一种垄作草莓采摘机器人

技术领域

本发明属于自动化技术领域，具体涉及一种垄作草莓采摘机器人。

背景技术

目前，日光温室中垄作栽培的草莓采摘多依靠人工，费时费力，由于草莓生长于垄上且垄沟狭窄，因而采摘机械体必须小巧灵活，现有的平铺于地垄表面的草莓采摘机械装置，其采摘方式不能用于日光温室垄作草莓果实的采摘，即使有些采摘装置可沿垄沟方向移动作业，但也不能跨垄移动，特别是在垄沟距离较长的采摘现场，所以需要一种可跨垄移动的草莓采摘装置，以解决上述问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提供一种垄作草莓采摘机器人。

为解决上述问题，本发明采取的技术方案为：一种垄作草莓采摘机器人，包括支撑装置及可在其上运动的移动装置、可在移动装置上滑动的采摘装置，支撑装置为移动装置跨垄运动搭建支撑平台，移动装置通过驱动车轮在支撑装置底板上跨垄前后运动，采摘装置可在支架上沿垄沟方向滑动。

所述支撑装置包括水平镜像向内设置的两个L型支撑底座Ⅰ和与支撑底座Ⅰ翻转设置的两个L型支撑底座Ⅱ，两个支撑底座Ⅰ与对应的支撑底座Ⅱ构成两组支撑平台，支撑底座Ⅰ和支撑底座Ⅱ分别设置有相互垂直的竖向立板和横向底板，底板为移动装置前后运动提供支撑平台，支撑底座Ⅰ和支撑底座Ⅱ的底板相对设置，且通过翻转支撑底座Ⅰ与支撑底座Ⅱ的底板可至同一水平位置，从而使支撑底座Ⅰ和支撑底座Ⅱ的底板交替作用于移动装置的前车轮Ⅰ和后车轮Ⅰ、前车轮Ⅱ和后车轮Ⅱ，实现移动装置跨垄运动，立板内侧水平设置有滑轨Ⅰ，可与移动装置的旋转接头滑动连接，立板外侧前后两端分别旋转连接有支撑腿，底板外侧中部旋转连接有支撑腿，用于装置的支撑。

所述移动装置包括可在支撑底座Ⅰ底板上运动的前车轮Ⅰ、后车轮Ⅰ和可在支撑底座Ⅱ底板上运动的前车轮Ⅱ、后车轮Ⅱ，且前车轮Ⅰ与前车轮Ⅱ同轴线连接，后车轮Ⅰ与后车轮Ⅱ同轴线连接，工作时，车轮交替作用在支撑底座Ⅰ和支撑底座Ⅱ构成的两组移动平台上，由前车轮Ⅰ与前车轮Ⅱ、后车轮Ⅰ与后车轮Ⅱ中部分别水平向前和向后设置有前连杆、后连杆，前连杆端部垂直于立板设置有前伸缩杆，后连杆端部垂直于立板设置有后伸缩杆，前伸缩杆两端通过电机设置有前旋转接头Ⅰ和前旋转接头Ⅱ，前旋转接头Ⅰ和前旋转接头Ⅱ与滑轨Ⅰ滑动连接且通过控制可与滑轨Ⅰ脱离，从而实现前旋转接头沿滑轨Ⅰ滑动，同时通过控制前伸缩杆的伸缩实现前旋转接头Ⅰ和前旋转接头Ⅱ与滑轨Ⅰ的连接或脱离，后伸缩杆两端通过电机设置有后旋转接头Ⅰ和后旋转接头Ⅱ，后旋转接头Ⅰ和后旋转接头Ⅱ与滑轨Ⅰ滑动连接且通过控制可与滑轨Ⅰ脱离，从而实现后旋转接头沿滑轨Ⅰ滑动，同时通过控制后伸缩杆的伸缩实现后旋转接头Ⅰ和后旋转接头Ⅱ与滑轨Ⅰ的连接或脱离，由前车轮Ⅰ与前车轮Ⅱ、后车轮Ⅰ与后车轮Ⅱ中部分别竖直向上设置有支撑杆，支撑杆顶端通过水平支架连接，用于承载采摘装置。

