一種陣列可伸縮式機(jī)械臂獼猴桃果實(shí)采摘機(jī)器人的制作方法

本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械領(lǐng)域，具體涉及一種用于獼猴桃果實(shí)采摘的機(jī)器人。

背景技術(shù)：

果實(shí)收獲是一種勞動密集型的工作，在很多國家，由于人口老齡化和農(nóng)業(yè)勞動力越來越缺乏，勞動力成本增加。果實(shí)采摘作業(yè)是目前蔬果生產(chǎn)鏈中最耗時、最費(fèi)力的環(huán)節(jié)之一，采摘作業(yè)的質(zhì)量的好壞直接影響到后續(xù)的加工和儲藏。由于采摘作業(yè)的復(fù)雜性采摘自動化程度仍然很低，目前國內(nèi)水果采摘基本都是人工進(jìn)行。在眾多的水果中，中國是獼猴桃的原產(chǎn)地，也是世界上獼猴桃栽培面積最大的國家。但目前獼猴桃的收獲仍依靠人工收獲，由于每個地區(qū)的獼猴桃采摘時間都相對集中，采摘時間短，所以需要投入大量的人力來采摘、分揀、裝箱等勞動強(qiáng)度大、工作耗時而且成本越來越高?，F(xiàn)有的農(nóng)業(yè)果實(shí)采摘機(jī)械多為人工采摘或手工操作簡單機(jī)構(gòu)采摘，通常僅適宜小范圍內(nèi)作業(yè)，存在人工費(fèi)高、采摘效率低、自動化程度低等問題，很難適應(yīng)農(nóng)業(yè)果實(shí)的規(guī)模種植和采摘要求，而且就算提高了對獼猴桃果實(shí)的識別和定位效率，由于果實(shí)生長分布范圍廣，幾乎布滿了整個空間，所以用一只機(jī)械手來采摘的采摘效率是非常低的。因此，發(fā)明的此千手觀音獼猴桃果實(shí)采摘機(jī)器人對于實(shí)現(xiàn)獼猴桃采摘作業(yè)的機(jī)械化、自動化、智能化，特別是提高果實(shí)采摘的效率是有很重要的意義的。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于開發(fā)一種獼猴桃果實(shí)采摘機(jī)器人，具體就是針對采用棚架式的獼猴桃進(jìn)行采摘，它解決了人工采摘和一般單臂或少臂采摘機(jī)器人采摘勞動強(qiáng)度大、效率低、成本高的問題，主要提高獼猴桃果實(shí)采摘的效率，實(shí)現(xiàn)采摘作業(yè)的機(jī)械化、自動化和智能化。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是：

這種千手觀音伸縮式機(jī)械臂獼猴桃果實(shí)采摘機(jī)器人，包括機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其特征在于：m×n個陣列式可伸縮式采摘手臂對獼猴桃果實(shí)進(jìn)行識別、定位、采摘，這種布局的設(shè)計(jì)在很大程度上提高了獼猴桃的采摘效率，改善了目前各種獼猴桃采摘機(jī)器采摘效率低的現(xiàn)狀。

所述的車體結(jié)構(gòu)為柜式，在其底部后面兩個角上安裝有兩個萬向輪用來改變行走方向，車體后面設(shè)置有行進(jìn)驅(qū)動電機(jī)，m×n型陣列式可伸縮機(jī)械臂的安裝架通過焊接固定車體上面，可伸縮式采摘機(jī)械手臂的轉(zhuǎn)動基座直接焊接在安裝架上，其內(nèi)部設(shè)置有可伸縮式機(jī)械采摘手臂運(yùn)動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)，三指靈巧手安裝在可伸縮式手臂的末端，水果收集箱安裝在手臂安裝架的下面。

所敘述的可伸縮式采摘手臂包括轉(zhuǎn)動基座、一級臂、二級臂、絲杠、三個直流伺服舵機(jī)和一個旋轉(zhuǎn)直流電機(jī)，其中：所述的轉(zhuǎn)動基座包括旋轉(zhuǎn)直流電機(jī)和旋轉(zhuǎn)機(jī)體，旋轉(zhuǎn)直流電機(jī)通過螺栓連接安裝在m×n型陣列式的可伸縮式機(jī)械臂安裝架上。

所述的三指靈巧手包括三根手指、電機(jī)、傳感器系統(tǒng)、圖像采集識別系統(tǒng)。

所述的傳感器系統(tǒng)包括紅外傳感器和超聲波傳感器。

所述的紅外傳感器安裝在三指靈巧手內(nèi)部。

所述的超聲波傳感器安裝在車體的前面。

所述的控制系統(tǒng)包括運(yùn)動控制器、數(shù)據(jù)采集、圖像采集、伺服電機(jī)驅(qū)動器、雙目攝像機(jī)、紅外傳感器、超聲波傳感器及控制電路等。

所述的雙目攝像機(jī)位于三指靈巧手內(nèi)部。

一種利用千手觀音可伸縮式機(jī)械臂獼猴桃果實(shí)采摘機(jī)器人進(jìn)行的果實(shí)采摘方法，包括以下步驟：

啟動機(jī)器人移動平臺，由超聲波傳感器測得車體與獼猴桃果樹之間的距離從而控制車在棚架間的位置，使得車沿棚架式的獼猴桃地里的導(dǎo)航線運(yùn)動，當(dāng)機(jī)器人每移動一個車體長度路程后停下來，位于每個三指靈巧手內(nèi)部的雙目攝像機(jī)對各自上方一定區(qū)域范圍內(nèi)的獼猴桃實(shí)時的進(jìn)行循環(huán)掃描采集，檢測獼猴桃果實(shí)的位置；

