CN109845491A - 利用双臂苹果采摘圆形分级收集机器人的采摘分级方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种利用双臂苹果采摘圆形分级收集机器人的采摘分级方法,1)中央控制器控制机器人运行至采摘目的地;2)采摘作业;模仿人类的采摘动作完成果实的采摘任务;3)果实分级;一般果实经由常规通道直接穿过梯形果实自动分级器进入一个果实收集箱内;较大的果实经由常规通道到达梯形果实自动分级器,由分级器分级处理后,进入另一个果实收集箱;4)果实分级器复位;5)果实收集箱整理与更换;中央控制器控制三坐标系移动系总成动作,实现果实在果实收集箱中按照既定位置摆放,其中一个果实收集箱收集满后,采摘停止,更换果实收集箱后,进行新的采摘作业。该方法适应能力强,运动灵活,安全可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种机器人技术,尤其是一种利用双臂苹果采摘圆形分级收集机器人的采摘分级方法。
背景技术
水果采摘耗时,耗力,为了保证水果质量,需要适时采摘。目前,我国水果采摘主要通过手工完成,要在短时间内采摘所有水果必须投入大量人力,物力,且采摘劳动强度大。随着机器人技术的进步和现代高效农业的不断发展,机器人取代传统的农业机械是大势所趋。水果采摘机器人是发展现代化农业生产的主要手段之一,果实采摘机器人不仅应具备准确识别成熟果实及准确定位的功能,还能快速规划出合适的采摘路径,实现快速自主采摘。
中国专利文献201410159419.1公开了一种双臂水果采摘机器人及水果采摘方法。双臂水果采摘机器人包括果实采摘机械装置和控制***。果实采摘机械装置包括左机械臂,右机械臂,左末端执行器,右末端执行器,移动平台,果篮。左机械臂和右机械臂结构相同,分别安装于移动平台的左侧和右侧。左机械臂和右机械臂分别完成将左末端执行器和右末端执行器送到指定采摘点工作。左末端执行器和右末端执行器结构相同,分别安装于左机械臂和右机械臂前端。左末端执行器和右末端执行器分别完成机器人行进方向左侧和右侧果树水果获取,回收工作。控制***完成机器人导航,行走和采摘的控制任务。本发明还公开了一种双臂水果采摘机器人的水果采摘方法,机械臂分采摘点进行采摘,一个采摘点可实现多个果实连续分别采摘。该专利申请技术双臂单独作业,不能实现果实的自动分级收集。
中国专利申请201810949753.5公开了一种智能采摘机器人,包括:升降杆,所述升降杆包括主体杆及滑轨,所述滑轨设于所述主体杆;取果钳组件,所述取果钳组件包括钳体及驱动装置,所述钳体与所述滑轨滑动连接,所述驱动装置用于驱动所述钳体沿所述滑轨的延伸方向运动;果桶,所述果桶包括桶体,活动板,弹性件及钥匙块,所述桶体与所述滑轨滑动连接,且所述桶体的开口朝向所述钳体,所述活动板设于所述桶体内,所述弹性件弹性连接所述活动板与所述桶体,所述钥匙块固设于所述活动板,且所述活动板覆盖所述弹性件与所述钥匙块;自动锁止件,所述自动锁止件包括转动件,转轴,支撑件,滑道结构,卡块,弹簧及锁止块,所述转动件通过所述转轴与所述主体杆转动连接,所述转动件的一端与所述桶体抵接,所述支撑件位于所述主体杆内,且与所述主体杆连接,所述滑道结构与所述支撑件连接,所述转动件上形成有锁止通道,所述卡块的一端***所述锁止通道,所述卡块的另一端滑入所述滑道结构,且与所述滑道结构抵接,所述弹簧弹性连接所述卡块的另一端与所述支撑件,所述锁止块贯穿所述桶体,并伸入所述锁止通道,且所述锁止块朝向所述钥匙块设置;其中,所述锁止块的长度等于所述锁止通道的长度,所述钥匙块的长度大于或者等于所述卡块的长度。该专利申请技术不具有视觉定位功能,且不能实现果实的自动分级收集。
中国专利申请201710857174.3公开了一种基于机器视觉的智能水果采摘机器人,包括控制***及与其分别连接的行走机构,采摘机械手,视觉***,电源***,控制***,电源***与行走机构固定连接,采摘机械手为四自由度关节型机械手且通过底座与行走机构固定连接,视觉***的视觉传感器固定设置于采摘机械手的腕部上方,视觉***的视觉控制模块与控制***集成并与视觉传感器信号连接,视觉控制模块用于基于图像分割的全卷积网络图像处理技术对视觉传感器的图像进行目标定位识别,视觉控制模块将目标定位信息传给控制***,控制***控制行走机构移动和/或机械手摘取水果。该专利申请技术视觉***的视觉传感器固定设置于采摘机械手的腕部上方,由于枝干树叶的遮挡,采摘可达域受限;并且该专利申请技术没有果实传输***,从采摘到收集均由单一机械手完成,采摘效率较低。
中国专利申请201611222939.8公开了一种基于机器视觉的水果采摘机器人,它包括车架,广角相机,机械爪,所述车架底部设有蓄电池,所述车架左右两侧设有左前轮,左后轮,右后轮和右前轮,所述车架上设有广角相机,所述广角相机正下方设有图像处理装置,通过机器视觉来实现果品的自动识别,通过广角相机和前置摄像头相互配合来实现果品的精确采摘,解决了双目相机三维重构的精度和效率的不足,实现了实时处理信息,可以对果品进行快速采摘。该专利申请技术解决了双目相机三维重构的精度和效率的不足,实现了实时信息处理,但是由于枝干树叶的遮挡,采摘可达域受限,且没有果品收集装置,不能独立完成采摘作业。
中国专利申请201811099973.X公开了一种水果采摘分级装箱机器人,包括机架,所述机架的两侧安装有履带行进轮,所述机架内安装有用于驱动履带行进轮转动的驱动装置;所述机架的左右两侧分别沿竖直方向安装有左侧板和右侧板,所述左侧板和右侧板之间安装有水平横板,其特征在于,所述水平横板上在靠近前端处安装有左清理机构和右清理机构,所述水平横板上在所述左清理机构和右清理机构的出口处沿垂直于机架的长度方向分别安装有用于输送包装盒体的左传送带和右传送带,所述左侧板和右侧板上分别设有用于向左传送带和右传送带上放置包装盒体的投放口;所述左侧板和右侧板之间架设有用于将水果从左清理机构的出口抓取放置到位于左传送带上的包装盒体内,以及将水果从右清理机构的出口抓取放置到位于右传送带上的包装盒体内的抓取机构;所述水平横板上在靠近其后端处沿机架的长度方向安装有与左传送带配合的左后传送带,与右传送带配合的右后传送带;所述水平横板上在左清理机构和左传送带之间设有用于将左传送带上的包装盒体推送至左后传送带上的左推送机构,在右清理机构和右传送带之间设有用于将右传送带上的包装盒体推送至右后传送带上的右推送机构;所述左侧板和右侧板之间架设有用于给位于左后传送带上的包装盒体,以及位于右后传送带上的包装盒体封盖的包装机构;所述左侧板上安装有用于采摘水果并且根据水果大小将水果放置到左清理机构和右清理机构内的采摘机构,所述采摘机构上安装有用于控制采摘机构和驱动装置的智能摄像头。该专利申请技术智能摄像头安装在采摘机构上,由于枝干树叶的遮挡,采摘可达域受限;并且,该专利申请技术没有果实传输***,从采摘到收集均由单一机械手完成,采摘效率较低。
