一种夹剪机械手及应用其的串果移动采摘机器人的制作方法

1.本发明涉及农业机器人技术领域，尤其涉及一种夹剪机械手及应用其的串果移动采摘机器人。

背景技术：

2.荔枝是“南国四大果品”之一，全球荔枝产量约90％集中在我国，而我国荔枝80％以上产自广东和广西两省。由于荔枝果树种植园环境复杂、种植区域多数以丘陵山地为主，果树高大、树冠直径大、果实分布不均匀、果实成熟期短，而且果实呈串状分布需要以串采摘和销售等原因；目前的荔枝以及类似的串果(如：龙眼)的采收仍严重依赖人工，采摘工具基本以人工扶梯、长镰刀、半机械化辅助采摘装置为主，这些装置普遍存在采摘效率低、果损率较高等缺陷，也无法实现自动化采收；此外，果农在炎热天气下爬树或爬梯采摘还存在人员安全隐患。

技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种夹剪机械手及应用其的串果移动采摘机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
4.一种夹剪机械手，包括：
5.举升机械臂，其包括至少一个旋转自由度机构和若干摆转自由度机构；
6.采摘机械臂，其包括若干旋转自由度机构和若干摆转自由度机构；和
7.夹剪执行器，其用于夹持及剪切果梗以摘取果实，所述夹剪执行器上设置有视觉模块；
8.其中，所述夹剪执行器与所述采摘机械臂前端连接，所述采摘机械臂后端与所述举升机械臂前端连接，所述举升机械臂后端通过所述旋转自由度机构转动连接于驱动装置上，以驱动所述夹剪执行器进行夹剪。
9.进一步地，所述夹剪执行器包括基座、夹剪驱动模块、夹剪件、连接杆和驱动杆；所述夹剪件设置有夹持部和剪切部，所述所述夹剪驱动模块固定安装于所述基座上，所述连接杆一端与所述夹剪件铰接、另一端与所述基座铰接，所述驱动杆一端与所述夹剪驱动模块的输出端铰接、另一端与所述夹剪件铰接，以驱动所述夹剪件进行夹剪。
10.进一步地，还包括举升平台，所述举升平台设置于所述举升机械臂前端，所述采摘机械臂后端通过所述旋转自由度机构与所述举升平台连接。
11.进一步地，所述采摘机械臂前端通过所述旋转自由度机构与所述夹剪执行器连接，所述采摘机械臂中段还设置有至少一个旋转自由度机构和若干摆转自由度机构。
12.进一步地，所述举升机械臂前端通过所述摆转自由度机构与所述举升平台连接，所述举升机械臂中段还设置有至少一个摆转自由度机构。
13.进一步地，还包括两端开口的接果袋，所述接果袋的两端向上折叠地安装于所述夹剪机械手上，所述接果袋的一端与所述夹剪机械手可拆卸地连接。
14.进一步地，所述举升平台设置有接果框，所述接果框侧壁上设置有卡接件，所述接果袋一端开口与所述接果框的底部贯通连接，另一端设置有卡扣件，所述卡扣件与所述卡接件卡接配合，以挂起所述接果袋的另一端。
15.本发明还提供一种串果移动采摘机器人，包括全地形移动车，所述全地形移动车上设置有控制系统、相机识别系统、雷达系统、集果装置和至少一个以上任一项所述的夹剪机械手。
16.进一步地，所述夹剪机械手通过所述旋转自由度机构转动连接于所述全地形移动车上。
17.本发明的有益效果在于：本发明设计合理，能自动识别果梗，可多高度和多角度调整以对目标果梗部位进行夹剪采摘，自动化程度高，果损率低。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明中串果移动采摘机器人的结构示意图。
20.图2为本发明中夹剪机械手的结构示意图。
21.图3为本发明中夹剪执行器的结构示意图。
22.图4中为本发明中接果框和接果袋的结构示意图。
23.图5为本发明中串果移动采摘机器人的构型图。
24.需要说明的是，附图并不一定按比例来绘制，而是仅以不影响读者理解的示意性方式示出。
具体实施方式
25.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