所述采摘装置通过支架与移动装置沿垄沟方向滑动连接，实现采摘装置的滑动。

采摘装置包括控制箱、垂直于控制箱向下设置的连接杆、连接杆底部水平设置的托盘和至少一个采摘机械手，托盘用于承载草莓收纳容器，通过摄像头识别采摘目标并控制机械手动作。

所述支撑腿为可根据地形状况调节有效长度的缓冲结构，从而保持支撑装置的水平平稳，优选的，支撑腿包括大腿和与大腿通过旋转关节连接的小腿，通过旋转关节可使小腿根据地形状况调节与大腿的夹角，从而调节支撑腿的有效长度保持支撑装置的底板水平。

所述连接杆底部垂直于垄沟向前和向后分别设置一个采摘机械手，可使采摘机器人位于垄沟中作业时前后同步采摘，提高作业效率。

所述支架上沿垄沟方向设置有滑轨Ⅱ，采摘装置通过滑轨Ⅱ与支架滑动连接，用于实现采摘装置的滑动。

所述底板外侧中部旋转连接的支撑腿向前和向后对称设置，有助于支撑装置的平衡稳定。

所述小腿底部设置有滚轮，可实现支撑装置沿垄沟方向移动。

本发明提供了一种草莓采摘机器人，可替代人工采摘，省时省力，采摘装置不仅可以沿垄沟方向移动，同时能够跨垄移动，特别是在垄沟距离较长的采摘现场，可自动跨垄至下一垄沟进行采摘，以完成采摘装置横向和纵向的移动作业，从而实现垄作草莓的自动化连续采摘。

附图说明

附图1为本发明所述垄作草莓采摘机器人的结构示意图；

附图2为本发明所述移动装置的结构示意图；

附图3为本发明所述移动装置的局部示意图；

附图4为本发明所述支撑底座Ⅰ的结构示意图；

附图5为本发明所述支撑底座Ⅱ的结构示意图。

其中，1-支撑装置，11-支撑底座Ⅰ，12-支撑底座Ⅱ，13-底板，14-立板，15-滑轨Ⅰ，16-支撑腿，17-大腿，18-旋转关节，19-小腿，110-滑轮，2-移动装置，21-前车轮Ⅰ，22-后车轮Ⅰ，23-前车轮Ⅱ，24-后车轮Ⅱ，25-前连杆，26-后连杆，27-前伸缩杆，28-后伸缩杆，29-电机，210-前旋转接头Ⅰ，211-前旋转接头Ⅱ，212-后旋转接头Ⅰ，213-后旋转接头Ⅱ，214-支撑杆，215-支架，216-滑轨Ⅱ，3-采摘装置，31-控制箱，32-连接杆，33-托盘，34-机械手。

具体实施方式

如图所示，一种垄作草莓采摘机器人，包括支撑装置1及可在其上运动的移动装置2、可在移动装置2上滑动的采摘装置3，支撑装置1为移动装置2跨垄运动搭建支撑平台，移动装置2通过驱动车轮在支撑装置底板13上跨垄前后运动，采摘装置3可在支架215上沿垄沟方向滑动。

