CN214676643U - 一种用于自动采摘水果的机器人 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于自动采摘水果的机器人，所述用于自动采摘水果的机器人包括可移动设置的底座，沿竖直方向可伸缩地设置于所述底座上的升降机构，至少部分相对于所述底座可转动地设置于所述升降机构上的切割机构，以及与所述切割机构相连且用于收集所述切割机构采摘下的水果的水果收集机构。实现了能够进行多方位调节，有效提高调节性，提高整体的可操作性空间，大大降低操作者的劳动强度的效果。

Description

一种用于自动采摘水果的机器人

技术领域

本实用新型涉及水果采摘自动设备领域，具体地，涉及一种用于自动采摘水果的机器人。

背景技术

我国是一个农业大国，要实现农业现代化，农业装备机械化、智能化是发展的必然趋势。水果采摘作业是水果生产链中最耗时、最费力的一个环节。水果采摘作业的季节性强，劳动强度大，费用高。目前国内的水果采摘基本依靠人工完成的，采摘效率低，费用占成本的比例在50％-70％。

通过对国内外水果采摘机械的研究现状进行观察后发现，目前技术还不是十分成熟，仍处于从实验到推广的过渡性阶段。现有的很多采摘装置依然只是一些简单的水果采摘，采用类似于手抓样式以及刀片划割等，在方位上的可调性较差，容易对水果造成一定的损伤，并且，往往还是需要操作者抬头进行操作，身体容易产生不适。

实用新型内容

针对上述现有技术，本实用新型的目的在于克服现有技术中水果采摘装置结构相对简单，在方位上的可调性较差，容易给水果的采摘带来一定的损伤且操作者工作强度较大等问题，从而提供一种能够进行多方位调节，有效提高调节性，提高整体的可操作性空间，大大降低操作者的劳动强度的用于自动采摘水果的机器人。

为了实现上述目的，本实用新型提供了一种用于自动采摘水果的机器人，所述用于自动采摘水果的机器人包括可移动设置的底座，沿竖直方向可伸缩地设置于所述底座上的升降机构，至少部分相对于所述底座可转动地设置于所述升降机构上的切割机构，以及与所述切割机构相连且用于收集所述切割机构采摘下的水果的水果收集机构。

优选地，所述升降机构包括沿竖直方向可伸缩地设置于所述底座上的折叠结构，以及设置于所述底座上且与所述折叠结构相连并用于驱动所述折叠结构伸长或收缩的液压驱动结构。

优选地，所述切割机构包括固定设置于所述升降机构上的立柱，设置于所述立柱端部的转动部，以及通过液压杆可沿水平方向伸缩地设置于所述转动部上的旋转切割组件；其中，

所述转动部包括可自转地设置于所述立柱上的回转箱体，固定设置于所述回转箱体上的转动电机，且所述转动电机的输出端与第一转动齿轮相连，所述第一转动齿轮与固定连接于所述回转箱体上的第二转动齿轮啮合，所述第二转动齿轮与所述立柱可自转地设置且与所述回转箱体同轴设置。

优选地，所述旋转切割组件包括设置于所述液压杆的活动端上的驱动电机，以及通过齿轮组连接所述驱动电机的刀片，且所述齿轮组的外部还套设有齿轮箱。

优选地，所述水果收集机构包括位于所述刀片正下方的漏斗，设置于所述底座上的水果箱，以及连通所述漏斗与所述水果箱的输送管。

优选地，所述回转箱体上还设置有支撑套，所述液压杆的活动端贯穿所述支撑套延伸设置，且所述液压杆的活动端的一侧还设置有紧固圈，所述漏斗连接于所述紧固圈上。

优选地，所述用于自动采摘水果的机器人还包括控制机构，所述控制机构至少包括设置于所述切割机构上的用于识别水果的水果识别单元，以及用于控制所述切割机构进行切割的切割控制单元。

优选地，所述底座至少包括车架和设置于所述车架上的底板，且所述车架上设置有多组车轮。

优选地，所述车轮为两组，且位于后侧的一组车轮上设置有差速器。

通过上述技术方案，本实用新型通过底座的可移动设置，实现整个机器人的移动范围的扩大和可控性，并且，基于伸缩设置的升降机构和转动设置的切割机构，能够在选定范围内实现多方位的位置调控，大大降低操作人员本身需要抬头操作的问题，并且，能够在选定范围内进行相应的调控，大大提高对水果切割过程的可控性，降低对水果的影响；进一步设置于切割机构相连的水果收集机构，能够有效实现对水果的收集，提高整体的采摘效率。

附图说明

附图是用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本实用新型，但并不构成对本实用新型的限制。在附图中：

