一种果蔬采摘机器人装置
阅读说明：本技术 一种果蔬采摘机器人装置 (Fruit and vegetable picking robot device ) 是由 王斌 张丽 李元源 范笑笑 束长明 唐寰辰 孙乾理 于 2021-09-08 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种果蔬采摘机器人装置,涉及农业机械技术领域,包括采摘机器人机械结构,所述采摘机器人机械结构包括智能移动平台和机械手组件；所述智能移动平台上设有机械臂组件；所述机械手组件包括气缸、支撑板和两夹持爪,所述气缸的左端通过螺栓固定在所述机械臂组件上,所述支撑板通过螺钉固定在所述气缸右端的一侧面上；所述支撑板与所述气缸的活塞杆平行；所述支撑板上设有两齿轮固定轴,所述齿轮固定轴与所述支撑板垂直；两所述齿轮固定轴上分别通过平键固定连接有第一齿轮和第二齿轮；第一齿轮和第二齿轮分别与两夹持爪连接；所述活塞杆的前端设有齿条；本发明设有智能图像识别系统组件,便于寻找果实目标且不易夹伤果实。(The invention discloses a fruit and vegetable picking robot device, which relates to the technical field of agricultural machinery and comprises a picking robot mechanical structure, wherein the picking robot mechanical structure comprises an intelligent mobile platform and a manipulator assembly; a mechanical arm assembly is arranged on the intelligent mobile platform; the manipulator assembly comprises an air cylinder, a supporting plate and two clamping claws, the left end of the air cylinder is fixed on the manipulator assembly through a bolt, and the supporting plate is fixed on one side face of the right end of the air cylinder through a screw; the supporting plate is parallel to a piston rod of the air cylinder; two gear fixing shafts are arranged on the supporting plate and are perpendicular to the supporting plate; the two gear fixing shafts are fixedly connected with a first gear and a second gear through flat keys respectively; the first gear and the second gear are respectively connected with the two clamping claws; the front end of the piston rod is provided with a rack; the intelligent image recognition system component is arranged, so that fruit targets can be conveniently found, and fruits are not easily pinched.)
技术领域
本发明涉及农业机械技术领域，具体是一种果蔬采摘机器人装置。
背景技术
采摘作为果实收获中的重要环节，现有的采摘大多利用人工，工作量大，人工成本高，采用机器人采摘可有效降低劳动强度及人工成本。现有的采摘及机械手的夹持爪之间的距离不易控制，夹持爪之间的夹持距离太小，容易夹伤果实，夹持爪之间的夹持距离太大，果实夹持不住，无法完成采摘。控制系统大都采用单片机，往往功率过小，控制的可靠性差和效率低。
发明内容
发明目的：本发明目的在于针对现有技术中的问题，提供一种果蔬采摘机器人装置技术方案：
