一种细长瓜类采摘机器人有序放果系统

摘要

本发明公开了一种细长瓜类采摘机器人有序放果系统，涉及农业机器人领域。由果箱柔顺侧倾机构、柔顺升降机构和机械手平移机构构成。分别通过弹性直动件使果箱背向采摘区侧倾和使果箱升降。作业时，机械手夹持细长瓜到达果箱上方进而下斜向果箱抬起端移动，使细长瓜躺倒入果箱凹槽内。随着果箱内的细长瓜增多，果箱逐步放平并下降，使果箱的下降和箱内细长瓜堆积高度的增加相互补偿，保证机械手以固定的位置和动作重复按序放果，并防止堆积高度增加后细长瓜掉出箱外。本发明仅通过基于弹性直动件的柔顺果箱侧倾和升降相配合，实现细长瓜类的有序满箱无损放果，结构和控制简单，并大大提高放果作业效率和有效减少采摘机器人往返卸果次数。

权利要求

1.一种细长瓜类采摘机器人有序放果系统，其特征在于：由果箱柔顺侧倾机构、柔顺升降机构和机械手平移机构构成；所述柔顺升降机构和机械手平移机构安装于机器人移动平台(1)上，果箱柔顺侧倾机构安装于柔顺升降机构上方；果箱柔顺侧倾机构安装于柔顺升降机构上方布置于机器人移动平台(1)上靠近采摘区(10)一侧，机械手平移机构布置于机器人移动平台(1)上远离采摘区(10)一侧；

所述果箱柔顺侧倾机构包括：升降台面(6)、固定弹性直动件(7)、连杆(8)和侧倾式果箱(9)；侧倾式果箱(9)底部远离采摘区(10)的一端A和升降台面(6)相铰接，连杆(8)的一端和侧倾式果箱(9)底部靠近采摘区(10)的位置B相铰接，连杆(8)的另一端C和固定弹性直动件(7)的输出端相铰接，固定弹性直动件(7)水平固定于升降台面(6)上，固定弹性直动件(7)的动作方向与A、B、C点所在竖直平面平行； 侧倾式果箱(9)的开口面向机械手(12)一侧；

所述柔顺升降机构由剪叉机构(4)和活动弹性直动件(2)组成，活动弹性直动件(2)的两端分别铰接于机器人移动平台(1)和剪叉机构(4)的剪叉杆上；

所述机械手平移机构由机械手底座(13)和直线移动单元(15)组成，机械手底座(13)由直线移动单元(15)带动在与固定弹性直动件(7)的动作方向相垂直的水平方向直线移动。

2.根据权利要求1所述的一种细长瓜类采摘机器人有序放果系统，其特征在于：所述侧倾式果箱(9)的箱底具有若干平行的凹槽(14)，凹槽(14)的方向与机械手底座(13)的直线移动方向相平行。

3.根据权利要求1所述的一种细长瓜类采摘机器人有序放果系统，其特征在于：所述活动弹性直动件(2)的弹性系数k1和固定弹性直动件(7)的弹性系数k2具有匹配关系，所述匹配关系满足侧倾式果箱(9)放平和剪叉机构(4)收缩的周期一致，并使侧倾式果箱(9)下降和细长瓜(11)堆积面P高度增加的周期一致。

4.根据权利要求1所述的一种细长瓜类采摘机器人有序放果系统，其特征在于：作业时，所述机械手(12)夹持细长瓜(11)到达侧倾式果箱(9)上方进而下斜向侧倾式果箱(9)的抬起端移动，使细长瓜躺倒入侧倾式果箱(9)箱底的凹槽(14)内。

5.根据权利要求1所述的一种细长瓜类采摘机器人有序放果系统，其特征在于：所述细长瓜(11)为细长型瓜类果蔬。

6.根据权利要求5所述的一种细长瓜类采摘机器人有序放果系统，其特征在于：所述细长型瓜类果蔬为黄瓜或丝瓜。

说明书

一种细长瓜类采摘机器人有序放果系统

技术领域

[0001] 本发明涉及农业机器人领域，特别涉及一种细长瓜类采摘机器人有序放果系统。

背景技术

[0002] 目前采摘机器人技术对果实采摘环节的果实识别定位、末端采摘方法与装备、手眼协调等开展了重点研究，但是果实摘取后在机器人车身上的贮放问题却未得到充分关注。实际上，果实摘取后向果箱的高效无损贮放对机器人具有很高要求，对采摘机器人的作业性能具有重要的影响。对番茄、苹果、柑橘等球形果实或甜椒、梨子等非细长条形果实，通过控制末端执行器释放果实的高度即可实现无损放果，并无需特别控制即可放满果箱。但是对于细长型瓜果摘取后的放果非常关键和具有挑战性，由机械臂随意放入果箱将造成不利影响：

