基于三坐标机械臂的果蔬自动采摘机

技术领域

本发明属于智能农机技术领域，特别是一种基于三坐标机械臂的果蔬自动采摘机。

背景技术

我国果蔬生产中，仍大量采用人工采摘，不但采摘效率低，人员劳动强度大，而且对于规模种植基地来说，采摘成本太高。

为解决果蔬人工采摘效率低、人工成本高的问题，出现了大量中果蔬采摘设备。

中国发明专利申请“一种基于直角坐标式机械臂的水果采摘机器人”(申请号：202011100614.9，公开日：2021.1.22)公开了一种水果采摘机器人，其包括车架、行驶系统、工控机、直角坐标式机械臂、图像识别系统以及末端执行器等。采用平面直角坐标定位方式对目标果实进行定位采摘，通过将果实图像投影于相应面域内，计算出相应的X、Y、Z轴坐标，再采用直角坐标式机械臂采摘果实，减少机械臂的自由度，使得机械臂采摘路径更为简便，进而使得自动采摘果实的程序算法即简洁又稳定。通过合理的设计直角坐标式机械臂，使得机器人能更加适应采摘任务，进而使得采摘程序算法更加兼容机器人。并且该机器人装有GPS导航系统，在果园内作业时能实现全自主导航行驶实现了全自动对果实的采摘作业，工作效率高，结构简单，维修装配方便。由于缺乏相应的收集装置，上述水果采摘机器人存在结构不齐全，功能不完备的问题。

又如，中国发明专利申请“一种智能水果采摘机器人”(申请号：202011411527.X，公开日：2021.3.26)公开了一种水果采摘机器人，其包括：底座，下臂，上臂，夹持器、图像采集装置以及控制装置，其中底座固定在行走机构上，下臂的一侧与下臂支座之间通过第一旋转轴驱动电机铰接，下臂支座通过回转机构设置于底座，下臂的另一侧通过第二旋转轴驱动电机与上臂的一侧铰接，上臂的另一侧设置有夹持器，夹持器包括夹持指和夹持指控制机构，控制机构与第一旋转轴驱动电机、第二旋转轴驱动电机和夹持指控制机构电连接。由于需要首先对待采摘的果蔬进行成熟度的判别，再进行对成熟果蔬的拖曳，将成熟果蔬与未成熟果蔬区分，之后才能进行对果蔬的采摘，该水果采摘机器人存在执行步骤冗杂，效率低的问题。

总之，现有技术存在的问题是：缺乏完整的工作模块，无法完成果蔬采摘的完全自动化；采摘步骤冗杂，效率低下。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于三坐标机械臂的果蔬自动采摘机，自动化程度高、采摘效率高。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种基于三坐标机械臂的果蔬自动采摘机，包括行走平台100、4个三坐标机械臂200、4个执行末端300和2个运输收集装置400；

所述4个三坐标机械臂200周向均布固定在行走平台100上，每个三坐标机械臂200上设置一个执行末端300，相邻两个三坐标机械臂200各设一运输收集装置400，各运输收集装置400固定在行走平台100上。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

1、自动化程度高：气动剪剪落果蔬掉落至果蔬收集爪，运输收集装置通过第四电动推杆推动末端执行器底板转动，使果蔬收集爪上的果蔬滑落至运输管道中，果蔬通过运输管道滑落至蛟龙机构下端输入口，第三电机带动蛟龙机构螺旋叶片转动，使果蔬从蛟龙机构上端输出口掉落至收集箱中，完成采摘，实现了采摘收集一体化，结构完整，功能完备，可实现果蔬采摘中行走、采摘、收集过程的完全自动化，减少了人工的参与。

2、采摘效率高：执行末端通过摄像头识别可采摘的果蔬；通过第五电动推杆推动第一气动剪支架在滑槽中滑动从而实现气动剪的前后运动；通过第二电机带动齿轮传动部件传动，从而带动第二气动剪支架转动，实现气动剪的剪切角度调整，扩大了机器的作业范围，提高了采摘的效率。。

3、定位准确：三坐标机械臂通过第一电动推杆，第二电动推杆和第三电动推杆带动执行末端实现竖直，水平和前后方向上的移动，成本较低，定位准确。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明基于三坐标机械臂的果蔬自动采摘机的整体结构示意图。

