[发明专利]一种绿豆采摘机器人

说明书

本发明公开了一种绿豆采摘机器人，包括田间行走装置、图像识别系统、移动定位装置、绿豆采摘装置、信息处理和控制系统、动力系统和绿豆收集箱。所述田间行走装置上连接有多足行走腿；所述移动定位装置的各个运动臂之间通过螺纹螺杆连接；所述绿豆采摘装置的机械手爪部位安装有辅助采摘器；工作时，根据图像识别系统采集到的信息，控制田间行走装置和移动定位装置运动至采摘点，再根据荚簇中所需采摘豆荚的数量，相应地选择辅助采摘器的不同端。更具体的，采摘机械手和辅助采摘器在凸轮机构的运动和拉伸弹簧的作用力下，模拟出人手采摘时的定位、夹取、小幅度扭转、拉扯一系列动作，从而实现对绿豆高效、精准的采摘。

技术领域

本发明涉及菜豆族类农作物采摘领域，具体为一种绿豆采摘机器人。

背景技术

绿豆为一年生草本植物，其生长有以下特点：其一，绿豆通常以数个豆荚聚集成荚簇生长，且不同于其他豆科类植物，绿豆单个豆荚之间成熟期相差很大，且一旦到了成熟期，其豆荚会慢慢裂开；其二，绿豆的果炳很短，各个豆荚通过很短的果柄长在侧枝上，使得传统的机械手如剪夹机械手不能胜任其采摘要求；其三,成熟的绿豆很脆，一旦采摘过程中施加的外力过大,很容易造成豆荚裂开。

绿豆作为高经济效率农作物，在我国的种植历史已久，其市场需求一直呈增长趋势。目前，绿豆采摘基本完全靠人工完成，由于人力成本的增长，绿豆采摘成为制约其扩大种植规模的瓶颈，所以，研发出一种高效、快速、精准的绿豆采摘机器人具有重要的经济效益和战略意义。

由于绿豆的生长复杂性以及采摘过程中众多的禁忌和繁琐，对绿豆采摘机器人的研究少有或未有报道，目前市场上没有商品化的绿豆采摘系统。

发明内容

为了解决绿豆采摘过程中耗时费力、采摘效率低的问题，本发明提供了一种绿豆采摘机器人，包括田间行走装置（1）、图像识别系统（6）、移动定位装置（5）、绿豆采摘装置（7）、信息处理和控制系统（3）、动力系统（2）和绿豆收集箱（9），其特征在于：所述信息处理和控制系统（3）通过数据传输线与图像识别系统（6）、田间行走装置（1）、移动定位装置（5）、绿豆采摘装置（7）进行数据链接，进一步对各系统装置进行控制；所述图像识别系统（6）安装在移动定位装置第三运动臂（53）上；所述移动定位装置（5）安装于田间行走装置（1）上；所述动力系统（2）安装在田间行走装置（1）的固定基座（105）后方，并对整个绿豆采摘机器人提供能源；所述绿豆采摘装置安装（7）装在移动定位装置（5）上；其中，所述绿豆采摘装置（7）包括固定座（71）、手爪固定块（72）、机械手爪（73）、连接块（74）、传动杆（75）、拉伸弹簧（79）、滚轮安装件（76）、滚轮从动件（78）、电机E（701）、凸轮（77）、电机固定座（710）、辅助采摘器（8）；所述凸轮（77）铰接于电机E上，并可绕其中轴线水平转动，所述滚轮从动件（78）铰接于滚轮安装件（76）上，并可绕其铰接点中轴线转动，从而使传动杆（75）在凸轮机构运动力下作直线运动，所述辅助采摘器（8）由抓取板（81）和保护套（82）两部件连接而成，并通过螺栓固定于机械手爪（73）上，可随机械手爪（73）作张开闭合运动；所述移动定位装置（5）包括第一运动臂（51）、第二运动臂（52）、第三运动臂（53）、第一螺杆（54）、第二螺杆（55）、电机B（501）、电机C（502）和电机D（503）；所述第一螺杆（54）安装在第一运动臂（51）槽结构中，第二螺杆（55）安装在第二运动臂（52）槽结构中，第一运动臂通过电机A（4）与田间行走装置（1）连接，且整个机械臂可围绕电机A（4）轴心线水平转动，所述第二运动臂（52）由第一螺杆（54）驱动，并安装于第一运动臂（51）的槽结构中，所述第三运动臂（53）由第二螺杆（55）驱动，并安装于第二运动臂（52）的槽结构中；所述田间行走装置（1）包含第一行走腿（101）、第二行走腿（102）、第一运动关节（103）、第二运动关节（104）、陀螺仪模块（106）、固定基座（105）、箱体限位块（107）和箱体锁紧装置（108）；第一行走腿（101）和第二行走腿（102）的一端通过第一运动关节（103）铰接连接，第二行走腿（102）另一端通过第二运动关节（104）与固定基座（105）进行铰接，箱体限位块（107）和箱体锁紧装置（108）连接在固定基座（105）上，且呈两两对称分布，陀螺仪模块（106）安装在固定基座（105）的几何中心点上，并与信息处理和控制系统（3）进行数据通信，进一步的，信息处理和控制系统（3）对陀螺仪模块（106）的姿态信息进行读取，从而对田间行走装置（1）进行控制；所述箱体锁紧装置（108）包括锁紧把手（I）、把手安装基座（II）、扭力弹簧（III）和杆件（IV）；把手安装基座（II）通过螺栓连接在固定基座（105）上，锁紧把手（I）通过杆件（IV）与把手安装基座（II）转动连接，扭力弹簧（III）的线圈嵌套在杆件（IV）上，且两端扭簧固定在锁紧把手（I）的两端；所述绿豆采集箱（9）底板有一凹槽，并通过箱体限位块（107）和箱体锁紧装置（108）连接在固定基座（105）前端。所述抓取板（81）两端为倒L形结构，且抓取板（81）的两端为规则的波浪齿形状结构。所述滚轮安装件（76）为双面单孔结构，其孔结构刚性连接一杆件；所述滚轮从动件（78）铰接于该杆件，可绕其中轴线水平转动，并通过拉伸弹簧（79）使滚轮从动件（78）紧贴凸轮（77）。所述保护套（82）为柔软的硅胶或橡胶材料，且保护套（82）与绿豆接触的一端表面有条纹结构和触须结构。所述第一运动臂（51）、第二运动臂（52）槽结构的两端有孔，第二运动臂（52）、第三运动臂（53）的安装端有螺纹孔。所述第一螺杆（54）的一端与电机B连接，另一端安装于第一运动臂（51）的一端；所述第二螺杆（55）的一端与电机C连接，另一端安装于第二运动臂（52）的一端；所述电机B、电机C可以正反转，从而实现第一运动臂（51）和第二运动臂（52）的直线往复运动。所述图像识别系统（6）包括可控增稳云台（62）和双目摄像机（61）；可控增稳云台（62）固定在第三运动臂（53）上，摄像机固定于可控增稳云台（62）上。所述田间行走装置（1）的运动方式为：以电机驱动第一行走腿（101）和第二行走腿（102）运动以完成第一行走腿（101）的离地触地动作。所述绿豆收集箱（9）的形状为底部截面积最大、中部截面积最小、顶部截面积处于二者之间的沙漏状箱体结构。