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(dòng)密集型的工作，在很多國(guó)家，由于人口老齡化和農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力越來(lái)越缺乏，勞動(dòng)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(shí)、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(chǔ)藏。由于采摘作業(yè)的復(fù)雜性采摘自動(dòng)化程度仍然很低，目前國(guó)內(nèi)水果采摘基本都是人工進(jìn)行。在眾多的水果中，中國(guó)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(guó)家。但目前獼猴桃的收獲仍依靠人工收獲，由于每個(gè)地區(qū)的獼猴桃采摘時(shí)間都相對(duì)集中，采摘時(shí)間短，所以需要投入大量的人力來(lái)采摘、分揀、裝箱等勞動(dòng)強(qiáng)度大、工作耗時(shí)而且成本越來(lái)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(jiǎn)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(dòng)化程度低等問(wèn)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(duì)獼猴桃果實(shí)的識(shí)別和定位效率，由于果實(shí)生長(zhǎng)分布范圍廣，幾乎布滿了整個(gè)空間，所以用一只機(jī)械手來(lái)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(duì)于實(shí)現(xiàn)獼猴桃采摘作業(yè)的機(jī)械化、自動(dòng)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(kāi)發(fā)一種獼猴桃果實(shí)采摘機(jī)器人，具體就是針對(duì)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?jiǎng)趧?dòng)強(qiáng)度大、效率低、成本高的問(wèn)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(dòng)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(gè)陣列式可伸縮式采摘手臂對(duì)獼猴桃果實(shí)進(jìn)行識(shí)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(gè)角上安裝有兩個(gè)萬(wàn)向輪用來(lái)改變行走方向，車體后面設(shè)置有行進(jìn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，m×n型陣列式可伸縮機(jī)械臂的安裝架通過(guò)焊接固定車體上面，可伸縮式采摘機(jī)械手臂的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)的驅(qū)動(dòng)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(dòng)基座、一級(jí)臂、二級(jí)臂、絲杠、三個(gè)直流伺服舵機(jī)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)直流電機(jī)，其中：所述的轉(zhuǎn)動(dòng)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(guò)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(shí)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(dòng)控制器、數(shù)據(jù)采集、圖像采集、伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)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(dòng)機(jī)器人移動(dòng)平臺(tái)，由超聲波傳感器測(cè)得車體與獼猴桃果樹(shù)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(dòng)，當(dāng)機(jī)器人每移動(dòng)一個(gè)車體長(zhǎng)度路程后停下來(lái)，位于每個(gè)三指靈巧手內(nèi)部的雙目攝像機(jī)對(duì)各自上方一定區(qū)域范圍內(nèi)的獼猴桃實(shí)時(shí)的進(jìn)行循環(huán)掃描采集，檢測(cè)獼猴桃果實(shí)的位置；

當(dāng)檢測(cè)到攝像機(jī)視野范圍內(nèi)有果實(shí)時(shí)，主控制器向運(yùn)動(dòng)控制器發(fā)送命令，雙目攝像機(jī)用來(lái)采集果樹(shù)、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(duì)成熟果實(shí)圖像及障礙物圖像進(jìn)行識(shí)別，判斷出視野內(nèi)獼猴桃果實(shí)數(shù)量，逐個(gè)識(shí)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(gè)三指靈巧手內(nèi)部的紅外傳感器來(lái)探測(cè)獼猴桃的相對(duì)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(gè)伺服電機(jī)控制器來(lái)控制各個(gè)可伸縮式機(jī)械臂動(dòng)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(kāi)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(dòng)一個(gè)車體長(zhǎng)度路程后停下來(lái)，等待m×n個(gè)采摘單元按照上述采摘過(guò)程對(duì)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(gè)車體的距離重復(fù)上述動(dòng)作，對(duì)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?jiǎng)趧?dòng)力短缺且成本過(guò)高，大大的提高了獼猴桃采摘的效率、保證了果實(shí)及時(shí)采摘收獲和果實(shí)的質(zhì)量。

附圖說(shuō)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(hào)說(shuō)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(dòng)電機(jī)及控制系統(tǒng)箱，6.萬(wàn)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(dòng)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(duì)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(gè)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(duì)獼猴桃的果實(shí)進(jìn)行識(shí)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(gè)角上安裝有兩個(gè)萬(wàn)向輪(6)用來(lái)改變行走方向，車體(1)后面設(shè)置有行進(jìn)驅(qū)動(dòng)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(guò)焊接固定車體(1)上面，可伸縮式采摘機(jī)械臂(2)的轉(zhuǎn)動(dòng)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(dòng)的驅(qū)動(dòng)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(dòng)基座(11)、一級(jí)臂、二級(jí)臂、絲杠、三個(gè)直流伺服舵機(jī)和一個(gè)旋轉(zhuǎn)直流電機(jī)，其中：所述的轉(zhuǎn)動(dòng)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(guò)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(shí)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(shuō)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(shuō)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)。