一種枝條修剪粉碎機(jī)器人及方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種枝條修剪粉碎機(jī)器人及方法，包括機(jī)械手臂、安裝在機(jī)械手臂前端的修剪末端執(zhí)行器、控制單元、攝像機(jī)；修剪末端執(zhí)行器、攝像機(jī)等部件的動作由控制單元控制；機(jī)械手臂包括電動機(jī)、手指驅(qū)動裝置、叉形手指、鋸片、鋸片軸、鋸片軸驅(qū)動裝置；電動機(jī)驅(qū)動手指驅(qū)動裝置及鋸片軸驅(qū)動裝置動作；鋸片安裝在鋸片軸的外周，鋸片軸連接鋸片軸驅(qū)動裝置；叉形手指與手指驅(qū)動裝置連接。本發(fā)明集對枝條進(jìn)行選擇性剪枝與粉碎為一體，減少了為了枝條粉碎進(jìn)行的枝條搬運(yùn)環(huán)節(jié)，可以進(jìn)行實(shí)時粉碎。而且利用枝條和樹葉就地粉碎的碎末作為有機(jī)肥料，返回到土壤中，降低了生產(chǎn)成本，減少了作物對化學(xué)合成肥料的使用量，促進(jìn)了有機(jī)水果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
【專利說明】一種枝條修剪粉碎機(jī)器人及方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及果樹枝條機(jī)械化修剪【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種枝條修剪粉碎機(jī)器人及方法。

【背景技術(shù)】
[0002]果樹枝條的修剪對果樹生長和果實(shí)的品質(zhì)都有重要意義。近年來，園藝植物自動化修剪的研究受到廣泛關(guān)注，但是主要針對園林植物自動化修剪的研究。果樹枝條的修剪要求與園林植物的不同，需要對樹體的枝條進(jìn)行選擇性的修剪，而園林植物一般是對樹體整體進(jìn)行修剪。目前，對果樹的自動化修剪研究較少，亟待加強(qiáng)果樹枝條修剪及粉碎的智能化研究。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，提供一種枝條修剪粉碎機(jī)器人及方法。
[0004]本發(fā)明通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):
[0005]一種枝條修剪粉碎機(jī)器人，包括安裝在機(jī)架6上的機(jī)械手臂、安裝在機(jī)械手臂前端的修剪末端執(zhí)行器7、安裝在機(jī)架6上的控制單元3、與控制單元3連接的攝像機(jī)4，安裝在機(jī)架上的驅(qū)動輪總成1、從動輪總成2 ；
[0006]所述機(jī)械手臂包括依次連接的腕旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)5、伸縮臂8、肘轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)9、臂轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)10、腰旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)11 ；
[0007]所述修剪末端執(zhí)行器7、攝像機(jī)4、驅(qū)動輪總成I和從動輪總成2的動作，由控制單元3控制；
[0008]所述機(jī)械手臂包括電動機(jī)15、手指驅(qū)動裝置16、叉形手指17、鋸片18、鋸片軸19、鋸片軸驅(qū)動裝置20 ；電動機(jī)15驅(qū)動手指驅(qū)動裝置16及鋸片軸驅(qū)動裝置20動作；所述鋸片18安裝在鋸片軸19的外周，鋸片軸19連接鋸片軸驅(qū)動裝置20 ;所述叉形手指17與手指驅(qū)動裝置16連接。
[0009]所述鋸片軸19在鋸片軸驅(qū)動裝置20的作用下轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)動平面與叉形手指17運(yùn)動平面平行。
[0010]所述枝條修剪粉碎機(jī)器人還包括一個設(shè)置在機(jī)架6后端的枝條粉碎機(jī)13。
[0011]所述枝條粉碎13機(jī)包括刺輥21、壓縮板22、進(jìn)料口 23、齒狀槽24、滾動裝置25、轉(zhuǎn)動軸26、刀片組件、驅(qū)動刀片組件轉(zhuǎn)動的驅(qū)動電機(jī)14 ；
[0012]所述進(jìn)料口 23的入口處設(shè)有齒狀槽24 ;所述壓縮板22的一端通過轉(zhuǎn)動軸26安裝在刀片組件上方的進(jìn)料板上，另一端安裝有滾動裝置25并與齒狀槽24滾動連接；
[0013]所述刺輥21由多根帶齒牙的輥體構(gòu)成，呈一字型排列安裝在壓縮板22相對另一側(cè)的進(jìn)料板上。
[0014]所述刀片組件包括安裝在驅(qū)動電機(jī)14轉(zhuǎn)軸上的刀輥27、飛刀28、刀盤29。
[0015]所述枝條粉碎機(jī)還包括一個外殼30，外殼30上設(shè)有機(jī)械手臂滑動通道12。
[0016]采用枝條修剪粉碎機(jī)器人修剪破碎枝條的方法如下:
[0017]I)機(jī)器人位置驅(qū)動
