19 中華人民共和國 國家知識產權局 12 發(fā)明專利申請 10 申請公布號 43 申請公布日 21 申請?zhí)?202010562552 7 22 申請日 2020 06 19 71 申請人 山東農業(yè)大 學 地址 271018 山東省泰安市岱宗大街61號 72 發(fā)明人 蘇 斐 劉久欽 祖 林 祿 李天華 74 專利代理機構 濟南譽豐專利代理事務所 普通 合 伙企業(yè) 37240 代理人 王舵 51 Int Cl A01D 45 00 2018 01 A01D 57 00 2006 01 A01D 57 20 2006 01 A01D 90 02 2006 01 A01D 90 10 2006 01 54 發(fā)明名稱 一種全自動番茄自動采摘運輸一體化機器 人及使用方法 57 摘要 本發(fā)明涉及一種全自動番茄自動采摘運輸 一體化機器人及使用方法 其中一種全自動番茄 自動采摘運輸一體化機器人包括采摘車和運輸 車 運輸車上設有收集裝置 采摘車上設有無損 采摘裝置和輸出端伸至收集裝置的傳 送裝置 本 發(fā)明實現(xiàn)對番茄的采摘 運輸與裝卸的全程自動 化 通過中間傳 送裝置的合理配置使采摘車與運 輸車配合 實現(xiàn)了番茄采摘 運輸與裝卸的全程 自動化 提高了勞動效率 實現(xiàn)無損采摘作業(yè) 吸 附式無損采摘裝置的錐形保護外殼一次只將一 個番茄套住 真空吸盤開始扭轉時不會碰傷 到附 近的果實 同時網兜裝置采用柔性繩織網 可大 大降低對番茄表面的沖擊力 減損輥刷將 番茄脫 離傳送帶進入收集筐時的速度降到最低 以減少 收集筐對 番 茄的沖擊 權利要求書2頁 說明書7頁 附圖4頁 CN 111567214 A 2020 08 25 CN 111567214 A 1 一種全自動番茄自動采摘運輸一體化機器人 其特征在于 包括采摘車 00 和運輸 車 200 所述運輸車上設有收集裝置 采摘車上設有無損采摘裝置和輸出端伸至收集裝置 的傳送裝置 2 根據權利要求1所述的一種全自動番茄自動采摘運輸一體化機器人 其特征在于 所 述無損采摘裝置包括機械臂 15 和安裝在機械臂末節(jié)的真空吸盤 103 所述真空吸盤連 接設置在采摘車上的真空發(fā)生器 3 根據權利要求2所述的一種全自動番茄自動采摘運輸一體化機器人 其特征在于 還 包括固設在采摘車上的第一導軌 141 滑接在第一導軌上的滑動底座 21 和驅動滑動底 座沿第一導軌沿豎向移動的第一驅動裝置 所述滑動底座與機械臂首節(jié)固接 4 根據權利要求1所述的一種全自動番茄自動采摘運輸一體化機器人 其特征在于 傳 送裝置包括安裝在采摘車上的固定輸送機 5 和安裝在運輸車上的擺動輸送機 7 固定輸 送機的輸出端延伸至擺動輸送機的輸入端 擺動輸送機的輸出端伸至收集裝置 擺動輸送 機的機架通過橫軸鉸接在運輸車上 運輸車上安裝有驅動擺動輸送機繞橫軸轉動的擺動驅 動裝置 5 根據權利要求4所述的一種全自動番茄自動采摘運輸一體化機器人 其特征在于 所 述擺動輸送機包括機架 轉動安裝在機架上的主動滾筒 73 和從動滾筒 以及連接主動滾 筒和從動滾筒的擺動傳送帶 主動滾筒連接第一電動機 71 擺動輸送機的機架上轉動連接有位于固定輸送機輸出端與擺動輸送機輸入端之間的 防卡輥刷 72 所述防卡輥刷與主動滾筒傳動連接 6 根據權利要求5所述的一種全自動番茄自動采摘運輸一體化機器人 其特征在于 擺 動輸送機的機架上還轉動連接有位于擺動輸送機輸出端上方的減損輥刷 77 所述減損輥 刷連接第二電動機 78 減損輥刷與從動滾筒的轉向相反 7 根據權利要求4所述的一種全自動番茄自動采摘運輸一體化機器人 其特征在于 傳 送裝置還包括固設在采摘車上的第二導軌 142 滑接在第二導軌上的移動底座 22 和驅 動移動底座沿第二導軌沿豎向移動的第二驅動裝置 移動底座上安裝有位于固定輸送機上 方的網兜裝置 4 和驅動網兜裝置出料端啟閉的第三驅動裝置 42 8 