上述采摘机器人均可用于苹果采摘,由于采用单臂单独作业,没有充分考虑枝干树叶的遮挡,采摘可达域受限。
发明内容
本发明的目的是为克服上述现有苹果采摘机器人技术的不足,提供一种适应能力强,运动灵活,安全可靠的利用双臂苹果采摘圆形分级收集机器人的采摘分级方法。
为实现上述目的,本发明采用下述技术方案:
一种利用双臂苹果采摘圆形分级收集机器人的采摘分级方法,所述双臂苹果采摘圆形分级收集机器人包括自主移动平台,自主移动平台上部中心位置安装有机器人本体,机器人本体的顶部安装有双目视觉传感器机构,机器人本体前面设置有与其相配合的果实传输分级收集***;自主移动平台上还设置有蓄电池组,蓄电池组上部安装有中央控制器,蓄电池组为机器人本体和自主移动平台上的所有电机、传感器以及中央控制器提供动力;中央控制器是整个机器人的控制中心,控制所有电器元件工作;
所述果实传输分级收集***包括由上下两部分组成的果实传输通道,上下两部分之间设置有与其相对应的圆形果实自动分级器,上部分果实传输通道和下部分果实传输通道的上端均通过支撑装置安装于机器人本体前侧面上,圆形果实自动分级器安装于支撑装置上,下部分果实传输通道的中间安装于三坐标移动***总成上,果实传输通道的末端延伸至设置于自主移动平台上的果实收集箱内,三坐标移动***总成底部安装于自主移动平台上,果实收集箱对应设置于三坐标移动***总成的门式框架下方;
所述圆形果实自动分级器包括基座,基座上相对设置有两组圆环体,每组圆环体均由相对的两个半圆环体组成,并能够通过安装在基座上的驱动舵机实现两个半圆环体的开合;
具体采摘分级步骤如下:
1)中央控制器根据双目视觉传感器机构反馈的路面信息,控制机器人自主移动平台运动,实现自动平稳运行至采摘目的地;
根据速度传感器和旋转编码器的反馈信息调整机器人自主移动平台驱动电机的转速和转向电机角位移,控制机器人自主移动平台的运行速度和转向角,实现机器人平稳运行;
2)采摘作业;到达指定的采摘目的地时,双臂采摘机器人本体模仿人类的采摘动作完成果实的采摘任务;
双臂采摘机器人本体左侧的采摘机械臂和采摘手爪与右侧的采摘机械臂和推挡手爪配合完成果实抓取任务,中央控制器根据双目视觉传感器反馈的成熟果实的位置信息,规划两个机械臂的运动路径,到达目标位置后,根据三个采摘手爪手指的采摘手指触觉传感器及采摘手爪与采摘机械臂末端连接处的六维力传感器的反馈信息,控制采摘手指的输出力矩,使采摘手爪生成合适的抓取力;根据推挡手爪与采摘机械臂末端连接处的六维力传感器的反馈信息,调整与推挡手爪相连的采摘机械臂各关节的输出力矩,产生合适推挡力,完成类人采摘动作;
3)果实分级;一般果实经由常规通道直接穿过梯形果实自动分级器进入与其相对应的一个果实收集箱内;较大的果实经由常规通道到达梯形果实自动分级器,由分级器分级处理后,进入另一个果实收集箱;
采摘机械臂和采摘手爪将采摘后的果实放入果实传输分级收集***,一般果实经由第一通道,直接穿过圆形果实自动分级器经由第三通道、第五通道进入与其相对应的一个果实收集箱内;较大的果实经由第一通道到达圆形果实自动分级器时,被第一通道下面对应的近似圆环卡住,在果实重力作用下,圆形果实自动分级器的轻弹簧被压缩,果实分级器基座下降,果实分级器基座齿轮轴上的齿轮与圆形果实自动分级器驱动电机的输出齿轮啮合,中央控制器控制圆形果实自动分级器驱动电机转动,同步带动果实分级器旋转180度后,中央控制器控制与第二通道相对应的果实分级器驱动舵机输出齿轮轴驱动所对应的果实分级器的一个半圆环的齿轮旋转,带动相啮合的另一个半圆环的齿轮同步旋转,从而使该近似圆环的两个半圆环张开,果实进入第二通道,经由第四通道进入另一个果实收集箱;
4)果实分级器复位;果实离开果实分级器之后,果实分级器恢复至初始状态,在果实分级器复位之前,不允许新果进入果实传输第一通道;
果实离开果实分级器之后,轻弹簧复位;同时果实分级器基座齿轮轴上的齿轮与圆形果实自动分级器驱动电机的输出齿轮分离;然后,与第二通道相对应的果实分级器驱动舵机输出齿轮轴驱动相对应的果实分级器齿轮反向旋转,带动与其相啮合果实分级器齿轮反向旋转,从而使该近似圆环的两个半圆环闭合,恢复至初始状态;
5)果实收集箱整理与更换;中央控制器控制三坐标系移动***总成动作,实现果实在果实收集箱中按照既定位置摆放,其中一个果实收集箱收集满后,采摘停止,更换果实收集箱后,进行新的采摘作业;
中央控制器根据各内置旋转编码器的反馈数值,控制三坐标移动***总成中两个Y轴方向驱动电机,两个X轴方向驱动电机,两个Z轴方向驱动电机的转动,分别拉动第三通道和第二通道伸缩往复运动,实现第五通道和第四通道在两个果实收集箱内的多方位运动,从而将果实按照既定位置摆放;只要任何一个果实收集箱收集满后,采摘作业停止,中央控制器控制机器人自主移动平台将双臂苹果采摘分级收集机器人运送至果实收集箱更换点,将相应的果实收集箱的限位挡板抽出,更换果实收集箱后,再将果实收集箱的限位挡板***,进行新的采摘作业。
本发明中,中央控制器为工控机、单片机或PLC。
双目视觉传感器机构包括双目视觉传感器,双目视觉传感器通过视觉传感器支架固定在机器人本体的顶部。
机器人本体包括安装在自主移动平台上的机座,机座中固定有纵向设置的机身驱动电机,机身驱动电机的输出轴竖直向上,且输出轴与机身的下端固定连接,组成转动副,驱动机身绕三维笛卡尔坐标中Z轴方向转动;机身顶部两侧分别安装有一个采摘机械臂机构。
两个采摘机械臂机构均包括一个与机身相连的采摘机械臂,两个采摘机械臂的前端分别通过六维力传感器安装有采摘手爪机构和推挡手爪。
采摘手爪机构包括采摘手爪,采摘手爪上通过采摘手指基座对称安装有三个采摘手指;每个采摘手指均具有两个以三维笛卡尔坐标中X轴向方向为旋转轴的主动自由度,分别是采摘手指第一转动副和采摘手指第二转动副;
采摘手指具体结构包括采摘手指基座,采摘手指基座上固定有采摘手指第一连杆驱动电机,第一连杆驱动电机输出轴与采摘手指第一连杆下端固连构成采摘手指第一转动副,采摘手指第一连杆上端固定有采摘手指第二连杆驱动电机,第二连杆驱动电机输出轴与采摘手指第二连杆下端固连构成采摘手指第二转动副;采摘手指第一连杆和采摘手指第二连杆的内侧面上分别对应固定有采摘手指第一触觉传感器和采摘手指第二触觉传感器。
采摘机械臂包括一个以三维笛卡尔坐标系Z轴方向为旋转轴的采摘机械臂第一转动副, 两个以三维笛卡尔坐标Y轴方向为旋转轴的主动自由度,分别是采摘机械臂第二转动副和采摘机械臂第四转动副,一个以三维笛卡尔坐标中X轴方向为旋转轴的采摘机械臂第三转动副。
采摘机械臂的具体结构包括一个固定在机身侧面的采摘机械臂第一驱动电机,其输出轴与采摘机械臂第二驱动电机底座固连构成采摘机械臂第一转动副;