[0018]控制單元3對攝像機(jī)4收集的地面信息進(jìn)行分析，確定目標(biāo)枝條所在地面的位置坐標(biāo)，調(diào)控驅(qū)動輪總成I和從動輪總成2運(yùn)動，并指令機(jī)器人到達(dá)相應(yīng)位置；
[0019]2)機(jī)械手臂位置驅(qū)動
[0020]攝像機(jī)4對修剪枝條的圖像信息進(jìn)行收集并送至控制單元3進(jìn)行分析，根據(jù)枝條的密集程度、姿態(tài)、粗細(xì)程度以及健康情況確定需要修剪的目標(biāo)枝條，控制單元3發(fā)出指令并驅(qū)動腕旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)5、伸縮臂8、肘轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)9、臂轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)10、腰旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)11發(fā)生相應(yīng)運(yùn)動，將修剪末端執(zhí)行器7送至待剪切枝條的目標(biāo)工位；
[0021]3)枝條的剪切
[0022]枝條末端執(zhí)行器7上的叉形手指17在手指驅(qū)動裝置16控制下夾持住枝條，夾持完成之后，鋸片18在鋸片軸驅(qū)動裝置20的作用下對枝條進(jìn)行切割；
[0023]4)枝條的粉碎
[0024]在控制單元3的控制下，機(jī)械手臂將剪切下來的枝條送至枝條粉碎機(jī)13的進(jìn)料口23處，修剪末端執(zhí)行器7通過機(jī)械手臂滑動通道12釋放枝條并離開進(jìn)料口 23 ;枝條在壓縮板22的擠壓下對刺輥21產(chǎn)生壓力，并被轉(zhuǎn)動的刺輥21運(yùn)送到刀片組件處，最后通過刀輥27將枝條輸送至刀盤29進(jìn)行粉碎，枝條被飛刀28切碎后沿出料口飛出，鋪灑到地面。
[0025]本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有如下的優(yōu)點(diǎn)及效果:
[0026]本發(fā)明集對枝條進(jìn)行選擇性剪枝與粉碎為一體，減少了為了枝條粉碎進(jìn)行的枝條搬運(yùn)環(huán)節(jié)，可以進(jìn)行實(shí)時粉碎。
[0027]通過安裝在機(jī)械手臂上的枝條末端執(zhí)行器將枝條修剪和粉碎有機(jī)結(jié)合起來，不僅能使果農(nóng)從手工修剪中解脫出來，讓機(jī)械進(jìn)行智能化的高效安全修剪，而且利用枝條和樹葉就地粉碎的碎末作為有機(jī)肥料，返回到土壤中，降低了生產(chǎn)成本，減少了作物對化學(xué)合成肥料的使用量，促進(jìn)了有機(jī)水果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，同時也大大提高了生物質(zhì)能的利用率。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是枝條修剪粉碎機(jī)器人結(jié)構(gòu)整體示意圖；
[0029]圖2是圖1修剪末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)示意圖；
[0030]圖3是末端執(zhí)行器7的叉形手指17結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031 ] 圖4是枝條粉碎機(jī)剖視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0032]下面結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步具體詳細(xì)描述。
[0033]實(shí)施例
[0034]如圖1—4所示。本發(fā)明一種枝條修剪粉碎機(jī)器人，包括:安裝在機(jī)架6上的機(jī)械手臂、安裝在機(jī)械手臂前端的修剪末端執(zhí)行器7、安裝在機(jī)架6上的控制單元3、與控制單元3連接的攝像機(jī)4，安裝在機(jī)架上的驅(qū)動輪總成1、從動輪總成2 ；
[0035]所述機(jī)械手臂包括依次連接的腕旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)5、伸縮臂8、肘轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)9、臂轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)10、腰旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)11 ；
[0036]所述修剪末端執(zhí)行器7、攝像機(jī)4、驅(qū)動輪總成I和從動輪總成2的動作，由控制單元3控制；
[0037]所述機(jī)械手臂包括電動機(jī)15、手指驅(qū)動裝置16、叉形手指17、鋸片18、鋸片軸19、鋸片軸驅(qū)動裝置20 ；電動機(jī)15驅(qū)動手指驅(qū)動裝置16及鋸片軸驅(qū)動裝置20動作；所述鋸片18安裝在鋸片軸19的外周，鋸片軸19連接鋸片軸驅(qū)動裝置20 ;所述叉形手指17與手指驅(qū)動裝置16連接。
