枸杞采摘机器人的制作方法
【专利说明】枸杞采摘机器人 【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及机械自动化设计技术领域，特别涉及一种枸杞采摘机器人。 【【背景技术】】
[0002] 枸杞是具有养生和治病功能的药材，还可以当做具有丰富营养价值的水果来食 用。在我国西北、东北、北方大量的种植。枸杞含水量大果皮相对较薄属于浆果，摘取时容 易受到损伤。枸杞的采摘工作一直以人力为主，枸杞成熟季节相对集中，劳动强度较大。而 且枸杞一般在夏季6、7月成熟，该季节属于暑期，温度极度上升。枸杞地中一般有自然肥化 肥等刺鼻气味。然而现在的枸杞采摘均为人工采摘，并且人力采摘时一般带口罩作业加重 炎热程度。不因采摘效率地下，而且在热天给工人带来不适感，严重可能导致中暑情况。
[0003] 目前来讲，虽然采摘机器人有了较大的发展和进步，但任然存在以下几方面的问 题。
[0004] 1、定位和识别工能较差。在采摘过程中环境相对较复杂，叶子与水果容易重复在 一起，造成识别困难。而且天气具有不稳定性，同时还有噪音等干扰信息，降低了识别和定 位的准确度。对枸杞的识别和定位需要进一步的研究。
[0005] 2、采摘效率不高。各国以研发的各类采摘机器人的采摘效率，都没有人工效率高。 例如农业大学张铁中教授研制的草莓采摘速度为6枚/min ;韩国的苹果自动采摘机器人， 摘取一枚苹果平均需要15s ;荷兰IMG研发的黄瓜采摘机器人摘一根黄瓜需要45s。因为 需要控制系统还要图像处理等，效率不高。要使果蔬采摘机器人真正应用于实际生产，就必 须要提高作业效率以及作业准确度。
[0006] 3、成本较高。果蔬采摘机器人系统和结构更加复杂，而且使用周期短，平常基本不 用。维护，使用，制造成本都要高于工业机器人。
[0007] 4、通用性差。一种采摘机器人只是针对某一特定植物完成单一的任务，各类机器 人之间几乎没有通用性。
[0008] 为了突破限制果蔬采摘机器人的发展因素，就必须解决以上的问题，这样才能加 速果蔬采摘机器人的发展，尽快实现商品化。 【【实用新型内容】】
[0009] 本实用新型的目的在于提供一种枸杞采摘机器人，该机器人能够结合枸杞的生长 特点和采摘要求进行采摘，完全替代人力完成采摘工作。
[0010] 为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：
[0011] 枸杞采摘机器人，包括小车，所述的小车上设置有电源及动力控制设备、路障传感 器、机械臂、采摘头和果实收集箱；其中，路障传感器设置在小车车头上；所述机械臂上端 和采摘头连接，采摘头上设置有树枝夹子，树枝夹子上设置有用于判断枸杞位置的传感器； 采摘头底部设有与果实收集箱连通的果实输送管；所述的小车的电气控制系统、机械臂的 电气控制系统、采摘头的电气控制系统、路障传感器、树枝夹子的电气控制系统及传感器均 与电源及动力控制设备连接。
[0012] 作为本实用新型的进一步改进，所述的机械臂包括依次连接的升降台、腰部旋转 关节、大臂、小臂和棱柱关节，升降台底部设置在小车上，升降台上设置有驱动腰部旋转关 节旋转的腰部电机和驱动大臂旋转的大臂电机，大臂的顶部设置有驱动小臂转动的小臂电 机和驱动棱柱关节伸缩的棱柱关节电机；棱柱关节上端和采摘头连接；升降台的电气控制 系统、腰部电机、大臂电机、小臂电机和棱柱关节电机均与电源及动力控制设备连接。
[0013] 作为本实用新型的进一步改进，所述的升降台的升降高度为0~0. 8m ;腰部旋 转关节旋转角度为-160°~160° ;大臂的旋转角度为-80°~80°、小臂的旋转角度 为-80°~80°和棱柱关节的伸缩长度为0~0.5m。
[0014] 作为本实用新型的进一步改进，所述的采摘头包括由外壳体和上盖围成的空间， 且顶部开始采摘入口；采摘头内靠近上盖一端设置有上座板和下座板，采摘头内的另一端 设置有底座板；直流电机通过电机座设置在上盖上，直流电机的前端固定在上座板上，且直 流电机的输出轴上设有中间齿轮；左转子体和右转子体并排设置成组合转子，左转子体和 右转子体的两端分别设置在下座板和底座板上，左转子体和右转子体靠近下座板的一端上 均设置有转子齿轮，两个齿轮和中间齿轮相嗤合，左转子体和右转子体转动方向相反；米摘 头的底部设置有采摘出口，采摘出口与果实输送管连通。
