一种果实采摘收集一体化机器人的制作方法

本实用新型涉及一种果实采摘机器人，具体涉及一种果实采摘收集一体化机器人。

背景技术：

在果园的生产过程中，果实的采摘工作是十分重要的环节，加之我国果实的产量非常大，实现果实采摘收集过程的机械化具有重要的意义。然而，我国的果实采摘工作主要靠人工进行，采摘效率低下，并且随着劳动力成本的增加，实现果实采摘的机械化更显得尤为必要。发展机械自动化采摘技术不仅可以提高采摘果实的效率，而且可以节省劳动力的成本。近年来，随着柔性软体技术的发展，明显的提升了机器人的柔顺性和环境适用性，对于适应果实采摘过程中的环境以及降低果实的损伤率都有极大的帮助。

现阶段，国内外实用新型的果实采摘机器人主要以多自由度的刚性机器人为主，此类机器人通过调整机械臂使得末端抓取器或是末端切割装置到达果实的位置，从而进行果实的抓取，抓取效率相对较低，抓取成功率也有待提高。中国专利CN 107690969A提供了一种气吸式果实采收机器人，该机器人通过机械臂将吸气头移动到果实侧面，风箱工作使果实被吸入吸气管，然后果实通过果气分离道进入果实接收道，最后通过传送带将果实送至果实收集箱。中国专利CN105580560A提供了一种果实采摘机器人，该机器人机械结构主要5自由度的机械手部分和2自由度的车载部分。其中，5自由度的机械手臂部分为PRRRP型关节结构，第1自由度主要用于机械臂的升降功能，第2自由度为机械臂腰部旋转功能，第3、4自由度为大臂、小臂旋转轴，第5自由度为伸缩关节，根据机器人的控制指令，将末端执行器送到对象的位置，实现果实的采摘。这类果实采摘机器人多由刚性结构组成，虽然能够实现对果实的抓取，但是环境适应性以及灵活性较差。本实用新型提出结合柔性软体技术的采摘收集一体化机器人，该机器人具有果实采摘和收集一体化的功能，并且具有柔性环节，使其灵活性更强，环境适应性得到极大的提升。果实传送装置设置在采摘机械臂的内部，实现采摘和收集一体化，提高了果蔬的采摘效率。末端采摘装置运用软体气囊进行采摘，降低了果实的损伤率。

技术实现要素：

本实用新型的目的是提供采摘效率高，能够节约劳动力成本，可实现果实采摘的机械化的果实采摘收集一体化机器人。

本实用新型主要包括有行走装置、传送装置、调姿装置、末端抓取器以及控制台。

其中，控制台通过螺栓连接安装在行走装置的尾部，传送装置和调姿装置通过螺栓连接安装在行走装置的上部，传送装置的一侧末端与果实收集箱相连，另一侧安装有末端抓取器。通过气泵控制实现末端抓取器内部三个气囊的膨胀和收缩，进而实现对果实的抓取采摘。果实采摘后，通过传送装置送达收集箱，实现对果实的采摘和收集。

行走支撑装置主要包括车架、调整支腿、拉杆、把手、车轮支架、车轮、摆动梁、调整支腿、支撑板和回转轴承。车架为方形框，车架的后端设有调整支腿。在车架的前端与拉杆的一端相连，拉杆的一端为万向角。拉杆的另一端固定把手。在车架的前端下方设有转向轮，在车架后端的两侧，分别通过螺栓固定车轮支架，车轮支架上设有车轮。车架的两侧分别设有位置对应的条形凹槽，在条形凹槽的一端上设有销孔，在条形凹槽内放置摆动梁，摆动梁上的一端设有通孔，插销通过穿过销孔和通孔，用来固定摆动梁的摆动。在摆动梁的另一端设有调整支腿。在车架的上部设有支撑板，在支撑板上固定圆形凹槽，在圆形凹槽内的上部放置回转轴承。

