枸杞采摘機器人的制作方法
【專利說明】枸杞采摘機器人 【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及機械自動化設計技術領域，特別涉及一種枸杞采摘機器人。 【【背景技術】】
[0002] 枸杞是具有養生和治病功能的藥材，還可以當做具有豐富營養價值的水果來食 用。在我國西北、東北、北方大量的種植。枸杞含水量大果皮相對較薄屬于漿果，摘取時容 易受到損傷。枸杞的采摘工作一直以人力為主，枸杞成熟季節相對集中，勞動強度較大。而 且枸杞一般在夏季6、7月成熟，該季節屬于暑期，溫度極度上升。枸杞地中一般有自然肥化 肥等刺鼻氣味。然而現在的枸杞采摘均為人工采摘，并且人力采摘時一般帶口罩作業加重 炎熱程度。不因采摘效率地下，而且在熱天給工人帶來不適感，嚴重可能導致中暑情況。
[0003] 目前來講，雖然采摘機器人有了較大的發展和進步，但任然存在以下幾方面的問 題。
[0004] 1、定位和識別工能較差。在采摘過程中環境相對較復雜，葉子與水果容易重復在 一起，造成識別困難。而且天氣具有不穩定性，同時還有噪音等干擾信息，降低了識別和定 位的準確度。對枸杞的識別和定位需要進一步的研究。
[0005] 2、采摘效率不高。各國以研發的各類采摘機器人的采摘效率，都沒有人工效率高。 例如農業大學張鐵中教授研制的草莓采摘速度為6枚/min ;韓國的蘋果自動采摘機器人， 摘取一枚蘋果平均需要15s ;荷蘭IMG研發的黃瓜采摘機器人摘一根黃瓜需要45s。因為 需要控制系統還要圖像處理等，效率不高。要使果蔬采摘機器人真正應用于實際生產，就必 須要提高作業效率以及作業準確度。
[0006] 3、成本較高。果蔬采摘機器人系統和結構更加復雜，而且使用周期短，平常基本不 用。維護，使用，制造成本都要高于工業機器人。
[0007] 4、通用性差。一種采摘機器人只是針對某一特定植物完成單一的任務，各類機器 人之間幾乎沒有通用性。
[0008] 為了突破限制果蔬采摘機器人的發展因素，就必須解決以上的問題，這樣才能加 速果蔬采摘機器人的發展，盡快實現商品化。 【【實用新型內容】】
[0009] 本實用新型的目的在于提供一種枸杞采摘機器人，該機器人能夠結合枸杞的生長 特點和采摘要求進行采摘，完全替代人力完成采摘工作。
[0010] 為了達到上述目的，本實用新型采用以下技術方案予以實現：
[0011] 枸杞采摘機器人，包括小車，所述的小車上設置有電源及動力控制設備、路障傳感 器、機械臂、采摘頭和果實收集箱；其中，路障傳感器設置在小車車頭上；所述機械臂上端 和采摘頭連接，采摘頭上設置有樹枝夾子，樹枝夾子上設置有用于判斷枸杞位置的傳感器； 采摘頭底部設有與果實收集箱連通的果實輸送管；所述的小車的電氣控制系統、機械臂的 電氣控制系統、采摘頭的電氣控制系統、路障傳感器、樹枝夾子的電氣控制系統及傳感器均 與電源及動力控制設備連接。
[0012] 作為本實用新型的進一步改進，所述的機械臂包括依次連接的升降臺、腰部旋轉 關節、大臂、小臂和棱柱關節，升降臺底部設置在小車上，升降臺上設置有驅動腰部旋轉關 節旋轉的腰部電機和驅動大臂旋轉的大臂電機，大臂的頂部設置有驅動小臂轉動的小臂電 機和驅動棱柱關節伸縮的棱柱關節電機；棱柱關節上端和采摘頭連接；升降臺的電氣控制 系統、腰部電機、大臂電機、小臂電機和棱柱關節電機均與電源及動力控制設備連接。
[0013] 作為本實用新型的進一步改進，所述的升降臺的升降高度為0~0. 8m ;腰部旋 轉關節旋轉角度為-160°~160° ;大臂的旋轉角度為-80°~80°、小臂的旋轉角度 為-80°~80°和棱柱關節的伸縮長度為0~0.5m。
[0014] 作為本實用新型的進一步改進，所述的采摘頭包括由外殼體和上蓋圍成的空間， 且頂部開始采摘入口；采摘頭內靠近上蓋一端設置有上座板和下座板，采摘頭內的另一端 設置有底座板；直流電機通過電機座設置在上蓋上，直流電機的前端固定在上座板上，且直 流電機的輸出軸上設有中間齒輪；左轉子體和右轉子體并排設置成組合轉子，左轉子體和 右轉子體的兩端分別設置在下座板和底座板上，左轉子體和右轉子體靠近下座板的一端上 均設置有轉子齒輪，兩個齒輪和中間齒輪相嗤合，左轉子體和右轉子體轉動方向相反；米摘 頭的底部設置有采摘出口，采摘出口與果實輸送管連通。
