【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及采摘机器人，更具体地说是一种用于串型水果采收一体化的空中飞行机器人。
技术介绍
1、无人机因其灵活性、成本效益和多功能性，在多个领域发挥着重要作用，可在复杂环境下完成各种人工难以完成的任务。视觉检测主要是通过计算机来模拟人的视觉功能，从视场范围内呈现的图片或视频中提取目标信息，通过不同的算法对数据进行处理并加以理解，以实现对目标物体的检测、识别、定位、测量、分类等任务。柔性臂的仿生设计可以最大限度地模仿人类真实手臂工作，且灵活多变，易于与其他设备一起实现集成控制，有着良好的安全性及人机交互性，在很多工程领域有着广泛的应用。
2、根据调查和研究，当前国内外市场针对高空串型水果采摘机器人的应用还处于发展阶段。传统的荔枝、龙眼种植模式中，成熟后的荔枝、龙眼等串形簇状水果，结果于高空树冠中，离地面位置高且被枝叶严重遮挡，采摘方式基本上是人工采摘，果农需借助梯子爬到树冠上方，判断果实位置后，用双手掰断或者用剪刀剪断果梗，再将采摘好的果实放入果篮中。这种传统的采摘方式危险度高，人工成本高，作业效率低，工作环境差，在一定程度上限制了高枝水果产业的发展。
3、中国专利申请公开说明书cn219514661u公开了一种无人机采摘装置，无人机前端装有采摘装置和收集装置，采用剪切式的末端将果实与果梗分离，果实掉落在篮子里完成收集，该采摘无人机对果实的定位精度较差，只能采摘高处裸露在树枝外的水果，无法采摘生长在果树里面的水果，且前端果篮容易与树枝发生剐蹭可能使无人机失控；中国专利技术专利申请公开说明书cn115735
4、为了克服现有无人机采摘存在的干涉失控、机械臂灵活性差、难以采摘枝叶遮挡水果采摘的不足，增加无人机采摘对果实高空、遮挡等复杂生长环境的适应性，本专利技术从增加无人机平稳飞行、视觉果实准确识别定位、机械臂柔性控制的角度出发，设计专利技术一种能应对高空和树枝遮挡环境下串果水果采收一体化的空中飞行机器人。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种用于串型水果采收一体化的空中飞行机器人，可以在高空和树枝遮挡环境下，完成串果水果的采摘，节省人工劳动力、安全性高和工作效率高，实现了高效低损的采摘收集一体化。
2、本专利技术的目的通过以下技术方案来实现：
3、一种用于串型水果采收一体化的空中飞行机器人，包括无人机，所述无人机的底部设置有平衡伸缩滑轨，平衡伸缩滑轨一侧的伸缩端上设置有旋转马达，旋转马达的输出轴上连接有柔性机械臂，柔性机械臂的末端设置有采摘执行器，柔性机械臂的末端设置有双目相机，双目相机位于采摘执行器的侧边，平衡伸缩滑轨另一侧的固定端上连接有果篮，果篮和柔性机械臂分别设置有无人机的两侧；
4、所述柔性机械臂包括多个并排设置的支撑圆盘，多个支撑圆盘之间通过支撑骨架连接，支撑骨架一端固定连接在首都按的支撑圆盘上，支撑骨架的另一端固定连接在尾端的支撑圆盘上，位于首端的支撑圆盘固定连接在旋转马达的输出轴上；首端的支撑圆盘上固定连接有多个绳驱马达，每个绳驱马达上均安装有减速器，每个减速器上均连接有钢丝绳，每个支撑圆盘上均设置有多个通线口，钢丝绳通过通线口穿过多个支撑圆盘固定连接在尾端的支撑圆盘上；
5、所述绳驱马达设置有四个，四个绳驱马达呈现圆周阵列排布在支撑圆盘上；所述绳驱马达和减速器构成驱动装置牵扯着钢丝绳来实现整个柔性机械臂的运动，使得柔性机械臂呈现“蛇形”或者“象鼻形”的形状；
6、所述支撑骨架为柔性材料，所述支撑骨架为中通结构，支撑圆盘和支撑骨架为低风阻的几何外形；
7、所述采摘执行器通过旋转机构连接在位于尾端的支撑圆盘上，所述采摘执行器的左右两侧各有一个夹紧器，两个夹紧器内均设置有切割刀片；
