一种跨垄双臂协作草莓收获机器人、控制系统及采摘方法技术方案

本发明专利技术涉及一种跨垄双臂协作草莓收获机器人、控制系统及采摘方法，包括采摘机架、采摘装置、移动底盘装置以及视觉感知装置，采摘装置包括六自由度机械臂和末端执行器，机械臂驱动末端的末端执行器进行果实采摘，移动底盘装置包括升降机构和转向驱动机构，控制采摘装置的高度和采摘机架行走方向，视觉感知装置包括深度相机和RGB摄像头，用于果实目标检测和采摘点定位。控制系统包括串口通信的嵌入式人工智能控制器和下位机控制模块，用于视觉感知装置与采摘装置和移动底盘装置的联动控制。采摘方法包括包括目标感知

【技术实现步骤摘要】
一种跨垄双臂协作草莓收获机器人、控制系统及采摘方法


[0001]本专利技术涉及农业收获机械
，具体涉及一种跨垄双臂协作草莓收获机器人、控制系统及采摘方法。

技术介绍

[0002]目前我国农业发展迅速，往自动化、智能化方向发展。针对地里的农作物，现已有着许多农业机械，辅助农民进行农作物的播种、种植、收获等等。而针对较为脆弱娇嫩的水果，目前大多还是采用的人工集中采摘，即在果实的收获期采用大量工人进行手工采摘收获和运输。因此，针对各类果实的采摘收获，多所大学、研究所和多家公司都曾研究设计过果实采摘机器人，来帮助果农快速采摘收获果实，减少人工成本，降低工人劳作强度。同时，高温大棚已经成为了水果蔬菜种植业的主流种植方法，尤其是草莓的种植。大棚使草莓的生长环境更加可控可调，更利于草莓的种植生长。在草莓的收获时节到来时，往往需要在短时间内将成熟的草莓及时采摘下来，并加以良好的储存。而一个大棚往往种植有很多亩草莓，并且农户同时拥有许多个大棚。因此收获时节的采摘工作量是比较大的。但是高温大棚中的湿度和温度较高，超过人体较为适应的温度和湿度，因此人们无法做到连续工作很长时间。而在高温大棚中，草莓是高速生长的，如果劳动力不足导致无法及时采摘，由于大棚内的高温高湿度，会使果实很容易烂掉，造成不必要的损失。所以通常采摘时，需要许多工人共同劳作，并且由于草莓植株高度较低，工人们都需要弯着腰、背着筐、忍受着不舒适的环境采摘成熟草莓果实很长时间。
[0003]目前，草莓采摘机器人在功能性上有一定程度的发展，但距离实际使用还有一定的差距，因此本项目设计了一种高度自动化，结构简单，工作效率高的草莓采摘机器人。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是提供一种跨垄双臂协作草莓收获机器人、控制系统及采摘方法，以解决现有技术中草莓采摘机器人结构复杂，效率低的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案：
[0006]一种跨垄双臂协作草莓收获机器人，其特征在于，所述跨垄双臂协作草莓收获机器人包括：
[0007]采摘机架，所述采摘机架为跨垄的箱型框架结构，其内形成有供草莓果柄能够通过的采摘区域，在采摘机架上搭载有中央控制柜；
[0008]采摘装置，包括多自由度的机械臂和末端执行器，在所述采摘区域的两侧分别设置一个所述机械臂，所述机械臂滑动安装在采摘机架的顶架壁上，且所述机械臂的末端伸置于采摘区域内，所述末端执行器安装在所述机械臂的末端上；
[0009]移动底盘装置，包括升降机构和转向驱动机构，在所述采摘机架四个边角处的侧架壁上分别安装一组升降机构，所述转向驱动机构包括安装在升降机构上的行走轮；
[0010]视觉感知装置，包括安装在所述机械臂上的深度相机，以及搭载在所述末端执行
器上的RGB摄像头；
[0011]其中，所述视觉感知装置的信号输出端接入中央控制柜的信号输入端，所述采摘装置和移动底盘装置的信号输入端接入中央控制柜的信号输出端。
[0012]进一步地，所述机械臂为六自由度结构，包括第一模组、第二模组以及第三模组；
[0013]所述第一模组包括第一关节横梁、第一关节电机、第一丝杆、第一滑块以及第一连接件，所述第一关节横梁固接在所述采摘机架顶架壁的底面，且所述第一关节横梁与该顶架壁平行设置，所述第一丝杆平行所述第一关节横梁设置，且第一丝杆转动连接在所述第一关节横梁上，所述第一滑块螺纹连接在所述第一丝杆上，所述第一关节电机安装在所述第一关节横梁上，且所述第一关节电机的输出端与所述第一丝杆的端部连接，所述第一连接件用于连接所述第一滑块和第二模组；