[0038]所述鋸片軸19在鋸片軸驅(qū)動裝置20的作用下轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)動平面與叉形手指17運(yùn)動平面平行。
[0039]所述枝條修剪粉碎機(jī)器人還包括一個設(shè)置在機(jī)架6后端的枝條粉碎機(jī)13。
[0040]所述枝條粉碎13機(jī)包括刺輥21、壓縮板22、進(jìn)料口 23、齒狀槽24、滾動裝置25、轉(zhuǎn)動軸26、刀片組件、驅(qū)動刀片組件轉(zhuǎn)動的驅(qū)動電機(jī)14 ；
[0041]所述進(jìn)料口 23的入口處設(shè)有齒狀槽24 ;所述壓縮板22的一端通過轉(zhuǎn)動軸26安裝在刀片組件上方的進(jìn)料板上，另一端安裝有滾動裝置25并與齒狀槽24滾動連接；
[0042]所述刺輥21由多根帶齒牙的輥體構(gòu)成，呈一字型排列安裝在壓縮板22相對另一側(cè)的進(jìn)料板上。
[0043]所述刀片組件包括安裝在驅(qū)動電機(jī)14轉(zhuǎn)軸上的刀輥27、飛刀28、刀盤29。
[0044]所述枝條粉碎機(jī)還包括一個外殼30，外殼30上設(shè)有機(jī)械手臂滑動通道12。
[0045]采用枝條修剪粉碎機(jī)器人修剪破碎枝條的方法，可通過如下幾個步驟實(shí)現(xiàn):
[0046]I)機(jī)器人位置驅(qū)動
[0047]控制單元3對攝像機(jī)4收集的地面信息進(jìn)行分析，確定目標(biāo)枝條所在地面的位置坐標(biāo)，調(diào)控驅(qū)動輪總成I和從動輪總成2運(yùn)動，并指令機(jī)器人到達(dá)相應(yīng)位置；
[0048]2)機(jī)械手臂位置驅(qū)動
[0049]攝像機(jī)4對修剪枝條的圖像信息進(jìn)行收集并送至控制單元3進(jìn)行分析，根據(jù)枝條的密集程度、姿態(tài)、粗細(xì)程度以及健康情況確定需要修剪的目標(biāo)枝條，控制單元3發(fā)出指令并驅(qū)動腕旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)5、伸縮臂8、肘轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)9、臂轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)10、腰旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)11發(fā)生相應(yīng)運(yùn)動，將修剪末端執(zhí)行器7送至待剪切枝條的目標(biāo)工位；
[0050]3)枝條的剪切
[0051]枝條末端執(zhí)行器7上的叉形手指17在手指驅(qū)動裝置16控制下夾持住枝條，夾持完成之后，鋸片18在鋸片軸驅(qū)動裝置20的作用下對枝條進(jìn)行切割；
[0052]4)枝條的粉碎
[0053]在控制單元3的控制下，機(jī)械手臂將剪切下來的枝條送至枝條粉碎機(jī)13的進(jìn)料口23處，修剪末端執(zhí)行器7通過機(jī)械手臂滑動通道12釋放枝條并離開進(jìn)料口 23 ;枝條在壓縮板22的擠壓下對刺輥21產(chǎn)生壓力，并被轉(zhuǎn)動的刺輥21運(yùn)送到刀片組件處，最后通過刀輥27將枝條輸送至刀盤29進(jìn)行粉碎，枝條被飛刀28切碎后沿出料口飛出，鋪灑到地面。
[0054]如上所述，便可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
[0055]本發(fā)明的實(shí)施方式并不受上述實(shí)施例的限制，其他任何未背離本發(fā)明的精神實(shí)質(zhì)與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應(yīng)為等效的置換方式，都包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種枝條修剪粉碎機(jī)器人，其特征在于包括:安裝在機(jī)架(6)上的機(jī)械手臂、安裝在機(jī)械手臂前端的修剪末端執(zhí)行器(7)、安裝在機(jī)架(6)上的控制單元(3)、與控制單元(3)連接的攝像機(jī)(4)，安裝在機(jī)架上的驅(qū)動輪總成(I)、從動輪總成(2); 所述機(jī)械手臂包括依次連接的腕旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(5)、伸縮臂(8)、肘轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)(9)、臂轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)(10)、腰旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(11); 