采摘机械臂第二驱动电机固定在采摘机械臂第二驱动电机底座上,采摘机械臂第二驱动电机的输出轴与采摘机械臂第一连杆接头固连构成采摘机械臂第二转动副;
采摘机械臂第一连杆的两端分别与采摘机械臂第一连杆接头和采摘机械臂第三驱动电机底座固连;
采摘机械臂第三驱动电机固定在采摘机械臂第三驱动电机底座上,采摘机械臂第三驱动电机的输出轴与采摘机械臂第二连杆接头固连构成采摘机械臂第三转动副;
采摘机械臂第二连杆的两端分别与采摘机械臂第二连杆接头和采摘机械臂第四驱动电机底座固连;
采摘机械臂第四驱动电机固定在采摘机械臂第四驱动电机底座上,其输出轴与采摘机械臂第三连杆接头固连构成采摘机械臂第四转动副;
采摘机械臂第三连杆的一端与采摘机械臂第三连杆接头固连,另一端通过六维力传感器与采摘手爪或推挡手爪相连。
采摘机械臂第一、第二、第三和第四驱动电机均内置旋转编码器。
采摘机械臂第二、四驱动电机底座和采摘机械臂第一、第三连杆接头均呈L型结构,L 型结构两端连接的两个部件分别连接在L型结构的水平部分和竖直部分上。
采摘机械臂第三驱动电机底座和采摘机械臂第二连杆接头均为圆柱形结构。
支撑装置包括第一通道出口连接支撑环、第二通道入口连接支撑环、第三通道入口连接支撑环,安装于机器人本体前侧面上的第一支撑架、第二支撑架和第三支撑架,以及安装于三坐标移动***总成上的第四通道入口支撑环和第五通道入口支撑环。
上部分果实传输通道为第一通道,第一通道为倒锥形螺纹管,其入口端通过第一支撑架固定在机器人本体前侧面上,出口端固定在第一通道出口连接支撑环上,第一通道出口连接支撑环通过第二支撑架固定在机器人本体前侧面上。
下部分果实传输通道为独立的两部分,其中一部分为上端口与第一通道出口端相对应的第三通道,第三通道下端口通过第五通道入口支撑环与第五通道上端口相连通,第五通道下端口伸入至一个果实收集箱内;另一部分包括设置于第三通道一侧的第二通道,第二通道下端口通过第四通道入口支撑环与第四通道上端口相连通,第四通道下端口伸入至另一个果实收集箱内。
第一通道、第二通道、第三通道、第四通道及第五通道均由波纹管构成。
第二、第三通道上端口分别对应固定在第二、第三通道入口连接支撑环上,第二、第三通道入口连接支撑环对称安装于第三支撑架上,第三支撑架固定在机器人本体前侧面上。
第三通道的长度大于第三通道入口连接支撑环到第五通道上端口之间的直线距离;所述第二通道的长度大于第二通道入口连接支撑环到第四通道上端口之间的直线距离;通过增加第二、第三通道的长度,使第二、第三通道始终处于弯曲状态,实现通道内果实的缓冲,减速,增加第二、第三通道的可达位置。
基座中心有一个弹簧支撑装置安装孔,弹簧支撑装置安装孔的四周对称有四个从动轴安装孔,在基座长度方向中心线上从动轴安装孔的外部,有两个以弹簧支撑装置安装孔中心对称的驱动舵机安装孔;
基座的下部设置有一个弹簧固定支撑装置,弹簧固定支撑装置包括底部法兰盘和设置于法兰盘上的竖杆,法兰盘固定于第三支撑架的横梁上,竖杆上由下至上依次套有轻弹簧和基座齿轮轴,竖杆上端穿过弹簧支撑装置安装孔弹簧固定支撑装置锁紧螺母锁紧;轻弹簧下端固定在法兰盘上表面上,上端与基座齿轮轴的下表面固定连接,通过调整弹簧固定支撑装置锁紧螺母的位置,实现轻弹簧的预紧度的调整;第三支撑架的横梁上还设置有圆形果实自动分级器驱动电机,圆形果实自动分级器驱动电机的输出轴上通过顶丝固定有能够与基座齿轮轴上的齿轮相啮合的输出齿轮;
基座上每个从动轴安装孔中穿过一个从动轴,从动轴的上端与位于基座上表面上的旋转轴固定连接,下部穿过基座后其上由上至下依次套装有套筒和齿轮,末端由果实分级器锁紧螺母锁紧;每个旋转轴上均固定连接一个半圆环,位于基座长度方向中心线同一侧两个半圆环相对形成一个近似圆环,组成近似圆环的两个从动轴上的齿轮相啮合;
在基座下表面上,两个驱动舵机的法兰盘分别对应固定在基座的两个驱动舵机安装孔内,驱动舵机的输出齿轮轴上的齿轮与组成近似圆环的其中一个从动轴上的齿轮相啮合,实现驱动近似圆环的打开与闭合。
所述三坐标移动***总成包括两组门式框架,每一组门式框架均包括上中下平行设置的三根横梁和两根竖梁,三根横梁两端分别安装于两根竖梁上,三根横梁上共同设置有横向移动***,横向移动***上安装有竖向移动***,竖梁的底部固定在纵向移动***上,纵向移动***固定于机器人自主移动平台上;横向、纵向和竖向分别与三维笛卡尔坐标系中X轴、Y轴和Z轴相对应。
所述横向移动***包括安装在最上面和最下面横梁前侧面上的X轴方向直线导轨,每根X轴方向直线导轨上均安装有一个X轴方向移动滑块构成直线导轨副;
中间横梁上的安装有X轴方向驱动电机,X轴方向驱动电机输出轴通过联轴器与X轴方向丝杠相连,X轴方向丝杠两端分别通过支撑组件支撑在中间横梁上,X轴方向丝杠上安装有X轴方向螺母构成丝杠螺母副。
所述竖向移动***包括一个倒L型支撑板,所述支撑板侧板背面分别与两个X轴方向移动滑块和X轴方向螺母固定连接;所述支撑板的顶板上安装有Z轴方向驱动电机,Z轴方向驱动电机的输出轴穿过顶板通过联轴器与Z轴方向丝杠相连,Z轴方向丝杠的两端分别通过Z轴方向支撑组件固定于支撑板侧板前面,Z轴方向丝杠两侧对称设置有固定于所述支撑板上的Z轴方向直线导轨,每根Z轴方向直线导轨上均安装有一个Z轴方向滑块构成直线导轨副,Z轴方向丝杠上安装有与两个Z轴方向滑块均固定连接Z轴方向螺母,Z轴方向丝杠与Z轴方向螺母构成丝杠螺母副。
所述第四通道入口支撑环和第五通道入口支撑环对应固定于Z轴方向螺母上。
所述纵向移动***包括与竖梁底部固定连接的Y轴方向滑块,Y轴方向滑块安装于Y轴方向直线导轨上构成直线导轨副,门式框架的其中一根竖梁底部外侧面上安装有Y轴方向驱动电机,Y轴方向驱动电机所在竖梁底部外侧安装有一根与Y轴方向直线导轨平行的齿条, Y轴方向驱动电机的输出齿轮轴上的齿轮与所述齿条啮合;Y轴方向直线导轨和齿条均固定于机器人自主移动平台上。
所述机器人自主移动平台包括板状支架,板状支架下部前端和后端分别安装有转向***和驱动***;与转向***所对应的板状支架上部安装有蓄电池组支撑平台,蓄电池组支撑平台上安装有蓄电池组,蓄电池组上部设置有隔热板,隔热板上固定有中央控制器;与驱动***相对应的板状支架上表面上安装有果实收集箱限位挡板。
所述转向***包括安装在转向支撑架上的转向轮,转向支撑架上端固定安装有转向轴,转向轴上由上至下依次安装有转向轴承和转向从动齿轮,转向轴承通过转向轴承座的法兰盘安装于板状支架下表面上,转向从动齿轮与安装于板状支架上的转向电机的输出齿轮轴上的齿轮啮合;所述转向电机上设有旋转编码器。
所述驱动***包括安装在驱动齿轮轴两端的驱动车轮,驱动齿轮轴上安装有两个驱动轴承,驱动轴承安装于驱动轴承座内,驱动轴承座与固定在板状支架下表面上的轴承座顶盖固定连接;驱动齿轮轴中部的齿轮与安装于板状支架下表面的驱动电机的输出齿轮轴上的齿轮啮合;驱动车轮上安装有速度传感器。
