一种猕猴桃采摘机器人制造技术

一种适用于猕猴桃果实采摘的机器人,属于农业机械领域。本实用新型专利技术解决了现有猕猴桃采摘机器人在收获作业时存在的采摘效率低、果实易损伤的问题。机器人采用履带式底盘，通过巡回导航系统对果园果树进行识别定位，机械臂在控制系统作用下将末端执行器送到适宜采摘区域，当末端执行器通过传感器识别出果实位置时，机械臂停止移动，夹持机构在升降机构的作用下以预设的夹持力范围在适当区域夹持住果实，再由剪切机构剪断果梗，完成上述动作后，机械臂远离果实，升降机构复位，夹持手爪松开，果实通过安装有多级缓冲垫的软体管道落入收集箱中，结束一个单果采摘。本实用新型专利技术提高了采摘效率，保证了果实的收获质量。保证了果实的收获质量。保证了果实的收获质量。

【技术实现步骤摘要】
一种猕猴桃采摘机器人


[0001]本技术专利属于农业机械领域，尤其涉及一种猕猴桃采摘机器人。

技术介绍

[0002]猕猴桃营养价值极为丰富，被誉为“水果之王”，在国内外均具有非常高的市场需求。在林果生产过程中，采摘作业是最重要的环节，同时也是最费力的环节之一，劳动力成本占整个生产过程的35％～45％，采摘作业质量的好坏直接影响到后续的加工和储藏。中国是世界上称猴桃种植面积最大的国家，但由于采摘作业的复杂性，采摘自动化程度仍然很低，目前国内猕猴桃采摘基本都是依靠人工采摘。
[0003]猕猴桃为藤本植物，现阶段猕猴桃多采用棚架式结构栽培，生长环境标准，果实垂直生长于藤蔓下面，底部空间较大，不受枝干、树叶、果实等干扰，有利于采摘动作的实施。但是现有的农业果实采摘机械多为人工采摘或手工操作的简单机构采摘，通常仅适宜小范围内作业，很难适应规模采摘要求。因此研究称猴桃采摘机器人，实现称猴桃采摘作业的机械化、自动化、智能化具有重要的现实意义。