所述修剪末端執(zhí)行器(7)、攝像機(jī)(4)、驅(qū)動輪總成(I)和從動輪總成(2)的動作，由控制單元⑶控制； 所述機(jī)械手臂包括電動機(jī)(15)、手指驅(qū)動裝置(16)、叉形手指(17)、鋸片(18)、鋸片軸(19)、鋸片軸驅(qū)動裝置(20);電動機(jī)(15)驅(qū)動手指驅(qū)動裝置(16)及鋸片軸驅(qū)動裝置(20)動作；所述鋸片(18)安裝在鋸片軸(19)的外周，鋸片軸(19)連接鋸片軸驅(qū)動裝置(20)；所述叉形手指(17)與手指驅(qū)動裝置(16)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的枝條修剪粉碎機(jī)器人，其特征在于:所述鋸片軸(19)在鋸片軸驅(qū)動裝置(20)的作用下轉(zhuǎn)動，其轉(zhuǎn)動平面與叉形手指(17)運(yùn)動平面平行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的枝條修剪粉碎機(jī)器人，其特征在于:所述枝條修剪粉碎機(jī)器人還包括一個設(shè)置在機(jī)架(6)后端的枝條粉碎機(jī)(13)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的枝條修剪粉碎機(jī)器人，其特征在于:所述枝條粉碎機(jī)(13)包括刺輥(21)、壓縮板(22)、進(jìn)料口(23)、齒狀槽(24)、滾動裝置(25)、轉(zhuǎn)動軸(26)、刀片組件、驅(qū)動刀片組件轉(zhuǎn)動的驅(qū)動電機(jī)(14)； 所述進(jìn)料口(23)的入口處設(shè)有齒狀槽(24);所述壓縮板(22)的一端通過轉(zhuǎn)動軸(26)安裝在刀片組件上方的進(jìn)料板上，另一端安裝有滾動裝置(25)并與齒狀槽(24)滾動連接; 所述刺輥(21)由多根帶齒牙的輥體構(gòu)成，呈一字型排列安裝在壓縮板(22)相對另一側(cè)的進(jìn)料板上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的枝條修剪粉碎機(jī)器人，其特征在于:所述刀片組件包括安裝在驅(qū)動電機(jī)(14)轉(zhuǎn)軸上的刀輥(27)、飛刀(28)、刀盤(29)。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的枝條修剪粉碎機(jī)器人，其特征在于:所述枝條粉碎機(jī)還包括一個外殼(30)，外殼(30)上設(shè)有機(jī)械手臂滑動通道(12)。
7.采用權(quán)利要求1至6任一項(xiàng)所述枝條修剪粉碎機(jī)器人修剪破碎枝條的方法，其特征在于如下步驟: 1)機(jī)器人位置驅(qū)動 控制單元(3)對攝像機(jī)(4)收集的地面信息進(jìn)行分析，確定目標(biāo)枝條所在地面的位置坐標(biāo)，調(diào)控驅(qū)動輪總成(I)和從動輪總成(2)運(yùn)動，并指令機(jī)器人到達(dá)相應(yīng)位置； 2)機(jī)械手臂位置驅(qū)動 攝像機(jī)(4)對修剪枝條的圖像信息進(jìn)行收集并送至控制單元(3)進(jìn)行分析，根據(jù)枝條的密集程度、姿態(tài)、粗細(xì)程度以及健康情況確定需要修剪的目標(biāo)枝條，控制單元(3)發(fā)出指令并驅(qū)動腕旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(5)、伸縮臂(8)、肘轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)(9)、臂轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)(10)、腰旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(11)發(fā)生相應(yīng)運(yùn)動，將修剪末端執(zhí)行器(7)送至待剪切枝條的目標(biāo)工位； 3)枝條的剪切 修剪末端執(zhí)行器(7)上的叉形手指(17)在手指驅(qū)動裝置(16)控制下夾持住枝條，夾持完成之后，鋸片(18)在鋸片軸驅(qū)動裝置(20)的作用下對枝條進(jìn)行切割； 4)枝條的粉碎 在控制單元(3)的控制下，機(jī)械手臂將剪切下來的枝條送至枝條粉碎機(jī)(13)的進(jìn)料口(23)處，修剪末端執(zhí)行器(7)通過機(jī)械手臂滑動通道(12)釋放枝條并離開進(jìn)料口(23)；枝條在壓縮板(22)的擠壓下對刺輥(21)產(chǎn)生壓力，并被轉(zhuǎn)動的刺輥(21)運(yùn)送到刀片組件處，最后通過刀輥(27)將枝條輸送至刀盤(29)進(jìn)行粉碎，枝條被飛刀(28)切碎后沿出料口飛出，鋪灑到地面。
【文檔編號】A01G3/00GK104221732SQ201410512605
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年9月29日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月29日
【發(fā)明者】邵明, 黃彪, 宋雷 申請人:華南理工大學(xué)