本发明与现有技术相比具有以下特点:
(1)双臂配合作业的类人工采摘模式,采摘效率高;
(2)推挡机械臂作业,可以有效避免枝干树叶对视觉传感器的遮挡;
(3)果实自动分级收集装置可以自动将果品根据大小分级,自动化程度高。
附图说明
图1是本发明的双臂苹果采摘分级收集机器人整体结构示意图;
图2是本发明中双臂苹果采摘机器人本体结构示意图;
图3是本发明中采摘手爪结构示意图;
图4是本发明中采摘机械臂结构示意图;
图5是本发明中果实传输分级收集***结构示意图;
图6是本发明中支撑分级***总成结构示意图;
图7a是本发明中圆形果实自动分级器立体结构示意图;
图7b是本发明中圆形果实自动分级器分解结构示意图;
图8是本发明中三坐标移动***总成整体结构示意图;
图9是本发明中三坐标移动***总成X0方向移动***结构示意图;
图10是本发明中三坐标移动***总成Z0方向移动***结构示意图;
图11a是本发明中机器人自主移动平台立体结构示意图;
图11b是本发明中机器人自主移动平台分解结构示意图;
其中,11.双臂苹果采摘机器人本体,12.蓄电池组,13.隔热板,14.中央控制器,15.视觉传感器支架,16.双目视觉传感器,17.果实传输分级收集***,18.机器人自主移动平台;
21.采摘手爪手指,22.采摘手爪,23.两个六维力传感器,24.采摘机械臂,25.双臂苹果采摘机器人机身,26.采摘机器人第一驱动电机(即机身驱动电机),27.双臂苹果采摘机器人机座,28.推挡手爪;
31.采摘手指基座,32.采摘手指第一连杆,33.采摘手指第一触觉传感器,34.采摘手指第二连杆驱动电机,35.采摘手指第二连杆,36.采摘手指第二触觉传感器,37.采摘手指第二转动副,38.采摘手指第一转动副,39.采摘手指第一连杆驱动电机;
41.采摘机械臂第一驱动电机,42.采摘机械臂第二驱动电机底座,43.采摘机械臂第二驱动电机,44.采摘机械臂第一连杆接头,45.采摘机械臂第一连杆,46.采摘机械臂第三驱动电机底座,47.采摘机械臂第三驱动电机,48.采摘机械臂第二连杆接头,49.采摘机械臂第二连杆,410.采摘机械臂第四驱动电机底座,411.采摘机械臂第四驱动电机,412.采摘机械臂第三连杆接头,413.采摘机械臂第三连杆,414.采摘机械臂第四转动副,415.采摘机械臂第三转动副,416.采摘机械臂第二转动副,417.采摘机械臂第一转动副;
51.果实传输分级收集***第一支撑架,52.果实传输第一通道,53.三坐标移动***总成,54.支撑分级***总成,55.果实传输第二通道,56.果实传输第三通道,57.果实传输第四通道,58.果实收集箱,59.果实传输第五通道;
61.果实传输第三通道入口连接支撑装置(或支撑环),62.圆形果实自动分级器,63. 果实传输第一通道出口连接支撑装置(或支撑环),64.果实传输分级收集***第二支撑架, 65.果实传输分级收集***第三支撑架,66.果实传输第二通道入口连接支撑装置(或支撑环),67.圆形果实自动分级器驱动电机;
71.弹簧固定支撑装置,72.轻弹簧,73.果实分级器基座,74.圆形果实自动分级器第一旋转轴,75.果实承载第一半环,76.果实承载第二半环,77.圆形果实自动分级器第二旋转轴,78.弹簧固定支撑装置锁紧螺母,79.果实分级器第三旋转轴,710.果实承载第三半环,711.果实承载第四半环,712.果实分级器第四旋转轴,713.果实分级器锁紧螺母,714.果实分级器第一齿轮,715.果实分级器驱动舵机,716.果实分级器第一从动轴,717.果实分级器第四从动轴,718.果实分级器第二从动轴,719.果实分级器第三从动轴,720.果实分级器从动轴安装孔,721.弹簧支撑装置安装孔,722.果实分级器驱动舵机安装孔,723. 果实分级器基座齿轮轴,724.果实分级器第三齿轮,725.果实分级器第二齿轮,726.果实分级器套筒,727.果实分级器第四齿轮;
81.Y0方向移动***驱动电机,82.Y0方向移动***驱动电机安装机座,83.Z0方向移动***,84.X0方向移动***,85.门式框架第一横梁,86.门式框架第二横梁,87.门式框架第三横梁,88.门式第一框架,89.齿条,810.Y0方向移动***直线导轨,811.Y0方向移动***滑块,812.门式第二框架,813.门式框架底座;
91.X0方向移动***直线导轨,92.X0方向移动***滑块,93.X0方向移动***丝杠第二支撑组件,94.X0方向移动***螺母,95.X0方向移动***丝杠,96.X0方向移动***丝杠第一支撑组件,97.X0方向移动***联轴器,98.X0方向移动***驱动电机;
101.Z0方向移动***直线导轨,102.Z0方向移动***滑块,103.Z0方向移动***支撑板,104.Z0方向移动***驱动电机,105.Z0方向移动***联轴器,106.Z0方向移动***丝杠第一支撑组件,107.Z0方向移动***丝杠,108.Z0方向移动***螺母,109.波纹管连接装置,1010.Z0方向移动***丝杠第二支撑组件;
111.机器人自主移动平台转向***,112.蓄电池组支撑平台,113.机器人自主移动平台支架,114.果实收集箱X0方向限位挡板,115.果实收集箱Y0方向限位挡板,116.机器人自主移动平台驱动***,117.机器人自主移动平台转向***车轮,118.转向轮车轴,119.转向轮轮毂轴承,1110.转向***支撑架,1111.转向从动齿轮,1112.转向轴承座,1113.第一轴承,1114.机器人自主移动平台转向***安装孔,1115.转向驱动电机安装孔,1116.转向轴,1117.轴承座顶盖,1118.果实收集箱Y0方向限位挡板安装槽,1119. 驱动轮轮毂轴承,1120.轴承座,1121.第二轴承,1122.机器人自主移动平台齿轮轴,1123 速度传感器,1124.机器人自主移动平台驱动***车轮,1125.转向驱动电机,1126.旋转编码器,1127.机器人自主移动平台驱动电机。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等,均仅用以配合说明书所揭示的内容,以供熟悉此技术的人士了解与阅读,并非用以限定本发明可实施的限定条件,故不具技术上的实质意义,任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整,在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下,均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时,本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语,亦仅为便于叙述的明了,而非用以限定本发明可实施的范围,其相对关系的改变或调整,在无实质变更技术内容下,当亦视为本发明可实施的范畴。
