[發明專利]一種自走式智能果蔬采摘收集機器人及其實現方法

在審

• 申請號: 202110690317.2
• 申請日: 2021-06-22
• 公開（公告）號: CN113196946A
• 公開（公告）日: 2021-08-03
• 發明（設計）人: 劉天湖;劉偉;張迪;吳金夢;聶湘寧;齊龍
• 申請（專利權）人: 華南農業大學
• 主分類號: A01D46/30
• 分類號: A01D46/30;A01D91/04
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 黃衛萍

1.一種自走式智能果蔬采摘收集機器人，其特征在于，包括智能識別路徑小車、兩軸直線移動裝置、采摘裝置、運輸與收集裝置、圖像采集裝置；其中，智能識別路徑小車作為主體搭配和移動平臺，分別與兩軸直線移動裝置、運輸與收集裝置、圖像采集裝置連接，采摘裝置與兩軸直線移動裝置連接。

2.根據權利要求1所述的一種自走式智能果蔬采摘收集機器人，其特征在于，智能識別路徑小車包括第一橫梁、第二橫梁、四根立柱、四個動力輪、距離傳感器、第一縱梁、第二縱梁、第三縱梁、轉向軸、傾斜底座、轉向軸支撐板和轉向電機；

第一縱梁、第二縱梁、第三縱梁均分別與第一橫梁、第二橫梁連接；

四根立柱分別與第一橫梁、第二橫梁連接，四根立柱的底部分別與四個動力輪連接，傾斜底座傾斜安裝在第二縱梁上；

轉向軸支撐板的前端安裝距離傳感器；

轉向電機安裝在第一橫軸和第二橫軸上，用于轉向軸的轉動。

3.根據權利要求1所述的一種自走式智能果蔬采摘收集機器人，其特征在于，兩軸直線移動裝置包括橫軸直線移動模塊和縱軸直線移動模塊，兩軸直線移動裝置安裝在第一縱梁和第三縱梁之間；

其中，縱軸直線移動包括齒條、導軌、鋁型材、大齒輪、小齒輪、齒輪、縱軸移動連接板、固定滑塊連接板、大齒輪固定裝置、電機、同步傳送帶和第一滑塊；橫軸直線移動模塊包括鋁型材、導軌、齒條、電機、齒輪、橫軸移動連接板和第二滑塊；

導軌固定在鋁型材兩側，齒條固定在鋁型材上，小齒輪通過同步傳送帶與大齒輪連接，電機固定在連接板上，縱軸移動連接板固定在橫軸直線移動模塊上；

縱軸直線移動模塊通過縱軸移動連接板固定在橫軸直線移動模塊橫軸移動連接板上，且整個橫軸直線移動模塊通過鋁型材固定在智能識別路徑小車的傾斜底座上。

4.根據權利要求1所述的一種自走式智能果蔬采摘收集機器人，其特征在于，采摘裝置包括第一氣缸、第一連接板、氣缸附件、第二連接板、第二氣缸、第三連接板、控制桿支架、橡膠爪套、機械爪、控制桿連接口、控制桿、控制板和第四連接板；

第一氣缸通過氣缸附件連接在第一連接板上，與第一連接板形成鉸鏈，第一連接板固定在縱軸直線移動模塊的鋁型材上；

第二連接板與第一氣缸通過氣缸附件連接在一起且形成鉸鏈，第二連接板固定在第二氣缸尾部；

第三連接板、控制桿支架固定在第二氣缸上；

四根控制桿與控制桿支架連接，并形成鉸鏈，四根控制桿穿過控制板四個孔內，由控制板上的孔約束控制桿；

機械爪通過控制桿連接口固定在控制桿上，橡膠爪套套在機械爪上，并與其一起固定在控制桿上；

第三連接板與第四連接板通過氣缸附件來連接在一起，且彼此形成鉸鏈；

第四連接板固定在縱軸直線移動模塊的鋁型材上。

5.根據權利要求1所述的一種自走式智能果蔬采摘收集機器人，其特征在于，運輸與收集裝置包括運輸裝置和收集裝置；其中，運輸裝置包括傳送帶、懸掛架；收集裝置包括收集箱、擋板、支撐架水平支撐臂和支撐架垂直支撐臂；

運輸裝置的傳送帶固定在懸掛架上，懸掛架懸掛在智能識別路徑小車的第二縱梁和第三縱梁上；

收集裝置的支撐架垂直支撐臂固定在智能識別路徑小車第三立柱和第四立柱上，收集箱擺放在支撐架水平支撐臂上，擋板連接在支撐架水平支撐臂末端，與其形成鉸鏈。

6.根據權利要求1所述的一種自走式智能果蔬采摘收集機器人，其特征在于，圖像采集裝置包括相機垂直支撐臂、水平圖像采集相機、相機水平支撐臂和雙目相機；其中，相機垂直支撐臂安裝在智能識別路徑小車第一縱梁上，水平圖像采集相機安裝在相機垂直支撐臂上，雙目相機安裝在相機水平支撐臂上，用于獲取果蔬的距離。

7.根據權利要求1所述的一種自走式智能果蔬采摘收集機器人，其特征在于，閉環控制系統采用運動控制卡與華為云端信息交互；其中，華為云端用于處理圖像采集裝置采集的果蔬坐標信號以及路徑行走信號且給予數據結果返回，并通過數據結果和運動控制卡控制和協調果蔬采摘過程。

8.一種自走式智能果蔬采摘收集實現方法，其特征在于，采用權利要求1～7中任一項所述的一種自走式智能果蔬采摘收集機器人進行果蔬采摘，包括以下步驟：

S1、利用水平圖像采集相機采集前方路徑圖像，將路徑圖像信息傳至華為云端，華為云端返回路徑信息，閉環控制系統控制智能識別路徑小車沿識別的路徑行走；通過距離傳感器檢測路徑情況，將獲取的信號傳至閉環控制系統，控制智能識別路徑小車通過轉向裝置轉向，繞過障礙物；

S2、雙目相機將采集到的圖像信號傳到華為云端，當識別出有果蔬時，華為云端返回數據結果，閉環控制系統自動控制智能識別路徑小車停止移動，根據雙目相機測距原理和算法計算出攝像頭與果蔬的垂直距離；

S3、通過幾何關系計算出果蔬與原始標定在智能識別路徑小車上相對點的實際距離，利用閉環控制系統控制兩軸直線移動裝置使采摘裝置的機械爪包裹果蔬，并通過驅動第二氣缸氣動電磁閥，使第二氣缸伸長，推動控制板往前移動，使機械爪閉合，夾緊果蔬；

S4、通過驅動第一氣缸氣動電磁閥，使第一氣缸伸長，利用雙搖桿原理，將整個采摘機械手繞著氣缸附件旋轉達到采摘的目的；

S5、通過驅動兩軸直線移動裝置使機械爪移動至調節好的初始位置即傳送帶上方，驅動第二氣缸氣動電磁閥，使第二氣缸縮回來，推動控制板往后移動，使機械爪張開，果蔬將置于傳送帶上；

S6、通過驅動第一氣缸氣動電磁閥，使第一氣缸縮回去，機械爪回歸原位，且處于張開狀態進行下一個循環采摘；

S7、果蔬通過傳送帶運輸落入收集箱中，若收集箱裝滿，則轉動擋板，換上新的收集箱繼續儲存。