一种用于采摘水果的仿生机器人的制作方法

本发明涉及仿生机器人领域，具体涉及一种用于采摘水果的仿生机器人。

背景技术

水果不但含有丰富的营养，而且能够帮助消化，是人类生活不可或缺的必需品。在水果种植行业中，由于数量庞大、采摘工序多，水果采摘大约占到整个产业工作量的50％。此外，由于水果采摘过程中的复杂性，大部分水果产业区在水果采摘时依然以手工作业为主。而水果作为时令性农业产品，在采摘过程中需要大量的劳动力，随着我国老龄化程度的不断加深，农村劳动力不断减少，故而限制了整个水果产业的发展。

技术实现要素：

本发明提供了一种用于采摘水果的仿生机器人，通过仿造鹈鹕的身体结构和模仿鹈鹕的取食行为，设计了一款水果采摘机器人，其利用智能化的生产方式在水果采摘过程中降低果农的劳动强度以及生产成本，可以有效地增加整个产业的生产效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于采摘水果的仿生机器人，包括行走机构、机械臂、采摘机构和用于识别水果位置的成像扫描仪，所述机械臂固定于所述行走机构上，所述采摘机构包括支撑架、菱形伸缩架、用于控制所述菱形伸缩架伸出或缩回的第一控制部件和设置于所述菱形伸缩架内侧面的链锯，所述支撑架与所述机械臂的运动输出端连接，所述菱形伸缩架的一角与所述支撑架连接。

作为优选方案，所述采摘机构还包括绿篱剪和用于控制所述绿篱剪完成张合动作的第二控制部件，所述绿篱剪与所述支撑架固定连接并与所述菱形伸缩架平行设置。

作为优选方案，所述机械臂包括底座、与所述底座可转动连接的第一臂杆、与所述第一臂杆可转动连接的第二臂杆，所述底座与所述行走机构可转动连接，所述支撑架与所述第二臂杆连接。

作为优选方案，所述菱形伸缩架的一角通过所述第一控制部件与所述支撑架连接，所述第一控制部件包括连接板和第一电机，所述支撑架包括四根形状相同的条形板，四根所述条形板依次可转动连接并形成两个分别位于首部和尾部的连接端，所述连接板的两端分别通过第一连杆与两个所述连接端连接并形成所述菱形伸缩架，所述第一电机与所述连接板连接并可带动所述连接板绕轴转动。

作为优选方案，所述第二控制部件包括用于使所述绿篱剪张开的复位弹簧、用于使所述绿篱剪闭合的钢丝绳、用于缠绕钢丝绳的卷筒和用于带动卷筒正反转的第二电机，所述钢丝绳分别与所述绿篱剪的两个手柄连接。

作为优选方案，所述仿生机器人还包括水果储存箱和布兜，所述行走机构设置于所述水果储存箱的侧部，所述布兜的上口包设于所述菱形伸缩架的下沿，所述布兜的下口与所述水果储存箱的入口连通。

作为优选方案，所述第二臂杆上设有安装板，所述安装板上设有水平布置的第三电机，所述第三电机的输出轴与所述支撑架连接并可带动支撑架绕水平轴转动。

作为优选方案，所述底座与行走机构的连接处设有可带动底座相对于行走机构绕竖直轴转动的第四电机，所述第一臂杆与底座的连接处设有可带动第一臂杆相对于底座绕水平轴转动的第五电机，所述第一臂杆的侧壁设有可带动所述第二臂杆相对于第一臂杆绕水平轴转动的第六电机，所述第二臂杆上设有与所述第一臂杆铰接的第一铰接孔，所述第一铰接孔的侧部设有第二铰接孔，所述第六电机的输出轴与所述第二铰接孔通过第二连杆连接。