8、所述平衡伸缩滑轨的中间部分横截面为梯形面，平衡伸缩滑轨左右两端的截面为长方形面，无人机的底部设置有槽口，平衡伸缩滑轨梯形截面长度部分与无人机的槽口配合在一起，平衡伸缩滑轨用于调整无人机两侧果篮和柔性机械臂的配重，使得无人机保持平衡。
9、本专利技术的有益效果为：
10、柔性机械臂可通过无人机到达高空进行采摘，免去了传统方法需要依靠梯子在高处进行采摘的危险操作，特别是在高空、灌木和崎岖的工作环境下，无人机远程作业能够保障工人的安全。其次，无人机可以在一定程度上提高作业效率和作业质量，无人机配备的双目相机和柔性机械臂可以做到高精度的采摘。无人机高空水果采摘是一种全新且有潜力的技术应用，随着无人机技术的不断发展，无人机高空作业应用在农业的领域将会越来越多，将成为未来农业高空水果采摘的工具之一；
11、柔性机械臂是基于仿生学原理设计的冗余自由度机器人，外型类似象鼻、章鱼触手等生物结构。该柔性机械臂采用类似关节串联的形式来仿照生物的连续体结构，并利用绳索驱动方式模拟生物的肌腱驱动，自由度高、工作范围大、人机交互性好。另外绳索驱动方式可使得机械臂关节连接处不用安装步进电机等动力装置，且只用了一条柔性材料作为整臂的骨架，大幅减少了结构尺寸和运动部分的重量，减轻了无人机高空工作的载荷能耗。此外，绳驱冗余机械臂的工作时灵活度较高，可以在枝叶遮挡的环境下顺利完成水果采摘任务；
12、该柔性机械臂的关节采用的是一整条的支撑骨架，其外观形状是一个长条形状，支撑圆盘和骨架等结构呈现出翼型外形。根据空气流体力学，越接近流线型的物体所受到的风阻越小，关节和每段机械臂的形状直接影响了机械臂在高空中工作的稳定性，对比与传统柔性绳驱机械臂关节二自由度虎克铰，该支撑骨架在高空中所受到的左右风阻是较小的。所以该柔性绳驱机械臂在高空工作的稳定性强于一般的柔性绳驱机械臂，提高了采收时的稳定性；
13、采摘末端执行器采用的是夹剪一体式末端执行器，该执行器设计轻便，操作简单，减少了控制的复杂性和整体质量，能够同时完成夹持和剪切动作，大大提高了采摘效率，该设计减少了采摘过程中的操作步骤，使得采摘机器人可以更快地完成采摘任务，缩短了每个果实的采摘时间。通过调整微动开关的位置及刀片夹持体的相对位置，适用于不同类型的串型水果剪切果梗采摘，这使得该执行器具有很强的适应性，可以在不同的农业环境中使用；
14、双目相机不仅可以通过立体视觉技术精确地识别和定位果实和果梗的位置，还可以提供高精度的深度信息，使得采摘飞行机器人可以更加精确地控制机械臂的运动，这对于串型水果采摘的空中飞行机器人来说至关重要，因为它们需要在枝叶遮挡环境下准确地找到果实并进行采摘。其次，在果树排布密集，位置偏僻道路崎岖，光照条件变化多端的种植环境下，双目相机可以通过实时获取环境的三维信息，帮助采摘飞行机器人在复杂环境中进行导航和避障；
15、平衡伸缩滑轨可在无人机底部前后滑本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种用于串型水果采收一体化的空中飞行机器人，包括无人机(5)，其特征在于：所述无人机(5)的底部设置有平衡伸缩滑轨(6)，平衡伸缩滑轨(6)一侧的伸缩端上设置有旋转马达(1)，旋转马达(1)的输出轴上连接有柔性机械臂(2)，柔性机械臂(2)的末端设置有采摘执行器(4)，柔性机械臂(2)的末端设置有双目相机(3)，双目相机(3)位于采摘执行器(4)的侧边，平衡伸缩滑轨(6)另一侧的固定端上连接有果篮(7)，果篮(7)和柔性机械臂(2)分别设置有无人机(5)的两侧。
2.根据权利要求1所述的一种用于串型水果采收一体化的空中飞行机器人，其特征在于：所述柔性机械臂(2)包括多个并排设置的支撑圆盘(2-3)，多个支撑圆盘(2-3)之间通过支撑骨架(2-5)连接，支撑骨架(2-5)一端固定连接在首都按的支撑圆盘(2-3)上，支撑骨架(2-5)的另一端固定连接在尾端的支撑圆盘(2-3)上，位于首端的支撑圆盘(2-3)固定连接在旋转马达(1)的输出轴上。
