CN108575317B - 一种水果采摘设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水果采摘设备，包括：存储箱体、升降机构、机械臂、采摘执行机构、定位机构、收集管，存储箱体安装上述升降机构，升降机构上安装上述的机械臂，机械臂上设置采摘执行机构，采摘执行机构上设置定位机构，上述的采摘执行机构通过上述收集管与上述的存储箱体连通。本发明通过机械臂、升降机构及采摘执行机构的协同作用，能够采摘处于不同高度位置的水果，同时，还通过定位机构对所采摘的水果进行识别定位，以便于调整采摘执行机构的高度，使设备能够在适当的位置采摘水果，有效的提高了该水果采摘设备的实用性。

Description

一种水果采摘设备

技术领域

本发明涉及农业采摘机械设备技术领域，尤其涉及一种水果采摘设备。

背景技术

目前，随着市场经济的发展，水果产业也随之进入了蓬勃的发展阶段。人口的增加和城镇化水平的提高，推动了水果直接消费量的增加。随着消费者对水果加工制品需求扩大、水果加工水平提升、水果产业链延长，水果加工消费量将显著增加。因此，研究开发农业机器人特别是水果采摘机器人的意义愈发重要。

随着计算机技术和自动控制技术迅速发展，人工智能技术也越来越热。机器人慢慢的进入了农业生产领域中，有望代替工人进行高效的生产工作。从20世纪80年代中期开始，以日本为代表的发达国家在采摘机器人的研究上做了大量的工作，试验成功了多种具有人工智能的收获采摘机器人，如番茄采摘机器人、黄瓜收获机器人、西瓜收获机器人和柑橘采摘机器人等。虽然我国与国外在这方面有些差距，但是也已经取得了一定的成效。

在实际果实生产中，采摘作业要求机器人能够代替工人采摘，不仅能减轻劳动强度，消除工人在果树上采摘危险性，还能够提高采摘的效率。但是在机器人实际采摘过程中，需要解决对果实的识别定位并能够高效剪切的问题，一套设备能够采摘不同高度的果实的问题，在全自动化采摘过程能够储存采摘下来的果实的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够用于识别定位且高效剪切水果的采摘设备，以实现机械采摘代替人工采摘过程。

本发明的另一目的在于提供一种能够采摘不同高度且能够存储所采摘水果的水果采摘设备，以便于实现对处于不同高度的水果进行机械采摘存储。

针对上述目的，本发明公开了一种水果采摘设备，包括存储箱体、升降机构、机械臂、采摘执行机构、定位机构、收集管，存储箱体上安装上述的升降机构，升降机构上安装上述的机械臂，机械臂上设置上述的采摘执行机构，采摘执行机构上设置上述的定位机构，上述的采摘执行机构通过上述的收集管与上述的存储箱体连通。

进一步的，上述采摘执行机构包括两片刀片、两个夹具、电动执行机构、套盒；上述两片刀片分别与上述两个夹具固定连接，上述夹具安装于上述电动执行机构上，上述电动执行机构与所述套盒连接，上述套盒通过收集管与存储箱体连通。

其中，上述的两片刀片平面相对安置，上述刀片为圆弧形刀片。

进一步的，上述套盒的上端设置一V型开口，用于阻挡切割的果茎进入上述收集管。

进一步的，上述套盒的底部设置第一圆形开口，以使上述套盒通过上述第一圆形开口与上述的收集管连通。

进一步的，上述定位机构包括视觉识别传感器、距离传感器，上述距离传感器包括：第一距离传感器、第二距离传感器、第三距离传感器；视觉识别传感器安装于上述电动执行机构之上，第一距离传感器、第二距离传感器分别安装于上述套盒的外壁，第三距离传感器安装于上述套盒的内壁。

进一步的，上述存储箱体包括抽屉、挡板、第二圆形开口，第二圆形开口与上述收集管连通；挡板安装于上述第二圆形开口与上述升降机构之间；抽屉安装于上述挡板之下。

进一步的，上述水果采摘设备还包括滚轮、滚轮驱动机构、压力传感器，滚轮安装于上述抽屉底部，滚轮驱动机构安装于上述抽屉的内部，压力传感器安装于上述抽屉内部靠近上述升降机构的一侧。

