一種水果采摘機(jī)械手的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種水果采摘機(jī)械手，包括果實(shí)采摘機(jī)械裝置和控制系統(tǒng)，果實(shí)采摘機(jī)械裝置包括母機(jī)械臂、不少于一個(gè)的子機(jī)械臂和末端執(zhí)行器；母機(jī)械臂包括母臂Z軸、母臂r軸、母臂θ軸、底座、端架和支架；子機(jī)械臂包括子臂Z軸、子臂r軸、子臂θ軸和子臂法蘭；末端執(zhí)行器包括接果器、基部法蘭、攏果器、刀片、收果筒、旋轉(zhuǎn)底蓋、傳動(dòng)輪、傳動(dòng)帶、主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪、架臺(tái)、橫桿、攏果器軸、刀片軸和旋轉(zhuǎn)底蓋軸；控制系統(tǒng)包括工控機(jī)、雙目攝像機(jī)、轉(zhuǎn)接卡、母機(jī)械臂控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)換器和子機(jī)械臂與末端執(zhí)行器控制系統(tǒng)。
【專利說明】一種水果采摘機(jī)械手
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種水果采摘機(jī)械手。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著社會(huì)人口的老齡化和農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力的逐步減少，一些繁重、單調(diào)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)越來越需要機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化的機(jī)器來替代。計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)、電子通信技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展給農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展提供了前所未有的可能，因此，農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)在很多國家取得了較大的發(fā)展。采摘作業(yè)是水果生產(chǎn)中最耗時(shí)、最費(fèi)力的一個(gè)環(huán)節(jié)，其費(fèi)用約占成本的50%?70%。水果采摘機(jī)器人是農(nóng)業(yè)機(jī)器人的重要類型，它能夠降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)費(fèi)用，具有很大發(fā)展?jié)摿Α?br> [0003]水果采摘機(jī)器人一般由視覺系統(tǒng)、行走機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)、采摘機(jī)械臂和末端執(zhí)行器等部分組成。末端執(zhí)行器是安裝在采摘機(jī)器人機(jī)械臂前端直接作用于作業(yè)對(duì)象的部分，是采摘機(jī)器人核心部件之一。水果采摘機(jī)器人作業(yè)時(shí)，由視覺系統(tǒng)獲得果樹圖像交與計(jì)算機(jī)處理，獲得目標(biāo)果實(shí)的空間三維坐標(biāo)后，由采摘機(jī)械臂將末端執(zhí)行器送達(dá)目標(biāo)果實(shí)位置，最后由末端執(zhí)行器完成果實(shí)采摘。從上個(gè)世紀(jì)80年代中期以來，國內(nèi)外研究人員開發(fā)設(shè)計(jì)了多種水果采摘機(jī)器人。這些水果采摘機(jī)器人基本設(shè)計(jì)有單個(gè)末端執(zhí)行器，采摘作業(yè)時(shí)采摘機(jī)械臂為一個(gè)末端執(zhí)行器服務(wù)，每采摘一個(gè)果實(shí)均需要一個(gè)完整的采摘流程，每個(gè)果實(shí)的平均采摘周期較長，采摘效率較低。研究人員也發(fā)明了多種末端執(zhí)行器。這些末端執(zhí)行器大致可分為吸入式、夾持式和吸持式三種結(jié)構(gòu)，結(jié)構(gòu)及其控制比較復(fù)雜，果實(shí)的獲取與回收工作環(huán)節(jié)較多，采摘速度不高。目前大多數(shù)水果采摘機(jī)器人及其末端執(zhí)行器沒有商品化，有的只是在實(shí)驗(yàn)室或溫室中得到了初步應(yīng)用。當(dāng)前影響水果采摘機(jī)器人及其末端執(zhí)行器實(shí)用化的因素主要有(I)機(jī)器人及其末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)、作業(yè)方法、控制系統(tǒng)及驅(qū)動(dòng)方式復(fù)雜，采摘速度較慢。(2)采摘準(zhǔn)確率有待提高。影響采摘準(zhǔn)確率的原因主要有:機(jī)器人目標(biāo)果實(shí)視覺定位及機(jī)械臂位置定位誤差較大；末端執(zhí)行器不能成功獲取果實(shí)或獲取后果實(shí)失落；采摘過程中自然風(fēng)等因素引起果實(shí)晃動(dòng)而使果實(shí)定位不準(zhǔn)確等。(3)末端執(zhí)行器采摘水果種類單一，通用性不好，制造和運(yùn)行成本高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的水果采摘機(jī)器人基本設(shè)計(jì)有單個(gè)末端執(zhí)行器，采摘作業(yè)時(shí)采摘機(jī)械臂為一個(gè)末端執(zhí)行器服務(wù)，每采摘一個(gè)果實(shí)均需要一個(gè)完整的采摘流程，每個(gè)果實(shí)的平均采摘周期較長，采摘效率較低的技術(shù)問題。