根據權利要求7所述的一種全自動番茄自動采摘運輸一體化機器人 其特征在于 網 兜裝置包括與移動底座 22 固接的支撐架 41 以及分別通過橫向鉸軸與支撐架鉸接的第 一外框和第二外框 第一外框和第二外框相對設置 第一外框和第二外框的內孔均安裝有 承接網 第三驅動裝置 42 包括安裝在移動底座上的第三電動機 43 固裝在第三電動機輸出 軸的控制齒輪 以及與所述控制齒輪嚙合的上齒條和下齒條 上齒條和下齒條均與移動底 座滑接 上齒條的一端與第一外框鉸接 下齒條的一端與第二外框鉸接 且上齒條和下齒條 位于橫向鉸軸的同側 9 根據權利要求1所述的一種全自動番茄自動采摘運輸一體化機器人 其特征在于 收 集裝置包括設置在運輸車上的托盤 13 叉架 10 和驅動托盤移動至叉架一側的第四驅動 裝置 托盤上放置有與傳送裝置輸出端對應的收集筐 12 叉架上設有與收集筐對應的貨 叉和驅動貨叉沿豎向移動的第五驅動裝置 10 一種權利要求1 9任一項所述全自動番茄自動采摘運輸一體化機器人的使用方法 權 利 要 求 書 1 2 頁 2 CN 111567214 A 其特征在于 包括如下方面 1 整體工作過程 a 基于人工勢場在作物行間規(guī)劃路徑 采摘車首先進入作物行間并調整好姿態(tài) 隨后 運輸車進入 在運輸車上的光電傳感器與單片機的作用下實時標定 調整與采摘車之間的 方位 b 采用強化學習算法實現(xiàn)路徑跟蹤及優(yōu)化并控制機械臂完成采摘動作 待采摘裝置將 番茄摘下來之后 在機械臂的帶動下 錐形外殼到達第二導軌的前側某一位置 該位置為實 現(xiàn)采摘及后續(xù)動作過程耗時最短的位置 c 采摘裝置把番茄吐出至網兜裝置上 隨后網兜裝置下移至固定輸送機的上方近距離 處將番茄緩慢放下 經過傳送裝置將番茄傳送至收集筐 d 當收集筐下方的壓力傳感器輸出的信號達到一定值時 采摘車停止工作 運輸車脫 離采摘車并將貨物運輸至集中收集點 與此同時單片機控制托盤移動 把收集筐移動到貨 叉的工作區(qū)域 隨后叉架帶動貨叉將收集筐叉起并放置于指定的碼垛位置 隨后 貨叉叉起 另一個空的收集筐隨運輸車空載返回至采摘車 此過程往復循環(huán) 2 吸附式無損采摘過程 a 采摘裝置通過視覺系統(tǒng)獲取視野中的番茄數(shù)量和每個番茄的位置信息 成熟度信 息 然后將這些信息反饋至單片機 b 在單片機控制作用下使機械臂快速移動到第一個番茄的采摘點 錐形外殼在機械臂 的帶動下將番茄包絡在內 利用真空吸盤吸附住番茄表面 隨后在機械臂末關節(jié)馬達帶動 作用下發(fā)生扭轉 將果梗扭斷 c 機械臂帶動被采摘下的番茄以最短時間運動至第二導軌一側 此時移動底座上的光 電傳感器檢測到距離信息并反饋至單片機 單片機發(fā)出指令讓移動底座帶動著網兜裝置向 上運動至靠近錐形外殼下方 然后單片機發(fā)出指令讓機械臂的末關節(jié)電機旋轉 使錐形外 殼傾斜 使番茄落到網兜裝置上 第二個番茄按照上述同樣的程序采摘 直到所有的番茄都 收獲完為止 3 番茄的收集過程 a 番茄經過固定輸送機與擺動輸送機的結合處時 利用防卡輥刷的轉動使番茄順利通 過結合處 b 當番茄到達擺動輸送機的輸出端時 與擺動傳送帶轉向相反的減損輥刷提供阻力作 用 使番茄速度降低后進入收集筐 c 為了使番茄在收集筐內不扎堆 隨著番茄的進入 托盤左右平移 使番茄平鋪成一 層 收集筐下方的壓力傳感器檢測到一層的重量數(shù)值并將該數(shù)值信號傳給單片機 若該數(shù) 值落入程序設定的只有一層番茄的重量區(qū)間 單片機發(fā)出指令讓擺動驅動裝置動作 驅動 擺動輸送機的輸出端向上擺動 實現(xiàn)番茄被逐層收集 權 利 要 求 書 2 2 頁 3 CN 111567214 A 一種全自動番茄自動采摘運輸一體化機器人及使用方法 技術領域 0001 本發(fā)明涉及農業(yè)機器人技術領域 尤其涉及到一種全自動番茄自動采摘運輸一體 化機器人及使用方法 背景技術 0002 我國是農業(yè)大國 但整體機械化水平不高 作業(yè)效率低下 農業(yè)機器人的應用更是 少之又少 就番茄來講 目前通常是采用大棚規(guī)?