當(dāng)檢測到攝像機(jī)視野范圍內(nèi)有果實(shí)時，主控制器向運(yùn)動控制器發(fā)送命令，雙目攝像機(jī)用來采集果樹、果實(shí)的圖像信息以及采摘機(jī)械臂路徑中的障礙物圖像信息，然后主控制器對成熟果實(shí)圖像及障礙物圖像進(jìn)行識別，判斷出視野內(nèi)獼猴桃果實(shí)數(shù)量，逐個識別出視野內(nèi)獼猴桃果實(shí)并提取其空間位置及形狀等特征信息，確定采摘順序。再由位于每個三指靈巧手內(nèi)部的紅外傳感器來探測獼猴桃的相對于三指靈巧手的空間位置坐標(biāo)，獲取水果抓取所需要的位置信息，然后信息采集器將這些信息反饋給每個伺服電機(jī)控制器來控制各個可伸縮式機(jī)械臂動作采摘獼猴桃，然后三指靈巧手向下靠近獼猴桃輸送管口，接著三指靈巧手的手指慢慢松開將采摘到的獼猴桃放如輸送管中送到水果采集箱內(nèi)。

當(dāng)機(jī)器人每移動一個車體長度路程后停下來，等待m×n個采摘單元按照上述采摘過程對其各自上部一定區(qū)域的獼猴桃進(jìn)行采摘，直到所有的獼猴桃都采摘完后再向前步進(jìn)一個車體的距離重復(fù)上述動作，對采摘區(qū)的所有獼猴桃進(jìn)行采摘。

本發(fā)明主要解決的是采摘勞動力短缺且成本過高，大大的提高了獼猴桃采摘的效率、保證了果實(shí)及時采摘收獲和果實(shí)的質(zhì)量。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的一種千手觀音獼猴桃果實(shí)采摘機(jī)器人結(jié)構(gòu)的模型圖；

圖2為本發(fā)明的一種千手觀音獼猴桃果實(shí)采摘機(jī)器人局部示意圖；

圖3為本發(fā)明的一種千手觀音獼猴桃果實(shí)采摘機(jī)器人的m×n型陣列示意圖；

圖4為本發(fā)明的控制系統(tǒng)的主要功能模塊構(gòu)成示意圖。

附圖標(biāo)號說明：1.車體，2.可伸縮式機(jī)械臂，3.紅外傳感器，4.雙目攝像機(jī)，5.行進(jìn)驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)箱，6.萬向后輪，7.水果收集箱，8.m×n型陣列式機(jī)械臂安裝架，9.小電機(jī)，10.超聲波傳感器，11.轉(zhuǎn)動基座，12.基座旋轉(zhuǎn)電機(jī)，13.帶軟毛的輸送管，14.直流伺服舵機(jī)，15.三指靈巧手。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案做進(jìn)一步闡述。

本發(fā)明千手觀音獼猴桃果實(shí)采摘機(jī)器人，包括機(jī)械執(zhí)行系統(tǒng)和控制系統(tǒng)，其特征在于：采用多個可伸縮式機(jī)械手臂呈m×n型陣列式分布于采摘車體(1)上對獼猴桃的果實(shí)進(jìn)行識別、定位、采摘，所述的車體(1)結(jié)構(gòu)為柜式，在其底部后面兩個角上安裝有兩個萬向輪(6)用來改變行走方向，車體(1)后面設(shè)置有行進(jìn)驅(qū)動電機(jī)及控制系統(tǒng)箱(5)，m×n型陣列式可伸縮機(jī)械臂的安裝架(8)通過焊接固定車體(1)上面，可伸縮式采摘機(jī)械臂(2)的轉(zhuǎn)動基座(11)直接焊接在車體(1)上，其內(nèi)部設(shè)置有可伸縮式采摘機(jī)械臂運(yùn)動的驅(qū)動機(jī)構(gòu)基座旋轉(zhuǎn)電機(jī)(12)，三指靈巧手(15)安裝在可伸縮式采摘機(jī)械臂(2)末端水果收集箱(7)安裝在手臂安裝架(8)的下面，所敘述的可伸縮式采摘機(jī)械臂包括轉(zhuǎn)動基座(11)、一級臂、二級臂、絲杠、三個直流伺服舵機(jī)和一個旋轉(zhuǎn)直流電機(jī)，其中：所述的轉(zhuǎn)動基座(11)包括旋轉(zhuǎn)直流電機(jī)(12)和旋轉(zhuǎn)機(jī)體，旋轉(zhuǎn)直流電機(jī)(12)通過螺栓連接安裝在m×n型陣列式的可伸縮式機(jī)械臂安裝架(8)上。所述的三指靈巧手(15)包括三根手指、電機(jī)、傳感器系統(tǒng)、圖像采集識別系統(tǒng)。所述的傳感器系統(tǒng)包括紅外傳感器(3)和超聲波傳感器(10)，所述的紅外傳感器(3)安裝在三指靈巧手(15)內(nèi)部。所述的超聲波傳感器(10)安裝在車體(1)的前面。所述的雙目攝像機(jī)(4)位于三指靈巧手(15)內(nèi)部。

上面以具體實(shí)施例予以說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)與工作原理，本發(fā)明并不局限于以上實(shí)施例，根據(jù)上述的說明內(nèi)容，凡在本發(fā)明精神與原則之上所作的任何修改、同等替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。