一种温室用采摘机器人的制作方法

本发明属于温室智能农机装备技术领域，具体涉及一种温室用采摘机器人。

背景技术

随着科技的发展，机械智能化程度不断提高，果蔬采摘使用机器人代替人工已经成为现代农业发展的趋势。果蔬采摘机器人需要如人一样同时具备感知果实种类，果实位置并实现准确抓取及具有减震及灵活移动的能力。

果蔬在采摘过程中，果蔬空间位置不定，易于损伤，生长状况复杂多变，采摘车行走空间小，地面不平稳。现有的采摘机器人，机械抓取不灵活，针对果实种类少，减震效果差，行走不灵活。

技术实现要素：

为了解决温室环境下采摘机器人机械抓取不灵活，针对果实种类少，减震效果差，行走不灵活等问题，本发明设计了一种温室用采摘机器人。

为了解决上述存在的技术问题，本发明采用了以下技术方案：

一种温室用采摘机器人，包括采摘机械手和悬挂底盘，所述采摘机械手通过采摘机械臂设置在所述悬挂底盘上，所述采摘机械臂可相对所述悬挂底盘实现水平面内360°旋转；所述悬挂底盘包括车架及安装在所述车架底部两侧的驱动轮模块，所述各驱动轮模块通过相应的弹性调节组件与所述车架连接。

进一步，所述弹性调节组件包括减震弹簧，所述减震弹簧的上下两端分别通过上连接板和下连接板与所述车架连接，所述减震弹簧的上下两端分别与所述上连接板和所述下连接板转动连接；所述下连接板与所述车架转动连接，所述下连接板与相对应驱动轮模块连接。

进一步，所述减震弹簧的上下两端分别与所述上连接板和所述下连接板通过连接铰链连接。

进一步，所述下连接板与所述车架通过活页转动连接。

进一步，所述驱动轮模块包括电机和车轮，所述电机的输出轴通过联轴器与所述车轮固定相连；所述电机通过电机支座与相对应弹性调节组件的下连接板连接，所述联轴器与所述弹性调节组件的下连接板固定连接。

进一步，所述驱动轮模块有四个，对称安装在所述车架底部左右两侧；所述四个驱动轮模块各自独立控制。

进一步，所述车架是一框架结构，所述框架结构的前后两端分别延伸出安装架以安装所述驱动轮模块；所述车架上还水平地设置有上支撑板和下支撑板；所述上支撑板和下支撑板上设置有圆形和/或条形通孔以定位安装相应控制板、电子元件、机械装置。

进一步，所述车架上还设有摄像头槽位，以安装视觉识别模块的摄像头。

进一步，所述车架是一框架结构，框架结构的所有立柱和横杆均采用铝型材制成；相连接的立柱和横杆、横杆和横杆之间均采用相应的滑块螺钉、直角角码和滑块螺母固定连接。

进一步，所述框架结构的主体是一长方体或正方体结构，所述长方体或正方体结构的前后两端分别延伸出安装架以安装所述驱动轮模块。

进一步，所述铝型材的横截面是方形或矩形结构，方形或矩形结构的中心及四角均设置有减重孔；所述铝型材的四面均设置有纵向的安装连接用槽。

进一步，所述上支撑板和下支撑板采用铝板制成。

进一步，所述采摘机械臂包括底座、大臂和中臂，所述底座通过支架与所述大臂连接，所述底座与所述悬挂底盘的上支撑板可转动连接以实现所述采摘机械臂水平面内360°旋转，所述支架、大臂、中臂之间依次可转动连接以实现所述采摘机械臂上下摆动。