[0005]本實(shí)用新型的目的是提供一種水果采摘機(jī)械手，可以實(shí)現(xiàn)蘋果、柑橘、梨等球形水果的高效、高準(zhǔn)確率采摘。
[0006]本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下:
[0007]—種水果采摘機(jī)械手，包括果實(shí)采摘機(jī)械裝置和控制系統(tǒng)，果實(shí)采摘機(jī)械裝置包括母機(jī)械臂、固定在母機(jī)械臂上的不少于一個(gè)的子機(jī)械臂和固定在子機(jī)械臂上的末端執(zhí)行器；
[0008]本實(shí)用新型所述的母機(jī)械臂的工作內(nèi)容為將安裝在支架上雙目攝像機(jī)送到指定圖像采集點(diǎn)和將子機(jī)械臂及固定在子機(jī)械臂上的末端執(zhí)行器送達(dá)指定果實(shí)采摘點(diǎn)，末端執(zhí)行器完成目標(biāo)果實(shí)采摘后，母機(jī)械臂將子機(jī)械臂和末端執(zhí)行器送達(dá)果實(shí)回收點(diǎn)。
[0009]本實(shí)用新型中所述的母機(jī)械臂包括母臂Z軸、母臂r軸、母臂Θ軸、底座、端架和支架；母臂Θ軸轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在底座上，母臂Z軸垂直固定設(shè)置在母臂Θ軸上，母臂r軸垂直設(shè)置在母臂Z軸上，所述母臂r軸沿著母臂Z軸的軸向方向滑動(dòng)，所述母臂r軸沿著垂直于母臂Z軸軸向方向滑動(dòng)；端架固定在母臂r軸的端頭,支架固定在母臂r軸上。
[0010]本實(shí)用新型所述子機(jī)械臂的工作內(nèi)容為在母機(jī)械臂的配合下完成將末端執(zhí)行器送達(dá)指定采摘位置，末端執(zhí)行器完成目標(biāo)果實(shí)采摘任務(wù)后，子機(jī)械臂在母機(jī)械臂的配合下完成將末端執(zhí)行器送達(dá)果實(shí)回收點(diǎn)。
[0011]本實(shí)用新型中所述子機(jī)械臂的安裝數(shù)量，具體可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置的子機(jī)械臂數(shù)量多，其可采摘的范圍大；反之，可采摘的范圍小。
[0012]本實(shí)用新型中所述的子機(jī)械臂包括子臂Z軸、子臂r軸、子臂Θ軸和子臂法蘭；子臂Z軸與前述端架相連，子臂θ軸設(shè)置在子臂Z軸上，所述子臂θ軸沿著子臂Z軸的軸向方向滑動(dòng)；子臂r軸與子臂Θ軸相連，所述子臂r軸沿著子臂r軸的軸向方向伸縮，所述子臂Θ軸繞著自身的中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；子臂法蘭設(shè)置在子臂r軸的端頭。
[0013]本實(shí)用新型中所述末端執(zhí)行器的工作內(nèi)容為完成目標(biāo)果實(shí)的采摘與回收。
[0014]本實(shí)用新型中所述的末端執(zhí)行器包括接果器、基部法蘭、攏果器、刀片、收果筒、旋轉(zhuǎn)底蓋、傳動(dòng)輪、傳動(dòng)帶、主動(dòng)齒輪、從動(dòng)齒輪、架臺(tái)、橫桿、攏果器軸、刀片軸和旋轉(zhuǎn)底蓋軸；所述接果器為一端封閉，另一端上設(shè)有斜開口的圓筒；所述基部法蘭與前述子臂法蘭相連，基部法蘭通過橫桿與接果器的封閉端相連，刀片通過刀片軸轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置接果器的斜開口端上，攏果器通過攏果器軸轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在接果器的斜開口端上，所述主動(dòng)齒輪與刀片軸同軸安裝，從動(dòng)齒輪與攏果器軸同軸安裝，且主動(dòng)齒輪與從動(dòng)齒輪相嚙合；傳動(dòng)帶連接刀片軸；所述收果筒設(shè)置在接果器的斜開口端上，且所述接果器的斜開口端上設(shè)有與收果筒相連通的通孔；架臺(tái)設(shè)置在接果器的中部；旋轉(zhuǎn)底蓋通過旋轉(zhuǎn)底蓋軸轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在收果筒的底端。
[0015]本實(shí)用新型中所述的橫桿為現(xiàn)有技術(shù)中的金屬圓柱體。