26.在本发明中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本发明及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
27.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本发明中的具体含义。
28.此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域
普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
29.此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分(具体的种类和构造可能相同也可能不同)，并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。
30.还应当理解，在本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
31.还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
32.如图1至5所示，本技术实施例提供一种夹剪机械手，包括举升机械臂1、采摘机械臂2和夹剪执行器3，举升机械臂1包括至少一个旋转自由度机构11和若干摆转自由度机构12；采摘机械臂2包括若干旋转自由度机构11和若干摆转自由度机构12；夹剪执行器3用于夹持及剪切果梗以摘取果实，夹剪执行器3上设置有视觉模块31；夹剪执行器3与采摘机械臂2前端连接，采摘机械臂2后端与举升机械臂1前端连接，举升机械臂1后端通过旋转自由度机构11转动连接于驱动装置上，以驱动夹剪执行器3进行夹剪。
33.需要说明的是，本技术实施例中，视觉模块31用于对果实的识别和定位，以确定待采摘的目标果实位置和果梗部位，以便于控制夹剪机械手进行自动采摘；其中，本技术实施例的夹剪机械手共设置有9个自由度机构，从前端到后端依次包括采摘机械臂2的2个旋转自由度机构+3个摆转自由度机构+1个旋转自由度机构、以及举升机械臂1的2个摆转自由度机构+1个旋转自由度机构，构成了夹剪机械手的9个关节部位，以实现多方向、多角度、多高度的采摘，具体的：举升机械臂1后端通过旋转自由度机构11与驱动装置连接，以实现夹剪机械手整体的360度旋转，便于对驱动装置周围各个方向的果树进行夹剪采摘；举升机械臂1通过若干摆转自由度机构12实现升降功能，以举升和降下采摘机械臂2和夹剪执行器3到不同的作业高度；并且通过采摘机械臂2的若干旋转自由度机构11和若干摆转自由度机构12的配合，进一步地调整夹剪执行器3的高度和角度以到达合适的目标果实采摘区域，使夹剪执行器3对准到果实的果梗部位；最后驱动夹剪执行器3夹持果实的果梗，然后剪切断果梗，实现果实的夹剪采摘，避免剪切过程中损伤果实；且由于夹剪执行器3夹持果梗，在剪切果梗后，夹剪机械手通过抓住果梗拿下果实放回到地面的收集装置中，避免果实自动掉落而摔坏，大大降低果损率。本发明设计合理，能自动识别果梗，可多高度和多角度调整以对目标果梗部位进行夹剪采摘，自动化程度高，果损率低。
34.进一步地，夹剪执行器3包括基座32、夹剪驱动模块33、夹剪件34、连接杆35和驱动杆36；夹剪件34设置有夹持部341和剪切部342，夹剪驱动模块33固定安装于基座32上，连接杆35一端与夹剪件34铰接、另一端与基座32铰接，驱动杆36一端与夹剪驱动模块33的输出端铰接、另一端与夹剪件34铰接，以驱动夹剪件34进行夹剪。
35.具体的，夹剪时，在夹剪驱动模块33的输出端驱动作用下，驱动杆36向夹剪件34运动并推动夹剪件34沿相同方向运动；由于连接杆35一端与夹剪件34铰接、另一端与基座32铰接，连接杆35限制了夹剪件34继续沿原来方向运动；又由于驱动杆36一端与夹剪驱动模块33的输出端铰接、另一端与夹剪件34铰接，在夹剪件34受到连接杆35的限制时，驱动杆36在夹剪驱动模块33的继续驱动作用下，沿铰接部发生转动，从而改变了对夹剪件34的作用
