CN111418351B - 一种水果采摘装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水果采摘装置，包括支撑底座、双目摄像头、第一驱动装置、旋转装置、第二驱动装置、摆动装置、伸缩装置和剪切装置，双目摄像头设置在支撑底座上，支撑底座上设置有旋转装置和用于驱动旋转装置三百六十度转动的第一驱动装置，旋转装置上设置有摆动装置，摆动装置上设置有伸缩装置和用于驱动伸缩装置上下摆动的第二驱动装置，伸缩装置上设置有剪切装置和用于驱动剪切装置将水果从树枝上剪落的第三驱动装置。本发明结构简单，成本低，方便拆卸，采用伸缩杆机械手结构实现采摘位置的自由灵活控制，大大提高采摘效率，能节省大量人力、物力、财力，既可用于小型散客农户，也可用于大面积集约式农户，市场前景广阔。

Description

一种水果采摘装置

技术领域

本发明涉及水果采摘技术领域，尤其是一种水果采摘装置。

背景技术

目前，农业机器人主要应用在移栽、嫁接、喷药、采摘、果实分级等领域，其中采摘是水果(水果、梨)生产中最重要的环节之一，果树采摘机器人是最可能得到广泛应用的领域，且实用化、普及化，尚需要解决提高智能化程度和降低生产成本两个技术难题。我国现有水果采摘技术存在采摘精度低、坏果率高、自动化程度低、还需耗费较大劳动力等缺陷。

发明内容

(一)解决的技术问题

本发明的目的是为了解决上述技术问题，而提供一种水果采摘装置。

(二)技术方案

本发明的技术方案：一种水果采摘装置，包括支撑底座、双目摄像头、第一驱动装置、旋转装置、第二驱动装置、摆动装置、伸缩装置和剪切装置，双目摄像头设置在支撑底座上，支撑底座上设置有旋转装置和用于驱动旋转装置三百六十度转动的第一驱动装置，旋转装置上设置有摆动装置，摆动装置上设置有伸缩装置和用于驱动伸缩装置上下摆动的第二驱动装置，伸缩装置上设置有剪切装置和用于驱动剪切装置将水果从树枝上剪落的第三驱动装置。

优选的，旋转装置包括第一支撑板、减速器、第一撑杆、第二撑杆、第二支撑板和第一带座轴承，第二支撑板上设置有带座轴承，减速器输出端插设在第一带座轴承的轴承内，减速器底部与第一支撑板固定连接，第二支撑板上设置有第一撑杆，第一撑杆上设置有第二撑杆。

优选的，摆动装置包括第二带座轴承和第一转杆，第一转杆插设在第二带座轴承轴承内。

优选的，伸缩装置包括内管、外管、第四驱动装置、丝杆、移动块、挡套、导正管和连接杆，外管一端底部设置有第四驱动装置，丝杆设置在外管内且丝杆一端与第四驱动装置连接，丝杆另一端设置有挡套，移动块可滑动的设置在丝杆上，外管一端设置有导正管，内管一端穿过导正管与移动块连接，内管顶部设置有连接杆。

优选的，剪切装置包括外杆、剪切杆、切刀和固定杆，外杆一端与固定杆一端连接，剪切杆一端与固定杆转动连接，剪切杆上设置有切刀。

优选的，第三驱动装置包括固定盒、舵机、主齿轮、第一从动齿轮、第二转杆、第三带座轴承、第二从动齿轮和连接块，固定盒外部一侧与连接块连接，固定盒内部一侧设置有舵机和两个第三带座轴承，舵机上的旋转轴上设置有主齿轮，第二转杆一端插设在第三带座轴承上的轴承内，第二转杆另一端穿出固定盒一侧，两个第二转杆上分别设置有第二从动齿轮，两个第二从动齿轮啮合，第一从动齿轮设置在其中一个第二转杆上，第一从动齿轮与主齿轮啮合。

优选的，还包括稳定器，稳定器与伸缩装置和第三驱动装置连接。

优选的，还包括控制***，控制***用于驱动各驱动装置动作。

(三)有益效果

本发明的有益效果是：本发明结构简单，成本低，方便拆卸，采用伸缩杆机械手结构实现采摘位置的自由灵活控制，大大提高采摘效率，能节省大量人力、物力、财力，既可用于小型散客农户，也可用于大面积集约式农户，市场前景广阔。