图1是本实用新型提供的其中一个方位上的用于自动采摘水果的机器人的结构示意图；

图2是本实用新型提供的另一方位上的用于自动采摘水果的机器人的结构示意图；

图3是本实用新型提供的其中一个方位上的升降机构的结构示意图；

图4是本实用新型提供的另一方位上的升降机构的结构示意图；

图5是本实用新型提供的切割机构和水果收集机构的内部结构示意图；

图6是本实用新型提供的切割机构和水果收集机构的结构示意图；

图7是本实用新型提供的另一方位上的切割机构和水果收集机构的结构示意图；

图8是本实用新型提供的液压工作站的工作原理图；

图9是本实用新型提供的控制机构的工作原理图。

附图标记说明

1-电瓶箱 2-底座

3-液压驱动结构 4-切割机构

5-水果收集机构 6-升降机构

7-液压工作站 8-液压缸

9-升降顶板 10-折叠件

11-升降底板 12-立柱

13-安装轴承 14-回转箱体

15-转动电机 16-第一转动齿轮

17-第二转动齿轮 18-液压杆

19-驱动电机 20-齿轮组

21-齿轮箱 22-刀片

23-支撑套 24-紧固圈

25-漏斗 26-水果箱

27-输送管 28-座体

29-缸体 30-手动换向阀

31-单向阀 32-溢流阀

33-液压电机 34-油箱

35-滤油网 36-齿轮泵

37-压力表 38-单向节流阀。

具体实施方式

以下对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。

如图1-图9所示，本实用新型提供了一种用于自动采摘水果的机器人，具体地，如图1和图2所示，包括电瓶箱1、底座2、液压驱动结构3、切割机构4、水果收集机构、升降机构。

电瓶箱1：这个电瓶箱1是由两组电瓶组成，其主要的作用是为底座2 的前进提供动力，工作人员只需要操作车把控制方向即可将采摘机器人移动到工作区域。电瓶箱1还给液压工作站7的电机提供能源，进而完成切割机构4以及升降机构6的动作。

底座2：包括车架和设置于车架上的底板，且车架为钢结构，其上设置有四个车轮，还设置有用于带动车轮移动的动力部件(这里的动力部件可以采用本领域技术人员能够理解的车辆类的驱动部件)。进一步地，考虑到转弯时的车轮转速问题，可以进一步设置差速器。动力部件通过差速器来驱动后车轮，进而解决了转弯时两侧车轮转速不相等的问题。前部车轮则设计了转向机构，操作者通过车把上的手柄可以灵活操作。

进一步，如图3和图4所示，升降机构6中液压工作站7提供液压油，驱动液压缸8的活塞杆前进，推动折叠件10上升，在升降机构6顶上有升降顶板9用于安装切割机构4，其底部还设置有升降底板11。升降机构6可以最大上升1500毫米。加上车架高度和切割机构4的高度，这样离地3500 毫米的水果都在采摘范围之内了。

切割机构4的结构及原理如图5和图6所示，当升降机构6将切割机构 4升到工作范围时，切割机构4会根据传感器中的双目识别***发现水果，驱动液压杆18的活动端前进，通过驱动电机19驱动的刀片22将水果的果梗切断，然后水果落入漏斗25，依靠重力顺着输送管27落入水果箱26中，从而完成一次采摘过程。

具体地，固定在回转箱体14上的转动电机15带动第一转动齿轮16旋转，并进而带动第二转动齿轮17转动(当然，这里的第一转动齿轮16和第二转动齿轮17可以通过安装轴承13可自转地安装在回转箱体14或立柱12 上，以避免其发生移位或是掉落)，因为立柱12固定(可以通过座体28安装在升降机构6上)，所以回转箱体14会自身发生旋转，以便使得刀片22 接近水果。液压杆18的活动端可以伸出400毫米，也是为了使得刀片22接近水果。考虑采摘水果的需要，切割机构4的上层机构可以回转180度，液压杆18的活塞杆(即活动端)可以前伸400毫米。这里的刀片22可以通过齿轮组20与驱动电机19相连，进一步可以在齿轮组20的外部套设齿轮箱 21。

采摘水果的收集：如图5所示，当水果的果梗被刀片22切断之后，就会落入漏斗25，然后依靠顺着输送管27落入水果箱26中。漏斗25和输送管27都是由柔性材料制作，可以避免水果在下落过程中出现碰伤。

上述结构的具体工作方式：首先，操作者手持车把将车子推到需要采摘的果树下面，然后通过升降机构6将切割机构4上升到其工作范围内，升降机构6就可以通过双目识别***自动识别到水果，进而升降机构6就可以将水果采摘并放入车子前方的水果箱26中。需要采摘的范围内的水果采摘完成以后再将车子推到下一个需要采摘的区域，继续进行采摘工作。