；N植 采摘 運輸和裝卸等作業(yè)環(huán)節(jié)主 要以人工完成 或是采用機械輔助作業(yè) 表現(xiàn)為耗時耗力 效率低下 成本高昂 而且采用機 械輔助作業(yè)時 由于機械結構的不合理對番茄造成較大的損傷 從而影響了番茄的銷售 降 低了產值 增加了農業(yè)勞動者的經濟負擔 0003 國內對番茄收獲機器人的研究起步較晚 番茄收獲領域比較落后 現(xiàn)有的一些用 于番茄的作業(yè)機械普遍存在自動化程度低 作業(yè)時對番茄損傷較大和效率低的問題 且作 業(yè)功能單一 適用性差 無法體系化作業(yè) 推廣應用前景差 隨著先進算法的不斷提出 人工 智能的不斷發(fā)展 研發(fā)農業(yè)機器人將成為發(fā)展農業(yè) 實現(xiàn)農業(yè)現(xiàn)代化的重要方向 發(fā)明內容 0004 本發(fā)明針對現(xiàn)有技術的不足 提供一種全自動番茄自動采摘運輸一體化機器人及 使用方法 提高了番茄收獲效率 而且減小了收獲過程中番茄的損傷 0005 本發(fā)明是通過如下技術方案實現(xiàn)的 提供一種全自動番茄自動采摘運輸一體化機 器人 包括采摘車和運輸車 所述運輸車上設有收集裝置 采摘車上設有無損采摘裝置和輸 出端伸至收集裝置的傳送裝置 0006 本優(yōu)化方案利用采摘車帶動無損采摘裝置進行無損采摘 采摘后的番茄通過傳送 裝置送至運輸車上的收集裝置 收集至一定量時 運輸車將收集裝置中的番茄運至集中存 放點 從而利用采摘車 傳送裝置和運輸車的配合實現(xiàn)番茄收獲作業(yè) 大幅降低了勞動強 度 提高了收獲效率 0007 作為優(yōu)化 所述無損采摘裝置包括機械臂和安裝在機械臂末節(jié)的真空吸盤 所述 真空吸盤連接設置在采摘車上的真空發(fā)生器 本優(yōu)化方案利用機械臂帶動真空吸盤與番茄 接觸 利用真空發(fā)生器的作用使真空吸盤吸附住番茄 再利用機械臂末節(jié)的轉動將果梗扭 斷 避免了番茄被損傷 真空發(fā)生器和機械臂均采用現(xiàn)有技術實現(xiàn) 0008 作為優(yōu)化 機械臂末節(jié)上固接有外殼 真空吸盤位于外殼內 本優(yōu)化方案通過設置 外殼 使番茄在外殼內被吸附 將番茄摘下 真空發(fā)生器停止工作后 避免番茄掉落 0009 作為優(yōu)化 還包括固設在采摘車上的第一導軌 滑接在第一導軌上的滑動底座和 驅動滑動底座沿第一導軌沿豎向移動的第一驅動裝置 所述滑動底座與機械臂首節(jié)固接 本優(yōu)化方案通過滑動底座的移動帶動機械臂上下移動 從而增大了采摘范圍 0010 作為優(yōu)化 傳送裝置包括安裝在采摘車上的固定輸送機和安裝在運輸車上的擺動 輸送機 固定輸送機的輸出端延伸至擺動輸送機的輸入端 擺動輸送機的輸出端伸至收集 說 明 書 1 7 頁 4 CN 111567214 A 裝置 擺動輸送機的機架通過橫軸鉸接在運輸車上 運輸車上安裝有驅動擺動輸送機繞橫 軸轉動的擺動驅動裝置 本優(yōu)化方案的傳送裝置在使用時 通過固定輸送機將采摘裝置采 摘的番茄傳送至擺動輸送機 利用擺動輸送機將番茄傳送至收集裝置 通過擺動驅動裝置 帶動擺動輸送機整體擺動 使得擺動輸送機的輸出端高度可以調節(jié) 以避免落差過大導致 番茄摔壞損傷 同時還方便實現(xiàn)逐層擺放 0011 作為優(yōu)化 所述擺動輸送機包括機架 轉動安裝在機架上的主動滾筒和從動滾筒 以及連接主動滾筒和從動滾筒的擺動傳送帶 主動滾筒連接第一電動機 擺動輸送機的機 架上轉動連接有位于固定輸送機輸出端與擺動輸送機輸入端之間的防卡輥刷 所述防卡輥 刷與主動滾筒傳動連接 本優(yōu)化方案的擺動輸送機通過第一電動機帶動主動滾筒轉動 從 而帶動傳送帶轉動 