[发明专利]一种轮式移动水果采摘机器人及水果采摘方法

摘要

本发明涉及一种针对苹果大小的近似球形水果的采摘方法和采摘机器人装置，采摘机器人装置包括机械执行装置和控制系统硬软件。所述机械执行装置包括采摘机械臂、欠驱动机械手、电动滑台和智能移动平台；所述控制系统硬件包括工控机、运动控制卡、数据采集卡、AHRS、编码器、单双目摄像机以及力觉、滑觉等传感器。作业时，工控机将编码器、AHRS、单目摄像机组件、超声波传感器的信息进行融合，实现移动平台的自主导航和避障。双目视觉系统对成熟果实和障碍物的图像进行采集和特征提取，实现机械臂的避障和果实定位。最后工控机将力传感器、滑觉传感器、位置传感器的信息进行融合，进而实现对成熟果实的可靠抓取以及果实与果枝的分离。

主权项

一种轮式移动水果采摘机器人，包括机械执行装置和控制系统，其特征是：所述机械执行装置包括轮式智能移动平台、采摘机械臂（5）和欠驱动采摘机械手（2）和电动滑台（8）；所述轮式智能移动平台包括第一驱动轮总成（19）、第二驱动轮总成（20）、第一从动轮总成（23）、第二从动轮总成（24）、平台机架（21）、电机控制柜（15）、水果收集箱（16）以及侧面挡板（9），其中第一驱动轮总成（19）、第二驱动轮总成（20）、第一从动轮总成（23）、第二从动轮总成（24）与平台机架（21）之间采用螺栓联接，侧面挡板（9）用铆钉铆接平台机架（21）上，电机控制柜（15）固定在轮式智能移动平台的中部；水果收集箱（16）位于采摘机械臂（5）和电机控制柜（15）之间；所述第一驱动轮总成（19）和第二驱动轮总成（20）分别包括驱动轴（77）、轴承（78）、减速器（79）、直流伺服电机（80）、编码器（81）、轴承盖（82）、平键（83）、轴承座固定法兰（84）、轴承（85）、轴承座（86）、轴承盖（87）和轮毂联接法兰（76），第一从动轮总成（23）和第二从动轮总成（24）分别包括轴、轴承、轴承座、轴承盖、轴承座固定法兰和轮毂联接法兰；所述采摘机械臂（5）固定在轮式智能移动平台前端的电动滑台（8）上，采摘机械臂（5）的结构包括大臂（26）、小臂（28）、伸缩臂、两个直流伺服舵机（25、27）、两个直流伺服电机（29、51）、水果下滑管道（4）和漏斗状缓冲节（30）；所述伸缩臂的结构包括伸缩臂连接架（31）、第一套筒（32）、深沟球轴承（33）、滑槽（34）、深沟球轴承（35）、第二套筒（36）、直线轴承（37）、机械手连接框（38）、深沟球轴承（39）、直线轴承（40）、滑杆（41）、第一圆形滑块（42）、深沟球轴承（43）、水果接收篮固定架（44）、第二圆形滑块（45）、双向丝杠（46）、深沟球轴承（47）、轴承盖（48）、联轴器（49）、电机固定法兰（50）和直流伺服电机（51）；所述电动滑台（8）包括直流伺服电机（52）、联轴器（53）、滑杆（54）、螺杆（55）、滑杆（56）、轴承座（57）、机械臂固定滑块（58）、轴承座（59）和电机固定架（60）；所述欠驱动采摘机械手（2）包括第一手指关节（61）、第一手指连杆（62）、第二手指关节（63）、手掌（64）、第二手指连杆（65）、连杆（66）、驱动杆（67）、联轴器（68）、下支撑杆（69）、下底盘（70）、直流伺服电机（71）、长连接杆（72）、上支撑杆（73）、中间法兰（74）和螺杆轴（75）；手掌（64）与中间法兰（74）通过上支撑杆（73）进行联接；下底盘（70）与中间法兰（74）通过下支撑杆（69）进行联接，行程开关安装在下支撑杆（69）与中间法兰（74）的连接处；手指安装在手掌（64）上，两个手指平行对称布置；联轴器（68）将螺杆轴（75）与直流伺服电机轴联接在一起，使得工作时伺服电机转动，将螺杆轴（75）的转动则转化为驱动杆（67）的上下运动；    所述控制系统包括工控机（12）、8轴运动控制卡、数据采集卡、直流伺服电机、编码器、AHRS姿态方位参考系统（7）、单目摄像机组件（6）、双目摄像机（1）、工业级超声波传感器、力传感器、滑觉传感器、位置传感器、控制电路及电机控制柜。