调整支腿主体的外部设有螺纹，在调整支腿主体的上端设有圆形法兰扭转盘，下端设有底座，在调整支腿主体的外部螺纹连接套筒。套筒的外部设有通孔。

传送装置包括末端波纹管、收集导管、波纹软管、收集箱、电动推杆B、法兰盘、电机B、导向轮组成。末端波纹管为内部嵌有弹簧的柔性波纹软管，末端波纹管的两端均设有圆形凸台，两端凸台上均设有六个槽孔，一端凸台上的间隔120度周向均布的三个槽孔，用于连接采摘外管，另三个为固定钢丝绳的槽孔。另一端凸台上的间隔120度周向均布的三个槽孔，用于连接收集导管，另三个为通线孔。收集导管由四个中空管体组成，从上至下依次是一级收集导管、二级收集导管、三级收集导管和四级收集导管，四级收集导管的内径与三级收集导管的外径相同，三级收集导管的内径与二级收集导管的外径相同，二级收集导管的内径与一级收集导管的外径相同。在一级收集导管、二级收集导管、三级收集导管和四级收集导管的外部分别设有三条间隔120度周向均布的滑道，各个收集导管外部的滑道位置相对应，各个收集导管可沿着轴向方向上下滑动。一级收集导管和二级收集导管之间、二级收集导管和三级收集导管之间分别通过销钉进行固定，三级收集导管和四级收集导管之间设有两个电动推杆B，通过电动推杆控制收集导管的伸缩。一级收集导管一端设有圆形凸台，凸台上开有六个槽孔，三个槽孔间隔为120度周向均布的槽孔用于连接末端波纹管，另三个为通线孔，一级收集导管的另一端设有销钉孔；二级收集导管一端设有销钉座，用于固定伸出的一级收集导管，且另一端设有销钉孔；三级收集导管前端设有圆形凸台，凸台设有三个通线孔，间隔120度周向均布，凸台两侧分别设有连接电动推杆B的通孔，三级收集导管的凸台的后部设有销钉座，用于固定伸出的二级收集导管；四级收集导管中部设有法兰盘，法兰盘下端两侧分别设有连接电动推杆A上端的铰接结构，四级收集导管的中下部设有方形板状平台，方形板状平台两侧分别设有用于安装两个电动推杆B和两个电机B的法兰式结构。四级收集导管的底端设有凸台，凸台下端设有阶梯轴结构，阶梯轴的两侧分别与两个支架A的顶端相连接，四级收集导管底端的凸台端面设有连接波纹软管A的螺纹孔，四级收集导管的下方还设有导向轮，用于改变钢丝绳的方向。收集箱为方形箱体，收集箱通过螺栓连接与波纹软管相连，在收集箱内部设有两层抹布，两层抹布的不同侧设有果实大小的圆孔，收集箱的一侧设有箱门，用于取出所采摘的果实。

调姿装置包括回转轴承、回转平台、支架A、支架B、电动推杆A、电机A以及齿轮。在支撑板的圆形凹槽内的下部设有电机A，电机A的输出轴上套接齿轮，齿轮与回转轴承相互啮合，回转轴承的上部设有平台。平台上固定有支架B和收集箱，支架B为方形框体。支架B上固定支架A、气泵、电机B和两个电动推杆。固定支架A的上部与四级收集导管通过铰链连接。电动推杆的固定端设在固定支架A上，电动推杆的自由端与四级收集导管的铰接部位相连接。钢丝绳有三条，间隔120度圆周均布，三根钢丝绳一端固定在末端波纹管上，其中，两根钢丝绳另一端分别穿过末端波纹管的穿线孔、一级收集导管和三级收集导管的穿线孔，直至与四级收集导管方形板状平台上的两个电机B的输出轴相连；另一根钢丝绳还穿过四级收集导管下方的导向轮，最终与支架B上的电机B的输出轴相连。

末端抓取器主要由采摘外管、采摘气囊、气管、气泵以及摄像头组成。采摘外管为圆柱形薄壁结构，用于安装3个气囊，3个气囊间隔120度周向均布在采摘外管的内部。采摘气囊为一端是褶皱结构的柔性软管，通过胶水粘贴到采摘外管的内壁，3个气囊之间通过气管连通，褶皱部分位于前端，充气后褶皱部分膨胀变大，用于夹住所要采摘的果实。采摘外管的下端设有圆环形连接板，圆环形连接板上设有三个槽孔，三个槽孔间隔120度周向均布，周向均布的三个槽孔用于连接末端波纹管；采摘外管中端设有用于气管穿过的槽孔。采摘外管的圆环形连接板的上端设有安装摄像头的槽孔，其上安装有摄像头。气泵安装在支架B上，气泵通过气管向采摘气囊进行充气和放气。

控制台包括遥杆、显示器和按钮。控制台通过螺栓连接安装在行走装置的尾部，控制台上有遥杆、显示器和按钮，遥杆控制电机B驱动钢丝绳，实现末端波纹管的空间运动，显示器显示前端摄像头拍摄的画面，按钮共有6个，两个控制回转平台的旋转，两个控制支架B上的两个电动推杆A的伸缩，另两个控制四级收集导管末端安装的电动推杆B的伸缩；控制台下端是一个通线管，通线管下端设有方形凸台，凸台上设有光孔，通过螺栓连接到车架上。