进一步的，上述水果采摘设备还包括报警铃，上述报警铃安装于上述存储箱体的外壁。

进一步的，上述水果采摘设备还包括法兰，法兰用于将采摘执行机构与机械臂固定连接。

进一步的，上述水果采摘设备还包括移动机构，移动机构安装于上述存储箱体之下。

本发明的有益效果是：

1、本发明通过机械臂、升降机构及采摘执行机构的协同作用，能够采摘处于不同高度位置的水果；同时，还通过定位机构对所采摘的水果进行识别定位，以便于调整采摘执行机构的高度，使设备能够在适当的位置采摘水果，有效的提高了该水果采摘设备的实用性。

2、本发明通过在套盒的上端开设一V型开口，以及采用圆弧形的刀片，能够使在采摘水果的过程中避免水果的果茎经套盒进入收集管，以避免在水果收集的过程因果茎造成果实的损伤。

3、本发明通过将所采摘的水果通过收集管收集在存储箱体内，而不是经过机械臂或采摘执行机构进行水果的回收过程，能够有效的减少采摘时间，提高采摘效率。

4、本发明的采摘设备中采用滚轮、滚轮驱动机构以及压力传感器的协同作用，能够使经收集管收集的水果不堆积在存储箱体的固定位置，且通过滚轮驱动机构合理控制滚轮的速度，使水果在滚动的过程中减少因摩擦造成的损伤。

附图说明

图1为本发明的一种水果采摘设备的组成结构图；

图2为本发明的一种水果采摘设备中距离传感器位置结构图；

图3为本发明的一种水果采摘设备中的存储装置示意图；

图4为本发明的一种水果采摘设备中的移动装置示意图；

其中，1-套盒，2-刀片，3-夹具，4-电动执行机构，5-视觉识别传感器，6-法兰，7-挡板，8-机械臂，9-升降机构，10-存储箱体，11-报警铃，12-移动机构，13-抽屉，14-收集管，15-第一距离传感器，16-第三距离传感器，17-滚轮驱动机构，18-滚轮，19-压力传感器，20-第二圆形开口。

具体实施方式

以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。

实施例一

参照图1，本实施例提供了一种水果采摘设备，包括采摘执行机构、机械臂8、定位机构、升降机构9、存储箱体5、收集管14，存储箱体上安装上述的升降机构，升降机构上安装上述的机械臂，机械臂上设置上述的采摘执行机构，采摘执行机构上设置上述的定位机构，上述的采摘执行机构通过上述的收集管与上述的存储箱体连通。

具体如下：

采摘执行机构，包括套盒1、刀片2、夹具3、电动执行机构4；上述的刀片数量为两片，上述夹具3数量也是两个，且两片刀片分别固定于两个夹具上；上述夹具3安装于上述电动执行机构上，上述电动执行机构与上述套盒连接；其中，上述两片刀片平面相对放置，且两片刀片均是圆弧形刀片。

定位机构，参照图1及图2，包括视觉识别传感器5、第一距离传感器15、第二距离传感器、第三距离传感器16；上述视觉识别传感器安装于上述电动执行机构之上，用于识别定位所需采摘水果的位置及水果的姿态，以便于调整位置利用刀片剪切果茎；第一距离传感器安装上述套盒的外壁，第二距离传感器安装于第一距离传感器相对应的套盒另一侧的外壁；上述第三距离传感器安装于上述套盒靠近机械臂一端的内壁。

升降装置9，该升降装置与机械臂8连接，且安装于上述存储装置之上，其是用于根据感应的距离及对水果的视觉识别结果进行调整采摘高度。

存储箱体10包括抽屉13、挡板7，该存储箱体的内部形成有容纳空间，上述抽屉安装于该存储箱体的底部，用于存储收集经收集管流入的水果；挡板7安装在存储箱体上，用于将升降结构与收集管隔开，避免经收集管流入存储箱体的水果碰到升降装置造成水果损伤。其中，报警铃11安装于上述存储箱体的外壁，用于当该水果采摘设备停止采摘作业时响铃报警以提示操作人员回收抽屉内的水果。

移动机构12，参照图1及图4，该移动机构安装于上述存储箱体之下，用于移动位置以便于采摘水果，且该移动机构采用市场上通用的履带轮，使其可以适应山地道路得复杂状况。

法兰6，法兰6用于将上述采摘执行机构与机械臂固定连接。

具体的实施步骤为：1、将该水果采摘设备利用移动机构移动到水果果树附近，经视觉识别传感器识别果树上水果的位置以及水果所处的位置环境；启动升降机构调整采摘的高度，优选从下至上进行采摘；2、根据果实的位置高度调整机械臂，后将套盒慢慢靠近水果并旋转套盒使其将水果套入其中，在利用第一距离传感器、第二距离传感器及第三距离传感器感应水果在套盒内距离套盒内侧的距离，使在果实达到预设距离后停止机械臂的运行；3、将下拉水果以将水果的果茎暴露，启动电动执行机构使刀片切割果茎，使水果经收集管流入存储装置，其挡板能够避免水果流出存储装置以避免水果碰撞升降机构造成损伤；4、当存储箱体内部的抽屉装满水果时，该水果采摘设备会停止操作，同时报警铃会发出提示音，以提醒操作人员回收抽屉内的水果。