一种果蔬采摘机器人装置，包括采摘机器人机械结构，所述采摘机器人机械结构包括智能移动平台和机械手组件；所述智能移动平台上设有机械臂组件；所述机械手组件包括气缸、支撑板和两夹持爪，所述气缸的左端通过螺栓固定在所述机械臂组件上，所述支撑板通过螺钉固定在所述气缸右端的一侧面上；所述支撑板与所述气缸的活塞杆平行；所述支撑板上设有两齿轮固定轴，所述齿轮固定轴与所述支撑板垂直；两所述齿轮固定轴上分别通过平键固定连接有第一齿轮和第二齿轮；第一齿轮和第二齿轮分别与两夹持爪连接；所述活塞杆的前端设有齿条，所述第一齿轮位于所述活塞杆的上方，所述第二齿轮位于所述活塞杆的下方，所述齿条与所述第一齿轮和第二齿轮配合；所述气缸的活塞杆伸出时，带动第一齿轮逆时针转动，第二齿轮顺时针转动，从而使两夹持爪彼此远离呈张开状态；所述气缸的活塞杆缩回时，带动第一齿轮顺时针转动，第二齿轮逆时针转动，从而使两夹持爪彼此靠近，呈收缩状态。
进一步的，所述机械臂组件包括垂直机械臂，所述垂直机械臂的下端可旋转的安装在所述智能移动平台上，所述垂直机械臂的下部安装有第一伺服电机，所述垂直机械臂在第一伺服电机作用下沿所述垂直机械臂的中心轴旋转；所述垂直机械臂的上端安装有横向设置的摆动机械臂，所述摆动机械臂的左端可转动的安装在所述垂直机械臂的上端，所述摆动机械臂的左端下侧安装有控制所述摆动机械臂上下摆动的第二伺服电机；所述摆动机械臂的右端与所述机械手组件的气缸连接；所述智能移动平台包括行走机构和控制行走机构的行走伺服电机。
进一步的，所述智能移动平台上安装有小微型空压机和电气控制柜，所述小微型空压机为所述气缸提供高压气体；所述电气控制柜控制所述小微型空压机、所述气缸、第一伺服电机、第二伺服电机和行走伺服电机运行。
进一步的，所述夹持爪包括依次连接的后段夹持爪、中段夹持爪和前段夹持爪；所述后段夹持爪与中段夹持爪及中段夹持爪与前段夹持爪之间通过销轴可转动连接，所述销轴的中部安装有扭转异型弹簧。
进一步的，还包括控制系统，所述控制系统包括智能图像识别系统组件和PLC控制系统；所述智能图像识别系统组件安装在所述气缸右端，所述智能摄像头组件包括摄像头和单片机；所述PLC控制系统包括夹持系统，所述夹持系统用于控制活塞杆的缩回距离。
进一步的，所述智能图像识别系统组件用于寻找待采摘的果实目标及确定目标的坐标，并通过所述单片机将目标信号传给输送给电气控制柜的主芯片，控制电气控制柜的电机驱动模块使活塞杆伸缩，控制电气控制柜的电机驱动模块使所述第一伺服电机、第二伺服电机和行走伺服电机工作；所述智能图像识别系统组件根据目标值的直径大小，分析确定活塞杆缩回的行程距离，所述PLC控制系统接收所述单片机的指令，控制活塞杆的缩回距离。
有益效果：
1)本发明设有智能图像识别系统组件，便于寻找果实目标。
2)通图像识别系统可读取果实目标的直径，通过STM32单片机给PLC控制系统发出指令，精确控制活塞杆缩回的距离，实现精确控制夹持爪之间的夹持距离，不易夹伤果实。
3)本发明通过气缸、齿轮控制机械手的夹持爪之间的夹持距离，结构简单，机械手张开和夹持操作，容易控制。
4)后段夹持爪与中段夹持爪用销轴间隙连接，后段夹持爪与中断夹持爪可实现相对转动。中段夹持爪和前段夹持爪用销轴可转动连接，可实现相对转动，销轴的中部安装有扭转异型弹簧，在扭转异型弹簧的作用下，中段夹持爪和前段夹持爪、中段夹持爪与后段夹持爪之间的转动角度受到限制，可以在一定范围内改变夹持爪的弧度，使夹持爪与待采摘的果实贴合度更高，提升夹持效果。
5)垂直机械臂可沿垂直机械臂的中心轴旋转，摆动机械臂的右端可上摆动，从而带动机械手组件在水平方向及垂直方向都可移动。摆动机械臂的右端可上摆动。也可使机械手组件加持的果实在上下晃动的过程中与果树分离。
4)使用单片机和PLC控制结合的控制方式，减少工人操作步骤，减少工人劳动强度，避免工人操作不当，提高控制的可靠性和工作效率。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明机械手组件结构示意图；
图3为本发明控制系统流程图；
图4为本发明控制系统结构示意图。
图中标号：100、机械手组件；2、摆动机械臂；3、第二伺服电机；4、垂直机械臂；5、第一伺服电机；600、智能移动平；7、小微型空压机；8、电气控制柜；101、螺栓；102、气缸；103、智能图像识别系统组件；104、支撑板；105、活塞杆；106、平键；107、第一齿轮；108、后段夹持爪；109、销轴；110、中段夹持爪；111、扭转异型弹簧；112、前段夹持爪；113、齿轮固定轴；114、第二齿轮。
具体实施方式
下面通过附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于实施例。
