CN214508055U

CN214508055U - 一种基于视觉的移动采摘机器人

Info

Publication number: CN214508055U
Application number: CN202120499144.1U
Authority: CN
Inventors: 甄圣超; 马牧村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-03-09
Filing date: 2021-03-09
Publication date: 2021-10-29
Anticipated expiration: 2031-03-09

Abstract

本实用新型提供了一种基于视觉的移动采摘机器人，包括移动底盘、升降装置、机械臂、相机组件与夹爪组件；移动底盘由四组独立驱动的麦克纳姆轮组件驱动位移；升降装置安装在移动底盘上端，承托并能够带动机械臂整体上下升降；相机组件的深度相机用于获取环境信息；夹爪组件作为机械臂的执行构件，其中的驱动电机的输出轴、丝杠与机械臂的执行端呈同轴设置，驱动电机驱动丝杠同步回转，由螺母经传动杆件传动，带动以丝杠中轴线为对称中心呈中心对称布置的三只柔性夹爪相对张合。本实用新型能够替代人工采摘的传统作业方式，提高采摘效率与自动化程度。

Description

一种基于视觉的移动采摘机器人

技术领域

本实用新型涉及机器人领域，更具体地说是一种基于视觉的移动采摘机器人。

背景技术

随着科技的迅速发展，人工智能和大数据时代的到来，人们生活方式发生了巨大的变革，依靠人工采摘的传统方式受限于果树高度、密度和复杂的作业环境，采摘效率较低。在大规模果树种植的情况下，传统的人工采摘方式劳动力成本高，工人对水果的成熟程度可能会判断失误，无法实现大规模、高效率的工业化采摘。

实用新型内容

本实用新型旨在至少在一定程度上解决上述技术问题。为此，本实用新型提出一种基于视觉的移动采摘机器人，以期能够替代人工采摘的传统作业方式，提高采摘效率与自动化程度。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于视觉的移动采摘机器人，其结构特点是：

包括移动底盘、升降装置、机械臂、相机组件与夹爪组件；

所述移动底盘由分布于四角的共四组独立驱动的麦克纳姆轮组件驱动位移，内置电源***，前后端均设有激光雷达与照明装置；

所述升降装置安装在移动底盘上端，承托并能够带动所述机械臂整体上下升降；

所述相机组件的深度相机通过相机安装架安装并顶托于所述机械臂执行端的上方，用于获取环境信息；

所述夹爪组件作为机械臂的执行构件，通过夹爪固定座安装在机械臂的执行端，包括安装在所述夹爪固定座上的驱动电机、丝杠螺母组件、传动杆件与三只柔性夹爪，所述驱动电机的输出轴、丝杠与机械臂的执行端呈同轴设置，驱动电机以输出轴与丝杠联接，驱动丝杠同步回转，由所述丝杠上的螺母经传动杆件传动，带动以丝杠中轴线为对称中心呈中心对称布置的三只柔性夹爪相对张合；

所述传动杆件包括三爪连接臂与三根中间摆杆，所述三爪连接臂于中部固装于螺母上，并形成有以丝杠中轴线为对称中心呈周向等距、辐射状分布的三个辐射臂，所述三个辐射臂按照三只柔性夹爪沿径向的位置分布对应布置，每只柔性夹爪均是在朝向机械臂的一端通过铰接座于第一铰接点铰接于夹爪固定座上，每根中间摆杆均是以两端分别铰接于三爪连接臂的辐射臂臂端与对应柔性夹爪的铰接座的第二铰接点之间，所述第二铰接点沿着径向是位于第一铰接点的外侧。

本实用新型的结构特点也在于：

每组麦克纳轮组件的麦克纳姆轮均是配置减速电机以提供动力。

所述升降装置为电动剪式升降平台。

所述柔性夹爪为硅橡胶材质，呈三角块状结构，顺着丝杠中轴线方向以尖端朝外，并形成有多个梯形镂空孔。

所述机械臂为三轴机械臂，通过机械臂底座安装在升降装置上端，在所述机械臂底座上依次安装第一关节、第二关节、第一连杆、第三关节、第二连杆和执行端。

所述移动底盘左右端均设有急停按钮，移动底盘上还设有电控板，与所述激光雷达、照明装置、电源***、急停按钮、减速电机、升降装置的升降电机、机械臂、深度相机、驱动电机电性连接。