本发明中的X0、Y0、Z0是指三维坐标系中横轴方向、纵轴方向和竖轴方向。
如图1所示,本发明的一种双臂苹果采摘圆形分级收集机器人,包括一个双臂苹果采摘机器人本体11,一个蓄电池组12,一个隔热板13,一个中央控制器14,一个视觉传感器支架15,一台双目视觉传感器16,一个果实传输分级收集***17,一个机器人自主移动平台18。
双臂苹果采摘机器人本体11设置于机器人自主移动平台18的中心位置;蓄电池组固定在机器人自主移动平台18的蓄电池组支撑平台112上;隔热板固定在蓄电池组12的上方;中央控制器14固定在隔热板的上方;视觉传感器支架15固定在双臂苹果采摘机器人本体11的双臂苹果采摘机器人机身23上方;双目视觉传感器16安装在视觉传感器支架15 上。
蓄电池组12为双臂苹果采摘分级收集机器人所有电机,传感器,控制器提供动力;所述中央控制器14是整个机器人的控制中心。
如图2所示,本发明的双臂苹果采摘机器人本体11,包括三个采摘手指21,一个采摘手爪22,两个六维力传感器23,两个采摘机械臂24,一个双臂苹果采摘机器人机身25,一个采摘机器人第一驱动电机26,一个双臂苹果采摘机器人机座27,一个推挡手爪28。所述三个采摘手指21的采摘手指基座31对称安装在采摘手爪22上,采摘手爪22和推挡手爪28分别固定在两个采摘机械臂24的末端,连接处均安装六维力传感器23;两个采摘机械臂24分别固定在双臂苹果采摘机器人机身25的两侧;采摘机器人第一驱动电机26安装在双臂苹果采摘机器人基座27上,其输出轴与双臂苹果采摘机器人机身25的下端固连,构成转动副,驱动双臂苹果采摘机器人机身25绕Z0方向的转动。
采摘手指21具有两个以X0方向为旋转轴的主动自由度,分别是采摘手指第一转动副 39和采摘手指第二转动副37。其结构如图3所示,包括一个采摘手指基座31,一个采摘手指第一连杆32,一个采摘手指第一触觉传感器33,一个采摘手指第二连杆驱动电机34,一个采摘手指第二连杆35,一个采摘手指第二触觉传感器36,一个采摘手指第一连杆驱动电机38。所述采摘手指第一连杆驱动电机38固定在采摘手指基座31上,其输出轴与采摘手指第一连杆32固连构成采摘手指第一转动副39;所述采摘手指第二连杆驱动电机34固定在采摘手指第一连杆32上,其输出轴与采摘手指第二连杆35固连构成采摘手指第二转动副37;所述采摘手指第一触觉传感器33固定在采摘手指第一连杆32上,采摘手指第二触觉传感器36固定在采摘手指第二连杆35上。
采摘机械臂22具有一个以Z0方向为旋转轴的采摘机械臂第一转动副417,两个以Y0方向为旋转轴的主动自由度,分别是采摘机械臂第二转动副416和采摘机械臂第四转动副414,一个以X0方向为旋转轴的采摘机械臂第三转动副415。其结构如图4所示,包括一个采摘机械臂第一驱动电机41,一个采摘机械臂第二驱动电机底座42,一个采摘机械臂第二驱动电机43,一个采摘机械臂第一连杆接头44,一个采摘机械臂第一连杆45,一个采摘机械臂第三驱动电机底座46,一个采摘机械臂第三驱动电机47,一个采摘机械臂第二连杆接头48,一个采摘机械臂第二连杆49,一个采摘机械臂第四驱动电机底座410,一个采摘机械臂第四驱动电机411,一个采摘机械臂第三连杆接头412,一个采摘机械臂第三连杆413。所述采摘机械臂第一驱动电机41,采摘机械臂第二驱动电机43,采摘机械臂第三驱动电机47 及采摘机械臂第四驱动电机411均内置旋转编码器;所述采摘机械臂第一驱动电机41固定在双臂苹果采摘机器人机身25的侧面,其输出轴与采摘机械臂第二驱动电机底座42固连构成采摘机械臂第一转动副417;所述采摘机械臂第二驱动电机43固定在采摘机械臂第二驱动电机底座42上,其输出轴与采摘机械臂第一连杆接头44固连构成采摘机械臂第二转动副416;所述采摘机械臂第一连杆45的两端分别与采摘机械臂第一连杆接头44和采摘机械臂第三驱动电机底座46固连;所述采摘机械臂第三驱动电机47固定在采摘机械臂第三驱动电机底座46上,其输出轴与采摘机械臂第二连杆接头48固连构成采摘机械臂第三转动副415;采摘机械臂第二连杆49的两端分别与采摘机械臂第二连杆接头48和采摘机械臂第四驱动电机底座410固连;所述采摘机械臂第四驱动电机411固定在采摘机械臂第四驱动电机底座410上,其输出轴与采摘机械臂第三连杆接头412固连构成采摘机械臂第四转动副414;所述采摘机械臂第三连杆413的一端与采摘机械臂第三连杆接头412固连,另一端通过六维力传感器23与采摘手爪22或推挡手爪28相连。
如图5所示,本发明的果实传输分级收集***17,包括一个果实传输分级收集***第一支撑架51,一个果实传输第一通道52,一个三坐标移动***总成53,一个支撑分级***总成54,一个果实传输第二通道55,一个果实传输第三通道56,一个果实传输第四通道 57,两个果实收集箱58,一个果实传输第五通道59。所述果实传输分级收集***第一支撑架51固定在双臂苹果采摘机器人机身25的前向平面;所述果实传输第一通道52为倒锥形螺纹管,其果实入口端固定在果实传输分级收集***第一支撑架51上,果实出口端固定在果实传输第一通道出口连接支撑装置63上;所述果实传输第一通道52,果实传输第二通道 55,果实传输第三通道56,果实传输第四通道57及果实传输第五通道59均由波纹管构成。所述果实传输第三通道55的长度大于果实传输第三通道入口连接支撑装置66到Z0方向移动***83中波纹管连接装置109之间的距离;所述果实传输第二通道55的长度大于果实传输第二通道入口连接支撑装置61到Z0方向移动***83中波纹管连接装置109之间的距离;通过增加果实传输第二通道55和果实传输第三通道56的长度实现通道内果实的缓冲,减速,增加果实传输第二通道55和果实传输第三通道56的可达位置。
图6所示,本发明的支撑分级***总成54,包括一个果实传输第三通道入口连接支撑装置61,一个圆形果实自动分级器62,一个果实传输第一通道出口连接支撑装置63,一个果实传输分级收集***第二支撑架64,一个果实传输分级收集***第三支撑架65,一个果实传输第二通道入口连接支撑装置66,一个圆形果实自动分级器驱动电机67。
果实传输第三通道55和果实传输第二通道56的一端分别固定在果实传输第二通道入口连接支撑装置66和果实传输第三通道入口连接支撑装置61上,另一端分别固定在Z0方向移动***83中两个波纹管连接装置109上。