實現(xiàn)番茄輸送 結構簡單 通過設置防卡輥刷 避免番茄在經過固定輸 送機和擺動輸送機結合處時被卡住 實現(xiàn)了番茄順利傳送 0012 作為優(yōu)化 擺動輸送機的機架上還轉動連接有位于擺動輸送機輸出端上方的減損 輥刷 所述減損輥刷連接第二電動機 減損輥刷與從動滾筒的轉向相反 本優(yōu)化方案通過第 二電動機帶動減損輥刷旋轉 將番茄脫離傳送帶進入收集筐時的速度降到最低 以減少收 集筐對番茄的沖擊 避免番茄受損 0013 作為優(yōu)化 傳送裝置還包括固設在采摘車上的第二導軌 滑接在第二導軌上的移 動底座和驅動移動底座沿第二導軌沿豎向移動的第二驅動裝置 移動底座上安裝有位于固 定輸送機上方的網兜裝置和驅動網兜裝置出料端啟閉的第三驅動裝置 本優(yōu)化方案利用網 兜裝置承接機械臂卸下的番茄 減小了對番茄表面的沖擊力 通過第二驅動裝置驅動移動 底座上下移動 從而實現(xiàn)了網兜裝置的上下移動 實現(xiàn)了網兜裝置從靠近機械臂卸料位置 到靠近固定輸送機位置之間的移動 減小了番茄滾動掉落高度差 更好地避免了番茄受損 0014 作為優(yōu)化 網兜裝置包括與移動底座固接的支撐架 以及分別通過橫向鉸軸與支 撐架鉸接的第一外框和第二外框 第一外框和第二外框相對設置 第一外框和第二外框的 內孔均安裝有承接網 第三驅動裝置包括安裝在移動底座上的第三電動機 固裝在第三電 動機輸出軸的控制齒輪 以及與所述控制齒輪嚙合的上齒條和下齒條 上齒條和下齒條均 與移動底座滑接 上齒條的一端與第一外框鉸接 下齒條的一端與第二外框鉸接 且上齒條 和下齒條位于橫向鉸軸的同側 本優(yōu)化方案利用承接網的柔性 大大降低了對番茄表面的 沖擊力 通過控制齒輪同時與上齒條 下齒條嚙合 當控制齒輪轉動時 帶動上齒條和下齒 條沿相反方向移動 從而帶動第一外框和第二外框沿相反的方向轉動 實現(xiàn)控制網兜裝置 進料端和出料端的打開或閉合 0015 作為優(yōu)化 收集裝置包括設置在運輸車上的托盤 叉架和驅動托盤移動至叉架一 側的第四驅動裝置 托盤上放置有與傳送裝置輸出端對應的收集筐 叉架上設有與收集筐 對應的貨叉和驅動貨叉沿豎向移動的第五驅動裝置 本優(yōu)化方案的收集裝置通過收集筐存 放由傳動裝置傳送來的番茄 當收集筐中的番茄達到一定量時 通過托盤的移動帶動收集 筐朝向貨叉移動 通過第五驅動裝置帶動貨叉上移將收集筐挑起 然后通過叉架的動作將 收集筐移至存放位置 進一步減輕了勞動強度 提高了作業(yè)效率 0016 本方案還提供一種全自動番茄自動采摘運輸一體化機器人的使用方法 包括如下 方面 1 整體工作過程 說 明 書 2 7 頁 5 CN 111567214 A a 基于人工勢場在作物行間規(guī)劃路徑 采摘車首先進入作物行間并調整好姿態(tài) 隨后 運輸車進入 在運輸車上的光電傳感器與單片機的作用下實時標定 調整與采摘車之間的 方位 b 采用強化學習算法實現(xiàn)路徑跟蹤及優(yōu)化并控制機械臂完成采摘動作 待采摘裝置將 番茄摘下來之后 在機械臂的帶動下 錐形外殼到達第二導軌的前側某一位置 該位置為實 現(xiàn)采摘及后續(xù)動作過程耗時最短的位置 傳統(tǒng)的采摘方式為接果位置是固定的 這種傳統(tǒng) 方式表現(xiàn)為機械臂不管在什么位置采摘果實都必須返回到原來的接果位置 不能保證每次 返回路徑都是最優(yōu)的 所耗時間是最短的 與傳統(tǒng)采摘模式相比 本發(fā)明的作業(yè)模式配合最 優(yōu)路徑算法 路徑優(yōu) 耗時短 實現(xiàn)了高效率采摘作業(yè) c 采摘裝置把番茄吐出至網兜裝置上 隨后網兜裝置下移至固定輸送機的上方近距離 處將番茄緩慢放下 經過傳送裝置將番茄傳送至收集筐 d 當收集筐下方的壓力傳感器輸出的信號達到一定值時 采摘車停止工作 運輸車脫 離采摘車并將貨物運輸至集中收集點 與此同時單片機控制托盤移動 把收集筐移動到貨 