力方向，使两个夹剪件34靠拢对接，夹持部341夹紧于果梗靠近果实的一端，剪切部342对果梗靠近果树的一端进行剪切，实现夹剪采摘的作用。
36.进一步地，还包括举升平台13，举升平台13设置于举升机械臂1前端，采摘机械臂2后端通过旋转自由度机构11与举升平台13连接。具体的，采摘机械臂2后端通过旋转自由度机构11与举升平台13连接，实现采摘机械臂2和夹剪执行器3的360度旋转，以进一步调节角度。并且举升平台13上还可以提供站立空间，方便举升工作人员进行辅助作业。
37.进一步地，采摘机械臂2前端通过旋转自由度机构11与夹剪执行器3连接，采摘机械臂2中段还设置有至少一个旋转自由度机构11和若干摆转自由度机构12。具体的，采摘机械臂2中段的至少一个旋转自由度机构11和若干摆转自由度机构12进一步地调整夹剪执行器3的高度和角度以到达合适的目标果实采摘区域；采摘机械臂2前端通过旋转自由度机构11与夹剪执行器3连接，便于调整夹剪执行器3的角度以对准到到果实的果梗部位。
38.进一步地，举升机械臂1前端通过摆转自由度机构12与举升平台13连接，举升机械臂1中段还设置有至少一个摆转自由度机构12。具体的，举升机械臂1中段的摆转自由度机构12用于实现举升机械臂1的升降功能，以举升和降下举升平台13；举升机械臂1前端的摆转自由度机构12既实现举升机械臂1的升降功能，也用于使举升平台13在升降过程中保持水平位置，使举升平台13上的采摘机械臂2和夹剪执行器3保持平稳，还能平稳地站人，方便工作人员进行辅助作业或维护检修。
39.进一步地，还包括两端开口的接果袋14，接果袋14的两端向上折叠地安装于夹剪机械手上，接果袋14的一端与夹剪机械手可拆卸地连接。具体的，用于接果袋14两端向上折叠地安装于夹剪机械手上，形成了u型的储物袋，在采摘过程中，可通过驱动采摘机械臂2和夹剪执行器3，将果实放入接果袋14中暂存，避免了每次采摘果实后都要通过整臂运动来把果实放到地上的操作，简化操作流程。在接果袋14装满后，通过拆卸下接果袋14的一端，使接果袋14变成输送管状态，袋中的果实可顺畅向下滑出来，方便进行收集，而无需将接果袋14倾倒来卸出果实，便捷省力。
40.进一步地，举升平台13设置有接果框15，接果框15侧壁上设置有卡接件151，接果袋14一端开口与接果框15的底部贯通连接，另一端设置有卡扣件141，卡扣件141与卡接件151卡接配合，以挂起接果袋14的另一端。卡接配合的方式，方便拆卸，便于快速切换接果袋14的使用状态。
41.本技术实施例还提供一种串果移动采摘机器人，包括全地形移动车4，全地形移动车4上设置有控制系统5、相机识别系统6、雷达系统7、集果装置8和至少一个以上任一实施例所述的夹剪机械手。
42.具体的，本技术实施例的串果移动采摘机器人设置有两个夹剪机械手，扩大覆盖机器人身边的采摘范围，提高采摘效率，在其他的具体实施例中，也可以根据需求设置为四臂、六臂等多臂构型。相机识别系统6和雷达系统7用于识别地形环境和果树位置、感应车辆周围障碍物和车辆定位，以便于全地形移动车制定导航路线并自动驾驶到作业区；集果装置8用于装载采摘到的果实，便于采摘完成后进行转运；夹剪机械手用于夹剪采摘果实；控制系统5用于控制全地形移动车4和相机识别系统6、雷达系统7、集果装置8和夹剪机械手，以配合完成采摘任务。
43.进一步地，夹剪机械手通过旋转自由度机构11转动连接于全地形移动车4上。实现
夹剪机械手整体在全地形移动车4上的360度旋转，全地形移动车4移动到果树任意一侧均可进行采摘，减少挪车的频率，提高采摘效率。
44.对于本发明的实施例，还需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例。
45.以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