[0016]本實(shí)用新型中所述的接果器為一端封閉，另一端上設(shè)有斜開口的圓筒；所述接果器的內(nèi)表面層和外表面層為現(xiàn)有技術(shù)中的橡膠材料制成，中間層為現(xiàn)有技術(shù)中的輕型合金材料制成。本實(shí)用新型中接果器的內(nèi)表面層和外表面層為現(xiàn)有技術(shù)中的橡膠材料制成，其主要作用是降低果實(shí)采摘過程中的沖擊力，達(dá)到保護(hù)果實(shí)的作用。
[0017]本實(shí)用新型中所述的收果筒的內(nèi)壁為現(xiàn)有技術(shù)中的軟橡膠材料制成，其主要作用是降低果實(shí)掉落下的沖擊力，達(dá)到保護(hù)果實(shí)的作用。
[0018]本實(shí)用新型所述的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)果樹圖像拍攝、圖像處理、目標(biāo)果實(shí)的識(shí)別與定位以及母機(jī)械臂、小機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制和末端執(zhí)行器采摘控制。
[0019]本實(shí)用新型中所述的控制系統(tǒng)包括工控機(jī)、雙目攝像機(jī)、轉(zhuǎn)接卡、用于控制母機(jī)械臂動(dòng)作的母機(jī)械臂控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)換器和驅(qū)動(dòng)子機(jī)械臂和控制子機(jī)械臂與末端執(zhí)行器動(dòng)作的子機(jī)械臂與末端執(zhí)行器控制系統(tǒng)；所述雙目攝像機(jī)固定在前述的支架上，且雙目攝像機(jī)通過轉(zhuǎn)接卡與工控機(jī)相連，所述子機(jī)械臂與末端執(zhí)行器控制系統(tǒng)通過轉(zhuǎn)換器與工控機(jī)相連。[0020]本實(shí)用新型所述工控機(jī)為現(xiàn)有技術(shù)中的工控機(jī)，其具體結(jié)構(gòu)和工作過程本實(shí)用新型不作詳細(xì)的說明。本實(shí)用新型所述工控機(jī)安裝有圖像處理軟件系統(tǒng)，能夠處理果樹圖像，提取果樹圖像中成熟果實(shí)的空間坐標(biāo)和尺寸信息。所述工控機(jī)能夠計(jì)算母臂Z軸伺服電機(jī)、母臂r軸伺服電機(jī)和母臂Θ軸伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并能將參數(shù)傳送給第一運(yùn)動(dòng)控制卡。所述第一運(yùn)動(dòng)控制卡能夠根據(jù)工控機(jī)傳送來的母臂Z軸伺服電機(jī)、母臂r軸伺服電機(jī)和母臂Θ軸伺服電機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，通過母臂Z軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、母臂r軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和母臂Θ軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器驅(qū)動(dòng)母臂Z軸伺服電機(jī)、母臂r軸伺服電機(jī)和母臂Θ軸伺服電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，最后驅(qū)動(dòng)母臂Z軸、母臂r軸和母臂Θ軸工作。
[0021]本實(shí)用新型所述雙目攝像機(jī)為現(xiàn)有技術(shù)中的雙目攝像機(jī)，其具體結(jié)構(gòu)本實(shí)用新型不作詳細(xì)的說明。本實(shí)用新型所述雙目攝像機(jī)的作用是拍攝果樹圖像，并能通過轉(zhuǎn)接卡將果樹圖像傳送給工控機(jī)。
[0022]本實(shí)用新型中所述的轉(zhuǎn)接卡為現(xiàn)有技術(shù)中的與雙目攝像機(jī)配合使用的轉(zhuǎn)接卡，其具體結(jié)構(gòu)和工作過程本實(shí)用新型不作詳細(xì)的說明。
[0023]本實(shí)用新型中所述的轉(zhuǎn)換器為現(xiàn)有技術(shù)中的轉(zhuǎn)換器，本實(shí)用新型優(yōu)先采用現(xiàn)有技術(shù)中型號(hào)為R232/485轉(zhuǎn)換器。
[0024]進(jìn)一步，本實(shí)用新型所述母機(jī)械臂控制系統(tǒng)包括第一運(yùn)動(dòng)控制卡、母臂Z軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、母臂Z軸伺服電機(jī)、母臂Z軸伺服電機(jī)編碼器、母臂r軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、母臂r軸伺服電機(jī)、母臂r軸伺服電機(jī)編碼器、母臂Θ軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、母臂Θ軸伺服電機(jī)和母臂Θ軸伺服電機(jī)編碼器；