[0003] (1)由于存在细长型果实底部接触箱底继而躺倒的过程，放果时由于长度差异而难以保证果实底部与箱底的着地高度，造成果实向各个方向的随机弹碰躺倒，当箱内果实逐渐增多后情况更加复杂严重；

[0004] (2)细长型果实放入果箱的随意位置，放果更加杂乱无章，果实间相互隔架碰撞，难以保证损伤的发生，更难以有效利用果箱空间实现高效贮放，对于机器人采摘作业的性能具有重大影响。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种细长瓜类采摘机器人有序放果系统，实现采摘机器人作业中细长瓜类的摘取后在机器人车身上的就近有序放果，提高放果的有序性和果箱容积利用率。

[0006] 为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：

[0007] 一种细长瓜类采摘机器人有序放果系统，其特征在于：由果箱柔顺侧倾机构、柔顺升降机构和机械手平移机构构成；所述柔顺升降机构和机械手平移机构安装于机器人移动平台(1)上，果箱柔顺侧倾机构安装于柔顺升降机构上方；果箱柔顺侧倾机构安装于柔顺升降机构上方布置于机器人移动平台(1)上靠近采摘区(10)一侧，机械手平移机构布置于机器人移动平台(1)上远离采摘区(10)一侧；

[0008] 所述果箱柔顺侧倾机构包括：升降台面(6)、固定弹性直动件(7)、连杆(8)和侧倾式果箱(9)；侧倾式果箱(9)底部远离采摘区(10)的一端A和升降台面(6)相铰接，连杆(8)的一端和侧倾式果箱(9)底部靠近采摘区(10)的位置B相铰接，连杆(8)的另一端C和固定弹性直动件(7)的输出端相铰接，固定弹性直动件(7)水平固定于升降台面(6)上，固定弹性直动件(7)的动作方向与A、B、C点所在竖直平面平行。侧倾式果箱(9)的开口面向机械手(12)一侧；

[0009] 所述柔顺升降机构由剪叉机构(4)和活动弹性直动件(2)组成，活动弹性直动件(2)的两端分别铰接于机器人移动平台(1)和剪叉机构(4)的剪叉杆上；

[0010] 所述机械手平移机构由机械手底座(13)和直线移动单元(15)组成，机械手底座(13)由直线移动单元(15)带动在与固定弹性直动件(7)的动作方向相垂直的水平方向直线移动。

[0011] 所述侧倾式果箱(9)的箱底具有若干平行的凹槽(14)，凹槽(14)的方向与机械手底座(13)的直线移动方向相平行。

[0012] 所述活动弹性直动件(2)的弹性系数k1和固定弹性直动件(7)的弹性系数k2具有匹配关系，所述匹配关系满足侧倾式果箱(9)放平和剪叉机构(4)收缩的周期一致，并使侧倾式果箱(9)下降和细长瓜(11)堆积面P高度增加的周期一致。

[0013] 作业时，所述机械手(12)夹持细长瓜(11)到达侧倾式果箱(9)上方进而下斜向侧倾式果箱(9)的抬起端移动，使细长瓜躺倒入侧倾式果箱(9)箱底的凹槽(14)内。

[0014] 所述细长瓜(11)为细长型瓜类果蔬，如黄瓜、丝瓜等。

[0015] 本发明具有有益效果。本发明有序放果的实现结构简单，且依靠活动弹性直动件和固定弹性直动件的设置实现放果过程的自动柔顺和补偿，而无需任何附加控制；本发明采摘机器人摘取后放果的控制简单，机械手仅需以固定的位置和动作即可实现成功的有序放满并避免细长瓜的损伤，从而大大提高放果作业效率，并由于侧倾式果箱的承载量的提高而减少采摘机器人到卸果区的往返次数，多环节有效提高了采摘机器人的作业效率。综上所述，本发明仅通过基于弹性直动件的柔顺果箱侧倾和升降相配合，实现细长瓜类的有序满箱无损放果，结构和控制简单，并大大提高放果作业效率和有效减少采摘机器人往返卸果次数。

附图说明

[0016] 图1为细长瓜类采摘机器人有序放果系统结构与布局示意图。

[0017] 图2为果箱与机械臂布局俯视示意图。

[0018] 图3为果箱底部凹槽结构示意图。

[0019] 图4为细长瓜类采摘机器人有序放果系统结构的工作原理示意图。

[0020] 图中：1.机器人移动平台，2.活动弹性直动件，3.下水平移动副，4.剪叉机构，5.上水平移动副，6.升降台面，7.固定弹性直动件，8.连杆，9.侧倾式果箱，10.采摘区，11.细长瓜，12.机械手，13.机械手底座，14.凹槽，15.直线移动单元，16.放满位置。