[0015] 作為本實用新型的進一步改進，所述的左轉子體和右轉子體均包括轉子體，所述 的轉子體包括柱體，柱體上有三條沿螺旋線均勻設置的軟管；其中柱體是由具有機械強度 的柔性硅膠管制成，在硅膠管的三個螺旋方向上按照每隔15mm的距離鉆設孔陣列，將空心 軟管和硅膠管沿孔陣列用尼龍線穿接固定，相鄰孔之間的空心軟管形成弧形結構的突起； 左轉子體和右轉子體上的空心軟管的螺旋方向相反。
[0016] 作為本實用新型的進一步改進，所述的樹枝夾子上設置有碰撞傳感器、位置傳感 器、壓力傳感器和視覺傳感器；碰撞傳感器設置在樹枝夾子的頂端，位置傳感器和壓力傳感 器分別設置在樹枝夾子的兩個夾片上，視覺傳感器設置在樹枝夾子的兩個夾片底部，碰撞 傳感器、位置傳感器、壓力傳感器和視覺傳感器均與電源及動力控制設備通訊。
[0017] 與現有技術相比，本實用新型具有以下優點：
[0018] 本實用新型硬件方面主要由機械臂、轉子結構、采摘頭以及各種電機組成，通過機 械電氣的結合，實現了機器人代替人工勞作方式，解放了生產力。并且機器人具有圖像識 另IJ，枸杞采摘，枝條定位，以及蔽障功能，可以實現機器人的自行采摘枸杞的操作流程，根據 枸杞成熟果實的承重能力的大小設計采摘頭中旋子體的旋轉力度，在保證果實形狀和較少 破損率的采摘果實。并且在采摘頭旁邊設計視覺伺服等傳感器，保證采摘機器人的正常采 摘和正確的工作。良好的響應特性，各個運動環節均要連續有效的進行。抗干擾能力強，輕 便且體積小。維修容易，而且不太需要保養。運行穩定，正反轉時特性相同。通過對枸杞采 摘機器人需要實現的功能的了解。設計出枸杞采摘機器人的理論模型。針對機器人所要實 現的功能，對其軟件控制進行初步設定，和理論分析。針對在采摘過程中可能出現的問題， 進行初步預計在硬件設計方面盡量避免和控制在可調節范圍內的研究。
[0019] 進一步，機械臂由五個自由度構成，實現了五個自由度方向的旋轉或伸縮，位置調 整快速和定位更加準確。
[0020] 進一步，采摘頭的特殊設計是關鍵模塊。綜合考慮了枸杞的特點，設計了螺旋式的 軟管和硅膠體的機構，相對旋轉，螺旋結構的捏合進行枸杞的采摘，既能夠實現采摘又不會 對枸杞果實進行損壞，且采摘效果良好。
[0021] 進一步，樹枝夾子設置有四個功能不同的傳感器，保證了機器人的自動采摘的可 實施性。由于采摘環境的限制在采摘時必須設立蔽障模塊。以此方能體現該機器人的智能 化方向。位置傳感器的不僅可能判斷樹枝的位置，還能反饋給控制系統進行啟動采摘頭的 電機，實現可自動控制的連續實現，避免了采摘頭的空轉，節約了能源和實現自動化。 【【附圖說明】】
[0022] 圖1為本實用新型中枸杞采摘機器人的主體示意圖；
[0023] 圖2為本實用新型中采摘頭結構示意圖；
[0024] 圖3為本實用新型中轉子結構示意圖；
[0025] 圖4為本實用新型中組合轉子結構示意圖；
[0026] 圖5為本實用新型中樹枝夾子傳感器分布圖；
[0027] 圖6為采摘機器人結構關系示意圖；
[0028] 圖7為采摘機器人關節幾何關系；
[0029] 圖8為攝像機坐標與位置坐標的關系不意圖；
[0030] 圖9為本實用新型中枸杞采摘機器人模型參考自適應控制系統結構；
[0031] 圖10為自校正自適應控制系統結構圖；
[0032] 圖11為枸杞采摘機器人采摘流程圖；
[0033] 圖12為枸杞采摘機器人采摘主程序控制流程圖；
[0034] 圖13為采摘控制流程圖；
[0035] 圖14為果實回收程序控制流程圖。
[0036] 圖中，1.小車；2.電源及動力控制設備；3.升降臺；4.腰部電機；5.大臂電機； 6.大臂；7.小臂；8.樹枝夾子；9.采摘頭；10.旋轉體；11.直流電機；12.小臂電機；13.果 實輸送管；14.果實收集箱；15.路障傳感器；10-1.柱體；10-2.軟管；16.電機座；17.上 蓋；18.上座板；19.下座板；20.外殼體；21.左轉子體；22.右轉子體；23.底座板；24.中