叉的工作區(qū)域 隨后叉架帶動貨叉將收集筐叉起并放置于指定的碼垛位置 隨后 貨叉叉起 另一個空的收集筐隨運輸車空載返回至采摘車 此過程往復循環(huán) 2 吸附式無損采摘過程 a 采摘裝置通過視覺系統(tǒng)獲取視野中的番茄數(shù)量和每個番茄的位置信息 成熟度信 息 然后將這些信息反饋至單片機 b 在單片機控制作用下使機械臂快速移動到第一個番茄的采摘點 錐形外殼在機械臂 的帶動下將番茄包絡在內 利用真空吸盤吸附住番茄表面 隨后在機械臂末關節(jié)馬達帶動 作用下發(fā)生扭轉 將果梗扭斷 c 機械臂帶動被采摘下的番茄以最短時間運動至第二導軌一側 此時移動底座上的光 電傳感器檢測到距離信息并反饋至單片機 單片機發(fā)出指令讓移動底座帶動著網兜裝置向 上運動至靠近錐形外殼下方 然后單片機發(fā)出指令讓機械臂的末關節(jié)電機旋轉 使錐形外 殼傾斜 使番茄落到網兜裝置上 第二個番茄按照上述同樣的程序采摘 直到所有的番茄都 收獲完為止 3 番茄的收集過程 a 番茄經過固定輸送機與擺動輸送機的結合處時 利用防卡輥刷的轉動使番茄順利通 過結合處 b 當番茄到達擺動輸送機的輸出端時 與擺動傳送帶轉向相反的減損輥刷提供阻力作 用 使番茄速度降低后進入收集筐 c 為了使番茄在收集筐內不扎堆 隨著番茄的進入 托盤左右平移 使番茄平鋪成一 層 收集筐下方的壓力傳感器檢測到一層的重量數(shù)值并將該數(shù)值信號傳給單片機 若該數(shù) 值落入程序設定的只有一層番茄的重量區(qū)間 單片機發(fā)出指令讓擺動驅動裝置動作 驅動 擺動輸送機的輸出端向上擺動 實現(xiàn)番茄被逐層收集 0017 本發(fā)明的有益效果為 1 實現(xiàn)對番茄的采摘 運輸與裝卸的全程自動化 通過中間傳送裝置的合理配置使采 摘車與運輸車配合 在無需人工干預的情況下 實現(xiàn)了番茄采摘 運輸與裝卸的全程自動 化 大大解放了勞動力 提高了勞動效率 說 明 書 3 7 頁 6 CN 111567214 A 2 實現(xiàn)高效率作業(yè) 機械臂在最優(yōu)路徑算法的控制下運動到第二導軌前側某一位置 滑動底座搭載著網兜裝置 隨時根據機械臂的位置來沿軌道方向調整自己的位置 從而靠 近錐形外殼下方 待錐形外殼將番茄吐出時 網兜裝置可順利接住果實 然后隨可滑動底座 移動至固定傳送帶上方近距離處 將番茄緩慢放下 3 實現(xiàn)減損 甚至無損采摘作業(yè) 吸附式無損采摘裝置的錐形保護外殼一次只將一個 番茄套住 這種模式的效果為真空吸盤開始扭轉時不會碰傷到附近的果實 同時網兜裝置 采用柔性繩織網 可大大降低對番茄表面的沖擊力 網兜裝置以其獨特的機械結構使卸載 時實現(xiàn)了逐漸將番茄放至固定傳送帶上的效果 也減少了對果實的沖擊 擺動傳送帶上的 減損輥刷將番茄脫離傳送帶進入收集筐時的速度降到最低 以減少收集筐對番茄的沖擊 整個過程表現(xiàn)為損傷小甚至無損 附圖說明 0018 圖1為本發(fā)明結構示意圖 圖2為本發(fā)明無損采摘裝置結構示意圖 圖3為本發(fā)明滑動底座結構示意圖 圖4為本發(fā)明網兜結構示意圖 圖5為本發(fā)明擺動輸送機結構示意圖 圖6為本發(fā)明托盤結構示意圖 圖7為本發(fā)明控制流程示意圖 圖中所示 1 吸附式無損采摘機構 3 太陽能電池 4 網兜裝置 5 固定輸送機 6 支撐臺 7 擺動 輸送機 8 滑輪 9 貨叉 10 叉架 1 齒條軌道 2 收集筐 3 托盤 5 機械臂 2 滑動 底座 22 移動底座 41 支撐架 2 第三驅動裝置 43 第三電動機 71 第一電動機 2 防 卡輥刷 73 主動滾筒 4 V型傳動帶 75 液壓缸 6 滑槽 77 減損輥刷 8 第二電動機 100 采摘車 101 視覺傳感器 102 外殼 103 真空吸盤 131 運輸電機 132 行走齒輪 141 第一導軌 142 第二導軌 200 運輸車 211 滾輪 2 2 齒形帶 