作为优选方案，所述第六电机的输出轴与所述第二铰接孔通过两个铰接的所述第二连杆连接。

作为优选方案，所述行走机构上设有承重底座，所述机械臂固定于所述承重底座上，所述承重底座内设有主控制器，所述主控制器分别与所述机械臂、采摘机构、成像扫描仪电连接。

上述技术方案所提供的一种用于采摘水果的仿生机器人，所述采摘机构包括菱形伸缩架和设置于所述菱形伸缩架内侧面的链锯用于模仿鹈鹕的嘴巴，通过第一控制部件控制菱形伸缩架的伸缩从而模仿鹈鹕嘴巴的张合，实现对水果的采摘，由于鹈鹕取食时既可低头向下啄食也可抬头向上取食，由于鹈鹕取食时既可低头向下啄食也可抬头向上取食，而本发明通过机械臂控制采摘机构的位姿，从而实现对不同位姿的水果的采摘，适应能力强，进一步地，本发明通过成像扫描仪对果树进行采集，并将所采集的图像传回至主控制器，主控制器用matlab对图片进行识别，通过rgb格式对水果色块进行识别，然后通过对识别后的色块的大小来判断距离，并进行路径规划，控制行走机构到达指定位置完成水果的采摘，本发明所提供的仿生机器人，其智能化程度高，可降低果农的劳动强度以及生产成本，有效地增加整个产业的生产效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图(一)；

图2为本发明的结构示意图(二)；

图3为第一控制部件的局部放大图。

其中：1、水果储存箱；2、承重底座；3、第四电机；4、第一臂杆；5、第二连杆；6、第三电机；7、第二电机；8、成像扫描仪；9、卷筒；10、绿篱剪；11、菱形伸缩架；12、底座；13、行走机构；14、第六电机；15、连接板；16、第一电机。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

如图1-3所示，为本发明所提供的一种用于采摘水果的仿生机器人，包括行走机构13、机械臂、采摘机构和用于识别水果位置的成像扫描仪8，所述机械臂固定于所述行走机构13上，所述采摘机构包括支撑架、菱形伸缩架11、用于控制所述菱形伸缩架11伸出或缩回的第一控制部件和设置于所述菱形伸缩架11内侧面的链锯，所述支撑架与所述机械臂的运动输出端连接，所述菱形伸缩架11的一角与所述支撑架连接。

具体地，所述采摘机构包括菱形伸缩架11和设置于所述菱形伸缩架11内侧面的链锯用于模仿鹈鹕的嘴巴，通过第一控制部件控制菱形伸缩架11的伸缩从而模仿鹈鹕嘴巴的张合，实现对水果的采摘，由于鹈鹕取食时既可低头向下啄食也可抬头向上取食，而本发明通过机械臂控制采摘机构的位姿，从而实现对不同位姿的水果的采摘，适应能力强，进一步地，本发明通过成像扫描仪8对果树进行采集，并将所采集的图像传回至主控制器，主控制器用matlab对图片进行识别，通过rgb格式对水果色块进行识别，然后通过对识别后的色块的大小来判断距离，并进行路径规划，控制行走机构13到达指定位置完成水果的采摘，本发明所提供的仿生机器人，其智能化程度高，可降低果农的劳动强度以及生产成本，有效地增加整个产业的生产效率。

本实施例中，所述菱形伸缩架11的一角通过所述第一控制部件与所述支撑架连接，所述第一控制部件包括连接板15和第一电机16，所述支撑架包括四根形状相同的条形板，四根所述条形板依次可转动连接并形成两个分别位于首部和尾部的连接端，所述连接板15的两端分别通过第一连杆与两个所述连接端连接并形成所述菱形伸缩架11，所述第一电机16与所述连接板15连接并可带动所述连接板15绕轴转动。其中，所述连接板15的截面呈菱形，通过第一电机16带动连接板15转动即可实现所述菱形伸缩架11的张开和闭合，其中，菱形伸缩架11在采摘水果时，由于所述菱形伸缩架11的内侧面设有链锯，因为采摘过程中无需完全闭合菱形伸缩架11即可完成水果的采摘。