[0014]所述第二模组包括第二关节立柱、第二关节电机以及第三关节电机，所述第二关节立柱竖直设置在所述第一关节横梁的下方，且所述第二关节立柱的顶端通过第二关节轴与所述第一连接件转动连接，所述第二关节电机和第三关节电机沿自上向下的方向布置在第二关节立柱的内部，所述第二关节电机的顶输出端通过直齿轮传动组与第二关节轴传动连接，所述第三关节电机的底输出端通过锥齿轮传动组与第三模组传动连接；
[0015]所述第三模组包括第三关节立柱、第四关节电机、第二丝杆、第二滑块以及第二连接件，所述第三关节立柱设置在所述第二关节立柱的一侧，所述第二丝杆平行所述第三关节立柱设置，且第二丝杆转动连接在所述第三关节立柱上，所述第二滑块螺纹连接在所述第二丝杆上，所述第四关节电机安装在所述第三关节立柱上，且所述第四关节电机的输出端与所述第二丝杆的端部通过直齿轮传动组传动连接，所述第二连接件用于连接所述第二滑块和第二模组，且所述第二连接件与所述第三关节电机的底输出端通过锥齿轮传动组传动连接；
[0016]所述末端执行器转动连接在所述第三关节立柱的末端。
[0017]所述第三关节立柱内还设有第五关节电机和第三连接件，所述第五关节电机设置在在第三关节立柱的末端，且第三关节电机的末端输出端上固接有第一转轮，并在第三关节立柱的末端转动连接有转向与第一转轮垂直的第二转轮，所述第三连接件的顶端与第二转轮通过第五关节轴固接，且第三连接件的末端与末端执行器连接。
[0018]进一步地，所述第三连接件的末端固接有关节电机支架，所述关节电机支架上安装有第六关节电机，所述末端执行器与第六关节电机的输出端之间通过直齿轮传动组传动连接。
[0019]进一步地，所述末端执行器包括末端支架、末端电机、空间凸轮、左指尖臂以及右指尖臂，所述左指尖臂和所述右指尖臂呈相对设置，且所述左指尖臂和右指尖臂分别通过滑块滑动安装在末端支架上，所述空间凸轮设置在左指尖臂和右指尖臂中部的下方，并通过凸轮中轴转动连接末端支架上，所述空间凸轮包括两个并排设置且共凸轮中轴的单轮，所述单轮由两个半轮拼合构成闭环的圆轮结构，且半轮的轮表面宽度由一端向另一端逐渐变小，使其中一个半轮宽度大的一端与另一个半轮宽度小的一端对接，在半轮的外侧轮壁上开设有滑槽，并在左指尖臂或右指尖臂靠近对应侧单轮的底部固接有滑动连接在滑槽内的滑动凸点，所述末端电机安装在末端支架上，且末端电机的输出轴与凸轮中轴平行设置，在所述末端电机的输出轴上固接有末端传动直齿轮，并在所述空间凸轮上固接有与末端传
动直齿轮啮合的凸轮旋转齿轮，其中，在所述左指尖臂和所述右指尖臂的末端分别形成有指尖部，且所述右指尖臂的指尖部上安装有刀片。
[0020]进一步地，所述左指尖臂的指尖部内侧安装有激光发射器，所述右指尖臂的指尖部内侧安装有激光接收传感器，其中，所述RGB摄像头搭载在所述末端支架的底部，且所述RGB摄像头的信号输出端接入中央控制柜的信号输入端。
[0021]进一步地，所述升降机构包括移动足杆、固定足杆以及伸缩端电机，所述固定足杆于所述采摘机架的外侧固定在所述采摘机架的侧架壁上，且所述固定足杆与该侧架壁平行设置，在固定足杆内设有伸缩端丝杠，所述伸缩端丝杠平行固定足杆设置，且伸缩端丝杠的两端分别转动连接于固定足杆的两端，所述伸缩端电机安装在固定足杆的顶端，且伸缩端电机的输出端与伸缩端丝杆的顶端连接，在本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种跨垄双臂协作草莓收获机器人，其特征在于，所述跨垄双臂协作草莓收获机器人包括：采摘机架，所述采摘机架为跨垄的箱型框架结构，其内形成有供草莓果柄能够通过的采摘区域，在采摘机架上搭载有中央控制柜；采摘装置，包括多自由度的机械臂和末端执行器，在所述采摘区域的两侧分别设置一个所述机械臂，所述机械臂滑动安装在采摘机架的顶架壁上，且所述机械臂的末端伸置于采摘区域内，所述末端执行器安装在所述机械臂的末端上；移动底盘装置，包括升降机构和转向驱动机构，在所述采摘机架四个边角处的侧架壁上分别安装一组升降机构，所述转向驱动机构包括安装在升降机构上的行走轮；视觉感知装置，包括安装在所述机械臂上的深度相机，以及搭载在所述末端执行器上的RGB摄像头；其中，所述视觉感知装置的信号输出端接入中央控制柜的信号输入端，所述采摘装置和移动底盘装置的信号输入端接入中央控制柜的信号输出端。