果实传输第一通道出口连接支撑装置63固定在果实传输分级收集***第二支撑架64 的横梁上;所述果实传输第三通道入口连接支撑装置61和果实传输第二通道入口连接支撑装置66分别固定在果实传输分级收集***第三支撑架65横梁的内外两侧;所述圆形果实自动分级器62和圆形果实自动分级器驱动电机67均固定在果实传输分级收集***第三支撑架65横梁上;所述果实传输分级收集***第二支撑架64和果实传输分级收集***第三支撑架65均固定在双臂苹果采摘机器人机身25的前向平面上。
本发明的圆形果实自动分级器62如图7a和7b所示,包括一个弹簧固定支撑装置71,一个轻弹簧72,一个果实分级器基座73,一个圆形果实自动分级器第一旋转轴74,一个果实承载第一半环75,一个果实承载第二半环76,一个圆形果实自动分级器第二旋转轴77,一个弹簧固定支撑装置锁紧螺母78,一个果实分级器第三旋转轴79,一个果实承载第三半环710,一个果实承载第四半环711,一个果实分级器第四旋转轴712,四个果实分级器锁紧螺母713,一个果实分级器第一齿轮714,两个果实分级器驱动舵机715,一个果实分级器第一从动轴716,一个果实分级器第四从动轴717,一个果实分级器第二从动轴718,一个果实分级器第三从动轴719,四个果实分级器从动轴安装孔720,一个弹簧支撑装置安装孔721,两个果实分级器驱动舵机安装孔722,一个果实分级器基座齿轮轴723,一个果实分级器第三齿轮724,一个果实分级器第二齿轮725,四个果实分级器套筒726,一个果实分级器第四齿轮727。
所述果实分级器基座齿轮轴723固定在果实分级器基座73的上;所述弹簧固定支撑装置71的法兰盘固定在果实传输分级收集***第三支撑架65的横梁上,其上端穿过果实分级器基座齿轮轴723和果实分级器基座73与弹簧固定支撑装置锁紧螺母78相连;所述圆形果实自动分级器第一旋转轴74,圆形果实自动分级器第二旋转轴77,果实分级器第三旋转轴79和果实分级器第四旋转轴712固定在果实分级器基座73的上表面,分别与果实承载第一半环75,果实承载第二半环76,果实分级器第三半环710和果实分级器第四半环711 固连;所述轻弹簧72的一端与弹簧固定支撑装置71的上表面固连,另一端与果实分级器基座齿轮轴723的下表面固连,通过调整弹簧固定支撑装置锁紧螺母78的位置,实现轻弹簧72的预紧度的调整;
果实分级器第一从动轴716,果实分级器第二从动轴718,果实分级器第三从动轴719 和果实分级器第四从动轴717结构完全相同,上端分别固定在圆形果实自动分级器第一旋转轴74,圆形果实自动分级器第二旋转轴77,果实分级器第三旋转轴79和果实分级器第四旋转轴712上,下端分别穿过四个果实分级器从动轴安装孔720和四个果实分级器套筒726,再分别与果实分级器第一齿轮714,果实分级器第二齿轮725,果实分级器第三齿轮724和果实分级器第四齿轮727相连,末端由四个果实分级器锁紧螺母713锁紧;所述果实分级器第一齿轮714和果实分级器第二齿轮725啮合,果实分级器第三齿轮724和果实分级器第四齿轮727啮合;两个果实分级器驱动舵机715法兰盘分别固定在果实分级器基座73的两个果实分级器驱动舵机安装孔722内,其输出齿轮轴分别与果实分级器第一齿轮714 和果实分级器第三齿轮724啮合,分别驱动果实承载第一半环75和果实承载第二半环76,果实分级器第三半环710和果实承载第四半环711的打开与闭合。
如图8所示,本发明中三坐标移动***总成53,包括两个Y0方向移动***驱动电机81,两个Y0方向移动***驱动电机安装机座82,两个Z0方向移动***83,两个X0方向移动***84,二个门式框架第一横梁85,二个门式框架第二横梁86,二个门式框架第三横梁87,一个门式第一框架88,两个齿条89,四个Y0方向移动***直线导轨810,八个Y0方向移动***滑块811,一个门式第二框架812,四个门式框架底座813。
四个Y0方向移动***直线导轨810分别固定在机器人自主移动平台支架113上的四个果实收集箱X0方向限位挡板114外侧;所述八个Y0方向移动***滑块811平均分为四组安装在四个Y0方向移动***直线导轨810上,构成四个直线导轨副;所述门式第一框架88和门式第二框架812分别设置有一个门式框架第一横梁85,一个门式框架第二横梁86,一个门式框架第三横梁87和两个门式框架底座813;四个门式框架底座813分别固定在四个Y0方向移动***直线导轨810对应的四组Y0方向移动***滑块811上;所述两个Y0方向移动***驱动电机安装机座82分别设置在门式第一框架88左侧和门式第二框架812右侧的门式框架底座813上;所述两个齿条89与四个Y0方向移动***直线导轨810平行固定在机器人自主移动平台支架113上,分别位于两个Y0方向移动***驱动电机安装机座82的外侧;所述两个Y0方向移动***驱动电机81分别安装在两个Y0方向移动***驱动电机安装机座82 上,其输出齿轮轴上的齿轮分别与两个齿条89啮合;
两个X0方向移动***84结构完全相同分别固定在门式第一框架88和门式第二框架 812上;
两个Z0方向移动***83结构完全相同分别固定在两个X0方向移动***84的两个X0方向移动***滑块92上。
如图9所示,本发明中三坐标移动***总成53X0方向移动***84,包括两个X0方向移动***直线导轨91,两个X0方向移动***滑块92,一个X0方向移动***丝杠第二支撑组件93,一个X0方向移动***螺母94,一个X0方向移动***丝杠95,一个X0方向移动***丝杠第一支撑组件96,一个X0方向移动***联轴器97,一个X0方向移动***驱动电机98。
所述两个X0方向移动***直线导轨91分别平行安装在门式框架第一横梁85和门式框架第三横梁87的前向平面;所述两个X0方向移动***滑块92分别安装在两个X0方向移动***直线导轨91上,构成直线导轨副;
所述X0方向移动***驱动电机98,X0方向移动***丝杠第一支撑组件96和X0方向移动***丝杠第二支撑组件93从左向右依次固定在门式框架第二横梁86上;所述X0方向移动***驱动电机98的输出轴通过X0方向移动***联轴器97与X0方向移动***丝杠95 相连;所述X0方向移动***丝杠95的两端分别由X0方向移动***丝杠第一支撑组件96 和X0方向移动***丝杠第二支撑组件93支撑;所述X0方向移动***螺母94安装在X0方向移动***丝杠95上构成丝杠螺母副。
如图10所示,本发明中三坐标移动***总成53Z0方向移动***84,包括两个Z0方向移动***直线导轨101,两个Z0方向移动***滑块102,一个Z0方向移动***支撑板103,一个Z0方向移动***驱动电机104,一个Z0方向移动***联轴器105,一个Z0方向移动***丝杠第一支撑组件106,一个Z0方向移动***丝杠107,一个Z0方向移动***螺母108,一个波纹管连接装置109,一个Z0方向移动***丝杠第二支撑组件1010。