与已有技术相比，本实用新型有益效果体现在：

本实用新型利用四组独立驱动的麦克纳姆轮驱动移动底盘移动，可以实现机器人的全向移动，转向灵活方便，移动时借助激光雷达进行避障，有利于适应复杂的采摘环境；在此基础上，利用升降装置与机械臂配合，可以使夹爪组件到达所需位置，相较于六轴机械臂，降低了设计难度与制造成本，配合深度相机，可在大范围内对物品进行扫描、识别，提高采摘效率，夹爪组件采用三爪结构的柔性夹爪，避免抓取时破坏水果的表皮，保证水果的完整性。

附图说明

图1是本实用新型的立体结构示意图；

图2是本实用新型的后视结构示意图；

图3是移动底盘的立体结构示意图；

图4是移动底盘的仰视结构示意图；

图5是麦克纳姆轮组件的结构示意图；

图6是升降装置的结构示意图；

图7是机械臂的结构示意图；

图8是呈合拢状态的夹爪组件与相机组件的结构示意图；

图9是夹爪组件呈张开状态时的结构示意图。

图中，1移动底盘；2麦克纳姆轮；3减速电机；4激光雷达；5照明装置；6支撑底板； 7底盘框架；8盖板；9急停按钮；10电控板；11直接接触器；12电压转换器；13电池；14 升降装置；15机械臂；16机械臂底座；17第一关节；18第二关节；19第一连杆；20第三关节；21第二连杆；22执行端；23相机安装架；24深度相机；25夹爪固定座；26驱动电机； 27丝杠；28螺母；29三爪连接臂；30中间摆杆；31柔性夹爪；32第一铰接点；33第二铰接点。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参照图1至图9，本实施例的基于视觉的移动采摘机器人包括移动底盘1、升降装置 14、机械臂15、相机组件与夹爪组件；

移动底盘1由分布于四角的共四组独立驱动的麦克纳姆轮2组件驱动位移，内置电源***，前后端均设有激光雷达4与照明装置5；

升降装置14安装在移动底盘1上端，承托并能够带动机械臂15整体上下升降；

相机组件的深度相机24通过相机安装架23安装并顶托于机械臂15执行端22的上方，用于获取环境信息；

夹爪组件作为机械臂15的执行构件，通过夹爪固定座25安装在机械臂15的执行端22，包括安装在夹爪固定座25上的驱动电机26、丝杠螺母组件、传动杆件与三只柔性夹爪31，驱动电机26的输出轴、丝杠27与机械臂15的执行端22呈同轴设置，驱动电机26以输出轴与丝杠27联接，驱动丝杠27同步回转，由丝杠27上的螺母28经传动杆件传动，带动以丝杠27中轴线为对称中心呈中心对称布置的三只柔性夹爪31相对张合；

传动杆件包括三爪连接臂29与三根中间摆杆30，三爪连接臂29于中部固装于螺母28 上，并形成有以丝杠27中轴线为对称中心呈周向等距、辐射状分布的三个辐射臂，三个辐射臂按照三只柔性夹爪31沿径向的位置分布对应布置，每只柔性夹爪31均是在朝向机械臂15 的一端通过铰接座于第一铰接点32铰接于夹爪固定座25上，每根中间摆杆30均是以两端分别铰接于三爪连接臂29的辐射臂臂端与对应柔性夹爪31的铰接座的第二铰接点33之间，第二铰接点33沿着径向是位于第一铰接点32的外侧。

