一種陣列可伸縮式機械臂獼猴桃果實采摘機器人的制作方法

本發明屬于農業機械領域，具體涉及一種用于獼猴桃果實采摘的機器人。

背景技術：

果實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業勞動力越來越缺乏，勞動力成本增加。果實采摘作業是目前蔬果生產鏈中最耗時、最費力的環節之一，采摘作業的質量的好壞直接影響到后續的加工和儲藏。由于采摘作業的復雜性采摘自動化程度仍然很低，目前國內水果采摘基本都是人工進行。在眾多的水果中，中國是獼猴桃的原產地，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、裝箱等勞動強度大、工作耗時而且成本越來越高。現有的農業果實采摘機械多為人工采摘或手工操作簡單機構采摘，通常僅適宜小范圍內作業，存在人工費高、采摘效率低、自動化程度低等問題，很難適應農業果實的規模種植和采摘要求，而且就算提高了對獼猴桃果實的識別和定位效率，由于果實生長分布范圍廣，幾乎布滿了整個空間，所以用一只機械手來采摘的采摘效率是非常低的。因此，發明的此千手觀音獼猴桃果實采摘機器人對于實現獼猴桃采摘作業的機械化、自動化、智能化，特別是提高果實采摘的效率是有很重要的意義的。

技術實現要素：

本發明的目的在于開發一種獼猴桃果實采摘機器人，具體就是針對采用棚架式的獼猴桃進行采摘，它解決了人工采摘和一般單臂或少臂采摘機器人采摘勞動強度大、效率低、成本高的問題，主要提高獼猴桃果實采摘的效率，實現采摘作業的機械化、自動化和智能化。

為實現上述目的，本發明的技術方案是：

這種千手觀音伸縮式機械臂獼猴桃果實采摘機器人，包括機械執行系統和控制系統，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進行識別、定位、采摘，這種布局的設計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器采摘效率低的現狀。

所述的車體結構為柜式，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，車體后面設置有行進驅動電機，m×n型陣列式可伸縮機械臂的安裝架通過焊接固定車體上面，可伸縮式采摘機械手臂的轉動基座直接焊接在安裝架上，其內部設置有可伸縮式機械采摘手臂運動的驅動機構，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動基座、一級臂、二級臂、絲杠、三個直流伺服舵機和一個旋轉直流電機，其中：所述的轉動基座包括旋轉直流電機和旋轉機體，旋轉直流電機通過螺栓連接安裝在m×n型陣列式的可伸縮式機械臂安裝架上。

所述的三指靈巧手包括三根手指、電機、傳感器系統、圖像采集識別系統。

所述的傳感器系統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。

所述的控制系統包括運動控制器、數據采集、圖像采集、伺服電機驅動器、雙目攝像機、紅外傳感器、超聲波傳感器及控制電路等。

所述的雙目攝像機位于三指靈巧手內部。

一種利用千手觀音可伸縮式機械臂獼猴桃果實采摘機器人進行的果實采摘方法，包括以下步驟：

啟動機器人移動平臺，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航線運動，當機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部的雙目攝像機對各自上方一定區域范圍內的獼猴桃實時的進行循環掃描采集，檢測獼猴桃果實的位置；

當檢測到攝像機視野范圍內有果實時，主控制器向運動控制器發送命令，雙目攝像機用來采集果樹、果實的圖像信息以及采摘機械臂路徑中的障礙物圖像信息，然后主控制器對成熟果實圖像及障礙物圖像進行識別，判斷出視野內獼猴桃果實數量，逐個識別出視野內獼猴桃果實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，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控制器來控制各個可伸縮式機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。

當機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域的獼猴桃進行采摘，直到所有的獼猴桃都采摘完后再向前步進一個車體的距離重復上述動作，對采摘區的所有獼猴桃進行采摘。

本發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、保證了果實及時采摘收獲和果實的質量。

附圖說明

圖1為本發明的一種千手觀音獼猴桃果實采摘機器人結構的模型圖；

圖2為本發明的一種千手觀音獼猴桃果實采摘機器人局部示意圖；

圖3為本發明的一種千手觀音獼猴桃果實采摘機器人的m×n型陣列示意圖；

圖4為本發明的控制系統的主要功能模塊構成示意圖。

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

具體實施方式

下面結合附圖對本發明的技術方案做進一步闡述。

本發明千手觀音獼猴桃果實采摘機器人，包括機械執行系統和控制系統，其特征在于：采用多個可伸縮式機械手臂呈m×n型陣列式分布于采摘車體(1)上對獼猴桃的果實進行識別、定位、采摘，所述的車體(1)結構為柜式，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)后面設置有行進驅動電機及控制系統箱(5)，m×n型陣列式可伸縮機械臂的安裝架(8)通過焊接固定車體(1)上面，可伸縮式采摘機械臂(2)的轉動基座(11)直接焊接在車體(1)上，其內部設置有可伸縮式采摘機械臂運動的驅動機構基座旋轉電機(12)，三指靈巧手(15)安裝在可伸縮式采摘機械臂(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械臂包括轉動基座(11)、一級臂、二級臂、絲杠、三個直流伺服舵機和一個旋轉直流電機，其中：所述的轉動基座(11)包括旋轉直流電機(12)和旋轉機體，旋轉直流電機(12)通過螺栓連接安裝在m×n型陣列式的可伸縮式機械臂安裝架(8)上。所述的三指靈巧手(15)包括三根手指、電機、傳感器系統、圖像采集識別系統。所述的傳感器系統包括紅外傳感器(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(4)位于三指靈巧手(15)內部。

上面以具體實施例予以說明本發明的結構與工作原理，本發明并不局限于以上實施例，根據上述的說明內容，凡在本發明精神與原則之上所作的任何修改、同等替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。