所述Z0方向移动***支撑板103呈倒L型,其底板背面固定在两个X0方向移动***滑块92上,且与X0方向移动***螺母94相连;所述两个Z0方向移动***直线导轨101平行固定在Z0方向移动***支撑板103的底板上;所述两个Z0方向移动***滑块102分别安装在两个Z0方向移动***直线导轨101上构成直线导轨副;所述Z0方向移动***驱动电机 104固定在倒L型Z0方向移动***支撑板103的侧板上,其输出轴通过Z0方向移动***联轴器105与Z0方向移动***丝杠107相连;Z0方向移动***丝杠107的两端分别固定在Z0方向移动***丝杠第一支撑组件106和Z0方向移动***丝杠第二支撑组件1010上;所述Z0方向移动***螺母108固定在两个Z0方向移动***滑块102上,且与Z0方向移动***丝杠107相连构成丝杠螺母副;所述波纹管连接装置109固定在Z0方向移动***螺母108上。
如图11a和11b所示,本发明中机器人自主移动平台18,包括一个机器人自主移动平台转向***111,一个蓄电池组支撑平台112,一个机器人自主移动平台支架113,四个果实收集箱X0方向限位挡板114,四个果实收集箱Y0方向限位挡板115,一个机器人自主移动平台驱动***116;一个机器人自主移动平台转向***车轮117,一个转向轮车轴118,一个转向轮轮毂轴承119,一个转向***支撑架1110,一个转向从动齿轮1111,一个转向轴承座1112,一个第一轴承1113,一个机器人自主移动平台转向***安装孔1114,一个转向驱动电机安装孔1115,一个转向轴1116,两个轴承座顶盖1117,四个果实收集箱Y0方向限位挡板安装槽1118,两个驱动轮轮毂轴承1119,两个轴承座1120,两个第二轴承1121,一个机器人自主移动平台齿轮轴1122,一个速度传感器1123,两个机器人自主移动平台驱动***车轮1124,一个转向驱动电机1125,一个旋转编码器1126,一个机器人自主移动平台驱动电机1127。
所述机器人自主移动平台支架113设有一个机器人自主移动平台转向***安装孔1114,一个转向驱动电机安装孔1115和四个果实收集箱Y0方向限位挡板安装槽1118;所述蓄电池组支撑平台112,四个果实收集箱X0方向限位挡板114均固定在机器人自主移动平台支架 113的上表面;
所述机器人自主移动平台转向***111,和机器人自主移动平台驱动***116分别通过转向轴承座1112的法兰盘和两个轴承座顶盖1117与机器人自主移动平台支架113相连;所述四个果实收集箱Y0方向限位挡板115分别安装在四个果实收集箱Y0方向限位挡板安装槽 1118内,可自由抽出;
转向轴承座1112内部安装有两个面对面角接触球轴承(即第一轴承)1113,其圆形法兰盘与机器人自主移动平台转向***安装孔1114同心,安装在机器人自主移动平台支架113 的下表面;所述转向轴1116穿过一个第一轴承1113,固定在转向***支撑架1110的上表面;所述转向从动齿轮1111与转向轴1116过盈配合,安装在转向轴承座1112与转向***支撑架1110之间,且与转向驱动电机1125的输出齿轮轴啮合;所述转向驱动电机1125设有旋转编码器1126,其圆形法兰盘与转向驱动电机安装孔1115同心,固定在机器人自主移动平台支架113的上表面;所述转向***支撑架1110固定在转向轮车轴118上;所述转向轮车轴118穿过转向轮轮毂轴承119与机器人自主移动平台转向***车轮117相连;
所述两个轴承座顶盖1117一端固定在机器人自主移动平台支架113的下表面,另一端分别与两个轴承座1120相连;所述两个轴承座1120内设有两个第二轴承1121;所述机器人自主移动平台齿轮轴1122两端分别穿过两个第二轴承1121,与两个驱动轮轮毂轴承1119 过盈配合,安装在两个机器人自主移动平台驱动***车轮1124上,机器人自主移动平台驱动***车轮1124上安装有速度传感器1123;所述机器人自主移动平台驱动电机1127固定在机器人自主移动平台支架113的下表面,其输出齿轮轴与机器人自主移动平台齿轮轴1122 的齿轮啮合。
利用双臂采摘圆形分级机器人的采摘分级作方法业,包括以下步骤:
一、自动平稳运行。中央控制器14根据双目视觉传感器16反馈的路面信息,控制机器人自主移动平台18的运动,根据速度传感器1123和旋转编码器1126的反馈信息调整机器人自主移动平台驱动电机1127的转速和转向驱动电机1125角位移,控制机器人自主移动平台的运行速度和转向角,实现机器人平稳运行。
二、采摘作业。到达指定的采摘目的地时,双臂采摘机器人本体11及左侧的采摘机械臂26和采摘手爪22与右侧的采摘机械臂26和推挡手爪27配合完成果实抓取任务,中央控制器14根据双目视觉传感器16反馈的成熟果实的位置信息,规划两个机械臂26的运动路径,到达目标位置后,根据三个采摘手爪手指21的采摘手指第一触觉传感器33和采摘手指第二触觉传感器36及采摘手爪22与采摘机械臂26末端连接处的六维力传感器23的反馈信息,控制采摘手指第二连杆驱动电机34和采摘手指第一连杆驱动电机39的输出力矩,使采摘手抓22生成合适的抓取力;根据推挡手爪27与采摘机械臂末端连接处的六维力传感器23的反馈信息,调整与推挡手爪27相连的采摘机械臂26各关节的输出力矩,产生合适推挡力;从而模仿人类的采摘动作完成果实的采摘任务。
三、果实分级。采摘机械臂26和采摘手爪22将采摘后的果实放入果实传输分级收集***17,一般果实经由果实传输第一通道52,直接穿过圆形果实自动分级器62经由果实传输第三通道56,果实传输第五通道59进入与其相对应的一个果实收集箱58内;较大的果实经由果实传输第一通道52到达圆形果实自动分级器62时,被果实承载第一半环75和果实承载第二半环76或者果实承载第三半环710和果实承载第四半环711组成的分拣机构卡住(以果实承载第一半环75和果实承载第二半环76承载为例),在果实重力作用下,圆形果实自动分级器62的轻弹簧72被压缩,果实分级器基座73下降,果实分级器基座齿轮轴723上的齿轮与圆形果实自动分级器驱动电机67的输出齿轮啮合,果实分级器62旋转 180度后,果实分级器驱动舵机715输出齿轮轴驱动果实分级器第一齿轮714旋转,带动果实分级器第二齿轮725的旋转,从而使果实承载第一半环75和果实承载第二半环76张开,果实进入果实传输第二通道55,经由果实传输第四通道57进入另一个果实收集箱58。
四、果实分级器复位。果实离开果实分机器62之后,轻弹簧72复位;同时果实分级器基座齿轮轴723上的齿轮与圆形果实自动分级器驱动电机67的输出齿轮分离;然后,果实分级器驱动舵机715输出齿轮轴驱动果实分级器第一齿轮714反向旋转,带动果实分级器第二齿轮725的反向旋转,从而使果实承载第一半环75和果实承载第二半环76闭合。在果实分级器复位之前,不允许新果进入果实传输第一通道52。