213 同步帶輪 214 電 機 具體實施方式 0019 為了令本發(fā)明的目的 特征 優(yōu)點更加明顯易懂 下面結合附圖中涉及的具體實施 方式對本發(fā)明的實施例進行清楚 完整地描述 顯然 所描述的實施例僅為本發(fā)明的一部分 實施例 而不是全部實施例 基于本發(fā)明的實施例 本領域技術人員在未進行創(chuàng)造性勞動前 提下獲得的所有其它實施例 如只改變用途而不改變權利要求涉及基本原理的實施例 都 屬于本發(fā)明保護的范圍 0020 如圖1所示一種全自動番茄自動采摘運輸一體化機器人 包括STM32單片機 傳感 器組 電池 氣動系統(tǒng) 采摘車100和運輸車200 所述運輸車上設有收集裝置 采摘車上設有 無損采摘裝置和輸出端伸至收集裝置的傳送裝置 采摘車100與運輸車200通過傳送裝置配 合實現(xiàn)番茄收獲作業(yè) 采摘車部分采用太陽能電池3提供電能 運輸車部分采用普通電池提 供電能 運輸車和采摘車均自帶行進驅動裝置 說 明 書 4 7 頁 7 CN 111567214 A 0021 無損采摘裝置包括第一導軌141 滑動底座21 機械臂 5和安裝在機械臂末節(jié)的柔 性真空吸盤103 所述真空吸盤通過柔性軟管連接設置在采摘車上的真空發(fā)生器 機械臂采 用現(xiàn)有技術的6DOF機械臂 真空發(fā)生器同樣采用現(xiàn)有技術實現(xiàn) 第一導軌141固設在采摘車 上 滑動底座21滑接在第一導軌上 第一驅動裝置驅動滑動底座沿第一導軌豎向移動 機械 臂首節(jié)與滑動底座固接 機械臂末節(jié)上固接有外殼 真空吸盤位于外殼內 真空吸盤和外殼 形成吸附式無損采摘機構1 機械臂帶動吸附式無損采摘機構移動實現(xiàn)采摘 如圖2所示 外 殼為錐形 且遠離機械臂的一端為小徑端 錐形外殼的小徑端通徑只允許一個番茄通過 錐 形外殼102上方安裝有視覺傳感器101 如圖3所示 滑動底座21上安裝有位于第一導軌相對 側面且與第一導軌表面滾動連接的滾輪211 第一驅動裝置包括齒形帶212 電機 14和沿豎 向分布的兩同步帶輪213 同步帶輪上設有與齒形帶嚙合的輪齒 電機214的輸出軸與位于 下方的同步帶輪固接 滑動底座21與齒形帶212固接 電動機 14的動力輸出軸帶動同步帶 輪213轉動 齒形帶與同步帶輪213嚙合 0022 傳送裝置包括安裝在采摘車上的固定輸送機5和安裝在運輸車上的擺動輸送機7 固定輸送機5一端固連在采摘車上 另一端與擺動輸送機活動結合 擺動輸送機遠離固定輸 送機的一端在收集筐12附近上下擺動 固定輸送機的輸出端延伸至擺動輸送機的輸入端 擺動輸送機的輸出端伸至收集裝置 擺動輸送機的機架通過橫軸鉸接在運輸車上 運輸車 上安裝有驅動擺動輸送機繞橫軸轉動的擺動驅動裝置 0023 擺動輸送機7包括機架 轉動安裝在機架上的主動滾筒 3和從動滾筒 以及連接主 動滾筒和從動滾筒的擺動傳送帶 主動滾筒連接第一電動機71 第一電動機驅動主動滾筒 轉動 從而帶動擺動傳送帶轉動 實現(xiàn)對番茄的輸送 擺動輸送機的機架上轉動連接有位于 固定輸送機輸出端與擺動輸送機輸入端之間的防卡輥刷72 所述防卡輥刷與主動滾筒73的 轉軸通過V型傳動帶74傳動連接 使防卡輥刷的轉動方向與擺動傳送帶轉向相同 0024 擺動輸送機的機架上還轉動連接有位于擺動輸送機輸出端上方的減損輥刷77 所 述減損輥刷連接第二電動機78 第二電動機78帶動減損輥刷轉動 減損輥刷與從動滾筒的 轉向相反 本實施例的擺動驅動裝置包括分別位于擺動輸送機兩側的液壓缸75和穿設在擺 動輸送機上的支桿 支桿與橫軸平行 擺動輸送機的機架上設有穿設所述支桿且沿輸送方 向延伸的滑槽76 支桿的兩端分別與兩液壓缸的活塞鉸接 液壓缸的缸體鉸接在運輸車上 為了方便安裝 在運輸車上靠近采摘車的一端頂部固設有支撐臺6 液壓缸的缸體與支撐臺 6鉸接 0025 傳送裝置還包括固設在采摘車上的第二導軌142 滑接在第二導軌上的移動底座 