一种高架栽培草莓采摘机器人的制作方法

本发明涉及农业机器人领域，尤其涉及高架栽培草莓采摘机器人领域。

背景技术：

目前，国内的草莓种植方式主要有高架式栽培和地垄式种植两种，而大多数草莓种植基地都采用高架栽培的方式。高架栽培草莓的人工收获作业量大，劳动强度高，效率低。随着我国城镇化进程的发展，劳动力也逐渐从第一、二产业向第三产业转移，同时伴随着人口的老龄化和农村劳动力不足现象的日趋明显，草莓生产劳动力越来越紧张，开发高架栽培草莓采摘机器人取代人工采摘成了亟待解决的问题。

目前，已经研发出了相应的高架栽培草莓采摘机器人以取代人工采摘。但是大多结构比较复杂。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种结构简单、易于操作、成本较低的高架栽培草莓采摘机器人。

本发明的目的采用如下技术方案实现：

本发明包括行走机构、机械臂、末端执行机构和驱动装置，所述机械臂包括依次连接的主臂、大臂和可伸缩的小臂，所述驱动装置包括第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置和第四驱动装置；

所述主臂设置在所述行走机构上，所述行走机构上设有驱动所述主臂绕主臂轴线旋转的第七驱动装置；

所述第一驱动装置驱动所述大臂绕所述主臂旋转，所述第二驱动装置驱动所述小臂绕所述大臂旋转；

所述末端执行机构设在小臂上，所述第三驱动装置驱动所述第四驱动装置和末端执行机构绕所述小臂旋转；所述第四驱动装置驱动末端执行机构自转；

所述末端执行机构包括第一手指部、第二手指部、末端安装板和第六驱动装置，所述第一手指部和第二手指部的延伸部均与末端安装板铰接，且第一手指部的延伸部铰接轴上固定有第一齿轮，第二手指部的延伸部铰接轴上固定有第二齿轮，所述第一手指部与所述第二手指部呈对称结构，所述第一齿轮和所述第二齿轮相互啮合，所述第一手指部和第二手指部远离延伸部的一端设有刀片，所述第六驱动装置的底座固定在末端安装板上；第六驱动装置驱动所述第一齿轮；所述第一手指部和第二手指部还设有草莓夹持口。

进一步地，还包括第一连杆、第二连杆和第五驱动装置，所述第一连杆的一端与所述主臂铰接，另一端与所述第二连杆一端铰接，所述第二连杆另一端与所述大臂铰接，所述第五驱动装置驱动所述第一连杆绕所述主臂旋转或所述第五驱动装置驱动所述第二连杆绕所述大臂旋转。

进一步地，所述主臂包括旋转机构和伸缩机构。

进一步地，所述末端执行机构还设有第三齿轮和中间齿轮，所述第三齿轮和所述中间齿轮相互啮合，所述中间齿轮和所述第一齿轮啮合，所述第三齿轮由第六驱动装置驱动，第六驱动装置的底座固定在末端安装板上；中间齿轮铰接在末端安装板上。

进一步地，所述行走机构为轮式驱动机构。

进一步地，所述小臂包括底板和伸缩板，所述底板设有丝杠传动机构和驱动电机，驱动电机的底座固定在底板上；驱动电机经丝杠传动机构驱动伸缩板往复直线运动。

进一步地，所述第一驱动装置、第二驱动装置、第三驱动装置、第四驱动装置、第五驱动装置、第六驱动装置和第七驱动装置均为伺服电机。

进一步地，还包括盖子，所述盖子可拆卸连接在车面板上，并遮盖所述旋转机构。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明提供的高架栽培草莓采摘机器人使用了较少的组件类型和较简单的组装结构，设备成本较低。

