机械臂中仅有伸缩臂实际相对果蔬植物进行移动。本发明专利技术采摘机器人可实现整个采摘过程的自动化作业，同时能够采摘多种类型果蔬，通用性好，尤其是在采摘各种密集型果蔬时，相较于传统技术大幅提高了采摘效率，节省了采摘成本，便于推广应用。便于推广应用。便于推广应用。

【技术实现步骤摘要】
一种适用于采摘多种果蔬的采摘机器人及其采摘方法


[0001]本专利技术属于果蔬采摘
，具体涉及一种适用于采摘多种果蔬的采摘机器人及其采摘方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着我国农业的高速发展，果蔬种植规模越来越大，产量也逐年随之增长，但众所周知果蔬采摘具有季节性，并且果蔬的采摘期往往较短，这就造成果蔬成熟后采摘时，需要在短时间内完成采摘工作。但就我国目前状况来讲，大部分果蔬的采摘还是以传统的人工采摘为主，机械化采摘程度不高，而传统人工采摘具有以下弊端：
[0003]一是成本高、效率低、劳动强度大：传统的果蔬采摘需要大量的人力投入，成本高昂，且人工采摘劳动强度大、效率低，难以满足市场需求；
[0004]二是劳动力短缺：随着我国城市化进程的加速，农村劳动力外流严重，导致农业生产劳动力短缺，影响果蔬采摘的效率和质量；
[0005]三是采摘过程中存在安全隐患：果蔬采摘需要攀爬、弯腰等动作，容易造成工人受伤，存在安全隐患。
[0006]为了解决传统人工采摘的上述弊端，国内外研究单位相继开发了多种果蔬采摘机器人，例如柑橘采摘机器人、西红柿采摘机器人等，但现有的采摘机器人适应采摘的果蔬大小、种类受到限制，有些甚至只能采摘单种果蔬，通用性差。加之现有一部分采摘机器人执行机构采用直角坐标系机械臂将末端采摘机构送至目标区域，缺点是移动响应速度较慢，且在移动三个轴时容易触碰甚至损坏果蔬和/或枝条；另外一部分采摘机器人选用多自由度的串联机械臂(关节式机械臂)作为执行机构，如中国公开号为CN111937591A，名称为多自由度果蔬采摘机器人的专利技术专利，但由于串联采摘机器人存在累积误差和动态特性差等特性，使得此类采摘机器人的作业效率较低，难以适应如枣、核桃、板栗、橘子、圣女果等密度集中的果蔬采摘。
[0007]有鉴于此，本专利技术人提出一种适用于采摘多种果蔬的采摘机器人及其采摘方法，以克服现有技术的缺陷。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种适用于采摘多种果蔬的采摘机器人及其采摘方法，该采摘机器人能够解决现有技术存在的采摘效率低、易触碰甚至损坏果蔬和/或枝条，且通用性差的问题，该采摘机器人能够采摘各种不同类型的果蔬，尤其是可针对如枣、核桃、板栗、橘子、圣女果等密度集中果蔬，实现高效采摘的目标。
[0009]本专利技术的目的是通过以下技术方案来解决的：
[0010]一种适用于采摘多种果蔬的采摘机器人，包括；
[0011]具有底盘的行走机构，用于根据采摘区域的位置信息将采摘机器人移至目标区域；
[0012]机械臂，设置在所述行走机构的底盘上，所述机械臂包括转动设置的直线导轨，所述直线导轨上安装有第一驱动机构，所述第一驱动机构用于驱动设在直线导轨上的支撑组件沿所述直线导轨往复移动，所述支撑组件上活动设有伸缩臂，所述伸缩臂底部安装有用于驱动其在支撑组件上往复移动的第二驱动机构，且所述伸缩臂移动的方向与直线导轨垂直；
[0013]末端采摘机构，可拆卸地安装在所述伸缩臂的前端，用于实现果蔬与果梗的分离；
[0014]收集机构，用于实时收集末端采摘机构采摘的果蔬；
[0015]视觉识别系统，用于获取图像数据；
[0016]控制处理系统，设置在所述行走机构的底盘上，所述行走机构、机械臂、末端采摘机构、收集机构以及视觉识别系统分别与控制处理系统连接。