本实施例中的水果采摘设备通过机械臂、升降机构及采摘执行机构的协同作用，能够采摘处于不同高度位置的水果，同时，还通过定位机构对所采摘的水果进行识别定位，以便于调整采摘执行机构的高度，使设备能够在适当的位置采摘水果，有效的提高了该水果采摘设备的实用性。另外，还将所采摘的水果通过收集管收集在存储箱体内，而不是经过机械臂或采摘执行机构进行水果的回收过程，能够有效的减少采摘时间，提高采摘效率。

实施例二

参照图1，本实施例提供了一种水果采摘设备，包括采摘执行机构、机械臂8、定位机构、升降机构9、存储箱体5、收集管14，存储箱体上安装上述的升降机构，升降机构上安装上述的机械臂，机械臂上设置上述的采摘执行机构，采摘执行机构上设置上述的定位机构，上述的采摘执行机构通过上述的收集管与上述的存储箱体连通。

具体如下：

采摘执行机构，包括套盒1、刀片2、夹具3、电动执行机构4；上述的刀片数量为两片，上述夹具3数量也是两个，且两片刀片分别固定于两个夹具上；上述夹具3安装于上述电动执行机构上，上述电动执行机构与上述套盒连接；其中，上述两片刀片平面相对放置，且两片刀片均是圆弧形刀片。

其中，上述两片刀片平面相对放置，且两片刀片均是圆弧形刀片；参照图2，上述套盒的上端设置一V型开口，以避免切割的果茎流入收集管造成水果损伤；套盒的下端设置第一圆形开口，以便于将收集管通过第一圆形开口与套盒连通，使切割后的水果经第一圆形开口进入收集管。

其中，套盒的材料优选为塑料，且其内壁为橡胶材料，以避免水果碰壁造成损伤；收集管为弹簧塑料管且内壁光滑，以便于在水果顺利流入存储箱体的基础上保证在收集管阶段水果无损伤。

定位机构，参照图1及图2，包括视觉识别传感器5、第一距离传感器15、第二距离传感器、第三距离传感器16；上述视觉识别传感器安装于上述电动执行机构之上，用于识别定位所需采摘水果的位置及水果的姿态，以便于调整位置利用刀片剪切果茎；第一距离传感器安装上述套盒的外壁，第二距离传感器安装于第一距离传感器相对应的套盒另一侧的外壁；上述第三距离传感器安装于上述套盒靠近机械臂一端的内壁。

升降装置9，该升降装置与机械臂8连接，且安装于上述存储装置之上，其是用于根据感应的距离及对水果的视觉识别结果进行调整采摘高度。

存储箱体10，参照图1及图3，包括抽屉13、挡板7以及第二圆形开口20；存储箱体内部形成容纳空间，上述抽屉安装于箱体内部容纳空间的底部，用于存储经收集管流入的水果；上述第二圆形开口与上述收集管连接，以使收集管内的水果流入存储箱体内；挡板7与上述存储箱体连接，且挡板安装于上述第二圆形开口与升降机构之间，用于将升降机构与收集管隔开，避免经收集管流入存储箱体的水果碰到升降机构造成水果损伤。其中，报警铃11安装于上述存储箱体的外壁，用于当该水果采摘设备停止采摘作业时响铃报警以提示操作人员回收抽屉内的水果。

移动机构12，参照图1及图4，该移动机构安装于上述存储箱体之下，用于移动位置以便于采摘水果，且该移动机构采用市场上通用的履带轮，使其可以适应山地道路得复杂状况。

法兰6，法兰用于将上述采摘执行机构与机械臂固定连接。

进一步的，参照图3，上述水果采摘设备还包括滚轮18、滚轮驱动机构17、压力传感器19，滚轮安装于所述抽屉底部，滚轮驱动机构安装于抽屉的内部，压力传感器安装于所述抽屉内部靠近升降机构的一侧，用于感应抽屉因水果的堆积所形成的压力，以便于及时停止采摘操作避免过多的采摘水果。