附图说明

图1是本发明的整体结构立体图；

图2是本发明的的侧视图；

图3是图2的左视图；

图4是本发明中伸缩板的结构示意图；

图5是图4的左视图；

图6本发明中末端执行机构的结构示意图。

图中：11、旋转机构；12、伸缩机构；121、第一安装部；122、第四安装部；20、大臂；21、第一安装轴；22、第二安装轴；23、第五安装部；31、底板；311、第二安装部；32、伸缩板；321、第三安装部；322、第六安装部；33、驱动电机；40、行走机构；41、车面板；50、末端执行机构；51、第一手指部；511、第一手指部的延伸部；512、第一齿轮；52、第二手指部；521、第二手指部的延伸部；522、第二齿轮；53、第三齿轮；54、中间齿轮；55、刀片；56、草莓夹持口；61、第一驱动装置；62、第二驱动装置；63、第三驱动装置；64、第四驱动装置；65、第五驱动装置；66、第六驱动装置；70、电控柜；81、第一连杆；82、第二连杆；90、连接件；100、旋转件；200、盖子；300、车灯。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明做进一步描述。

如图1-6所示，一种高架栽培草莓采摘机器人，包括行走机构40、机械臂、末端执行机构50和驱动装置；行走机构40上设有车面板41，机械臂包括依次连接的主臂、大臂20和可伸缩的小臂，驱动装置包括第一驱动装置61、第二驱动装置62、第三驱动装置63、第四驱动装置64、第六驱动装置66和第七驱动装置；

主臂包括旋转机构11和伸缩机构12；旋转机构11设置在车面板41中部；第七驱动装置经旋转机构驱动伸缩机构12；旋转机构11可以实现360度旋转，伸缩机构12可伸缩行程为0.1cm。

第一驱动装置61驱动大臂20绕主臂旋转，第二驱动装置62驱动小臂绕大臂20旋转；末端执行机构50设在小臂上，第三驱动装置63驱动末端执行机构50绕小臂旋转；

伸缩机构12远离旋转机构11的一端设有第一安装部121，大臂20的一端固定有第一安装轴21，另一端铰接有第二安装轴22，小臂由底板31和伸缩板32组成，底板31设有丝杠传动机构和驱动电机33，丝杠传动机构的丝杠与螺母构成螺旋副，伸缩板32设有第六安装部322，第六安装部322与螺母固定，驱动电机33的底座固定在底板31上；驱动电机33驱动丝杠传动机构的丝杠转动，丝杠传动机构的螺母做往复直线运动，与螺母连接的伸缩板32也做往复直线运动。底板31中间位置设有垂直底板31向外延伸的第二安装部311，伸缩板32远离大臂20的一端设有第三安装部321。本发明实施例的丝杠传动机构采用滚珠丝杠螺母传动机构，该机构摩擦系数小，传动效率高，传动平稳，不易产生爬行，传动精度和定位精度高；

第一安装部121和第一安装轴21铰接，第一驱动装置61驱动第一安装轴21，第一驱动装置61的底座与第一安装部121固定；在第一驱动装置61的驱动下，大臂20可绕第一安装部121做仰俯运动；第二安装轴22和第二安装部311铰接，第二驱动装置62驱动第二安装轴22，第二驱动装置62的底座固定在大臂上；在第二驱动装置62的驱动下，底板31可以绕大臂20做仰俯运动；

第三驱动装置63的底座通过连接件90与第三安装部321连接，使第三驱动装置驱动轴的中心轴线与伸缩板32侧面垂直，较佳地，本发明实施例采用的连接件90是l型连接件；

末端执行机构50通过法兰盘与第四驱动装置64可拆卸连接，较佳地，本发明实施例采用第四驱动装置64驱动法兰盘做旋转运动，从而使与法兰盘螺纹连接的末端执行机构50做旋转运动；

末端执行机构50包括第一手指部51、第二手指部52、末端安装板和第六驱动装置66，第一手指部51和第二手指部52的延伸部均与末端安装板铰接，且第一手指部的延伸部511铰接轴上固定有第一齿轮512，第二手指部的延伸部521铰接轴上固定有第二齿轮522，第一手指部51与第二手指部52呈对称结构，第一齿轮512和第二齿轮522相互啮合，第一手指部51和第二手指部52远离延伸部的一端均设有刀片55，第一手指部51和第二手指部52还设有草莓夹持口56。本发明实施例的末端执行机构50还设有第三齿轮53和中间齿轮54，第三齿轮53设于第六驱动装置66上，第六驱动装置66的底座固定在末端安装板上；中间齿轮54铰接在末端安装板上，第三齿轮53和中间齿轮54相互啮合，中间齿轮54和第一齿轮512啮合，第六驱动装置66工作，驱动第一齿轮512运动，从而带动与其啮合的第二齿轮522，实现手指的张开和收拢；