附图说明

图1是本发明优选实施例的整体结构立体图；

图2是本发明优选实施例的整体结构主视图；

图3是本发明优选实施例中旋转装置立体图；

图4是本发明优选实施例中旋转装置主视图；

图5是本发明优选实施例中部分零件立体图；

图6是本发明优选实施例中旋转装置立体图伸缩装置、剪切装置、第三驱动装置和稳定器连接俯视图；

图7是本发明优选实施例中伸缩装置剖视图；

图8是图7中A处局部放大图；

图9是本发明优选实施例中剪切装置和第三驱动装置连接立体图；

图10是本发明优选实施例中剪切装置和第三驱动装置仰视图；

图11是本发明优选实施例中稳定器简易立体图；

图12是本发明优选实施例中上位机处理流程图；

图13是本发明优选实施例中采摘***原理图；

图14是本发明优选实施例中采摘装置控制程序流程图。

附图标记：支撑底座1、双目摄像头2、第一驱动装置3、旋转装置4、第一支撑板41、减速器42、第一撑杆43、第二撑杆44、第二支撑板45、第一带座轴承46、第二驱动装置5、摆动装置6、第二带座轴承61、第一转杆62、伸缩装置7、内管71、外管72、第四驱动装置73、丝杆74、移动块75、挡套76、导正管77、连接杆78、剪切装置8、外杆81、剪切杆82、切刀83、固定杆84、第三驱动装置9、固定盒91、舵机92、主齿轮93、第一从动齿轮94、第二转杆95、第三带座轴承96、第二从动齿轮97、连接块98、稳定器10。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参照图1至图14，一种水果采摘装置，包括支撑底座1、双目摄像头2、第一驱动装置3、旋转装置4、第二驱动装置5、摆动装置6、伸缩装置7和剪切装置8，双目摄像头2设置在支撑底座1上，支撑底座1上设置有旋转装置4和用于驱动旋转装置4三百六十度转动的第一驱动装置3，旋转装置4上设置有摆动装置6，摆动装置6上设置有伸缩装置7和用于驱动伸缩装置7上下摆动的第二驱动装置5，伸缩装置7上设置有剪切装置8和用于驱动剪切装置8将水果从树枝上剪落的第三驱动装置9。具体的，双目摄像头2通过支撑杆与固定在支撑底座1上。

作为本发明的优选实施例，其还可具有以下附加技术特征：

本实施例中，旋转装置4包括第一支撑板41、减速器42、第一撑杆43、第二撑杆44、第二支撑板45和第一带座轴承46，第二支撑板45上设置有带座轴承46，减速器42输出端插设在第一带座轴承46的轴承内，减速器42底部与第一支撑板41固定连接，第二支撑板45上设置有第一撑杆43，第一撑杆43上设置有第二撑杆44。具体的，第一支撑板41与支撑底座1固定连接，减速器42输入端与第一驱动装置3连接，第一驱动装置3工作带动减速器42输出端工作即带动减速器42输出端转轴转动，进而使整个旋转装置4能三百六十度转动，减速器42在原动机和工作机或执行机构之间起匹配转速和传递转矩的作用，其结构和原理已为本领域技术人员熟知，在此不另作详述；第一驱动装置3为底座电机。

本实施例中，摆动装置6包括第二带座轴承61和第一转杆62，第一转杆62插设在第二带座轴承61轴承内。具体的，第二带座轴承61固定在第二撑杆44上，其中一个第一转杆62与第二驱动装置5连接，第二驱动装置5为摆臂电机。

本实施例中，伸缩装置7包括内管71、外管72、第四驱动装置73、丝杆74、移动块75、挡套76、导正管77和连接杆78，外管72一端底部设置有第四驱动装置73，丝杆74设置在外管72内且丝杆74一端与第四驱动装置73连接，丝杆74另一端设置有挡套76，移动块75可滑动的设置在丝杆74上，外管72一端设置有导正管77，内管71一端穿过导正管77与移动块75连接，内管71顶部设置有连接杆78。具体的，外管72与第一转杆62连接，第四驱动装置73为伸缩杆电机。

本实施例中，剪切装置8包括外杆81、剪切杆82、切刀83和固定杆84，外杆81一端与固定杆84一端连接，剪切杆82一端与固定杆84转动连接，剪切杆82上设置有切刀83。

本实施例中，第三驱动装置9包括固定盒91、舵机92、主齿轮93、第一从动齿轮94、第二转杆95、第三带座轴承96、第二从动齿轮97和连接块98，固定盒91外部一侧与连接块98连接，固定盒91内部一侧设置有舵机92和两个第三带座轴承96，舵机92上的旋转轴上设置有主齿轮93，第二转杆95一端插设在第三带座轴承96上的轴承内，第二转杆95另一端穿出固定盒91一侧，两个第二转杆95上分别设置有第二从动齿轮97，两个第二从动齿轮97啮合，第一从动齿轮94设置在其中一个第二转杆95上，第一从动齿轮94与主齿轮93啮合。具体的，剪切杆82另一端与第二转杆95转动连接，外杆81另一端与固定盒91固定连接，连接块98与连接杆78固定连接；舵机92为图13中的末端执行电机。

本实施例中，还包括稳定器10，稳定器10与伸缩装置7和第三驱动装置9连接，当伸缩装置7每次摆动后与地面形成的夹角不同，稳定器10的作用能自动调节剪切装置8的位置，使剪切装置8能始终保持与地面相对平行，达到伸缩装置7摆动不同角度后剪切装置8都能剪切水果蒂。具体的，稳定器是从遵守角动量守恒定律的陀螺仪发展而来，实际是由三个陀螺仪构成，这三个陀螺仪各司一个维度，故有航向轴、俯仰轴、横滚轴的叫法，其结构和原理已为本领域技术人员熟知，在此不另作详述。