五、果实收集箱整理与更换。中央控制器14根据各内置旋转编码器的反馈数值,控制三坐标移动***总成53中两个Y0方向移动***驱动电机81,两个X0方向移动***驱动电机98,两个Z0方向移动***驱动电机104的转动,使两个波纹管连接装置109分别拉动果实传输第三通道55和果实传输第二通道56的伸缩往复运动,实现果实传输第五通道59和果实传输第四通道57在两个果实收集箱58内的多方位运动,从而将果实按照既定位置摆放。只要任何一个果实收集箱58转满后,采摘作业停止,机器人自主移动平台18将双臂苹果采摘分级收集机器人运送至果实收集箱58更换点,将相应的果实收集箱Y0方向限位挡板115抽出,更换果实收集箱 58后,再将果实收集箱Y0方向限位挡板***,进行新的采摘作业。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述,但并非对本发明保护范围的限制,所属领域技术人员应该明白,在本发明的技术方案的基础上,本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种利用双臂苹果采摘圆形分级收集机器人的采摘分级方法,其特征是,所述双臂苹果采摘圆形分级收集机器人包括自主移动平台,自主移动平台上部中心位置安装有机器人本体,机器人本体的顶部安装有双目视觉传感器机构,机器人本体前面设置有与其相配合的果实传输分级收集***;自主移动平台上还设置有蓄电池组,蓄电池组上部安装有中央控制器,蓄电池组为机器人本体和自主移动平台上的所有电机、传感器以及中央控制器提供动力;中央控制器是整个机器人的控制中心,控制所有电器元件工作;
所述果实传输分级收集***包括由上下两部分组成的果实传输通道,上下两部分之间设置有与其相对应的圆形果实自动分级器,上部分果实传输通道和下部分果实传输通道的上端均通过支撑装置安装于机器人本体前侧面上,圆形果实自动分级器安装于支撑装置上,下部分果实传输通道的中间安装于三坐标移动***总成上,果实传输通道的末端延伸至设置于自主移动平台上的果实收集箱内,三坐标移动***总成底部安装于自主移动平台上,果实收集箱对应设置于三坐标移动***总成的门式框架下方;
所述圆形果实自动分级器包括基座,基座上相对设置有两组圆环体,每组圆环体均由相对的两个半圆环体组成,并能够通过安装在基座上的驱动舵机实现两个半圆环体的开合;
具体采摘分级步骤如下:
1)中央控制器根据双目视觉传感器机构反馈的路面信息,控制机器人自主移动平台运动,实现自动平稳运行至采摘目的地;
2)采摘作业;到达指定的采摘目的地时,双臂采摘机器人本体模仿人类的采摘动作完成果实的采摘任务;
3)果实分级;一般果实经由常规通道直接穿过梯形果实自动分级器进入与其相对应的一个果实收集箱内;较大的果实经由常规通道到达梯形果实自动分级器,由分级器分级处理后,进入另一个果实收集箱;
4)果实分级器复位;果实离开果实分级器之后,果实分级器恢复至初始状态,在果实分级器复位之前,不允许新果进入果实传输第一通道;
5)果实收集箱整理与更换;中央控制器控制三坐标系移动***总成动作,实现果实在果实收集箱中按照既定位置摆放,其中一个果实收集箱收集满后,采摘停止,更换果实收集箱后,进行新的采摘作业。
2.根据权利要求1所述的利用双臂苹果采摘圆形分级收集机器人的采摘分级方法,其特征是,步骤1)中,根据速度传感器和旋转编码器的反馈信息调整机器人自主移动平台驱动电机的转速和转向电机角位移,控制机器人自主移动平台的运行速度和转向角,实现机器人平稳运行。
3.根据权利要求1所述的利用双臂苹果采摘圆形分级收集机器人的采摘分级方法,其特征是,步骤2)中,双臂采摘机器人本体左侧的采摘机械臂和采摘手爪与右侧的采摘机械臂和推挡手爪配合完成果实抓取任务。
4.根据权利要求3所述的利用双臂苹果采摘圆形分级收集机器人的采摘分级方法,其特征是,步骤2)中,中央控制器根据双目视觉传感器机构反馈的成熟果实的位置信息,规划两个机械臂的运动路径。
5.根据权利要求3所述的利用双臂苹果采摘圆形分级收集机器人的采摘分级方法,其特征是,步骤2)中,到达目标位置后,根据三个采摘手爪手指的采摘手指触觉传感器及采摘手爪与采摘机械臂末端连接处的六维力传感器的反馈信息,控制采摘手指的输出力矩,使采摘手爪生成合适的抓取力;根据推挡手爪与采摘机械臂末端连接处的六维力传感器的反馈信息,调整与推挡手爪相连的采摘机械臂各关节的输出力矩,产生合适推挡力,完成类人采摘动作。
6.根据权利要求1所述的利用双臂苹果采摘圆形分级收集机器人的采摘分级方法,其特征是,步骤3)中,采摘机械臂和采摘手爪将采摘后的果实放入果实传输分级收集***,一般果实经由第一通道,直接穿过圆形果实自动分级器经由第三通道、第五通道进入与其相对应的一个果实收集箱内。
7.根据权利要求6所述的利用双臂苹果采摘圆形分级收集机器人的采摘分级方法,其特征是,步骤3)中,较大的果实经由第一通道到达圆形果实自动分级器时,被第一通道下面对应的近似圆环卡住,在果实重力作用下,圆形果实自动分级器的轻弹簧被压缩,果实分级器基座下降,果实分级器基座齿轮轴上的齿轮与圆形果实自动分级器驱动电机的输出齿轮啮合,中央控制器控制圆形果实自动分级器驱动电机转动,同步带动果实分级器旋转180度后,中央控制器控制与第二通道相对应的果实分级器驱动舵机输出齿轮轴驱动所对应的果实分级器的一个半圆环的齿轮旋转,带动相啮合的另一个半圆环的齿轮同步旋转,从而使该近似圆环的两个半圆环张开,果实进入第二通道,经由第四通道进入另一个果实收集箱。
8.根据权利要求1所述的利用双臂苹果采摘圆形分级收集机器人的采摘分级方法,其特征是,步骤4)中,果实离开果实分级器之后,轻弹簧复位;同时果实分级器基座齿轮轴上的齿轮与圆形果实自动分级器驱动电机的输出齿轮分离;然后,与第二通道相对应的果实分级器驱动舵机输出齿轮轴驱动相对应的果实分级器齿轮反向旋转,带动与其相啮合果实分级器齿轮反向旋转,从而使该近似圆环的两个半圆环闭合,恢复至初始状态。
9.根据权利要求1所述的利用双臂苹果采摘圆形分级收集机器人的采摘分级方法,其特征是,步骤5)中,中央控制器根据各内置旋转编码器的反馈数值,控制三坐标移动***总成中两个Y轴方向驱动电机,两个X轴方向驱动电机,两个Z轴方向驱动电机的转动,分别拉动第三通道和第二通道伸缩往复运动,实现第五通道和第四通道在两个果实收集箱内的多方位运动,从而将果实按照既定位置摆放;
10.根据权利要求1所述的利用双臂苹果采摘圆形分级收集机器人的采摘分级方法,其特征是,步骤5)中,只要任何一个果实收集箱收集满后,采摘作业停止,中央控制器控制机器人自主移动平台将双臂苹果采摘分级收集机器人运送至果实收集箱更换点,更换果实收集箱后,进行新的采摘作业。
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