一种水果采摘机器人的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种水果采摘机器人，包括移动平台、识别单元、箱体、气压机械臂、机械手。移动平台采用轮式行星轮系越障机构，既能在平路上快速行驶，又能跨越各种障碍物，特别适合在果林的复杂路面环境中移动；在箱体上安装高清摄像头探测设备，该摄像头利用色差原理识别成熟水果；此外，在箱体上安装旋转装置，使得机械臂可任意角度旋转；机械臂主体采用气压式机械臂，共配置一个气压驱动俯仰缸、两个气压从动俯仰缸和一个气压驱动伸缩缸；机械手安装在机械臂末端，通过伺服电机驱动，丝杆传动，采用四杆机构完成水果夹取动作。本实用新型的水果采摘机器人具有移动迅速、采摘准确、结构简单、性能良好的特点。
【专利说明】
一种水果采摘机器人
技术领域
[0001 ]本实用新型涉及农业装备领域，特别涉及一种水果采摘机器人。
【背景技术】
[0002]每到水果成熟季节，水果采摘是最耗时、最费力的一个环节，为了保证水果质量，又必须做到适时采摘。目前，我国水果采摘主要是通过手工完成，要在短时间内采摘所有水果必须投入大量人力、物力、财力，且人工采摘过程中，由于工人长时间采摘体力下降对采摘水果质量也有影响，直接给果农造成经济损失。另外由于果树生长环境的复杂性，导致我国水果采摘机器人很难适应这种环境，因此急需一种水果采摘机器人，既能在果林中快速行走，又能准确而高效采摘水果。
【实用新型内容】
[0003]针对以上不足，本实用新型提供了一种水果采摘机器人，既能在果林的复杂路况中快速行走，又能准确采摘，实现机器人代替手工采摘水果。
[0004]为达到上述目的，本实用新型技术方案为:
[0005]—种水果采摘机器人，包括移动平台、箱体、识别单元、机械手、气压机械臂;所述箱体固定在移动平台上，所述识别单元安装在箱体上，所述气压机械臂固定在箱体上，机械手与气压机械臂固定连接。移动平台通过直流电机驱动行星轮系越障，识别单元通过高清摄像头识别成熟水果，箱体固定在移动平台上面，主要起支撑和固定气压机械臂作用。
[0006]所述移动平台采用轮式越障结构，包括直流电机、传动轴、滚动轴承、行星轮系;所述移动平台采用前驱动模式，两个直流电机安装在移动平台前部两侧，直流电机与传动轴固定连接，所述传动轴的另一端通过滚动轴承与行星轮系的太阳轮键连接。
[0007]所述识别单元包括高清摄像头、舵机、支架，所述支架一端固定在箱体上，另一端与高清摄像头铰接，所述舵机的输出端与高清摄像头的输入轴固定连接。
[0008]所述气压机械臂包括旋转装置，支撑杆，气压驱动俯仰缸，连杆，气压驱动伸缩缸，第一气压从动俯仰缸，第二气压从动俯仰缸;所述旋转装置固定在箱体上，所述支撑杆一端固定在旋转装置上，另一端与连杆一端铰接，连杆另一端与气压驱动伸缩缸铰接，气压驱动俯仰缸缸筒尾端铰接在旋转装置上，活塞杆顶端铰接在连杆中部，第一气压从动俯仰缸缸筒尾端铰接在旋转装置上，活塞杆顶端铰接在支撑杆顶部，第二气压从动俯仰缸缸筒尾端铰接在连杆中部，活塞杆顶端铰接在气压驱动伸缩缸缸筒中部;所述气压驱动伸缩缸缸筒尾端与连杆上端铰接，机械手端部与气压驱动伸缩缸的活塞杆顶端固定连接。
[0009]所述机械手包括伺服电机，丝杆，驱动杆，前连杆，抓手杆，后连杆;所述伺服电机固定在机械手内壁上，丝杆与伺服电机输出轴固定连接，驱动杆通过内侧螺纹和丝杆组成螺母副连接，后连杆一端与驱动杆的末端纟父接，另一端纟父接在抓手杆端部，BU连杆一端I父接在机械手外壳上，另一端与抓手杆中部铰接。