[0017]进一步地，所述支撑组件包括支撑座和与所述支撑座连接、并位于直线导轨两侧的第一滚轮以及与所述支撑座连接、并位于伸缩臂两侧的第二滚轮；
[0018]其中，所述直线导轨同一侧面的两端对称安装有用于限定支撑座移动极限位置的限位结构；
[0019]所述支撑座的底部与第一驱动机构固定连接，且所述支撑座的上部安装有第二传动机构；
[0020]所述直线导轨的两侧布设有用于对第一滚轮进行定位引导的第一轨道，且所述第一滚轮活动卡接在第一轨道上；
[0021]所述伸缩臂的底部两侧布设有用于对第二滚轮进行定位引导的第二轨道，且所述第二滚轮活动卡接在第二轨道上。
[0022]进一步地，所述第一驱动机构和第二驱动机构均包括同步带轮传动结构和驱动电机；
[0023]所述同步带轮传动结构包括主动齿轮、从动齿轮和绕设于所述主动齿轮和所述从动齿轮上的同步齿形带，且所述同步齿形带分别与主动齿轮和从动齿轮啮合，所述主动齿轮由驱动电机提供驱动力；
[0024]所述第一驱动机构的同步齿形带与支撑座的底部固定连接，所述第二驱动机构的同步齿形带与支撑座的上部固定连接。
[0025]进一步地，所述机械臂还包括丝杠螺母驱动机构，所述丝杠螺母驱动机构包括丝杠电机、丝杠螺母传动单元以及“人”字型支架，所述丝杠电机固设在伸缩臂上；
[0026]所述“人”字型支架的顶部可拆卸安装有末端采摘机构，底部一端与所述丝杠螺母传动单元铰接，另一端与所述伸缩臂铰接；所述丝杠电机通过丝杠螺母传动单元对“人”字型支架施加拉力或推力，用于调整所述末端采摘机构倾斜的角度。
[0027]进一步地，所述行走机构底盘前后部分别固设有支撑立柱，所述直线导轨的一端与支撑立柱通过轴承连接，另一端与设在所述支撑立柱上的旋转电机的输出轴固定连接；
[0028]所述收集机构包括收集框、收集通道和暂存室，所述收集框放置于行走机构底盘中部区域，所述收集框通过收集通道与固定设置在末端采摘机构下方的暂存室连接。
[0029]进一步地，所述末端采摘机构包括夹持部、第一驱动单元和第二驱动单元；所述第一驱动单元与夹持部连接，用以驱动所述夹持部进行旋转和/或伸缩运动；所述第二驱动单元与第一驱动单元连接，用以驱动所述第一驱动单元上下俯仰和/或左右摆动。
[0030]进一步地，所述第一驱动单元包括第一安装架和安装在所述第一安装架内的滚珠丝杠花键结构；
[0031]所述滚珠丝杠花键结构包括丝杠花键轴、对称分布在所述丝杠花键轴上的第一从动轮和第二从动轮、对称分布在第一安装架一侧的第一减速电机和第二减速电机；
[0032]所述第一减速电机驱动第一主动轮转动，所述第一主动轮通过传送带带动第一从动轮转动；所述第二减速电机驱动第二主动轮转动，所述第二主动轮通过传送带带动第二从动轮转动；
[0033]所述丝杠花键轴沿轴向开设有若干组平行沟槽，沿螺旋向开设有一条螺旋槽；所述丝杠花键轴上还分别安装有滚珠丝杠螺母和花键螺母，所述滚珠丝杠螺母通过法兰盘与第一从动轮连接，所述花键螺母通过法兰盘与第二从动轮连接；
[0034]当所述第一从动轮和第二从动轮中的任意一个转动，且另一个不动时，所述丝杠花键轴在滚珠丝杠螺母或花键螺母的转动下沿轴向进行伸出/缩回；当所述第一从动轮和第二从动轮同方向同速度转动时，所述丝杠花键轴在滚珠丝杠螺母和花键螺母的共同作用下进行旋转运动。
[0035]进一步地，所述第二驱动单元包括U型支架、第三减速电机、传动组件和第四减速电机；