第三驱动装置63通过旋转件100与第四驱动装置64的底座连接，在第三驱动装置63的驱动下，第四驱动装置64可绕第三驱动装置63转动，较佳地，本发明实施例采用的旋转件100是法兰盘。

综上，该高架栽培草莓采摘机器人的工作原理是：在第一驱动装置61的驱动下，大臂20可绕第一安装部121做仰俯运动；在第二驱动装置62的驱动下，底板31可以绕大臂20做仰俯运动；驱动电机33驱动滚珠丝杠螺母传动机构，安装在丝杠上的螺母也随之运动，与螺母连接的伸缩板32也一起做往复直线运动，即实现小臂的伸缩功能；在第三驱动装置63的驱动下，第四驱动装置64可绕第三驱动装置63转动；在第四驱动装置64的驱动下，带动法兰盘做旋转运动，法兰盘与末端执行机构50螺纹连接，末端执行机构50随第四驱动装置64的驱动而旋转；当末端执行机构50到达目标位置后，第六驱动装置66驱动第三齿轮53转动，通过与第三齿轮53啮合的中间齿轮54的传动，带动第一齿轮512与第二齿轮522转动，从而实现手指的张开和收拢；主臂通过旋转机构11的旋转和伸缩机构12的伸缩，控制大臂和小臂的整体旋转和伸缩，整个机械臂增加了两个自由度，使高架栽培草莓采摘机器人的机械臂具有五个自由度，该草莓采摘机器人的机械臂整体结构组装简单，组件类型少，灵活度高。

较佳地，还包括第一连杆81、第二连杆82和第五驱动装置65；伸缩机构12的中部设有第四安装部122，大臂20中部设有第五安装部23；第一连杆81的一端与第四安装部122铰接，另一端与第二连杆82一端铰接；第二连杆82另一端与第五安装部23铰接。由于大臂20自身的重量较重，且上面连接着小臂和其他机构，总体承载的负载较大，容易导致大臂20的仰俯运动所到达的位置不精准，通过第一连杆81和第二连杆82把大臂20和主臂连接，有利于减轻大臂20所受的负载，从而使大臂20的仰俯运动更加精准；第五驱动装置65驱动第一连杆81绕主臂旋转，第五驱动装置65的底座固定在主臂上。

较佳地，本发明的旋转机构11组成机构简单，包括旋转轴和主动齿轮；旋转轴由第七驱动装置驱动，第七驱动装置的底座固定在车面板41上；主动齿轮与铰接在伸缩机构12底部的从动齿轮啮合；第七驱动装置驱动旋转机构11，从而带动伸缩机构12也随安装于底部的从动齿轮旋转。

较佳地，伸缩机构12由套杆和伸缩杆组成，伸缩杆套置在套杆内，并与套杆的滑槽通过螺栓连接。

较佳地，行走机构40是轮式驱动机构，共有四个轮子，前面两个为主动轮，由行走电机控制前进后退和转弯，两个从动轮之间用一根轮轴连接，以保证速度一致，行走机构40上还设有草莓收集箱；相比于履带式驱动机构，轮式驱动机构结构更加简单、实用。

较佳地，还包括位置识别装置和图像识别装置，位置识别装置用于识别草莓的位置，图像识别装置用于判断草莓的成熟度。

较佳地，本发明实施例中的各驱动装置均为伺服电机。

较佳地，还包括盖子200，盖子200可拆卸连接在车面板41上，遮盖旋转机构11，可以对旋转机构11进行保护，防止落入灰尘和其他杂物。

较佳地，还包括车灯300，本发明实施例两个车灯300设于所述车面板41头端两侧，设有车灯300有利于夜间作业。

较佳地，还包括电控柜70，固定于车面板41上，电控柜70设有控制行走机构40的开关和行进的速度按钮。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。