[0010]本实用新型的有益效果是:[0011 ]本实用新型水果采摘机器人采用轮式行星轮系越障机构，既能在平路上快速行驶，又能跨越各种障碍物，特别适合在果林的复杂路面环境中移动;在箱体上安装高清摄像头探测设备，该摄像头利用色差原理识别成熟水果;在箱体上安装旋转装置，使得机械臂可任意角度旋转，可全方位采摘水果;机械臂主体采用气压式机械臂，共配置三个俯仰气压缸和一个伸缩气压缸，俯仰气压缸用于调整机械手的上下俯仰运动，伸缩气压缸用于控制机械手的前后伸缩运动;夹取水果的机械抓手采用伺服电机驱动，通过丝杆螺母副连接带动抓手的张合，从而夹取水果。
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型整体结构示意图。
[0013]图2为本实用新型移动平台结构示意图。
[0014]图3为本实用新型识别单元结构示意图。
[0015]图4为本实用新型机械手结构示意图。
[0016]图5为本实用新型气压机械臂结构示意图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图，对本实用新型的具体实施例做进一步的说明。
[0018]如图1所示，一种水果采摘机器人，包括移动平台1、箱体2、识别单元3、机械手4、气压机械臂5;所述箱体2固定在移动平台I上，所述识别单元3安装在箱体2上，所述气压机械臂5固定在箱体2上，机械手4与气压机械臂5固定连接。
[0019]如图2所示，所述移动平台I采用轮式越障结构，包括直流电机103、传动轴104、滚动轴承101、行星轮系102;所述移动平台I采用前驱动模式，两个直流电机103安装在移动平台I前部两侧，直流电机103与传动轴104固定连接，所述传动轴104的另一端通过滚动轴承101与行星轮系102的太阳轮键连接。
[0020]在平路上行驶时，此时，行星轮系102充当定轴轮系，两直流电机103通过传动轴104将动力传递给行星轮系102的太阳轮，太阳轮通过堕轮与行星轮带动车轮转动，当需要转向时，可调整两直流电机103的转速差实现;遇到障碍物时，车轮受到阻碍力矩作用，促使行星轮系102翻转，直流电机103将带动整个移动平台I翻转跃过障碍物。
[0021 ]如图3所示，所述识别单元3包括高清摄像头303、舵机302、支架301，所述支架301一端固定在箱体2上，另一端与高清摄像303头铰接，所述舵机302的输出端与高清摄像头303的输入轴固定连接。
[0022]在果林中，舵机302驱动高清摄像头303旋转，可使高清摄像头303全方位识别成熟水果，高清摄像头303利用色差原理检测成熟水果，当探测到成熟水果时，控制气压机械臂5完成采摘水果动作。
[0023]如图5所示，所述气压机械臂5包括旋转装置501，支撑杆503，气压驱动俯仰缸504，连杆505，气压驱动伸缩缸507，第一气压从动俯仰缸502，第二气压从动俯仰缸506 ；所述旋转装置501固定在箱体2上，所述支撑杆503—端固定在旋转装置501上，另一端与连杆505—端铰接，连杆505另一端与气压驱动伸缩缸507铰接，气压驱动俯仰缸504缸筒尾端铰接在旋转装置501上，活塞杆顶端铰接在连杆505中部，第一气压从动俯仰缸502缸筒尾端铰接在旋转装置501上，活塞杆顶端铰接在支撑杆503顶部，第二气压从动俯仰缸506缸筒尾端铰接在连杆505中部，活塞杆顶端铰接在气压驱动伸缩缸507缸筒中部;所述气压驱动伸缩缸507缸1?尾?而与连杆505上?而纟父接，机械手4?而部与气压驱动伸缩缸507的活塞杆顶?而固定连接。
[0024]在采摘水果时，气压驱动俯仰缸504驱动机械臂作上下运动，第一气压从动俯仰缸502和第二气压从动俯仰缸506起稳定与支撑支撑杆503和连杆505作用，气压驱动伸缩缸507驱动机械手4作伸缩运动。