具体实施方式

[0021] 下面结合附图和具体实施例，对本发明的技术方案做进一步详细说明。

[0022] 如图1和图2所示，本专利细长瓜类采摘机器人有序放果系统由果箱柔顺侧倾机构、柔顺升降机构和机械手平移机构构成。柔顺升降机构和机械手平移机构安装于机器人移动平台1上，果箱柔顺侧倾机构安装于柔顺升降机构上方。果箱柔顺侧倾机构安装于柔顺升降机构上方布置于机器人移动平台1上靠近采摘区10一侧，机械手平移机构布置于机器人移动平台1上远离采摘区10一侧。

[0023] 其中果箱柔顺侧倾机构包括升降台面6、固定弹性直动件7、连杆8和侧倾式果箱9。侧倾式果箱9底部远离采摘区10的一端A和升降台面6相铰接，连杆8的一端和侧倾式果箱9底部靠近采摘区10的位置B相铰接，连杆8的另一端C和固定弹性直动件7的输出端相铰接，固定弹性直动件7水平固定于升降台面6上，固定弹性直动件7的动作方向与A、B、C点所在竖直平面平行。

[0024] 其中柔顺升降机构由剪叉机构4和活动弹性直动件2组成，活动弹性直动件2的两端分别铰接于机器人移动平台1和剪叉机构4的剪叉杆上。剪叉机构4上部的一端D通过铰链与升降台面6固定，剪叉机构4上部的另一端E通过铰链固定于上水平移动副5的动子上，上水平移动副5的静子水平固定于升降台面6上。剪叉机构4下部的一端D’通过铰链与机器人移动平台1固定，剪叉机构4下部的另一端E’通过铰链固定于下水平移动副3的动子上，下水平移动副3的静子水平固定于机器人移动平台1上。上水平移动副5和下水平移动副3的移动方向与D、E、D’、E’点所在竖直平面平行，D、E、D’、E’点所在竖直平面也与A、B、C点所在竖直平面平行。

[0025] 其中活动弹性直动件2的弹性系数k1和固定弹性直动件7的弹性系数k2具有匹配关系，使侧倾式果箱9放平和剪叉机构4收缩的周期一致，并使侧倾式果箱9下降和细长瓜11堆积高度增加的周期一致。

[0026] 其中机械手平移机构由机械手底座13和直线移动单元15组成，机械手12固定于机械手底座13上，机械手底座13与直线移动单元15的动子固定，机械手底座13由直线移动单元15带动在与固定弹性直动件7的动作方向相垂直的水平方向直线移动。

[0027] 如图3所示，其中侧倾式果箱9的箱底具有若干平行的凹槽14，凹槽14的方向与机械手底座13的直线移动方向相平行。

[0028] 如图4所示，本专利细长瓜类采摘机器人有序放果系统的工作过程和原理如下：

[0029] (1)初始情况下，侧倾式果箱9内为空，活动弹性直动件2和固定弹性直动件7均处于伸展状态，使剪叉机构4处于升起状态、侧倾式果箱9处于开口面向机械手12的侧倾状态；

[0030] (2)机械手12从采摘区10内摘取细长瓜11并运送到侧倾式果箱9上方的远离采摘区10一端P位置；

[0031] (3)机械手12夹持细长瓜11向采摘区10方向靠近并逐步下降至P’位置，使细长瓜11底部接触侧倾式果箱9底部，细长瓜11的上部逐渐向采摘区10方向倾斜；

[0032] (4)机械手12释放细长瓜11使细长瓜11躺倒入侧倾式果箱9底部的凹槽14内；

[0033] (5)直线移动单元15带动机械手12沿垂直于凹槽14方向移动，不断将摘取的细长瓜11按序放入各凹槽14内；

[0034] (6)随着侧倾式果箱9内的细长瓜11增多，活动弹性直动件2和固定弹性直动件7逐步受到压缩，使剪叉机构4逐步下降、侧倾式果箱9的高度逐渐降低且倾角α逐步减小；

[0035] (7)在侧倾式果箱9不断下降的同时，侧倾式果箱9内的细长瓜11放入的堆积高度不断增加，使侧倾式果箱9的下降和侧倾式果箱9内的细长瓜11堆积面P高度的增加大致相互补偿，保证机械手12以固定的位置和动作实现成功的重复按序放果；同时侧倾式果箱9逐渐放平也保证在堆积高度增加后细长瓜11仍能可靠放入侧倾式果箱9内而不会发生掉出的意外；

[0036] (8)直至侧倾式果箱9内放满细长瓜11，使剪叉机构4收缩到最低且侧倾式果箱9放平到达放满位置16，机器人移动平台1携带侧倾式果箱9内的满箱细长瓜11运送回卸果区。