22和驅動移動底座沿第二導軌沿豎向移動的第二驅動裝置 移動底座上安裝有位于固定輸 送機上方的網兜裝置4和驅動網兜裝置出料端啟閉的第三驅動裝置42 第二驅動裝置帶動 移動底座上下移動 從而帶動網兜裝置沿第二導軌方向上下移動 0026 網兜裝置包括與移動底座22固接的支撐架41 以及分別通過橫向鉸軸與支撐架鉸 接的第一外框和第二外框 第一外框和第二外框相對設置 第一外框和第二外框的內孔均 安裝有承接網 承接網為柔性繩織網 0027 第三驅動裝置42為雙滑塊機構 雙滑塊機構帶動網兜裝置4完成閉合動作 第三電 動機43通過其動力輸出軸上的控制齒輪與雙滑塊機構上的齒條嚙合為其提供驅動力 具體 地 第三驅動裝置包括安裝在移動底座上的第三電動機43 固裝在第三電動機輸出軸的控 說 明 書 5 7 頁 8 CN 111567214 A 制齒輪 以及與所述控制齒輪嚙合的上齒條和下齒條 上齒條和下齒條均與移動底座滑接 移動底座上開設有分別與上齒條 下齒條適配的滑槽 上齒條的一端與第一外框鉸接 下齒 條的一端與第二外框鉸接 且上齒條和下齒條位于橫向鉸軸的同側 第一外框和第二外框 的側面分別固接有位于橫向鉸軸同側的端軸 端軸與橫向鉸軸平行 上齒條和下齒條的端 部均固接有立板 立板上開設有供端軸滑動的長孔 0028 收集裝置包括設置在運輸車上的托盤13 叉架10和驅動托盤移動至叉架一側的第 四驅動裝置 托盤上放置有與傳送裝置輸出端對應的收集筐12 叉架上設有與收集筐對應 的貨叉和驅動貨叉沿豎向移動的第五驅動裝置 叉架10可轉動 且叉架連接驅動其繞豎向 軸線轉動的旋轉驅動電機 第四驅動裝置包括固裝在運輸車上的齒條軌道11和位于齒條兩 側的滑輪8 滑輪 以齒條軌道11為對稱軸并平行排列 滑輪與運輸車轉動連接 托盤上安裝 有運輸電機131 運輸電機的輸出軸上固裝有與齒條軌道嚙合的行走齒輪 托盤13放置于運 輸車上的滑輪8上 運輸電機131動力輸出軸帶動行走齒輪132轉動 利用行走齒輪132與齒 條軌道11的嚙合驅動托盤13運動 當托盤運動至貨叉9工作區(qū)域時 貨叉 在叉架10帶動下 可實現(xiàn)升降 旋轉動作 從而實現(xiàn)貨物卸載 碼垛的功能 0029 傳感器組包括光電傳感器 視覺傳感器 壓力傳感器 光電傳感器在移動底座22 運輸車上均有分布 移動底座22上的光電傳感器用于監(jiān)測與吸附式無損采摘裝置的距離 運輸車上的光電傳感器用于實時標定 校準與采摘車的方位 實現(xiàn)固定輸送機與擺動輸送 機的配合 視覺傳感器101位于錐形外殼102的上方 用于監(jiān)測番茄的數(shù)量 位置信息與成熟 度 實現(xiàn)采摘 壓力傳感器位于可移動的托盤13上表面 收集筐12下表面的下方 監(jiān)測收集 筐內番茄的重量 當重量達到一定要求時便進行卸載 各傳感器均與STM32單片機相連 0030 氣動系統(tǒng)包括空氣壓縮機 真空發(fā)生器 氣動軟管 空氣壓縮機位于采摘車的底盤 與載物面中間的空腔內 真空發(fā)生器通過氣動軟管分別與空氣壓縮機和柔性真空吸盤相 連 0031 本實施例全自動番茄自動采摘運輸一體化機器人的使用方法 包括如下方面 1 整體工作過程 a 基于人工勢場在作物行間規(guī)劃路徑 采摘車首先進入作物行間并調整好姿態(tài) 隨后 運輸車進入 在運輸車上的光電傳感器與STM32單片機的作用下實時標定 調整與采摘車之 間的方位 以實現(xiàn)固定輸送機與擺動輸送機的配合 實現(xiàn)中間傳送 b 采用強化學習算法實現(xiàn)路徑跟蹤及優(yōu)化并控制機械臂完成采摘動作 待采摘裝置將 番茄摘下來之后 在機械臂的帶動下 錐形外殼到達第二導軌的前側某一位置 該位置為實 現(xiàn)采摘及后續(xù)動作過程耗時最短的位置 c 吸附式無損采摘裝置把番茄吐出至網兜裝置上 隨后網兜裝置在滑動底座的帶動下 移動至固定輸送機的上方近距離處將番茄緩慢放下 經過傳送裝置將番茄傳送至收集筐 d 