具体的实施步骤为：1、将该水果采摘设备利用移动机构移动到水果果树附近，经视觉识别机构识别果树上水果的位置以及水果所处的位置环境；启动升降机构调整采摘的高度，优选从下至上进行采摘；2、根据果实的位置高度调整机械臂，后将套盒慢慢靠近水果并旋转套盒，使其V型开口平面垂直于水果的果茎，然后其移动套盒使水果套入其中，在利用第一距离传感器、第二距离传感器及第三距离传感器感应水果在套盒内距离套盒内侧的距离，使在果实达到预设距离后停止机械臂的运行；3、旋转套盒使其上平面与下平面平行后下拉水果以将水果的果茎暴露，启动电动执行机构使刀片切割果茎，使水果经第一圆形开口进入收集管，并流入存储箱体，其挡板能够避免水果流出存储箱体同时以避免水果碰撞升降机构造成损伤；4、经第二圆形开口进入抽屉的水果会通过滚轮移动位置，避免水果堆积在第二圆形开口的位置，防止水果溢出。5、当抽屉内设置的压力传感器感应的压力达到一定值后，该水果采摘设备会停止操作，同时报警铃会发出提示音，以提醒操作人员回收抽屉内的水果。

本实施例中的水果采摘设备通过机械臂、升降机构及采摘执行机构的协同作用，能够采摘处于不同高度位置的水果，同时，还通过定位机构对所采摘的水果进行识别定位，以便于调整采摘执行机构的高度，使设备能够在适当的位置采摘水果，有效的提高了该水果采摘设备的实用性。

本实施例还通过在套盒的上端开设一V型开口，以及采用圆弧形的刀片，能够使在采摘水果的过程中避免水果的果茎经套盒进入收集管，以避免在水果收集的过程因果茎造成果实的损伤。另外，还将所采摘的水果通过收集管收集在存储箱体内，而不是经过机械臂或采摘执行机构进行水果的回收过程，能够有效的减少采摘时间，提高采摘效率。

本实施例的水果采摘设备中采用滚轮、滚轮驱动机构以及压力传感器的协同作用，能够使经收集管收集的水果不堆积在存储箱体的固定位置，且通过滚轮驱动机构合理控制滚轮的速度，使水果在滚动的过程中避免因摩擦造成的损伤。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种水果采摘设备，其特征在于，包括存储箱体、升降机构、机械臂、采摘执行机构、定位机构、收集管，存储箱体上安装所述的升降机构，升降机构上安装所述的机械臂，机械臂上设置所述的采摘执行机构，采摘执行机构上设置所述的定位机构，所述的采摘执行机构通过所述的收集管与所述的存储箱体连通；

所述采摘执行机构包括两片刀片、两个夹具、电动执行机构、套盒；所述两片刀片分别与所述两个夹具固定连接，所述夹具安装于所述电动执行机构上，所述电动执行机构与所述套盒连接，所述套盒通过所述收集管与所述存储箱体连通；

所述定位机构包括视觉识别传感器、距离传感器，所述距离传感器包括：第一距离传感器、第二距离传感器、第三距离传感器；所述视觉识别传感器安装于所述电动执行机构之上，所述第一距离传感器、第二距离传感器分别安装于所述套盒的外壁，所述第三距离传感器安装于所述套盒的内壁。

2.如权利要求1所述的一种水果采摘设备，其特征在于，所述套盒的上端设置一V型开口，用于阻挡切割的果茎进入所述收集管。

3.如权利要求2所述的一种水果采摘设备，其特征在于，所述套盒的底部设置第一圆形开口，以使所述套盒通过所述第一圆形开口与所述收集管连通。

4.如权利要求1所述的一种水果采摘设备，其特征在于，所述存储箱体包括抽屉、挡板、第二圆形开口，所述第二圆形开口与所述收集管连通；所述挡板安装于所述第二圆形开口与所述升降机构之间；所述抽屉安装于所述挡板之下。

5.如权利要求4所述的一种水果采摘设备，其特征在于，还包括滚轮、滚轮驱动机构、压力传感器，所述滚轮安装于所述抽屉底部，所述滚轮驱动机构安装于所述抽屉的内部，所述压力传感器安装于所述抽屉内部靠近升降机构的一侧。

6.如权利要求1所述的一种水果采摘设备，其特征在于，还包括报警铃，所述报警铃安装于所述存储箱体的外壁。

7.如权利要求1所述的一种水果采摘设备，其特征在于，还包括法兰，所述法兰用于将所述采摘执行机构与所述机械臂固定连接。

8.如权利要求1-7任一项所述的一种水果采摘设备，其特征在于，还包括移动机构，所述移动机构安装于所述存储箱体之下。

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