技术特征：

1.一种夹剪机械手，其特征在于，包括：举升机械臂，其包括至少一个旋转自由度机构和若干摆转自由度机构；采摘机械臂，其包括若干旋转自由度机构和若干摆转自由度机构；和夹剪执行器，其用于夹持及剪切果梗以摘取果实，所述夹剪执行器上设置有视觉模块；其中，所述夹剪执行器与所述采摘机械臂前端连接，所述采摘机械臂后端与所述举升机械臂前端连接，所述举升机械臂后端通过所述旋转自由度机构转动连接于驱动装置上，以驱动所述夹剪执行器进行夹剪。2.根据权利要求1所述的夹剪机械手，其特征在于：所述夹剪执行器包括基座、夹剪驱动模块、夹剪件、连接杆和驱动杆；所述夹剪件设置有夹持部和剪切部，所述所述夹剪驱动模块固定安装于所述基座上，所述连接杆一端与所述夹剪件铰接、另一端与所述基座铰接，所述驱动杆一端与所述夹剪驱动模块的输出端铰接、另一端与所述夹剪件铰接，以驱动所述夹剪件进行夹剪。3.根据权利要求1所述的夹剪机械手，其特征在于：还包括举升平台，所述举升平台设置于所述举升机械臂前端，所述采摘机械臂后端通过所述旋转自由度机构与所述举升平台连接。4.根据权利要求3所述的夹剪机械手，其特征在于：所述采摘机械臂前端通过所述旋转自由度机构与所述夹剪执行器连接，所述采摘机械臂中段还设置有至少一个旋转自由度机构和若干摆转自由度机构。5.根据权利要求3所述的夹剪机械手，其特征在于：所述举升机械臂前端通过所述摆转自由度机构与所述举升平台连接，所述举升机械臂中段还设置有至少一个摆转自由度机构。6.根据权利要求3所述的夹剪机械手，其特征在于：还包括两端开口的接果袋，所述接果袋的两端向上折叠地安装于所述夹剪机械手上，所述接果袋的一端与所述夹剪机械手可拆卸地连接。7.根据权利要求6所述的夹剪机械手，其特征在于：所述举升平台设置有接果框，所述接果框侧壁上设置有卡接件，所述接果袋一端的开口与所述接果框的底部贯通连接，另一端设置有卡扣件，所述卡扣件与所述卡接件卡接配合，以挂起所述接果袋的另一端。8.一种串果移动采摘机器人，其特征在于：包括全地形移动车，所述全地形移动车上设置有控制系统、相机识别系统、雷达系统、集果装置和至少一个权利要求1至7中任一项所述的夹剪机械手。9.根据权利要求8所述的串果移动采摘机器人，其特征在于：所述夹剪机械手通过所述旋转自由度机构转动连接于所述全地形移动车上。

技术总结

本发明公开了一种夹剪机械手及应用其的串果移动采摘机器人，包括举升机械臂、采摘机械臂和夹剪执行器，所述举升机械臂包括至少一个旋转自由度机构和若干摆转自由度机构；所述采摘机械臂包括若干旋转自由度机构和若干摆转自由度机构；所述夹剪执行器用于夹持及剪切果梗以摘取果实，所述夹剪执行器设置有视觉模块；其中，所述夹剪执行器与所述采摘机械臂前端连接，所述采摘机械臂后端与所述举升机械臂前端连接，所述举升机械臂后端通过所述旋转自由度机构转动连接于驱动装置上，以驱动所述夹剪执行器进行夹剪。本发明设计合理，能自动识别果梗，可多高度和多角度调整以对目标果梗部位进行夹剪采摘，自动化程度高，果损率低。果损率低。果损率低。