本实施例中，还包括控制***，控制***用于驱动各驱动装置动作。具体的，控制***由上位机、下位机STM32、各电机驱动器、电源等组成，上位机通过opencv开源计算机视觉库，对摄像头采集的图像进行高斯滤波，Canny边缘检测，图像开运算、膨胀以及轮廓提取来对水果进行识别和定位，结合张正友双目标定法对双目摄像头进行标定，通过图像畸变矫正、立体匹配来对水果进行三维重建，采用几何法对已三维重建出的目标进行机器人运动学逆解，并将逆解出的结果通过串口发送给下位机STM32，下位机驱动底座旋转、立柱滑台升降、横臂滑台进退，使采摘执行机构到达水果所在位置，进而步进电机控制采摘执行机构对水果进行采摘，实现水果的自动采摘。

工作原理：

双目摄像头2采集图像后，对采集的图像进行高斯滤波，Canny边缘检测，图像开运算、膨胀以及轮廓提取来对水果进行识别和定位，结合张正友双目标定法对双目摄像头2进行标定，通过图像畸变矫正、立体匹配来对水果进行三维重建，采用几何法对已三维重建出的目标进行机器人运动学逆解，并将逆解出的结果通过串口发送给下位机STM32，下位机控制第一驱动装置3动作驱动旋转装置4转动，下位机控制第二驱动装置5驱动伸缩装置7动作，使剪切装置8到达预定位置后，下位机控制舵机92动作带动第一从动齿轮94转动，进而使两个第二转杆95转动，进而使两个切刀83接触对水果蒂剪切，实现水果的采摘。

需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (3)

1.一种水果采摘装置，其特征在于：包括支撑底座(1)、双目摄像头(2)、第一驱动装置(3)、旋转装置(4)、第二驱动装置(5)、摆动装置(6)、伸缩装置(7)和剪切装置(8)，双目摄像头(2)设置在支撑底座(1)上，支撑底座(1)上设置有旋转装置(4)和用于驱动旋转装置(4)三百六十度转动的第一驱动装置(3)，旋转装置(4)上设置有摆动装置(6)，旋转装置(4)包括第一支撑板(41)、减速器(42)、第一撑杆(43)、第二撑杆(44)、第二支撑板(45)和第一带座轴承(46)，第二支撑板(45)上设置有第一带座轴承(46)，减速器(42)输出端插设在第一带座轴承(46)的轴承内，减速器(42)底部与第一支撑板(41)固定连接，第二支撑板(45)上设置有第一撑杆(43)，第一撑杆(43)上设置有第二撑杆(44)，摆动装置(6)上设置有伸缩装置(7)和用于驱动伸缩装置(7)上下摆动的第二驱动装置(5)，摆动装置(6)包括第二带座轴承(61)和第一转杆(62)，第一转杆(62)插设在第二带座轴承(61)轴承内，伸缩装置(7)上设置有剪切装置(8)和用于驱动剪切装置(8)将水果从树枝上剪落的第三驱动装置(9)，伸缩装置(7)包括内管(71)、外管(72)、第四驱动装置(73)、丝杆(74)、移动块(75)、挡套(76)、导正管(77)和连接杆(78)，外管(72)一端底部设置有第四驱动装置(73)，丝杆(74)设置在外管(72)内且丝杆(74)一端与第四驱动装置(73)连接，丝杆(74)另一端设置有挡套(76)，移动块(75)可滑动的设置在丝杆(74)上，外管(72)一端设置有导正管(77)，内管(71)一端穿过导正管(77)与移动块(75)连接，内管(71)顶部设置有连接杆(78)，剪切装置(8)包括外杆(81)、剪切杆(82)、切刀(83)和固定杆(84)，外杆(81)一端与固定杆(84)一端连接，剪切杆(82)一端与固定杆(84)转动连接，剪切杆(82)上设置有切刀(83)，第三驱动装置(9)包括固定盒(91)、舵机(92)、主齿轮(93)、第一从动齿轮(94)、第二转杆(95)、第三带座轴承(96)、第二从动齿轮(97)和连接块(98)，固定盒(91)外部一侧与连接块(98)连接，固定盒(91)内部一侧设置有舵机(92)和两个第三带座轴承(96)，舵机(92)上的旋转轴上设置有主齿轮(93)，第二转杆(95)一端插设在第三带座轴承(96)上的轴承内，第二转杆(95)另一端穿出固定盒(91)一侧，两个第二转杆(95)上分别设置有第二从动齿轮(97)，两个第二从动齿轮(97)啮合，第一从动齿轮(94)设置在其中一个第二转杆(95)上，第一从动齿轮(94)与主齿轮(93)啮合。

2.根据权利要求1所述的一种水果采摘装置，其特征在于：还包括稳定器(10)，稳定器(10)与伸缩装置(7)和第三驱动装置(9)连接。

3.根据权利要求1所述的一种水果采摘装置，其特征在于：还包括控制***，控制***用于驱动各驱动装置动作。