一种爬树采摘机器人

1.本实用新型涉及机器人技术领域，具体是一种爬树采摘机器人。


背景技术：

2.对于树木果实的采摘，传统的方法为人工采摘，工人需要爬树采摘，存在安全隐患，且劳动量大。随着机器人领域的发展，出现了爬树采摘机器人代替人工爬树采摘，爬树采摘机器人主要包括爬升机构和采摘机构，采摘机构大多是机械臂结合机械手爪，而爬升机构有不同种类，较为主流的一种是轮式爬升机构，例如申请号为201821093147.x的实用新型专利中公开的爬树采摘机器人，通过抵接与树干外表面的滑动轮的转动带动整个机器人进行爬升；另一种是步进式爬升机器人，例如申请号为202110836979.6的实用新型专利中公开的步进式爬树机器人，通过上、下平台的夹持机构和伸缩机构的配合，上下交替夹紧、放松树干，进而爬升。但是上述两种类型的爬升机构均不具备避障功能，若爬升过程中遇到树干上的障碍物，会导致无法继续爬升，到达不了理想的高度。
3.因此，有必要设计一种具备避障功能的爬树采摘机器人，来解决上述技术问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于解决现有技术中存在的问题，提供一种爬树采摘机器人，能够在爬升的过程中避开树干上的障碍物。
5.本实用新型为实现上述目的，通过以下技术方案实现：
6.一种爬树采摘机器人，包括相互连接的爬升机构和采摘机构，所述爬升机构包括支架和两个夹持机构，所述支架转动连接有丝杠，所述丝杠连接有第一电机，所述丝杠包括旋向相反的两个螺纹部，两个所述螺纹部各自螺纹连接有一个所述夹持机构，两个所述夹持机构分别与所述支架滑动连接；所述夹持机构包括滑动座、避障机构和夹爪机构，所述滑动座分别与所述丝杠和支架连接，所述避障机构包括与所述滑动座滑动和/或滚动连接的弧形板，以及驱动所述弧形板围绕其弧线所在圆的圆心转动的驱动机构，所述驱动机构设于所述滑动座上，所述夹爪机构包括两个夹爪组件，两个所述夹爪组件对称固定在所述弧形板的两端。
7.优选地，所述驱动机构包括两个驱动滚轴、限位滚轴和第二电机，两个所述驱动滚轴和所述限位滚轴分别与所述滑动座转动连接，所述第二电机分别与两个所述驱动滚轴传动连接，所述弧形板设于两个所述驱动滚轴和限位滚轴之间，所述弧形板内侧与所述限位滚轴相抵、外侧分别与两个所述驱动滚轴相抵，所述弧形板外侧固定有弧形齿条，所述驱动滚轴上设有与所述弧形齿条相配合的凹槽和第一齿轮部。
8.优选地，两个所述驱动滚轴上分别固定有第一齿轮，所述第二电机的输出端固定有第二齿轮，两个所述第一齿轮分别与所述第二齿轮相捏合。
9.优选地，两个所述驱动滚轴和所述限位滚轴外部均包覆有橡胶层。
10.优选地，所述弧形齿条为沿所述驱动滚轴轴向间隔设置的两个。
11.优选地，所述夹爪组件包括夹爪座、第一爪体、第二爪体和第三电机，所述第一爪体和第二爪体分别与所述夹爪座转动连接，所述第一爪体上设有第二齿轮部，所述第二爪体上设有第三齿轮部，所述第二齿轮部与所述第三齿轮部相捏合，所述第三电机的输出轴与所述第一爪体或第二爪体连接，用于驱动所述第一爪体和第二爪体做开合运动。
12.优选地，所述第一爪体和第二爪体上分别设有凸齿。
13.优选地，所述支架上设有导向杆，所述滑动座上设有与所述导向杆相配合的导向孔。
14.优选地，所述采摘机构包括采摘机械臂和采摘手爪，所述采摘机械臂包括固定于所述支架上的回转台、转动连接于所述回转台的第一臂、转动连接于所述第一臂的第二臂，以及转动连接于所述第二臂的第三臂，所述采摘手爪与所述第三臂转动连接。
15.优选地，所述采摘手抓包括采摘爪座、第一采摘爪和第二采摘爪，所述第一采摘抓和第二采摘爪分别与所述采摘爪座滑动连接，所述采摘爪座上设有第四电机，所述第四电机的输出端固定有转盘，所述转盘上铰接有第一连杆和第二连杆，所述第一连杆与所述第一采摘爪铰接，所述第二连杆与所述第二采摘爪铰接。
16.对比现有技术，本实用新型的有益效果在于：