本实用新型在使用时，由人工或机器牵引到果实树下，人工转动3个调整支腿，使得车轮悬空，通过调整支腿与地面接触；把一二级收集导管伸出，并通过销钉进行固定，使得整个收集导管达到伸开状态；通过控制台调整回转轴承，使得机械臂朝向果实，调整电动推杆A和电动推杆B以及末端波纹管，使得末端抓取器伸出，并套住果实；通过气泵和气管为气囊充气，使得气囊包裹住所要采摘的果实；利用电动推杆B的拉力，把果实摘下，果实会沿着收集导管滑下，直到进入到收集箱中，收集箱内有两级缓冲机构，防止苹果被摔坏。

本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

此类采摘收集一体化机器人，既能够通过绳驱动控制柔性机械臂实现灵活抓取，又能通过内含气囊的末端抓取器实现无损伤抓取，还能够利用自身整体结构的特点，实现采摘、收集一体化的功能，从而极大的提高了采摘效率。

附图说明

图1为本实用新型的缩回状态效果图；

图2为本实用新型的伸长状态效果图；

图3为本实用新型的正向示意图；

图4为本实用新型车架处回转装置示意图；

图5为本实用新型的采摘装置示意图；

图6为本实用新型的末端抓取器气囊收缩示意图；

图7为本实用新型的末端抓取器气囊张开示意图；

图中：1-控制台、1-1遥杆、1-2显示器、1-3按钮、2-收集箱、3-波纹软管A、4-收集导管、4-1一级收集导管、4-2二级收集导管、4-3三级收集导管、4-4四级收集导管、5-采摘外管、6-气管、7-电动推杆A、8-支架A、9-支架B、10-拉杆、11-摆动梁、12-调整支腿、12-1调整支腿主体、12-2圆形法兰扭转盘、12-3底座、12-4套筒、13-车轮、14-车架、15-车轮支架、16-回转轴承、17-齿轮、18-电机A、19-钢丝绳、20-末端波纹管、21-电机B、22-气泵、23-电动推杆B、24-采摘气囊、25-摄像头、26-平台、27-把手、28-支撑板、29-法兰盘、30-导向轮、31-圆环形连接板、32-转向轮。

具体实施方式

在本实用新型的图1至图7的示意图中，控制台1通过螺栓连接安装在行走装置的尾部，传送装置和调姿装置通过螺栓连接安装在行走装置的上部，传送装置的一侧末端与果实收集箱相连，另一侧安装有末端抓取器。通过气泵控制实现末端抓取器内部三个气囊的膨胀和收缩，进而实现对果实的抓取采摘。果实采摘后，通过传送装置送达收集箱，实现对果实的采摘和收集。

行走支撑装置主要包括车架、调整支腿、拉杆、把手、车轮支架、车轮、摆动梁、调整支腿、支撑板和回转轴承。车架14为方形框，车架的后端设有调整支腿12。在车架的前端与拉杆10的一端相连，拉杆的一端为万向角。拉杆的另一端固定把手27。在车架的前端下方设有转向轮32，在车架后端的两侧，分别通过螺栓固定车轮支架14，车轮支架上设有车轮13。车架的两侧分别设有位置对应的条形凹槽，在条形凹槽的一端上设有销孔，在条形凹槽内放置摆动梁11，摆动梁上的一端设有通孔，插销通过穿过销孔和通孔，用来固定摆动梁的摆动。在摆动梁的另一端设有调整支腿。在车架的上部设有支撑板28，在支撑板上固定圆形凹槽，在圆形凹槽内的上部放置回转轴承16。

调整支腿的结构：调整支腿主体12-1的外部设有螺纹，在调整支腿主体的上端设有圆形法兰扭转盘12-2，下端设有底座12-3，在调整支腿主体的外部螺纹连接套筒12-4。套筒的外部设有通孔。