所述支撑装置1包括水平镜像向内设置的两个L型支撑底座Ⅰ11和与支撑底座Ⅰ11翻转设置的两个L型支撑底座Ⅱ12，两个支撑底座Ⅰ11与对应的支撑底座Ⅱ12构成两组支撑平台，支撑底座Ⅰ11和支撑底座Ⅱ12分别设置有相互垂直的竖向立板14和横向底板13，底板13为移动装置2前后运动提供支撑平台，支撑底座Ⅰ11和支撑底座Ⅱ12的底板13相对设置，且通过翻转支撑底座Ⅰ11与支撑底座Ⅱ12的底板13可至同一水平位置，从而使支撑底座Ⅰ11和支撑底座Ⅱ12的底板13交替作用于移动装置2的前车轮Ⅰ21和后车轮Ⅰ22、前车轮Ⅱ23和后车轮Ⅱ24，实现移动装置2跨垄运动，立板14内侧水平设置有滑轨Ⅰ15，可与移动装置2的旋转接头滑动连接，立板14外侧前后两端分别旋转连接有支撑腿16，底板13外侧中部旋转连接有支撑腿16，用于装置的支撑。

所述移动装置2包括可在支撑底座Ⅰ底板13上运动的前车轮Ⅰ21、后车轮Ⅰ22和可在支撑底座Ⅱ底板13上运动的前车轮Ⅱ23、后车轮Ⅱ24，且前车轮Ⅰ21与前车轮Ⅱ23同轴线连接，后车轮Ⅰ22与后车轮Ⅱ24同轴线连接，工作时，车轮交替作用在支撑底座Ⅰ11和支撑底座Ⅱ12构成的两组移动平台上，由前车轮Ⅰ21与前车轮Ⅱ23、后车轮Ⅰ22与后车轮Ⅱ24中部分别水平向前和向后设置有前连杆25、后连杆26，前连杆25端部垂直于立板14设置有前伸缩杆27，后连杆26端部垂直于立板14设置有后伸缩杆28，前伸缩杆27两端通过电机29设置有前旋转接头Ⅰ210和前旋转接头Ⅱ211，前旋转接头Ⅰ210和前旋转接头Ⅱ211与滑轨Ⅰ15滑动连接且通过控制可与滑轨Ⅰ15脱离，从而实现前旋转接头沿滑轨Ⅰ15滑动，同时通过控制前伸缩杆27的伸缩实现前旋转接头Ⅰ210和前旋转接头Ⅱ211与滑轨Ⅰ15的连接或脱离，后伸缩杆28两端通过电机29设置有后旋转接头Ⅰ212和后旋转接头Ⅱ213，后旋转接头Ⅰ212和后旋转接头Ⅱ213与滑轨Ⅰ15滑动连接且通过控制可与滑轨Ⅰ15脱离，从而实现后旋转接头沿滑轨Ⅰ15滑动，同时通过控制后伸缩杆28的伸缩实现后旋转接头Ⅰ212和后旋转接头Ⅱ213与滑轨Ⅰ15的连接或脱离，由前车轮Ⅰ21与前车轮Ⅱ23、后车轮Ⅰ22与后车轮Ⅱ24中部分别竖直向上设置有支撑杆214，支撑杆214顶端通过水平支架215连接，用于承载采摘装置3。

所述采摘装置3通过支架215与移动装置2沿垄沟方向滑动连接，实现采摘装置3的滑动。

所述采摘装置3包括控制箱31、垂直于控制箱31向下设置的连接杆32、连接杆32底部水平设置的托盘33和至少一个采摘机械手34，托盘33用于承载草莓收纳容器，通过摄像头识别采摘目标并控制机械手34动作。

所述支撑腿16为可根据地形状况调节有效长度的缓冲结构，从而保持支撑装置1的水平平稳，优选的，支撑腿16包括大腿17和与大腿17通过旋转关节18连接的小腿19，通过旋转关节18可使小腿19根据地形状况调节与大腿17的夹角，从而调节支撑腿16的有效长度保持支撑装置的底板13水平。