[0025]如图4所示，所述机械手4包括伺服电机401，丝杆402，驱动杆403，前连杆405，抓手杆406，后连杆404 ；所述伺服电机401固定在机械手4内壁上，丝杆402与伺服电机401输出轴固定连接，驱动杆403通过内侧螺纹和丝杆402组成螺母副连接，后连杆404—端与驱动杆403的末端铰接，另一端铰接在抓手杆406端部，前连杆405—端铰接在机械手4外壳上，另一$而与抓手杆406中部I父接。
[0026]在采摘水果时，伺服电机401带动丝杆402转动，丝杆402通过驱动杆403、前连杆405和后连杆404，驱动抓手杆406完成张合抓取水果的动作。
【主权项】
1.一种水果采摘机器人，其特征在于:包括移动平台(I)、箱体(2)、识别单元(3)、机械手(4)、气压机械臂(5);所述箱体(2)固定在移动平台(I)上，所述识别单元(3)安装在箱体(2)上，所述气压机械臂(5)固定在箱体(2)上，机械手(4)与气压机械臂(5)固定连接。2.根据权利要求1所述的水果采摘机器人，其特征在于:所述移动平台(I)采用轮式越障结构，包括直流电机(103)、传动轴(104)、滚动轴承(101)、行星轮系(102);所述移动平台(I)采用前驱动模式，两个直流电机(103)安装在移动平台(I)前部两侧，直流电机(103)与传动轴(104 )固定连接，所述传动轴(104 )的另一端通过滚动轴承(101)与行星轮系(102)的太阳轮键连接。3.根据权利要求1所述的水果采摘机器人，其特征在于:所述识别单元(3)包括高清摄像头(303)、舵机(302)、支架(301)，所述支架(301)—端固定在箱体(2)上，另一端与高清摄像(303 )头铰接，所述舵机(302 )的输出端与高清摄像头(303 )的输入轴固定连接。4.根据权利要求1所述的水果采摘机器人，其特征在于:所述气压机械臂(5)包括旋转装置(501)，支撑杆(503)，气压驱动俯仰缸(504)，连杆(505)，气压驱动伸缩缸(507)，第一气压从动俯仰缸(502 )，第二气压从动俯仰缸(506 );所述旋转装置(501)固定在箱体(2 )上，所述支撑杆(503)—端固定在旋转装置(501)上，另一端与连杆(505)—端铰接，连杆(505)另一端与气压驱动伸缩缸(507)铰接，气压驱动俯仰缸(504)缸筒尾端铰接在旋转装置(501)上，活塞杆顶端铰接在连杆(505)中部，第一气压从动俯仰缸(502)缸筒尾端铰接在旋转装置(501)上，活塞杆顶端铰接在支撑杆(503)顶部，第二气压从动俯仰缸(506)缸筒尾端铰接在连杆(505)中部，活塞杆顶端铰接在气压驱动伸缩缸(507)缸筒中部;所述气压驱动伸缩缸(507)缸筒尾端与连杆(505)上端铰接，机械手(4)端部与气压驱动伸缩缸(507)的活塞杆顶端固定连接。5.根据权利要求1所述的水果采摘机器人，其特征在于:所述机械手(4)包括伺服电机(401)，丝杆(402)，驱动杆(403)，前连杆(405)，抓手杆(406)，后连杆(404);所述伺服电机(401)固定在机械手(4)内壁上，丝杆(402)与伺服电机(401)输出轴固定连接，驱动杆(403)通过内侧螺纹和丝杆(402)组成螺母副连接，后连杆(404)—端与驱动杆(403)的末端铰接，另一端铰接在抓手杆(406)端部，前连杆(405)—端铰接在机械手(4)外壳上，另一端与抓手杆(406)中部铰接。
【文档编号】A01D46/30GK205623271SQ201620265851
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年4月2日
【发明人】曾令亮, 熊奇, 张仕进, 汤涛, 章伟成, 余西伟
【申请人】上海大学