17.本实用新型的爬树采摘机器人能够爬树并采摘果实，并且爬树的过程中，若树干上存在障碍物，通过避障机构的运转，能够越过障碍物继续爬升，到达理想的高度。
附图说明
18.附图1为本实用新型的结构示意图；
19.附图2为本实用新型的部分结构示意图；
20.附图3为本实用新型中采摘机构一个视角的结构示意图；
21.附图4为本实用新型中采摘机构另一个视角的结构示意图；
22.附图5为附图2中a部分的结构放大图；
23.附图6为附图1中b部分的结构放大图。
24.附图标记说明
25.1-支架，2-丝杠，3-第一电机，4-滑动座，5-弧形板，6-驱动滚轴，7-限位滚轴，8-第二电机，9-弧形齿条，10-凹槽，11-第一齿轮部，12-第一齿轮，13-第二齿轮，14-夹爪座，15-第一爪体，16-第二爪体，17-第三电机，18-第二齿轮部，19-第三齿轮部，20-凸齿，21-导向杆，22-采摘机械臂，23-采摘手爪，24-回转台，25-第一臂，26-第二臂，27-第三臂，28-采摘爪座，29-第一采摘爪，30-第二采摘爪，31-第四电机，32-转盘，33-第一连杆，34-第二连杆。
具体实施方式
26.下面结合具体实施例，进一步阐述本实用新型。应理解，这些实施例仅用于说明本实用新型而不用于限制本实用新型的范围。此外应理解，在阅读了本实用新型讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本实用新型作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所限定的范围。
27.请参阅附图1至附图6，一种爬树采摘机器人，包括相互连接的爬升机构和采摘机构，所述爬升机构包括支架1和两个夹持机构，所述支架1转动连接有丝杠2，所述丝杠2连接
有第一电机3，所述丝杠2包括旋向相反的两个螺纹部，两个所述螺纹部各自螺纹连接有一个所述夹持机构，两个所述夹持机构分别与所述支架1滑动连接；所述夹持机构包括滑动座4、避障机构和夹爪机构，所述滑动座4分别与所述丝杠2和支架1连接，所述避障机构包括与所述滑动座4滑动和/或滚动连接的弧形板5，以及驱动所述弧形板5围绕其弧线所在圆的圆心转动的驱动机构，所述驱动机构设于所述滑动座4上，所述夹爪机构包括两个夹爪组件，两个所述夹爪组件对称固定在所述弧形板5的两端。
28.具体地，支架1可以为矩形框架，以减轻重量，丝杠2设于矩形框架内部，丝杠2设置两个旋向相反的螺纹部，用于驱动滑动座4做相互靠近或远离的运动，两个夹持机构沿丝杠2轴向上下分布，夹爪组件用于夹紧树干，夹持机构上的两个夹爪组件相对设置，避障机构用于让爬升机构在爬升的过程中避开树干上的树枝等障碍物，下面对本实施例中的爬升机构的爬升原理和避障原理进行详细说明,本实施例中的爬升机构在使用时，首先上下两个夹持机构的夹爪组件分别夹紧树干(此时可令上下两个夹持机构均位于支架1中部)，上夹持机构的夹爪组件松开树干，第一电机3驱动丝杠2转动，支架1相对于下夹持机构向上运动，上夹持机构相对于支架1向上运动，直到上相两个夹持机构分别运动到支架1的最上端和最下端，此时上夹持机构的夹爪组件夹紧树干，下夹持机构的夹爪组件松开树干，第一电机3驱动丝杠2反向转动，支架1相对于上夹持机构向上运动，下夹持机构相对于支架1向上运动，直到上下夹持机构均运动至支架1中部，下夹持机构夹紧树干，完成一次爬升动作，重复上述过程一直爬升。
29.当爬升过程中遇到树干上的障碍物时(上夹持机构松开树干上升的过程中会先遇到障碍物)，避障机构中的驱动机构驱动弧形板5相对于滑动座4滑动或滚动或二者皆有，弧形板5自身做围绕其弧线所在圆的圆心转动，本实施例中，弧形板5的弧度为π，保证固定在弧形板5两端的夹爪组件分别作用在树干径向的两侧，对树干进行夹紧，同时也能够保证弧形板5的弧线所在圆的圆心大致位于树干的中心轴线上，驱动机构驱动弧形板5转动时，弧形板5围绕树干的中心轴线转动，由于弧形板5有开口，当上夹持机构遇到障碍物无法通过时，将弧形板5的开口转动至障碍物下方，障碍物无法对开口进行阻碍，上夹持机构能够顺利通过障碍物。同理，下夹持机构的避障原理也是如此，再此不再赘述。