进一步，所述底座通过旋转底座与所述悬挂底盘的上支撑板可转动连接；所述底座与所述旋转底座固连，所述旋转底座与所述上支撑板转动连接。

进一步，所述采摘机械手包括圆形手掌，所述圆形手掌上设置有若干手指，每个手指均设置有多个指节，所述指节上均设置有压力传感器，所述压力传感器与控制器连接。

进一步，所述手指有三个，均布在所述圆形手掌的圆周上；所述手指是三自由度手指。

进一步，所述圆形手掌与所述采摘机械臂中臂的末端固定连接。

该温室用采摘机器人具有以下有益效果：

（1）本发明中，采摘机械手的三根三自由度手指协调动作，可以实现对不同大小果实的采摘，采摘机械臂通过机械臂底盘、机械臂大臂及机械臂中臂，可实现对空间任意位置的果实的准确定位采摘，悬挂底盘通过上下撑板及与驱动轮模块的连接零件，对车架有明显的减震并差速进行转向，能较好地完成温室机器人作业时灵活移动的需求，通过采摘机械手，采摘机械臂，悬挂底盘三部分实现对温室环境下，不同位置不同大小种类果实的采摘。

（2）本发明中，弹性调节组件能够根据地形进行动态调整，使得机器人底盘能自动适应地形，克服了传统四轮底盘转向灵活度低、温室机器人底盘车轮架空打滑的缺陷；同时，四个驱动轮模块均设有弹性部件，在凹凸不平的地面可以起到减震缓冲的作用。

（3）本发明采用了四个独立控制的驱动轮模块，在能够实现小车的直线行走、原地灵活转向。

（4）本发明中，大部分零件为铝板和铝柱，成本低，经济性好。搭建的上支撑板下支撑板留有通孔，便于安装所需器件。

（5）本发明结构简单，运行平稳，转弯灵活，负载能力强，成本低。

附图说明

图1：本发明实施方式中温室用采摘机器人的立体结构示意图；

图2：本发明实施方式中悬挂底盘的立体结构示意图；

图3：本发明实施方式中驱动轮模块的结构示意图；

图4：本发明实施方式中弹性调节组件的结构示意图；

图5：本发明实施方式中采摘机械臂的立体结构示意图；

图6：本发明实施方式中采摘机械臂与悬挂底盘连接结构示意图；

图7：本发明实施方式中采摘机械手的立体结构示意图；

图8：本发明实施方式中采摘机械手的工作示意图。

附图标记说明：

1—采摘机械手；11—手指；12—指节；13—圆形手掌；14—压力传感器；2—采摘机械臂；21—底座；22—支架；23—大臂；24—中臂；25—旋转底座；3—悬挂底盘；31—上支撑板；32—下支撑板；33—车架；34—驱动轮模块；341—电机；342—电机支座；343—联轴器；344—车轮；35—弹性调节组件；351—上连接板；352—连接铰链；353—减震弹簧；354—活页；355—下连接板；4—模拟果实。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步说明：

图1至图8示出了本发明温室用采摘机器人的具体实施方式。图1是本实施方式中温室用采摘机器人的结构示意图；图2至图4是本实施方式中悬挂底盘的连接结构示意图；图5至图6是本实施方式中采摘机械臂的结构示意图；图7至图8是本实施方式中采摘机械手的结构示意图。

如图1所示，本实施方式中的温室用采摘机器人，包括采摘机械手1和悬挂底盘3，采摘机械手1通过采摘机械臂2设置在悬挂底盘3上，采摘机械臂2可相对悬挂底盘3实现水平面内360°旋转；悬挂底盘3包括车架33及安装在车架33底部两侧的驱动轮模块34，各驱动轮模块34通过相应的弹性调节组件35与车架33连接。

优选地，弹性调节组件35包括减震弹簧353，减震弹簧353的上下两端分别通过上连接板351和下连接板355与车架33连接，减震弹簧353的上下两端分别与上连接板351和下连接板355转动连接；下连接板355与车架33转动连接，下连接板355与相对应驱动轮模块34连接，如图3和图4所示。

具体地，减震弹簧353的上下两端分别与上连接板351和下连接板355通过连接铰链352连接，如图3和图4所示。

具体地，下连接板355与车架33通过活页354转动连接，如图3和图4所示，受外力时活页旋转副能够进行小范围的旋转调整，减震弹簧能进行压缩减小震动效果。

具体地，驱动轮模块34包括电机341和车轮344，电机341的输出轴通过联轴器343与车轮344固定相连；电机341通过电机支座342与相对应弹性调节组件35的下连接板355连接，联轴器343与弹性调节组件35的下连接板355固定连接，如图3所示。