其中，液压工作站7的工作原理如图8所示，此部分主要由油箱34、滤油网35、液压电机33、齿轮泵36、溢流阀32、压力表37、单向阀31手动换向阀30、单向节流阀38、缸体29和油管等组成。液压工作站7主要是给升降机构6的液压缸7以及切割机构4的液压杆18提供液压油作为动力，从而完成相应的动作。另外，在液压缸7和液压杆18的进油和回油路线上，都有单向节流阀38加以控制，以便调节活塞杆进退的速度。

进一步地，这里的控制机构可以选择本领域技术人员所能够实现和使用的任意合适的类型，例如，可以为AT89C52单片机，对于水果的识别过程可以具体通过TCS3200驱动模块进行驱动，基于TCS3200对颜色进行采集，并反馈信号至AT89C52单片机后，控制对应的电动驱动结构进行采摘操作。这里的AT89C52单片机的工作原理具体可以如图9所示。当然，本申请并不局限于此，任意合适的本领域技术人员能够理解和使用的控制类结构在此均可以使用。

本申请中的采摘机器人作业对象为一切生长在树上、成熟时果实呈红色的水果(此为具体举例的其中一种颜色)，可普及到更多水果采摘(当然，通过对应调节，可以针对性识别不同颜色的成熟的果实)。整个结构的优选的实施方式能够进一步集机械、电子、信息、智能技术、机械结构、视觉图像处理、传感技术、控制技术等技术于一体，通过整体设计了半自动行走的结构，在设计移动结构时进一步采用车轮式行走机构，以便于在野外不同土壤地势条件下行动。同时经过计算设计了水果箱26、控制台、切割机构4 的安放位置，使得人工控制时操作更为简单、高效。还可以进一步设计手柄便于手持，在人工控制方向的手柄，进一步可以设置成人工容易握住的结构，以便控制方向简单省力。在水果采摘模块上进一步可以设置为球坐标切割机构4、传感器识别成熟水果实现对成熟水果的精确采摘。具体地，在一种设置方式下，设置的行走速度控制在1m/s，这样可以实现10分钟采摘完一棵树。

以上详细描述了本实用新型的优选实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。

Claims (9)

1.一种用于自动采摘水果的机器人，其特征在于，所述用于自动采摘水果的机器人包括可移动设置的底座，沿竖直方向可伸缩地设置于所述底座上的升降机构，至少部分相对于所述底座可转动地设置于所述升降机构上的切割机构，以及与所述切割机构相连且用于收集所述切割机构采摘下的水果的水果收集机构。

2.根据权利要求1所述的用于自动采摘水果的机器人，其特征在于，所述升降机构包括沿竖直方向可伸缩地设置于所述底座上的折叠结构，以及设置于所述底座上且与所述折叠结构相连并用于驱动所述折叠结构伸长或收缩的液压驱动结构。

3.根据权利要求1或2所述的用于自动采摘水果的机器人，其特征在于，所述切割机构包括固定设置于所述升降机构上的立柱，设置于所述立柱端部的转动部，以及通过液压杆可沿水平方向伸缩地设置于所述转动部上的旋转切割组件；其中，

所述转动部包括可自转地设置于所述立柱上的回转箱体，固定设置于所述回转箱体上的转动电机，且所述转动电机的输出端与第一转动齿轮相连，所述第一转动齿轮与固定连接于所述回转箱体上的第二转动齿轮啮合，所述第二转动齿轮与所述立柱可自转地设置且与所述回转箱体同轴设置。

4.根据权利要求3所述的用于自动采摘水果的机器人，其特征在于，所述旋转切割组件包括设置于所述液压杆的活动端上的驱动电机，以及通过齿轮组连接所述驱动电机的刀片，且所述齿轮组的外部还套设有齿轮箱。

5.根据权利要求4所述的用于自动采摘水果的机器人，其特征在于，所述水果收集机构包括位于所述刀片正下方的漏斗，设置于所述底座上的水果箱，以及连通所述漏斗与所述水果箱的输送管。

6.根据权利要求5所述的用于自动采摘水果的机器人，其特征在于，所述回转箱体上还设置有支撑套，所述液压杆的活动端贯穿所述支撑套延伸设置，且所述液压杆的活动端的一侧还设置有紧固圈，所述漏斗连接于所述紧固圈上。

7.根据权利要求1或2所述的用于自动采摘水果的机器人，其特征在于，所述用于自动采摘水果的机器人还包括控制机构，所述控制机构至少包括设置于所述切割机构上的用于识别水果的水果识别单元，以及用于控制所述切割机构进行切割的切割控制单元。

8.根据权利要求1或2所述的用于自动采摘水果的机器人，其特征在于，所述底座至少包括车架和设置于所述车架上的底板，且所述车架上设置有多组车轮。

9.根据权利要求8所述的用于自动采摘水果的机器人，其特征在于，所述车轮为两组，且位于后侧的一组车轮上设置有差速器。

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