进一步地，所述仿生机器人还包括水果储存箱1和布兜，所述行走机构13设置于所述水果储存箱1的侧部，所述布兜的上口包设于所述菱形伸缩架11的下沿，所述布兜的下口与所述水果储存箱1的入口连通，通过设置布兜和水果储存箱1，采摘机构所采摘的水果顺着布兜即可滑落至水果储存箱1，实现水果的自动收集，优选地，所述布兜的下部设有布制收缩喉管，在水果落下的时候可以减缓下落速度，防止水果的磕碰导致的损坏。其中，所述行走机构13为y100履带式机器人坦克底盘。

进一步地，为进一步提高本实施例所提供的仿生机器人的适应能力和采摘效率，所述采摘机构还包括绿篱剪10和用于控制所述绿篱剪10完成张合动作的第二控制部件，所述绿篱剪10与所述支撑架固定连接并与所述菱形伸缩架11平行设置，通过设置绿篱剪10与菱形伸缩架11配合或同步完成水果的采摘，进一步提高了水果的采摘效率。优选地，所述第二控制部件包括用于使所述绿篱剪10张开的复位弹簧、用于使所述绿篱剪10闭合的钢丝绳、用于缠绕钢丝绳的卷筒9和用于带动卷筒9正反转的第二电机7，所述钢丝绳分别与所述绿篱剪10的两个手柄连接，具体地，当需要通过绿篱剪10完成剪切步骤时，控制所述第二电机7转动，带动所述钢丝绳收缩、进而带动绿篱剪10闭合完成剪切过程，剪切完成后将通过第二电机7带动钢丝绳放松，绿篱剪10在复位弹簧的作用下张开，一遍完成下一个剪切步骤。

本实施例中，所述机械臂具备六个自由度，从而实现带动所述采摘机构完成不同位姿的采摘，具体地，所述机械臂包括底座12、与所述底座12可转动连接的第一臂杆4、与所述第一臂杆4可转动连接的第二臂杆，所述底座12与所述行走机构13可转动连接，所述支撑架与所述第二臂杆连接。其中，所述底座12与行走机构13的连接处设有可带动底座12相对于行走机构13绕竖直轴转动的第四电机3，所述第一臂杆4与底座12的连接处设有可带动第一臂杆4相对于底座12绕第一水平轴转动的第五电机，所述第一臂杆4的侧壁设有可带动所述第二臂杆相对于第一臂杆4绕第二水平轴转动的第六电机14，所述第二臂杆上设有与所述第一臂杆4铰接的第一铰接孔，所述第一铰接孔的侧部设有第二铰接孔，所述第六电机14的输出轴与所述第二铰接孔通过第二连杆5连接，所述第一水平轴与所述第二水平轴平行设置；此外，所述第六电机14的输出轴与所述第二铰接孔通过两个铰接的所述第二连杆5连接，如此，通过第六电机14和第二连接即可带动所述第二臂杆绕所述第二水平轴转动，从而实现将所述采摘机构的角度调整为朝上或朝下，以模拟鹈鹕取食时低头向下啄食或抬头向上取食的动作。

进一步地，为使本实施例所提供的仿生机器人可以采摘朝上生长的水果，本实施例中，所述第二臂杆上设有安装板，所述安装板上设有水平布置的第三电机6，所述第三电机6的输出轴与所述支撑架连接并可带动支撑架绕第三水平轴转动，所述第三水平轴与所述第二水平轴异面垂直，通过设置第三电机6即可带动所述采摘机构在竖直平面内发生偏转，进而将所述菱形伸缩架11调整为倾斜状，从而实现对朝上生长的水果的采摘，进一步提高了所述仿生机器人的适应能力。

本实施例中，所述行走机构13上设有承重底座2，所述机械臂固定于所述承重底座2上，所述承重底座2内设有主控制器，所述主控制器分别与所述机械臂、采摘机构、成像扫描仪8电连接，通过所述主控制器，实现对仿生机器人的控制。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。