传送装置包括末端波纹管、收集导管、波纹软管、收集箱、电动推杆B、法兰盘、电机B、导向轮组成。末端波纹管20为内部嵌有弹簧的柔性波纹软管，末端波纹管的两端均设有圆形凸台，两端凸台上均设有六个槽孔，一端凸台上的间隔120度周向均布的三个槽孔，用于连接采摘外管，另三个为固定钢丝绳的槽孔。另一端凸台上的间隔120度周向均布的三个槽孔，用于连接收集导管，另三个为通线孔。收集导管4由四个中空管体组成，从上至下依次是一级收集导管4-1、二级收集导管4-2、三级收集导管4-3和四级收集导管4-4，四级收集导管的内径与三级收集导管的外径相同，三级收集导管的内径与二级收集导管的外径相同，二级收集导管的内径与一级收集导管的外径相同。在一级收集导管、二级收集导管、三级收集导管和四级收集导管的外部分别设有三条间隔120度周向均布的滑道，各个收集导管外部的滑道位置相对应，各个收集导管可沿着轴向方向上下滑动。一级收集导管和二级收集导管之间、二级收集导管和三级收集导管之间分别通过销钉进行固定，三级收集导管和四级收集导管之间设有两个电动推杆B23，通过电动推杆控制收集导管的伸缩。一级收集导管一端设有圆形凸台，凸台上开有六个槽孔，三个槽孔间隔为120度周向均布的槽孔用于连接末端波纹管，另三个为通线孔，一级收集导管的另一端设有销钉孔；二级收集导管一端设有销钉座，用于固定伸出的一级收集导管，且另一端设有销钉孔；三级收集导管前端设有圆形凸台，凸台设有三个通线孔，间隔120度周向均布，凸台两侧分别设有连接电动推杆B的通孔，三级收集导管的凸台的后部设有销钉座，用于固定伸出的二级收集导管；四级收集导管中部设有法兰盘29，法兰盘下端两侧分别设有连接电动推杆A7上端的铰接结构，四级收集导管的中下部设有方形板状平台，方形板状平台两侧分别设有用于安装两个电动推杆B23和两个电机B21的法兰式结构。四级收集导管的底端设有凸台，凸台下端设有阶梯轴结构，阶梯轴的两侧分别与两个支架A的顶端相连接，四级收集导管底端的凸台端面设有连接波纹软管A3的螺纹孔，四级收集导管的下方还设有导向轮30，用于改变钢丝绳的方向。收集箱2为方形箱体，收集箱通过螺栓连接与波纹软管相连，在收集箱内部设有两层抹布，两层抹布的不同侧设有果实大小的圆孔，收集箱的一侧设有箱门，用于取出所采摘的果实。

调姿装置包括回转轴承、回转平台、支架A、支架B、电动推杆A、电机A以及齿轮。在支撑板28的圆形凹槽内的下部设有电机A18，电机A的输出轴上套接齿轮17，齿轮17与回转轴承相互啮合，回转轴承的上部设有平台26。平台上固定有支架B9和收集箱，支架B为方形框体。支架B上固定支架A8、气泵22、电机B21和两个电动推杆。固定支架A8的上部与四级收集导管通过铰链连接。电动推杆的固定端设在固定支架A上，电动推杆的自由端与四级收集导管的铰接部位相连接。钢丝绳有三条，间隔120度圆周均布，三根钢丝绳一端固定在末端波纹管上，其中，两根钢丝绳另一端分别穿过末端波纹管的穿线孔、一级收集导管和三级收集导管的穿线孔，直至与四级收集导管方形板状平台上的两个电机B21的输出轴相连；另一根钢丝绳还穿过四级收集导管下方的导向轮，最终与支架B上的电机B21的输出轴相连。

末端抓取器主要由采摘外管、采摘气囊、气管、气泵以及摄像头组成。采摘外管为圆柱形薄壁结构，用于安装3个气囊，3个气囊间隔120度周向均布在采摘外管的内部。采摘气囊为一端是褶皱结构的柔性软管，通过胶水粘贴到采摘外管的内壁，3个气囊之间通过气管连通，褶皱部分位于前端，充气后褶皱部分膨胀变大，用于夹住所要采摘的果实。采摘外管的下端设有圆环形连接板31，圆环形连接板上设有三个槽孔，三个槽孔间隔120度周向均布，周向均布的三个槽孔用于连接末端波纹管；采摘外管中端设有用于气管穿过的槽孔。采摘外管的圆环形连接板的上端设有安装摄像头的槽孔，其上安装有摄像头。气泵安装在支架B上，气泵通过气管向采摘气囊进行充气和放气。

控制台包括遥杆、显示器和按钮。控制台1通过螺栓连接安装在行走装置的尾部，控制台上有遥杆1-1、显示器1-2和按钮1-3，遥杆控制电机B驱动钢丝绳，实现末端波纹管的空间运动，显示器显示前端摄像头拍摄的画面，按钮共有6个，两个控制回转平台的旋转，两个控制支架B上的两个电动推杆A的伸缩，另两个控制四级收集导管末端安装的电动推杆B的伸缩；控制台下端是一个通线管，通线管下端设有方形凸台，凸台上设有光孔，通过螺栓连接到车架上。