如图1-4所示，一种果蔬采摘机器人装置，包括采摘机器人机械结构，所述采摘机器人机械结构包括智能移动平台600和机械手组件100；所述智能移动平台600上设有机械臂组件；
所述机械手组件100包括气缸102、支撑板104和两夹持爪，所述气缸102的左端通过螺栓101固定在所述机械臂组件上，所述支撑板104通过螺钉固定在所述气缸102右端的一侧面上；所述支撑板104与所述气缸102的活塞杆平行；所述支撑板104上设有两齿轮固定轴113，所述齿轮固定轴113与所述支撑板104垂直；两所述齿轮固定轴113上分别通过平键固定连接有第一齿轮107和第二齿轮114；第一齿轮107和第二齿轮114分别与两夹持爪连接；所述活塞杆105的前端设有齿条，所述第一齿轮107位于所述活塞杆105的上方，所述第二齿轮114位于所述活塞杆105的下方，所述齿条与所述第一齿轮107和第二齿轮114配合；
所述夹持爪包括依次连接的后段夹持爪108、中段夹持爪110和前段夹持爪112；所述后段夹持爪108与中段夹持爪110及中段夹持爪110与前段夹持爪112之间通过销轴109可转动连接，所述销轴109的中部安装有扭转异型弹簧111。所述后段夹持爪108的自由端与所述第一齿轮107和第二齿轮114固定连接。
所述气缸102的活塞杆(105)伸出时，带动第一齿轮107逆时针转动，第二齿轮114顺时针转动，从而使两夹持爪彼此远离呈张开状态；所述气缸102的活塞杆105缩回时，带动第一齿轮107顺时针转动，第二齿轮114逆时针转动，从而使两夹持爪彼此靠近，呈收缩状态。
所述机械臂组件包括垂直机械臂4，所述垂直机械臂4的下端可旋转的安装在所述智能移动平台600上，所述垂直机械臂4的下部安装有第一伺服电机5，所述垂直机械臂4在第一伺服电机5作用下沿所述垂直机械臂4的中心轴旋转；
所述垂直机械臂4的上端安装有横向设置的摆动机械臂2，所述摆动机械臂2的左端可转动的安装在所述垂直机械臂4的上端，所述摆动机械臂的左端下侧安装有控制所述摆动机械臂2上下摆动的第二伺服电机3；所述摆动机械臂2的右端与所述机械手组件100的气缸102连接；
所述智能移动平台600包括行走机构和控制行走机构的行走伺服电机。
所述智能移动平台600上安装有小微型空压机7和电气控制柜8，所述小微型空压机7为所述气缸102提供高压气体；所述电气控制柜8控制所述小微型空压机7、所述气缸102、第一伺服电机5、第二伺服电机3和行走伺服电机运行。
后段夹持爪与中段夹持爪用销轴连接，后段夹持爪与中断夹持爪可实现相对转动。中段夹持爪和前段夹持爪用销轴连接，中段夹持爪和前段夹持爪可实现相对转动，销轴的中部安装有扭转异型弹簧，在异型弹簧的作用下，中段夹持爪和前段夹持爪、中段夹持爪与后段夹持爪之间的转动角度受到限制。
本发明的一种果蔬采摘机器人装置，还包括控制系统，所述控制系统包括智能图像识别系统组件103和PLC控制系统；所述智能图像识别系统组件103安装在所述气缸102右端，所述智能摄像头组件103包括摄像头和单片机；所述PLC控制系统包括夹持系统，所述夹持系统用于控制活塞杆105的缩回距离。
所述智能图像识别系统组件103用于寻找待采摘的果实目标及确定目标的坐标，并通过所述单片机将目标信号传给输送给电气控制柜的主芯片，控制电气控制柜的电机驱动模块使活塞杆105伸缩，控制电气控制柜的电机驱动模块使所述第一伺服电机5、第二伺服电机3和行走伺服电机工作。
所述智能图像识别系统组件根据目标值的直径大小，分析确定活塞杆105缩回的行程距离，所述PLC控制系统接收所述单片机的指令，控制活塞杆105的缩回距离。
本发明中小微型空压机为DC-12V/24V小微型空压机器，单片机为STM32单片机。
本发明的工作过程如下：
1)通过电气控制柜，打开智能摄像头组件；
通过智能图像识别系统寻找采摘果实目标，确定目标坐标，通过控制电气控制柜中的电机驱动模块打开小微型空压机使气缸活塞杆伸出，进而打开机械手组件；
2)STM32单片机根据目标坐标的信息控制电机驱动模块使第一伺服电机、第二伺服电机及行走伺服电机工作，使机械手组件靠近目标。
3)智能图像识别系统组件根据扭转异型弹簧的参数、后段夹持爪、中段夹持爪、后段夹持爪及果实直径的大小计算出夹持力的大小范畴，确定气缸活塞杆缩回的行程距离。
4)STM32单片机给PLC控制系统发出指令，通过夹持系统控制气缸活塞杆缩回，机械手组件完成夹持操作。
如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。
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