3.根据权利要求2所述的一种用于串型水果采收一体化的空中飞行机器人，其特征在于：首端的支撑圆盘(2-3)上固定连接
4.根据权利要求3所述的一种用于串型水果采收一体化的空中飞行机器人，其特征在于：所述绳驱马达(2-1)设置有四个，四个绳驱马达(2-1)呈现圆周阵列排布在支撑圆盘(2-3)上。
5.根据权利要求3所述的一种用于串型水果采收一体化的空中飞行机器人，其特征在于：所述绳驱马达(2-1)和减速器(2-4)构成驱动装置牵扯着钢丝绳(2-2)来实现整个柔性机械臂(2)的运动，使得柔性机械臂(2)呈现“蛇形”或者“象鼻形”的形状。
6.根据权利要求3所述的一种用于串型水果采收一体化的空中飞行机器人，其特征在于：所述支撑骨架(2-5)为柔性材料。
7.根据权利要求3所述的一种用于串型水果采收一体化的空中飞行机器人，其特征在于：所述支撑骨架(2-5)为中通结构，支撑圆盘(2-3)和支撑骨架(2-5)为低风阻的几何外形。
8.根据权利要求3所述的一种用于串型水果采收一体化的空中飞行机器人，其特征在于：所述采摘执行器(4)通过旋转机构连接在位于尾端的支撑圆盘(2-3)上。
9.根据权利要求8所述的一种用于串型水果采收一体化的空中飞行机器人，其特征在于：所述采摘执行器(4)的左右两侧各有一个夹紧器，两个夹紧器内均设置有切割刀片(4-1)。
10.根据权利要求1所述的一种用于串型水果采收一体化的空中飞行机器人，其特征在于：所述平衡伸缩滑轨(6)的中间部分横截面为梯形面，平衡伸缩滑轨(6)左右两端的截面为长方形面，无人机(5)的底部设置有槽口，平衡伸缩滑轨(6)梯形截面长度部分与无人机(5)的槽口配合在一起，平衡伸缩滑轨(6)用于调整无人机(5)两侧果篮(7)和柔性机械臂(2)的配重，使得无人机(5)保持平衡。
...【技术特征摘要】
1.一种用于串型水果采收一体化的空中飞行机器人，包括无人机(5)，其特征在于：所述无人机(5)的底部设置有平衡伸缩滑轨(6)，平衡伸缩滑轨(6)一侧的伸缩端上设置有旋转马达(1)，旋转马达(1)的输出轴上连接有柔性机械臂(2)，柔性机械臂(2)的末端设置有采摘执行器(4)，柔性机械臂(2)的末端设置有双目相机(3)，双目相机(3)位于采摘执行器(4)的侧边，平衡伸缩滑轨(6)另一侧的固定端上连接有果篮(7)，果篮(7)和柔性机械臂(2)分别设置有无人机(5)的两侧。
2.根据权利要求1所述的一种用于串型水果采收一体化的空中飞行机器人，其特征在于：所述柔性机械臂(2)包括多个并排设置的支撑圆盘(2-3)，多个支撑圆盘(2-3)之间通过支撑骨架(2-5)连接，支撑骨架(2-5)一端固定连接在首都按的支撑圆盘(2-3)上，支撑骨架(2-5)的另一端固定连接在尾端的支撑圆盘(2-3)上，位于首端的支撑圆盘(2-3)固定连接在旋转马达(1)的输出轴上。
3.根据权利要求2所述的一种用于串型水果采收一体化的空中飞行机器人，其特征在于：首端的支撑圆盘(2-3)上固定连接有多个绳驱马达(2-1)，每个绳驱马达(2-1)上均安装有减速器(2-4)，每个减速器(2-4)上均连接有钢丝绳(2-2)，每个支撑圆盘(2-3)上均设置有多个通线口，钢丝绳(2-2)通过通线口穿过多个支撑圆盘(2-3)固定连接在尾端的支撑圆盘(2-3)上。
4.根据权利要求3所述的一种用于串型水果采收一体化的空中飞行机器人，其特征在于：所述绳驱马达(2-1)设置...
【专利技术属性】
技术研发人员：王红军，陈柏浩，程碧懿，麦家华，应威，包宇航，张鑫德，许诺，
申请(专利权)人：华南农业大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。