所述连接杆32底部垂直于垄沟向前和向后分别设置一个采摘机械手34，可使采摘机器人位于垄沟中作业时前后同步采摘，提高作业效率。

所述支架215上沿垄沟方向设置有滑轨Ⅱ216，采摘装置3通过滑轨Ⅱ216与支架215滑动连接，用于实现采摘装置3的滑动。

所述底板13外侧中部旋转连接的支撑腿16向前和向后对称设置，有助于支撑装置1的平衡稳定。

所述小腿19底部设置有滚轮110，可实现支撑装置1沿垄沟方向移动。

实施例：初始状态时，前旋转接头Ⅰ210、前旋转接头Ⅱ211、后旋转接头Ⅰ212、后旋转接头Ⅱ213均与滑轨Ⅰ15连接，前车轮Ⅰ21与后车轮Ⅰ22作用在支撑底座Ⅰ的底板13上。控制箱31通过滑轨Ⅱ216将采摘机械手34滑动至采摘区域，通过摄像头识别采摘目标并控制机械手34开始作业，并将采摘下的草莓放入托盘33上的收纳容器中。通过滑轨Ⅱ216可实现机械手34沿垄沟方向的小范围移动，通过小腿19底部设置的滚轮110可实现支撑装置1沿垄沟方向的大范围移动。当支撑装置1进行跨垄运动时，控制后伸缩杆28的伸缩实现后旋转接头Ⅱ213与滑轨Ⅰ15脱离，通过电机29控制前旋转接头Ⅱ211转动，从而实现支撑底座Ⅱ12的翻转，直至支撑底座Ⅱ12的底板翻转至与支撑底座Ⅰ11的底板在同一水平位置，同时支撑底座Ⅱ12的支撑腿16跨垄翻转至下一垄沟内。支撑腿16根据地形状况通过旋转关节18调节小腿19与大腿17的夹角从而保持支撑装置的底板13水平，然后驱动车轮使移动装置2在支撑装置的底板13上向前运动，后旋转接头Ⅱ213随着移动装置2运动至支撑底座Ⅱ12上通过控制后伸缩杆28的伸缩继续实现与滑轨Ⅰ15连接。运动过程中移动装置2由前车轮Ⅰ21与后车轮Ⅰ22作用在支撑底座Ⅰ的底板13上过渡到前车轮Ⅱ23与后车轮Ⅱ24作用在支撑底座Ⅱ的底板13上。当移动装置2完全运动至支撑底座Ⅱ的底板13上后，通过电机29控制后旋转接头Ⅰ212转动，从而实现支撑底座Ⅰ11的翻转，直至支撑底座Ⅰ11的底板翻转至前车轮Ⅰ21与后车轮Ⅰ22的上方，此时可控制采摘装置2继续在垄沟中作业。待在该垄沟作业完成后，通过控制前伸缩杆27的伸缩实现前旋转接头Ⅰ210与滑轨Ⅰ15连接，控制后伸缩杆28的伸缩实现后旋转接头Ⅰ212与滑轨Ⅰ15脱离。然后通过电机29控制前旋转接头Ⅰ210转动，从而实现支撑底座Ⅰ11的翻转，直至支撑底座Ⅰ11的底板翻转至与支撑底座Ⅱ12的底板在同一水平位置，同时支撑底座Ⅰ11的支撑腿16跨垄翻转至下一垄沟内。驱动车轮使移动装置2在支撑装置的底板13上向前运动，后旋转接头Ⅰ212随着移动装置2运动至支撑底座Ⅰ11上通过控制后伸缩杆28的伸缩继续实现与滑轨Ⅰ15连接。运动过程中移动装置2由前车轮Ⅱ23与后车轮Ⅱ24作用在支撑底座Ⅱ的底板13上过渡到前车轮Ⅰ21与后车轮Ⅰ22作用在支撑底座Ⅰ的底板13上。当移动装置2完全运动至支撑底座Ⅰ的底板13上后，通过电机29控制后旋转接头Ⅱ214转动，从而实现支撑底座Ⅱ12的翻转，直至支撑底座Ⅱ12的底板翻转至前车轮Ⅱ23与后车轮Ⅱ24的上方，此时可控制采摘装置2继续在垄沟中作业。