[發(fā)明專利]一種水果采摘機器人及其采摘方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811610301.0
• 申請日: 2018-12-27
• 公開（公告）號: CN109479522A
• 公開（公告）日: 2019-03-19
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張鵬;李強;毛飛;喬晨輝;藺鵬杰;張小輝;郭亞寧;柳小斌;孫榆歡
• 申請（專利權(quán)）人: 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號: A01D46/30
• 分類號: A01D46/30
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 楊海軍

1.一種水果采摘機器人，包括移動平臺、機械臂和末端執(zhí)行器，其中，所述移動平臺上設(shè)有水平旋轉(zhuǎn)臺，水平旋轉(zhuǎn)臺上固定連接所述機械臂，機械臂的末端連接所述末端執(zhí)行器，其特征在于，還包括：

第一視覺識別裝置，設(shè)置在所述移動平臺上，用于識別水果位置和水果的大小；

所述末端執(zhí)行器包括：第一卡爪連架、第二卡爪連架、兩個相向布置的主卡爪、以及設(shè)置在兩個主卡爪中間正上方的一個用于對水果進行二次抱緊的輔助卡爪；

其中，所述第一卡爪連架的后端、輔助卡爪的末端以及第二卡爪連架三者之間通過銷釘連接；

第一卡爪連架前部的左、右兩側(cè)對稱鉸接兩個所述主卡爪，第一卡爪連架的內(nèi)部設(shè)有滑槽，滑槽內(nèi)滑動設(shè)置有一滑桿，

第一驅(qū)動單元與滑桿的一端驅(qū)動連接，滑桿另一端伸出第一卡爪連架前端后通過一平面連桿機構(gòu)與兩個主卡爪傳動連接；

所述輔助卡爪上設(shè)有供果梗穿過的果梗通槽，果梗通槽的槽尾部設(shè)有果梗切斷槽，果梗切斷槽內(nèi)設(shè)有果梗切斷機構(gòu)，所述果梗切斷機構(gòu)包括：

一滑塊，滑塊上連接有用于對果梗進行切斷的刀片；

第二驅(qū)動單元，與所述滑塊驅(qū)動連接，用于驅(qū)動滑塊在果梗切斷槽內(nèi)來回移動，從而帶動刀片將果梗切斷；

第二視覺識別裝置，設(shè)置在所述輔助卡爪上，用于識別果梗相對果梗切斷槽的位置；

壓力傳感器，設(shè)置在末端執(zhí)行器上，用于檢測末端執(zhí)行器與被采摘水果之間的抱緊力；

所述機械臂包括：第一連接臂、第二連接臂以及第三連接臂，第一連接臂的一端與水平旋轉(zhuǎn)臺固定連接，第一連接臂和第二連接臂之間、以及第二連接臂和第三連接臂之間均通過舵機單元相連，所述第三連接臂為伸縮臂，伸縮臂的固定部分通過舵機單元與第二連接臂連接，伸縮臂的活動部分與末端執(zhí)行器連接；

所述第三連接臂上活動部分的末端通過轉(zhuǎn)動副與末端執(zhí)行器上的第二卡爪連架連接；

控制模塊，與所述行走機構(gòu)、水平旋轉(zhuǎn)臺、舵機單元、轉(zhuǎn)動副、第一視覺識別裝置、第二視覺識別裝置、第一驅(qū)動單元以及第二驅(qū)動單元信號連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水果采摘機器人，其特征在于，所述第一視覺識別裝置包括并列設(shè)置在移動平臺上的兩根豎向伸縮桿，每根所述豎向伸縮桿的頂部設(shè)有一個第一CCD攝像頭；所述第二視覺識別裝置包括固定設(shè)置在所述輔助卡爪上臨近所述果梗通槽處的一個第二CCD攝像頭。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水果采摘機器人，其特征在于，所述第一驅(qū)動單元為液壓驅(qū)動單元，液壓驅(qū)動單元的伸縮軸與所述滑桿一端固定連接；

所述第二驅(qū)動單元包括電機和蝸輪蝸桿機構(gòu)，其中，蝸桿的兩端旋轉(zhuǎn)支撐在輔助卡爪上位于果梗切斷槽的兩側(cè)，電機驅(qū)動蝸桿在果梗切斷槽內(nèi)自轉(zhuǎn)，所述渦輪固定連接在滑塊的尾端，蝸桿和渦輪傳動，帶動整個滑塊在果梗切斷槽內(nèi)沿蝸桿軸向來回移動。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水果采摘機器人，其特征在于，所述滑塊中設(shè)有供上述刀片插接的刀片插槽，刀片的一端插入所述刀片插槽后通過銷釘與滑塊連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水果采摘機器人，其特征在于，所述移動平臺包括底部行走機構(gòu)和支撐平臺，所述底部行走機構(gòu)為履帶式行走機構(gòu)。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水果采摘機器人，其特征在于，所述移動平臺上位于水平旋轉(zhuǎn)臺的兩側(cè)分別設(shè)有一個水果收納箱。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水果采摘機器人，其特征在于，所述主卡爪、輔助卡爪與水果相接觸的部分設(shè)有軟墊層。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水果采摘機器人，其特征在于，所述輔助卡爪包括輔助卡爪本體以及設(shè)置輔助卡爪本體前端的輔助卡爪次爪，所述輔助卡爪次爪與輔助卡爪本體之間鉸接。

9.一種基于權(quán)利要求1～8中任一所述水果采摘機器人的采摘方法，其特征在于，

作業(yè)前，機器人通過第一視覺識別裝置采集水果的位置及長勢，機械臂和末端執(zhí)行器之間通過轉(zhuǎn)動副調(diào)節(jié)好位姿以便采摘；同時末端執(zhí)行器上相向設(shè)置的兩個主卡爪張開至最大狀態(tài)，防止在捕捉水果時主卡爪與水果相撞造成損傷；

通過第一驅(qū)動單元驅(qū)動滑桿，滑桿帶動平面連桿機構(gòu)以調(diào)節(jié)兩個主卡爪所圍成形狀的大小，確保水果在采摘時能被抱住；

第二視覺捕捉裝置進行精確捕捉果梗的三維坐標(biāo)，末端執(zhí)行器通過第二視覺捕捉裝置反饋的三維坐標(biāo)精準(zhǔn)的運動使果梗進入果梗切斷槽，此時主卡爪和輔助卡爪同時抱緊水果；

壓力傳感器監(jiān)測抱緊力的大小并傳輸?shù)娇刂破鳎?dāng)控制器檢測力達(dá)到設(shè)定值時，控制器發(fā)送信號給第二驅(qū)動單元，第二驅(qū)動單元驅(qū)動滑塊和刀片沿著果梗切斷槽進行一次往復(fù)運動將果梗切斷；

最后控制器計算路線并通過機械臂以及各舵機單元精準(zhǔn)的將水果送至移動平臺上的水果收納箱中；

一次采摘結(jié)束后繼續(xù)將第一視覺識別裝置所識別的水果依次采摘，當(dāng)采摘完后第一視覺識別裝置通過豎向伸縮桿調(diào)節(jié)第一視覺識別裝置的高度進一步采摘不同高度的水果，當(dāng)一側(cè)的水果全部采摘完后，水平旋轉(zhuǎn)臺逆時針轉(zhuǎn)動180度，進行采摘另一側(cè)的水果，同樣的采摘結(jié)束后，通過移動平臺底部的行走機構(gòu)移動一定距離繼續(xù)采摘，直到將全部水果采摘完。