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于采摘多种果蔬的采摘机器人，其特征在于，包括；具有底盘的行走机构(1)，用于根据采摘区域的位置信息将采摘机器人移至目标区域；机械臂(2)，设置在所述行走机构(1)的底盘上，所述机械臂(2)包括转动设置的直线导轨(21)，所述直线导轨(21)上安装有第一驱动机构(22)，所述第一驱动机构(22)用于驱动设在直线导轨(21)上的支撑组件(23)沿所述直线导轨(21)往复移动，所述支撑组件(23)上活动设有伸缩臂(24)，所述伸缩臂(24)底部安装有用于驱动其在支撑组件(23)上往复移动的第二驱动机构(25)，且所述伸缩臂(24)移动的方向与直线导轨(21)垂直；末端采摘机构(3)，可拆卸地安装在所述伸缩臂(24)的前端，用于实现果蔬与果梗的分离；收集机构(4)，用于实时收集末端采摘机构(3)采摘的果蔬；视觉识别系统(5)，用于获取图像数据；控制处理系统(6)，设置在所述行走机构(1)的底盘上，所述行走机构(1)、机械臂(2)、末端采摘机构(3)、收集机构(4)以及视觉识别系统(5)分别与控制处理系统(6)连接。2.根据权利要求1所述的采摘机器人，其特征在于，所述支撑组件(23)包括支撑座(231)和与所述支撑座(231)连接、并位于直线导轨(21)两侧的第一滚轮(232)以及与所述支撑座(231)连接、并位于伸缩臂(24)两侧的第二滚轮(233)；其中，所述直线导轨(21)同一侧面的两端对称安装有用于限定支撑座(231)移动极限位置的限位结构(26)；所述支撑座(231)的底部与第一驱动机构(22)固定连接，且所述支撑座(231)的顶部安装有第二传动机构(25)；所述直线导轨(21)的两侧布设有用于对第一滚轮(232)进行定位引导的第一轨道(211)，且所述第一滚轮(232)活动卡接在第一轨道(211)上；所述伸缩臂(24)的底部两侧布设有用于对第二滚轮(233)进行定位引导的第二轨道(241)，且所述第二滚轮(233)活动卡接在第二轨道(241)上。3.根据权利要求2所述的采摘机器人，其特征在于，所述第一驱动机构(22)和第二驱动机构(25)均包括同步带轮传动结构和驱动电机；所述同步带轮传动结构包括主动齿轮、从动齿轮和绕设于所述主动齿轮和所述从动齿轮上的同步齿形带，且所述同步齿形带分别与主动齿轮和从动齿轮啮合，所述主动齿轮由驱动电机提供驱动力；所述第一驱动机构(22)的同步齿形带与支撑座(231)的底部固定连接，所述第二驱动机构(25)的同步齿形带与支撑座(231)的上部固定连接。4.根据权利要求1所述的采摘机器人，其特征在于，所述机械臂(2)还包括丝杠螺母驱动机构(27)，所述丝杠螺母驱动机构(27)包括丝杠电机(271)、丝杠螺母传动单元(272)以及“人”字型支架(273)，所述丝杠电机(271)固设在伸缩臂(24)上；所述“人”字型支架(273)的顶部可拆卸安装有末端采摘机构(3)，底部一端与所述丝杠螺母传动单元(272)铰接，另一端与所述伸缩臂(24)铰接；所述丝杠电机(271)通过丝杠螺母传动单元(272)对“人”字型支架(273)施加拉力或推力，用于调整所述末端采摘机构(3)倾斜的角度。5.根据权利要求1所述的采摘机器人，其特征在于，所述行走机构(1)底盘前后部分别
固设有支撑立柱(28)，所述直线导轨(21)的一端与支撑立柱(28)通过轴承连接，另一端与设在所述支撑立柱(28)上的旋转电机(29)的输出轴固定连接；所述收集机构(4)包括收集框(41)、收集通道(42)和暂存室(43)，所述收集框(41)放置于行走机构(1)底盘中部区域，所述收集框(41)通过收集通道(42)与固定设置在末端采摘机构(3)下方的暂存室(43)连接。6.根据权利要求1所述的采摘机器人，其特征在于，所述末端采摘机构(3)包括夹持部(31)、第一驱动...

【专利技术属性】
技术研发人员：董霄剑，豆飞飞，崔文波，
申请(专利权)人：陕西伟景机器人科技有限公司，
类型：发明
国别省市：