[0015] 作为本实用新型的进一步改进，所述的左转子体和右转子体均包括转子体，所述 的转子体包括柱体，柱体上有三条沿螺旋线均匀设置的软管；其中柱体是由具有机械强度 的柔性硅胶管制成，在硅胶管的三个螺旋方向上按照每隔15mm的距离钻设孔阵列，将空心 软管和硅胶管沿孔阵列用尼龙线穿接固定，相邻孔之间的空心软管形成弧形结构的突起； 左转子体和右转子体上的空心软管的螺旋方向相反。
[0016] 作为本实用新型的进一步改进，所述的树枝夹子上设置有碰撞传感器、位置传感 器、压力传感器和视觉传感器；碰撞传感器设置在树枝夹子的顶端，位置传感器和压力传感 器分别设置在树枝夹子的两个夹片上，视觉传感器设置在树枝夹子的两个夹片底部，碰撞 传感器、位置传感器、压力传感器和视觉传感器均与电源及动力控制设备通讯。
[0017] 与现有技术相比，本实用新型具有以下优点：
[0018] 本实用新型硬件方面主要由机械臂、转子结构、采摘头以及各种电机组成，通过机 械电气的结合，实现了机器人代替人工劳作方式，解放了生产力。并且机器人具有图像识 另IJ，枸杞采摘，枝条定位，以及蔽障功能，可以实现机器人的自行采摘枸杞的操作流程，根据 枸杞成熟果实的承重能力的大小设计采摘头中旋子体的旋转力度，在保证果实形状和较少 破损率的采摘果实。并且在采摘头旁边设计视觉伺服等传感器，保证采摘机器人的正常采 摘和正确的工作。良好的响应特性，各个运动环节均要连续有效的进行。抗干扰能力强，轻 便且体积小。维修容易，而且不太需要保养。运行稳定，正反转时特性相同。通过对枸杞采 摘机器人需要实现的功能的了解。设计出枸杞采摘机器人的理论模型。针对机器人所要实 现的功能，对其软件控制进行初步设定，和理论分析。针对在采摘过程中可能出现的问题， 进行初步预计在硬件设计方面尽量避免和控制在可调节范围内的研究。
[0019] 进一步，机械臂由五个自由度构成，实现了五个自由度方向的旋转或伸缩，位置调 整快速和定位更加准确。
[0020] 进一步，采摘头的特殊设计是关键模块。综合考虑了枸杞的特点，设计了螺旋式的 软管和硅胶体的机构，相对旋转，螺旋结构的捏合进行枸杞的采摘，既能够实现采摘又不会 对枸杞果实进行损坏，且采摘效果良好。
[0021] 进一步，树枝夹子设置有四个功能不同的传感器，保证了机器人的自动采摘的可 实施性。由于采摘环境的限制在采摘时必须设立蔽障模块。以此方能体现该机器人的智能 化方向。位置传感器的不仅可能判断树枝的位置，还能反馈给控制系统进行启动采摘头的 电机，实现可自动控制的连续实现，避免了采摘头的空转，节约了能源和实现自动化。 【【附图说明】】
[0022] 图1为本实用新型中枸杞采摘机器人的主体示意图；
[0023] 图2为本实用新型中采摘头结构示意图；
[0024] 图3为本实用新型中转子结构示意图；
[0025] 图4为本实用新型中组合转子结构示意图；
[0026] 图5为本实用新型中树枝夹子传感器分布图；
[0027] 图6为采摘机器人结构关系示意图；
[0028] 图7为采摘机器人关节几何关系；
[0029] 图8为摄像机坐标与位置坐标的关系不意图；
[0030] 图9为本实用新型中枸杞采摘机器人模型参考自适应控制系统结构；
[0031] 图10为自校正自适应控制系统结构图；
[0032] 图11为枸杞采摘机器人采摘流程图；
[0033] 图12为枸杞采摘机器人采摘主程序控制流程图；
[0034] 图13为采摘控制流程图；
[0035] 图14为果实回收程序控制流程图。
[0036] 图中，1.小车；2.电源及动力控制设备；3.升降台；4.腰部电机；5.大臂电机； 6.大臂；7.小臂；8.树枝夹子；9.采摘头；10.旋转体；11.直流电机；12.小臂电机；13.果 实输送管；14.果实收集箱；15.路障传感器；10-1.柱体；10-2.软管；16.电机座；17.上 盖；18.上座板；19.下座板；20.外壳体；21.左转子体；22.右转子体；23.底座板；24.中