本实施例中，驱动轮模块34有四个，对称安装在车架33底部左右两侧；四个驱动轮模块34各自独立控制，如图2所示。

优选地，车架33是一框架结构，所述框架结构的前后两端分别延伸出安装架以安装驱动轮模块34；车架33上还水平地设置有上支撑板31和下支撑板32；上支撑板31和下支撑板32上设置有圆形和/或条形通孔以定位安装相应控制板、电子元件、机械装置，如图2所示。

优选地，车架33上还设有摄像头槽位，以安装视觉识别模块的摄像头。

优选地，车架33是一框架结构，框架结构的所有立柱和横杆均采用铝型材制成；相连接的立柱和横杆、横杆和横杆之间均采用相应的滑块螺钉、直角角码和滑块螺母固定连接。

具体地，框架结构的主体是一长方体或正方体结构，所述长方体或正方体结构的前后两端分别延伸出安装架以安装驱动轮模块34。

具体地，所述铝型材的横截面是方形或矩形结构，方形或矩形结构的中心及四角均设置有减重孔；所述铝型材的四面均设置有纵向的安装连接用槽。

具体地，上支撑板31和下支撑板32采用铝板制成。

优选地，采摘机械臂2包括底座21、大臂23和中臂24，底座21通过支架22与大臂23连接，底座21与悬挂底盘3的上支撑板31可转动连接以实现采摘机械臂2水平面内360°旋转，支架22、大臂23、中臂24之间依次可转动连接以实现采摘机械臂2上下摆动，如图5所示，可实现采摘机械臂到达采摘范围内空间任意位置坐标。支架22、大臂23、中臂24间依次转动连接，步进电机间接驱动带动大臂23及中臂24做转动运动，到达竖直方向上任一位置；通过底盘21、大臂23及中臂24，采摘机械臂2可调整自身姿态，实现对果实的准确抓取，减小对作物的损伤。

优选地，底座21通过旋转底座25与悬挂底盘3的上支撑板31可转动连接，底座21与旋转底座25固连，上支撑板31与旋转底座25转动连接，如图6所示。

优选地，采摘机械手1包括圆形手掌13，圆形手掌13上设置有若干手指11，每个手指11均设置有多个指节12，指节12上均设置有压力传感器14，压力传感器14与控制器连接，如图7和图8所示。

优选地，手指11有三个，均布在圆形手掌13的圆周上；手指11是三自由度手指。三自由度手指有三个指节12，指节12间转动连接，控制器分别控制指节12的转动，指节12上均设置有压力传感器14，压力传感器14与控制器连接，实现对不同大小果实进行合适力度的抓取，本发明可抓取不同种类，不同大小的类圆形果蔬。

具体地，圆形手掌13与采摘机械臂2中臂24的末端固定连接。

模拟工作时，如图8所示，控制器控制采摘机械手1对模拟果实4进行抓取，控制器分别控制指节12绕转轴转动，对模拟果实4进行贴紧，同时，压力传感器14及时反馈抓取力度，对模拟果实进行合适力度的抓取，在关节连接处设角度传感器，返回采摘机械手1当前形态，进行抓取状态及时调整。

本发明中，采摘机械手的三根三自由度手指协调动作，可以实现对不同大小果实的采摘，采摘机械臂通过机械臂底盘、机械臂大臂及机械臂中臂，可实现对空间任意位置的果实的准确定位采摘，悬挂底盘通过上下撑板及与驱动轮模块的连接零件，对车架有明显的减震并差速进行转向，能较好地完成温室机器人作业时灵活移动的需求，通过采摘机械手，采摘机械臂，悬挂底盘三部分实现对温室环境下，不同位置不同大小种类果实的采摘。

本发明中，大部分零件为铝板和铝柱，成本低，经济性好。而且，各铝板的连接配合端均加工成光滑的圆弧结构，使用安全顺畅，没有干涉。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。