图2为图1中行走平台的结构示意图。

图3为图1中三坐标机械臂的结构示意图。

图4为图1中执行末端的结构示意图。

图5为图4的另一方向立体视图。

图6为图1中运输收集装置的结构示意图。

图7为图6的另一方向立体视图。

图中：行走平台100，三坐标机械臂200，执行末端300，运输收集装置400，

履带轮结构101，链轮传动结构102，第一电机103，底板104，支撑架105，顶板106，电源箱107，柴油机108，控制箱109，

第一电动推杆安装板201，第一电动推杆202，第一导轨安装板203，第一导轨204，第一推杆导向板205，第一从动板206，第一从动杆207，第一浮动接头208，第二导轨安装板209，第二电动推杆安装板210，第二电动推杆211，第二导轨212，第二推杆导向板213，第二从动板214，第二从动杆215，第二浮动接头216，第三电动推杆安装板217，第三电动推杆218，第三导轨安装板219，第三导轨220，第三推杆导向板221，第三从动板222，第三从动杆223，连接块224，执行末端安装座225，

末端执行器301，末端执行器支架302，摄像头安装板303，焊接件304，摄像头305，第四电动推杆安装板306，第四电动推杆307，铰链块308，末端执行器底板309，果蔬收集爪310，第五电动推杆311，滑槽312，第一气动剪支架313，第二电机314，齿轮传动部件315，第二气动剪支架316，气动剪317，

运输管道401，蛟龙机构安装板402，第三电机安装板403，第三电机404，蛟龙机构405，固定法兰安装板406，固定法兰407，收集箱408。

具体实施方式

如图1所示，本发明基于三坐标机械臂的果蔬自动采摘机,包括行走平台100、4个三坐标机械臂200、4个执行末端300和2个运输收集装置400；

所述4个三坐标机械臂200周向均布固定在行走平台100上，每个三坐标机械臂200上设置一个执行末端300，相邻两个三坐标机械臂200各设一运输收集装置400，各运输收集装置400固定在行走平台100上。

如图2所示，所述行走平台100包括顶板106、电源箱107、柴油机108和控制箱109和对称设置的二履带轮结构101、二链轮传动结构102、二第一电机103、二底板104和二支撑架105；

所述顶板106水平放置，左右两端分别与一竖向放置的支撑架105的上端固定连接，所述每一支撑架105的下端各与一底板104固定连接，每一底板104各与一履带轮结构101固定连接，每一底板104上各固定设置一第一电机103，所述第一电机103的输出轴与一链轮传动结构102的一端连接，所述链轮传动结构102的另一端与履带轮结构101的输入轴连接；

所述电源箱107、柴油机108、控制箱109分别固定设置在顶板106上。

如图3所示，所述三坐标机械臂200包括第一电动推杆安装板201、第一电动推杆202、第一导轨安装板203、第一导轨204、第一推杆导向板205、第一从动板206、第一从动杆207、第一浮动接头208、第二导轨安装板209、第二电动推杆安装板210、第二电动推杆211、第二导轨212、第二推杆导向板213、第二从动板214、第二从动杆215、第二浮动接头216、第三电动推杆安装板217、第三电动推杆218、第三导轨安装板219、第三导轨220、第三推杆导向板221、第三从动板222、第三从动杆223、连接块224和执行末端安装座225；

所述第一导轨安装板203和第一导轨204固定设置在所述支撑架105上；

所述第一电动推杆202固定设置在所述第一电动推杆安装板201上，所述第一导轨安装板203一端固定设置在所述第一电动推杆安装板201上，所述第一导轨204固定设置在所述第一导轨安装板203上，所述第一推杆导向板205固定设置在所述第一导轨安装板203另一端，所述第一从动板206分别与所述第一电动推杆202和所述第一从动杆207相连，所述第一从动杆207与所述第一推杆导向板205滑动连接，所述第一浮动接头208固定设置在第一从动杆207上，所述第二导轨安装板209与第一浮动接头208固定连接并与第一导轨204滑动连接，所述第二电动推杆安装板210固定设置在所述第二导轨安装板209的一端上，所述第二电动推杆211固定设置在所述第二电动推杆安装板210上，所述第二导轨212固定设置在所述第二导轨安装板209上，所述第二推杆导向板213固定设置在所述第二导轨安装板209的另一端，所述第二从动板214分别与所述第二电动推杆211和所述第二从动杆215相连，所述第二从动杆215与所述第二推杆导向板213滑动连接，所述第二浮动接头216固定设置在所述第二从动杆215上，所述第三导轨安装板219与所述第二浮动接头216固定连接，所述第三电动推杆安装板217固定设置在所述第三导轨安装板219的一端，所述第三电动推杆218固定设置在所述第三电动推杆安装板217上，所述第三导轨220固定设置在所述第三导轨安装板219上，所述第三推杆导向板221固定设置在所述第三导轨安装板219的另一端，所述第三从动板222分别与所述第三电动推杆218和所述第三从动杆223相连，所述第三从动杆223和所述第三推杆导向板221滑动连接，所述连接块224固定设置在所述第三从动杆223上，所述执行末端安装座225通过所述连接块224与所述第三从动杆223固定连接，所述执行末端安装座225与所述第三导轨220滑动连接。

