[發明專利]一種雙臂水果采摘機器人及水果采摘方法

有效

• 申請號: 201410159419.1
• 申請日: 2014-04-18
• 公開（公告）號: CN103947380A
• 公開（公告）日: 2014-07-30
• 發明（設計）人: 李國利;王芳;姬長英;吳敏;陸濤
• 申請（專利權）人: 金陵科技學院
• 主分類號: A01D46/30
• 分類號: A01D46/30
• 代理公司: 南京天翼專利代理有限責任公司 32112
• 代理人: 蔣家華;查俊奎

技術領域

本發明涉及農業采摘機器人領域，特別涉及一種雙臂水果采摘機器人及水果采摘方法。

背景技術

近年來，隨著我國農村經濟體制改革的深入和市場經濟的發展，水果產量逐年大幅度增加。水果產業在國民經濟中占有重要地位。自1993年以來，中國水果產量和面積一直穩居世界首位。中國果品流通協會2010年10月統計數據顯示，2009年我國水果總產量2.04億噸，比2008年增加1240萬噸，增幅6.1％。蘋果、柑橘和梨年產量都在千萬噸以上，三大水果產量占到園林水果產量的58％。在水果生產中，采摘作業是最耗時、最費力的一個環節，約占整個生產過程作業量的40%左右。隨著社會人口老齡化和農業勞動力的減少，農業生產成本也相應提高，因此研究開發農業機器人特別是水果采摘機器人具有重要意義。

隨著計算機技術、人工智能技術和自動控制技術的發展，機器人正逐步進入到農業生產領域。從20世紀80年代中期開始,西方發達國家美國、法國、日本、英國等國家，在采摘機器人的研究上做了大量的工作,試驗成功了多種具有人工智能的收獲采摘機器人，如蘋果采摘機器人、柑橘采摘機器人、葡萄采摘機器人等。我國對采摘機器人的研究始于20世紀90年代中期。雖然與發達國家還有很大差距，但是也取得了一些進展。

在水果生產實際中，采摘作業要求機器人不僅能減輕勞動強度，而且更要提高作業效率。而目前的水果采摘機器人采用單機械臂采摘，效率不高，采摘速度慢，果實的平均采摘周期較長，嚴重影響了水果采摘機器人的實用化。為了提高采摘機器人采摘速度，研究人員設計了各種欠驅動式末端執行器，但在采摘過程中每個果實的采摘均需要機械臂和末端執行器同時運動，并且果實回收還是需要機械臂和末端執行器來完成，每個果實的采摘周期仍舊較長。

發明內容

本發明所要解決的技術問題，針對現有技術中的單機械臂采摘，效率不高，采摘速度慢，果實的平均采摘周期較長，嚴重影響了水果采摘機器人的實用化。

本發明的目的是提供一種雙臂水果采摘機器人及采摘方法，可以實現蘋果、柑橘、梨等球形水果的高效采摘。

本發明為解決上述技術問題所采用的技術方案如下：

一種雙臂水果采摘機器人，包括果實采摘機械裝置和控制系統，所述果實采摘機械裝置包括左機械臂、右機械臂、左末端執行器、右末端執行器、移動平臺和果籃；左機械臂包括左大機械臂和左小機械臂；右機械臂包括右大機械臂和右小機械臂；左大機械臂和右大機械臂分別滑動設置在移動平臺的左右兩側，左小機械臂連接左大機械臂與左末端執行器，左小機械臂和左大機械臂驅動左末端執行器采摘果實；右小機械臂連接右大機械臂與右末端執行器，右小機械臂和右大機械臂驅動右末端執行器采摘果實；果籃設置在移動平臺上；

其中，左大機械臂和右大機械臂結構相同，均包括滑臺、旋轉基座、第一關節、下臂、第二關節、中臂、第三關節和上臂；滑臺滑動設置在移動平臺上，旋轉基座設置在滑臺上，第一關節的一端固定在旋轉基座上，另一端與下臂相連；下臂通過第二關節與中臂相連，中臂通過第三關節與上臂相連；

左小機械臂和右小機械臂結構相同，均包括回轉關節、上下直動臂、前后直動臂、橫桿；上下直動臂通過回轉關節與上臂相連；前后直動臂與上下直動臂滑動相連；橫桿固定安裝于上下直動臂頂端；

本發明中的左末端執行器和右末端執行器完成水果獲取、回收工作。左末端執行器和右末端執行器結構相同，均包括采摘杯部件、果實回收管和舌型緩沖片；采摘杯部件同時與前后直動臂和果實回收管相連，果實回收管伸入到果籃內；

采摘杯部件包括采摘杯法蘭、采摘杯、連接平臺、推桿、推桿架、推桿主動齒輪、推桿從動齒輪、左剪切刀具、右剪切刀具、右剪切刀具主動齒輪、右剪切刀具從動齒輪、右剪切刀具軸、左剪切刀具主動齒輪、左剪切刀具從動齒輪和左剪切刀具軸；連接平臺固定在采摘杯上，連接平臺通過采摘杯法蘭與前后直動臂法蘭相連，推桿架固定在連接平臺上；推桿安裝于推桿架內，推桿從動齒輪鑲嵌固定安裝于推桿上面，推桿主動齒輪與推桿從動齒輪嚙合；采摘杯的杯口設有切槽，右剪切刀具軸和左剪切刀具軸均安裝在上述切槽內；右剪切刀具從動齒輪和右剪切刀具均固定安裝于右剪切刀具軸上；右剪切刀具主動齒輪與右剪切刀具從動齒輪嚙合；左剪切刀具從動齒輪和左剪切刀具均固定安裝于左剪切刀具軸上；左剪切刀具主動齒輪與左剪切刀具從動齒輪嚙合；采摘杯的側壁上設有采摘杯切口，采摘杯切口與推桿相對應；

本發明所述的采摘杯內芯為金屬材料，內外壁為硬橡膠材料。果實回收管為彈簧塑料管，內壁光滑平坦，果實回收管的一端固定于采摘杯下口，并與采摘杯相通。