[发明专利]一种可自主导航的履带式多机械臂苹果采摘机器人

说明书

技术领域

本发明涉及一种苹果采摘机器人，特别涉及一种可自主导航的履带式多机 械臂苹果采摘机器人。

背景技术

我国是苹果生产大国，苹果生产对我国农业经济的发展具有重要意义。然 而，当前我国苹果采摘基本上都是手工进行的，采摘效率较低。近年来，随着 农业机械化和自动化的发展，苹果自动采摘机器人的研究越来越受到关注。但 多数研究集中在在苹果采摘机械臂、各种末端执行器、各种传感器以及采摘机 器人自动导航等单方面的研究，对于苹果采摘机器人整体系统的研究相对缺乏， 市场上能够投入应用的苹果采摘机器人在实际工作中仍需人力协助，无法实现 完全的自动化和无人化；而现有苹果采摘机器人多为单个机械手工作，虽然能 代替人力自行采摘，极大地节约了劳动力，但此类苹果采摘机器人，成本较高， 采摘效率仍需提高。

发明内容

针对上述问题和不足，本发明的目的在于提供一种新型履带式苹果采摘机 器人。此种苹果采摘机器人在履带式移动平台上集成四个苹果采摘机械臂，并 增加自主导航功能，可提高苹果采摘机器人的作业效率和自动化程度。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种可自主导航的履带式多 机械臂苹果采摘机器人，由履带式移动平台、导航系统和采摘系统组成。

履带式移动平台主要包括车体机架、实验设备固定机架、两个履带总成、 横梁、支撑立柱、液压缸体、控制盒和蓄电池。其中两个履带总成通过四根横 梁与履带支撑梁焊接，履带总成包括变速箱、驱动轮、导向轮、承重轮、张紧 轮、履带和履带支撑梁。车体机架与四个根横梁之间通过焊接连接，实验设备 固定机架和履带式移动平台之间通过四根支撑立柱连接。该履带式移动平台以 柴油机为动力机，可通过柴油机带动发电机发电，给蓄电池充电，再由蓄电池 给采摘系统供电。液压缸体用来调整机身平衡，可使履带式移动平台在丘陵山 地上行走。

导航系统由机器视觉模块、超声波避障模块、GPS模块和导航控制模块组成。

机器视觉模块由安装在履带式移动平台最前部双目摄像头实时采集果园道 路环境信息，经图像处理器DSP处理，提取出图像中的果园路径与果树的二维 信息；超声波避障模块由安装在履带式移动平台前后左右四角的超声波传感器 实时采集履带式移动平台周围的障碍物信息与距离信息；GPS模块用于检测履带 式移动平台的当前位置信息以及路面环境信息；以上三种模块的最终信息都传 递与导航控制模块的处理器ARM1。导航控制模块的处理器ARM1同时接收采摘控 制模块的ARM2处理器的相关信息，当采摘系统检测不到苹果目标信息时，采摘 控制模块的ARM2处理器向导航系统控制模块的ARM1处理器发送“行走”指令 信息，则ARM1处理器将接收到的机器视觉模块、超声波避障模块、GPS模块的 相关信息按照一定规则进行融合计算处理后求出导航参数以及相应的控制信 号，对履带式移动平台的驱动电机进行驱动控制实现相关的行走、转向运动。 当行走过程中采摘系统检测到苹果目标信息时ARM2处理器向ARM1处理器发送 “停止”指令信息，则ARM1处理器对履带式移动平台进行停车控制处理。

采摘系统由采摘机械执行模块和采摘控制模块组成。

采摘机械执行模块主要包括四个采摘机械臂和对应的末端执行器、苹果收 集装置。四个采摘机械臂通过螺栓固定在可调整高度的升降台上，升降台通过 螺栓分别固定在实验设备固定机架的前后左右四个位置上，并由气泵驱动。苹 果收集装置由连接在机械臂推杆上的柔性管和苹果收集箱组成，苹果收集箱安 装在实验设备固定机架的前方和后方。采摘机械臂主要包括推杆、小臂电机、 大臂、大臂电机、腰部、腰部电机，采摘机械臂上布置有位置传感器、有限位 开关传感器、力敏电阻碰撞传感器，以保证机械臂在安全的工作范围内运动和 避免机械臂与机械臂以及机械臂与障碍物发生碰撞。末端执行器的三指中心位 置安装有摄像头、红外距离传感器、采摘苹果压力传感器。