2.根据权利要求1所述的一种跨垄双臂协作草莓收获机器人，其特征在于：所述机械臂为六自由度结构，包括第一模组、第二模组以及第三模组；所述第一模组包括第一关节横梁、第一关节电机、第一丝杆、第一滑块以及第一连接件，所述第一关节横梁固接在所述采摘机架顶架壁的底面，且所述第一关节横梁与该顶架壁平行设置，所述第一丝杆平行所述第一关节横梁设置，且第一丝杆转动连接在所述第一关节横梁上，所述第一滑块螺纹连接在所述第一丝杆上，所述第一关节电机安装在所述第一关节横梁上，且所述第一关节电机的输出端与所述第一丝杆的端部连接，所述第一连接件用于连接所述第一滑块和第二模组；所述第二模组包括第二关节立柱、第二关节电机以及第三关节电机，所述第二关节立柱竖直设置在所述第一关节横梁的下方，且所述第二关节立柱的顶端通过第二关节轴与所述第一连接件转动连接，所述第二关节电机和第三关节电机沿自上向下的方向布置在第二关节立柱的内部，所述第二关节电机的顶输出端通过直齿轮传动组与第二关节轴传动连接，所述第三关节电机的底输出端通过锥齿轮传动组与第三模组传动连接；所述第三模组包括第三关节立柱、第四关节电机、第二丝杆、第二滑块以及第二连接件，所述第三关节立柱设置在所述第二关节立柱的一侧，所述第二丝杆平行所述第三关节立柱设置，且第二丝杆转动连接在所述第三关节立柱上，所述第二滑块螺纹连接在所述第二丝杆上，所述第四关节电机安装在所述第三关节立柱上，且所述第四关节电机的输出端与所述第二丝杆的端部通过直齿轮传动组传动连接，所述第二连接件用于连接所述第二滑块和第二模组，且所述第二连接件与所述第三关节电机的底输出端通过锥齿轮传动组传动连接；所述末端执行器转动连接在所述第三关节立柱的末端。3.根据权利要求2所述的一种跨垄双臂协作草莓收获机器人，其特征在于：所述第三关节立柱内还设有第五关节电机和第三连接件，所述第五关节电机设置在在第三关节立柱的末端，且第三关节电机的末端输出端上固接有第一转轮，并在第三关节立柱的末端转动连接有转向与第一转轮垂直的第二转轮，所述第三连接件的顶端与第二转轮通过第五关节轴固接，且第三连接件的末端与末端执行器连接。
4.根据权利要求3所述的一种跨垄双臂协作草莓收获机器人，其特征在于：所述第三连接件的末端固接有关节电机支架，所述关节电机支架上安装有第六关节电机，所述末端执行器与第六关节电机的输出端之间通过传动齿轮组传动连接。5.根据权利要求1所述的一种跨垄双臂协作草莓收获机器人，其特征在于：所述末端执行器包括末端支架、末端电机、空间凸轮、左指尖臂以及右指尖臂，所述左指尖臂和所述右指尖臂呈相对设置，且所述左指尖臂和右指尖臂分别通过滑块滑动安装在末端支架上，所述空间凸轮设置在左指尖臂和右指尖臂中部的下方，并通过凸轮中轴转动连接末端支架上，所述空间凸轮包括两个并排设置且共凸轮中轴的单轮，所述单轮由两个半轮拼合构成闭环的圆轮结构，且半轮的轮表面宽度由一端向另一端逐渐变小，使其中一个半轮宽度大的一端与另一个半轮宽度小的一端对接，在半轮的外侧轮壁上开设有滑槽，并在左指尖臂或右指尖臂靠近对应侧单轮的底部固接有滑动连接在滑槽内的滑动凸点，所述末端电机安装在末端支架上，且末端电机的输出轴与凸轮中轴平行设置，在所述末端电机的输出轴上固接有末端传动直齿轮，并在所述空间凸轮上固接有与末端传动直齿轮啮合的凸轮旋转齿轮，其中，在所述左指尖臂和所述右指尖臂的末端分别形成有指尖部，且所述右指尖臂的指尖部...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凯良，张耀辉，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：