具体实施中，相应的结构设置也包括：

夹爪固定座25由顺着丝杠27轴向一前一后正对布置的安装板通过沿周向等距布置的三个连接杆固连构成，依靠临近于机械臂15执行端22的安装板装配到机械臂15执行端22上，相机安装架23则装夹于机械臂15执行端22与夹爪固定座25的安装板之间。

图8所示为三只柔性夹爪31的合拢状态，当螺母28沿着丝杠27朝向机械臂15方向移动，带动三只柔性夹爪31逐渐张开，至图9所示状态。

每组麦克纳轮组件的麦克纳姆轮2均是配置减速电机3以提供动力。

升降装置14为电动剪式升降平台。

柔性夹爪31为硅橡胶材质，呈三角块状结构，顺着丝杠27中轴线方向以尖端朝外，并形成有多个梯形镂空孔。

机械臂15为三轴机械臂15，通过机械臂底座16安装在升降装置14上端，在机械臂底座16上依次安装第一关节17、第二关节18、第一连杆19、第三关节20、第二连杆21和执行端22，第一关节17与机械臂底座16转动连接，第二关节18与第一关节17转动连接，第三关节20通过第一连杆19与第二关节18固定连接，第二连杆21与第三关节20转动连接，具有三个旋转自由度。

移动底盘1是在支撑底板6外周围设底盘框架7，在底盘框架7顶端封装盖板8，在底盘框架7的前后端均设有激光雷达4与照明装置5，本实施例中，照明装置5选用带有灯罩的LED灯。在底盘框架7的四角开设轮轴孔，用于安装麦克纳轮组件。麦克纳轮组件的减速电机3安装在减速电机3支架上，减速电机3支架安装在支撑底板6对应轮轴孔处的位置上。

移动底盘1左右端均设有急停按钮9，移动底盘1上还设有电控板10，与激光雷达4、照明装置5、电源***、急停按钮9、减速电机3、升降装置14的升降电机、机械臂15、深度相机24、驱动电机26电性连接进行线路通讯，以及时接收信息并作出反馈处理，电源***用于供电，包括直接接触器11、两只电压转换器12、三只电池13，电源***与电控板10 安装在支撑底板6的中部。

工作原理：

本实施例的移动采摘机器人能够通过深度相机24扫描外部环境信息，对环境信息进行特征提取，包括物体的体积、颜色等，传送至电控板10，由电控板10对接收到的环境信息进行分析处理，转化为移动底盘1的移动信号和升降装置14、机械臂15、夹爪组件的抓取动作信号，从而实现对不同物体进行采摘的目的。前后激光雷达4可以用于移动底盘1移动时的避障，提高了机器人的安全性，左右急停按钮9可以在遇紧急情况时进行人工干预。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本实用新型的原理和宗旨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，本实用新型的范围由权利要求及其等同物限定。

Claims

1.一种基于视觉的移动采摘机器人，其特征是：

包括移动底盘、升降装置、机械臂、相机组件与夹爪组件；

2.根据权利要求1所述的基于视觉的移动采摘机器人，其特征是：每组麦克纳轮组件的麦克纳姆轮均是配置减速电机以提供动力。

3.根据权利要求1所述的基于视觉的移动采摘机器人，其特征是：所述升降装置为电动剪式升降平台。

4.根据权利要求1所述的基于视觉的移动采摘机器人，其特征是：所述柔性夹爪为硅橡胶材质，呈三角块状结构，顺着丝杠中轴线方向以尖端朝外，并形成有多个梯形镂空孔。

5.根据权利要求1所述的基于视觉的移动采摘机器人，其特征是：所述机械臂为三轴机械臂，通过机械臂底座安装在升降装置上端，在所述机械臂底座上依次安装第一关节、第二关节、第一连杆、第三关节、第二连杆和执行端。

6.根据权利要求2所述的基于视觉的移动采摘机器人，其特征是：所述移动底盘左右端均设有急停按钮，移动底盘上还设有电控板，与所述激光雷达、照明装置、电源***、急停按钮、减速电机、升降装置的升降电机、机械臂、深度相机、驱动电机电性连接。