技术实现思路

[0004]本技术的目的在于提供一种猕猴桃果实采摘机器人，具体就是针对自然生长环境下采用棚架种植方式的猕猴桃进行采摘，旨在解决人工采摘劳动强度大、效率低的问题，实现猕猴桃采摘作业的机械化、自动化和智能化。
[0005]为实现上述目的，本技术所采用的技术方案为：一种猕猴桃采摘机器人，包括机械执行系统和控制系统。所述机械执行系统包括车体、极坐标机械臂、采摘末端执行器和收集装置；所述车体底盘结构为履带式，可以任意方向自由行驶，在车体内部设置有小车驱动装置，所述的极坐标机械臂的转动基座通过螺栓固定安装在车体上平面，其转动基座上方设置有机械臂驱动装置，所述收集装置包括果实收集箱和果实传送软体管道，所述车体的后侧面设置有果实收集箱，所述末端执行器安装在极坐标机械臂末端，所述末端执行器底板下面安装一个适当大小的套环，将软体管道通过套环与果实收集箱相连接，所述车体表面安装一个巡回导航系统装置，其车体前面安装有一个导航摄像头。
[0006]进一步地，所述极坐标机械臂包括转动基座、一级臂、二级臂、旋转轴承和机械臂驱动装置，其中：所述转动基座包括旋转直流电机和旋转机体，旋转直流电机通过螺栓连接安装在极坐标机械臂安装架上。
[0007]进一步地，所述采摘末端执行器包括剪切机构、夹持机构、升降机构、传感器系统、上板、底板、左侧板、右侧板、后板。
[0008]进一步地，所述剪切机构包括轴承、六角螺钉、剪切机构底板、剪切刀片、支撑柱、直齿轮、锥齿轮和剪切步进电机。
[0009]进一步地，所述支撑柱上端通过六角螺钉与上板固定，下端通过六角螺钉与剪切底板固定，所述的轴承两端通过六角螺钉分别安装在上板和剪切机构底板上，直齿轮和剪
切刀片安装在轴承上，剪切刀片通过六角螺钉固定在直齿轮上，直齿轮相互啮合，所述的锥齿轮一个安装在左侧靠近末端执行器侧板的轴承上，另一个锥齿轮安装在剪切步进电机上，所述步进电机安装在末端执行器侧板上，两个锥齿轮相互啮合。
[0010]进一步地，所述夹持机构包括滚珠丝杠Ⅰ、六连杆、夹持固定板、六角螺钉、丝杠滑块、夹持步进电机、机械手爪。
[0011]进一步地，其中所述夹持步进电机固定在后板，所述夹持固定板通过六角螺钉与后板固定，所述六连件通过六角螺钉与夹持固定板固定，所述滚珠丝杠Ⅰ与六连接杆相连接，滚珠丝杠Ⅰ末端通过电机座与夹持步进电机连接，六连杆前端通过六角螺钉与机械手爪固定连接，机械手爪由弧形平板和支撑柱组成，结构为“合抱式”仿生弧面形，所述丝杠滑块安装在夹持固定板上，对六连杆进行限位。
[0012]进一步地，所述升降机构包括滑轨、滚珠丝杠Ⅱ、联轴器、固定架、升降步进电机。
[0013]进一步地，其中所述固定架通过六角螺钉固定在下板上平面上，联轴器安装在固定架内部，所述导轨上端与上板固定连接，下端与固定架固定连接，所述滚珠丝杠Ⅱ上端与上板固定连接，下端与联轴器固定连接，所述升降步进电机固定在下板下平面上，电机轴通过联轴器与滚珠丝杠Ⅱ连接。
[0014]进一步地，所述传感器系统包括红外传感器和压力传感器。所述压力传感器安装在机械手爪的内侧，所述红外传感器安装在夹持固定板前端机械手爪正下方平行位置。
[0015]进一步地，所述控制系统包括单片机、导航摄像头、小车驱动装置、机械臂驱动装置、红外传感器、压力传感器、剪切步进电机、夹持步进电机和升降步进电机，所述单片机和小车驱动装置位于车体内部。
[0016]本技术所达到的效果为：
[0017]1)本技术针对“旋拧式”、“拉扯式”采摘末端执行器在果梗分离时容易造成果实损坏的问题，在末端执行器内部设置了一种剪切机构，用于采摘手爪抓取果实后对果梗进行剪切分离，降低了果梗分离时果实损伤率。
[0018]2)本技术设置了一个果实收集机构，在末端执行器正下方安装一个固定套环，将与果实收集箱相连接的软体传送管道输送端固定到该套环中，这样设计的优点在于，末端执行器每采摘一个单果，手爪松开，果实会在重力作用下自动通过传送管道落入收集箱中，不需要末端执行器再执行将果实放到指定收集箱的动作，可以实现果实采摘连续作业的目的。
[0019]3)本技术在夹持机构中设有升降装置，可以调节采摘手爪夹持果实的位置，以适应不同大小形状果实的夹持需求，避免因夹持果实不充分造成果实脱落。
[0020]4)本技术采用模块化设计理念，集成度高，采用履带底盘作为移动机构，在面对坑洼不平整的果园路面时，履带底盘接地面积较大，抓地能力强，通过性能好于轮式底盘，有助于提高机器人的环境适应能力和工作效率。
附图说明
[0021]图1为本技术整体结构示意图；
[0022]图2为本技术极坐标机械臂示意图；
[0023]图3为本技术采摘末端执行器结构示意图；
[0024]图4为本技术剪切机构示意图；
[0025]图5为本技术夹持机构示意图；
[0026]图6为本技术升降机构立体示意图；
[0027]图7为本技术的控制系统的主要功能模块构成示意图；
[0028]图中零件名称与附图编号的对应关系为：
[0029]1‑
履带小车；2
‑
转动基座；3
‑
极坐标机械臂；4
‑
采摘末端执行器；5
‑
左侧板；6
‑
导航摄像头；7
‑
软体管道；8
‑
果实收集箱；9
‑
机械臂驱动装置；10
‑
一级臂；11
‑
二级臂；12
‑
旋转轴承；13
‑
上板；14
‑
后板；15
‑
底板；16
‑
升降机构；17
‑
右侧板；18
‑
夹持机构；19
‑
...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种猕猴桃采摘机器人，其特征在于：包括车体(1)、极坐标机械臂(3)、采摘末端执行器(4)、收集装置和控制系统；所述车体(1)底盘结构为履带式，可以任意方向自由行驶，在车体(1)内部设置有小车驱动装置，所述的极坐标机械臂(3)的转动基座(2)通过螺栓固定安装在车体(1)上平面，在转动基座(2)上方设置有机械臂驱动装置(9)，所述收集装置包括果实收集箱(8)和果实传送软体管道(7)，所述车体(1)的后侧面设置有果实收集箱(8)，所述采摘末端执行器(4)安装在极坐标机械臂(3)末端，所述采摘末端执行器底板(15)下面安装一个适当大小的套环，将软体管道(7)通过套环与果实收集箱(8)相连接，所述车体(1)表面安装一个巡回导航系统装置，其车体(1)前面安装有一个导航摄像头(6)。2.根据权利要求1所述的一种猕猴桃采摘机器人，其特征在于：所述极坐标机械臂(3)包括转动基座(2)、一级臂(10)、二级臂(11)、旋转轴承(12)和机械臂驱动装置(9)，其中：所述转动基座(2)包括旋转直流电机和旋转机体，旋转直流电机通过螺栓连接安装在极坐标机械臂(3)安装架上。3.根据权利要求1所述的一种猕猴桃采摘机器人，其特征在于：所述采摘末端执行器(4)包括剪切机构(19)、夹持机构(18)、升降机构(16)、传感器系统、上板(13)、底板(15)、左侧板(5)、右侧板(17)、后板(14)。4.根据权利要求3所述的一种猕猴桃采摘机器人，其特征在于：所述剪切机构(19)包括轴承(21)，六角螺钉(22)，剪切机构底板(24)、剪切刀片(25)、支撑柱(23)、标准直齿轮(26)、锥齿轮(27)和剪切步进电机(20)，其中所述支撑柱(23)上端通过六角螺钉(22)与上板(13)固定，下端通过六角螺钉(22)与剪切机构底板(24)固定，所述的轴承(21)两端通过六角螺钉(22)分别安装在上板(13)和剪切机构底板(24)上，标准直齿轮(26)和剪切刀片(25)安装在轴承(21)上，剪切刀片(25)通过六角螺钉(22)固定在标准直齿轮(...

【专利技术属性】
技术研发人员：付敏，郭世珂，陈效庆，高泽飞，王成梦，
申请(专利权)人：东北林业大学，
类型：新型
国别省市：