30.在一些实施例中，请结合附图2和附图5，所述驱动机构具体可设置为包括两个驱动滚轴6、限位滚轴7和第二电机8，两个所述驱动滚轴6和所述限位滚轴7分别与所述滑动座4转动连接，两个所述驱动滚轴6和所述限位滚轴7均平行于丝杠2设置，所述第二电机8分别与两个所述驱动滚轴6传动连接，驱动两个驱动滚轴6转动，所述弧形板5设于两个所述驱动滚轴6和限位滚轴7之间，所述弧形板5内侧与所述限位滚轴7相抵、外侧分别与两个所述驱动滚轴6相抵，所述弧形板5外侧固定有弧形齿条9，所述驱动滚轴6上设有与所述弧形齿条9相配合的凹槽10和第一齿轮部11，凹槽10能够对齿条进行限制，防止其沿驱动滚轴6轴向窜动，进而对弧形板5沿驱动滚轴6轴向窜动进行限制，第一齿轮部11能够驱动齿条，进而驱动弧形板5转动，两个驱动滚轴6和限位滚轴7共同对弧形板5的运动进行导向。
31.在一些实施例中，两个所述驱动滚轴6上分别固定有第一齿轮12，所述第二电机8的输出端固定有第二齿轮13，两个所述第一齿轮12分别与所述第二齿轮13相捏合。
32.在一些实施例中，两个所述驱动滚轴6和所述限位滚轴7外部均包覆有橡胶层，橡胶层能够使两个驱动滚轴6和限位滚轴7与弧形板5柔性接触，防止弧形板5产生磨损。
33.在一些实施例中，所述弧形齿条9为沿所述驱动滚轴6轴向间隔设置的两个，相应地，凹槽10和第一齿轮部11也均为两个，这样设置能够更好地驱动弧形板5。
34.在一些实施例中，所述夹爪组件包括夹爪座14、第一爪体15、第二爪体16和第三电机17，所述第一爪体15和第二爪体16分别与所述夹爪座14转动连接，所述第一爪体15上设有第二齿轮部18，所述第二爪体16上设有第三齿轮部19，所述第二齿轮部18与所述第三齿轮部19相捏合，所述第三电机17的输出轴与所述第一爪体15或第二爪体16连接，用于驱动所述第一爪体15和第二爪体16做开合运动，两个夹爪组件相互配合，将树干夹紧。
35.在一些实施例中，所述第一爪体15和第二爪体16上分别设有凸齿20，起到防滑作用，夹紧效果更好。
36.在一些实施例中，所述支架1上设有导向杆21，所述滑动座4上设有与所述导向杆21相配合的导向孔，对滑动座4的移动进行导向。
37.在一些实施例中，所述采摘机构包括采摘机械臂22和采摘手爪23，所述采摘机械臂22包括固定于所述支架1上的回转台24、转动连接于所述回转台24的第一臂25、转动连接于所述第一臂25的第二臂26，以及转动连接于所述第二臂26的第三臂27，所述采摘手爪23与所述第三臂27转动连接。其中，回转台24的旋转轴线与第一臂25相对于回转台24的旋转轴线垂直，第二臂26相对于第一臂25的旋转轴线平行于第一臂25相对于回转台24的旋转轴线，第三臂27相对于第二臂26的旋转轴线平行于第二臂26相对于第一臂25的旋转轴线，采摘手爪23相对于第三臂27的旋转轴线垂直于第三臂27相对于第二臂26的旋转轴线，本实施例中的采摘机械臂22具有多个自由度，能够更加灵活地带动采摘手爪23进行采摘。需要说明的是，机械臂为现有技术，在此不在详细赘述其结构和工作原理。
38.在一些实施例中，所述采摘手抓包括采摘爪座28、第一采摘爪29和第二采摘爪30，所述第一采摘抓和第二采摘爪30分别与所述采摘爪座28滑动连接，所述采摘爪座28上设有第四电机31，所述第四电机31的输出端固定有转盘32，所述转盘32上铰接有第一连杆33和第二连杆34，所述第一连杆33与所述第一采摘爪29铰接，所述第二连杆34与所述第二采摘爪30铰接。第四电机31带动转盘32转动，进而第一连杆33和第二连杆34分别带动第一采摘爪29和第二采摘爪30夹住果实。
39.综上所述，本实施例中的爬树采摘机器人能够爬树并采摘果实，并且爬树的过程中，若树干上存在障碍物，通过避障机构的运转，能够越过障碍物继续爬升，到达理想的高度。