如图4、5所示，所述执行末端300包括末端执行器301、末端执行器支架302、摄像头安装板303、焊接件304、摄像头305、第四电动推杆安装板306、第四电动推杆307、铰链块308、末端执行器底板309、果蔬收集爪310、第五电动推杆311、滑槽312、第一气动剪支架313、第二电机314、齿轮传动部件315、第二气动剪支架316和气动剪317；

所述末端执行器安装板301固定设置在所述执行末端安装座225上，所述末端执行器支架302固定设置在所述末端执行器安装板301上，所述摄像头安装板303固定设置在所述末端执行器支架302上，所述摄像头305通过所述焊接件304焊接在所述摄像头安装板303上，所述第四电动推杆安装板306固定设置在所述末端执行器支架302上，所述第四电动推杆307固定设置在所述第四电动推杆安装板306上，所述铰链块308固定设置在所述末端执行器底板309上并与所述第四电动推杆307相铰接，所述末端执行器底板309与所述末端执行器支架302铰接，所述果蔬收集爪310固定设置在末端执行器底板309上，所述第五电动推杆311固定设置在所述末端执行器支架302上，所述第一气动剪支架313通过所述滑槽312与所述末端执行器支架302滑动连接，所述第一气动剪支架313与所述第五电动推杆311通过螺栓连接，所述第二气动剪支架316与所述第一气动剪支架313的另一端通过螺纹连接，所述第二电机314固定设置在所述第一气动剪支架313的前端，所述齿轮传动部件315固定设置在所述第二电机314和所述第二气动剪支架316的一端上，所述气动剪317固定设置在所述第二气动剪支架316上。

如图6、7所示，所述运输收集装置400包括运输管道401、蛟龙机构安装板402、第三电机安装板403、第三电机404、蛟龙机构405、固定法兰安装板406、固定法兰407和收集箱408；

所述蛟龙机构安装板402固定设置在所述底板104上，所述第三电机安装板403固定设置在所述蛟龙机构安装板402的下端，所述第三电机404固定设置在所述第三电机安装板403上，所述蛟龙机构405固定设置在所述蛟龙机构安装板402上，所述运输管道401一端与所述末端执行器底板309相连，一端与所述蛟龙机构405下端入口相连，所述固定法兰安装板406固定设置在所述顶板106上，所述固定法兰407固定设置在所述固定法兰安装板406上用以固定所述蛟龙机构405，所述收集箱408固定设置在所述顶板106上，并与所述蛟龙机构405上端出口相连。

本发明基于三坐标机械臂的果蔬自动采摘机的工作过程如下：

(10)跨行移动：第一电机103驱动行走平台100移动使得采摘机横跨多行果树移动，

(20)采摘果蔬定位：摄像头305识别待采摘果蔬的图像数据以定位采摘位置，

(30)果蔬剪切：三坐标机械臂200及执行末端300基于所述图像数据，将气动剪刀317移动至采摘果蔬处，气动剪317执行剪切动作，果蔬掉落至果蔬收集爪310，

(40)果实收集：第四电动推杆307推动所述末端执行器底板309转动，使果蔬收集爪310上的果蔬滑落至所述运输管道401中，果蔬通过运输管道401滑落至所述蛟龙机构405下端输入口，通过所述第三电机404带动所述蛟龙机构405螺旋叶片转动，使果蔬从所述蛟龙机构405下端运输至上端输出口，然后掉落至所述收集箱408中，完成收集。

本发明基于三坐标机械臂的果蔬自动采摘机结构上由行走平台、三坐标机械臂、执行末端和运输收集装置组成，整体结构成对称式分布。三坐标机械臂通过第一电动推杆，第二电动推杆和第三电动推杆带动执行末端实现竖直，水平和前后方向上的移动，成本较低，定位准确。执行末端通过摄像头识别可采摘的果蔬；通过第五电动推杆推动第一气动剪支架在滑槽中滑动从而实现气动剪的前后运动；通过第二电机带动齿轮传动部件传动，从而带动第二气动剪支架转动，实现气动剪的剪切角度调整，扩大了机器的作业范围，提高了采摘的效率。气动剪剪落果蔬掉落至果蔬收集爪，运输收集装置通过第四电动推杆推动末端执行器底板转动，使果蔬收集爪上的果蔬滑落至运输管道中，果蔬通过运输管道滑落至蛟龙机构下端输入口，第三电机带动蛟龙机构螺旋叶片转动，使果蔬从蛟龙机构上端输出口掉落至收集箱中，完成采摘，实现了采摘收集一体化。本发明结构紧凑，原理清晰，可以实现对果蔬的连续采摘，进一步提高了工作效率。