當收集筐下方的壓力傳感器輸出的信號達到一定值時 采摘車停止工作 運輸車脫 離采摘車并將貨物運輸至集中收集點 與此同時STM32單片機控制托盤移動 把收集筐移動 到貨叉的工作區(qū)域 隨后叉架帶動貨叉將收集筐叉起并放置于指定的碼垛位置 隨后 貨叉 叉起另一個空的收集筐隨運輸車空載返回至采摘車 此過程往復循環(huán) 0032 2 吸附式無損采摘過程 分為兩個階段 第一階段是計劃采摘的順序 在扎堆兒的 番茄處按照從邊緣向內層逐層的順序采摘 第二階段是計劃每一個番茄被采摘后運動至第 說 明 書 6 7 頁 9 CN 111567214 A 二導軌時的最優(yōu)路徑 就具體工作過程來講 a 采摘裝置通過視覺系統(tǒng)獲取視野中的番茄數(shù)量和每個番茄的位置信息 成熟度信 息 然后將這些信息反饋至STM32單片機 便于進行接下來的動作 b 對采摘順序進行規(guī)劃 在STM32單片機控制作用下使機械臂快速移動到第一個番茄 的采摘點 錐形外殼在機械臂的帶動下將番茄包絡在內 此時空氣壓縮機的氣泵供氣 真空 發(fā)生器工作 形成負壓 利用真空吸盤吸附住番茄表面 隨后在機械臂末關節(jié)馬達帶動作用 下發(fā)生扭轉 將果梗扭斷 然后停止吸附 錐形外殼可防止番茄滾出 c 機械臂帶動吸附式無損采摘機構和被采摘下的番茄以最短時間運動至第二導軌前 側某一位置 此時移動底座上的光電傳感器檢測到距離信息并反饋至STM32單片機 STM32 單片機發(fā)出指令讓移動底座帶動著網兜裝置向上運動至靠近錐形外殼下方 然后STM32單 片機發(fā)出指令讓機械臂的末關節(jié)電機旋轉 使錐形外殼傾斜 然后將番茄吐出 使番茄落到 網兜裝置上 第二個番茄按照上述同樣的程序采摘 直到所有的番茄都收獲完為止 d 機械臂回到初始姿勢 STM32單片機控制移動平臺向前移動 然后開始下一批的采 摘 0033 3 番茄的收集過程 a 番茄經過固定輸送機與擺動輸送機的結合處時 容易卡住番茄 利用防卡輥刷的轉 動使番茄順利通過結合處 防卡輥刷的轉動方向與固定輸送機的傳送帶轉動方向一致 b 當番茄到達擺動輸送機的輸出端時 與擺動傳送帶轉向相反的減損輥刷提供阻力作 用 使番茄速度降低后進入收集筐 減損輥刷上的刷子為柔性材質 不會對番茄表皮造成損 害 c 為了使番茄在收集筐內不扎堆 隨著番茄的進入 托盤左右平移 使番茄平鋪成一 層 收集筐下方的壓力傳感器檢測到一層的重量數(shù)值并將該數(shù)值信號傳給STM32單片機 若 該數(shù)值落入程序設定的只有一層番茄的重量區(qū)間 STM32單片機發(fā)出指令讓擺動驅動裝置 動作 即液壓缸頂升 驅動擺動輸送機的輸出端向上擺動 初始時液壓缸為未伸縮狀態(tài) 擺 動輸送機的減損輥刷一端剛好到達收集筐的框底直角處附近 擺動輸送機的擺動角 與壓 力傳感器數(shù)值x成一定的函數(shù)關系變化 實現(xiàn)番茄被逐層收集 避免受到機械外力擠壓作 用 0034 當然 上述說明也并不僅限于上述舉例 本發(fā)明未經描述的技術特征可以通過或 采用現(xiàn)有技術實現(xiàn) 在此不再贅述 以上實施例及附圖僅用于說明本發(fā)明的技術方案并非 是對本發(fā)明的限制 參照優(yōu)選的實施方式對本發(fā)明進行了詳細說明 本領域的普通技術人 員應當理解 本技術領域的普通技術人員在本發(fā)明的實質范圍內所做出的變化 改型 添加 或替換都不脫離本發(fā)明的宗旨 也應屬于本發(fā)明的權利要求保護范圍 說 明 書 7 7 頁 10 CN 111567214 A 圖1 圖2 說 明 書 附 圖 1 4 頁 11 CN 111567214 A 圖3 圖4 說 明 書 附 圖 2 4 頁 12 CN 111567214 A 圖5 圖6 說 明 書 附 圖 3 4 頁 13 CN 111567214 A 圖7 說 明 書 附 圖 4 4 頁 14 CN 111567214 A