[0025]所述母臂Z軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與第一運(yùn)動(dòng)控制卡的輸出端相連，母臂Z軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與母臂Z軸伺服電機(jī)的輸入端相連；所述母臂Z軸伺服電機(jī)編碼器能夠檢測(cè)母臂Z軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度位移量，母臂Z軸伺服電機(jī)編碼器的輸出端與第一運(yùn)動(dòng)控制卡的輸入端相連；所述母臂Z軸伺服電機(jī)能夠驅(qū)動(dòng)母臂Z軸運(yùn)動(dòng)。所述母臂Z軸伺服電機(jī)編碼器能夠?qū)z測(cè)到的母臂Z軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度位移量傳送給第一運(yùn)動(dòng)控制卡，第一運(yùn)動(dòng)控制卡根據(jù)此信息實(shí)現(xiàn)母臂Z軸運(yùn)動(dòng)的精確控制。
[0026]所述母臂r軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與第一運(yùn)動(dòng)控制卡的輸出端相連，母臂r軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與母臂r軸伺服電機(jī)的輸入端相連；所述母臂r軸伺服電機(jī)編碼器能夠檢測(cè)母臂r軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度位移量，母臂r軸伺服電機(jī)編碼器的輸出端與第一運(yùn)動(dòng)控制卡的輸入端相連；所述母臂r軸伺服電機(jī)能夠驅(qū)動(dòng)母臂r軸運(yùn)動(dòng)；所述母臂r軸伺服電機(jī)編碼器能夠?qū)z測(cè)到的母臂r軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度位移量傳送給第一運(yùn)動(dòng)控制卡，第一運(yùn)動(dòng)控制卡根據(jù)此信息實(shí)現(xiàn)母臂r軸運(yùn)動(dòng)的精確控制。
[0027]所述母臂Θ軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與第一運(yùn)動(dòng)控制卡的輸出端相連，母臂Θ軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與母臂Θ軸伺服電機(jī)的輸入端相連；所述母臂Θ軸伺服電機(jī)編碼器能夠檢測(cè)母臂Θ軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度位移量，母臂Θ軸伺服電機(jī)編碼器的輸出端與第一運(yùn)動(dòng)控制卡的輸入端相連；所述母臂Θ軸伺服電機(jī)能夠驅(qū)動(dòng)母臂Θ軸運(yùn)動(dòng)。所述母臂Θ軸伺服電機(jī)編碼器能夠?qū)z測(cè)到的母臂Θ軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度位移量傳送給第一運(yùn)動(dòng)控制卡，第一運(yùn)動(dòng)控制卡根據(jù)此信息實(shí)現(xiàn)母臂Θ軸運(yùn)動(dòng)的精確控制。所述第一運(yùn)動(dòng)控制卡與工控機(jī)相連。
[0028]本實(shí)用新型所述的第一運(yùn)動(dòng)控制卡為現(xiàn)有技術(shù)與工控機(jī)配合使用的運(yùn)動(dòng)控制卡，其具體結(jié)構(gòu)和工作過程本實(shí)用新型不作詳細(xì)的說明。
[0029]進(jìn)一步，本實(shí)用新型所述子機(jī)械臂與末端執(zhí)行器控制系統(tǒng)包括下位機(jī)、單目攝像機(jī)、位置傳感器、第二運(yùn)動(dòng)控制卡、子臂Z軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、子臂Z軸伺服電機(jī)、子臂Z軸伺服電機(jī)編碼器、子臂r軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、子臂r軸伺服電機(jī)、子臂r軸伺服電機(jī)編碼器、子臂Θ軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、子臂Θ軸伺服電機(jī)、子臂Θ軸伺服電機(jī)編碼器、旋轉(zhuǎn)底蓋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、旋轉(zhuǎn)底蓋電機(jī)、攏果器電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和攏果器電機(jī)；
[0030]下位機(jī)通過前述的轉(zhuǎn)換器與工控機(jī)相連；所述單目攝像機(jī)設(shè)置在前述的架臺(tái)上，且單目攝像機(jī)與下位機(jī)相連接；位置傳感器設(shè)置在接果器的斜開口端的內(nèi)壁上；位置傳感器與下位機(jī)相連接。所述攏果器電機(jī)設(shè)置在接果器的封閉端上，攏果器電機(jī)的電機(jī)軸上安裝有傳動(dòng)輪，傳動(dòng)輪通過連接在刀片軸上的傳動(dòng)帶將攏果器電機(jī)的動(dòng)力傳遞給主動(dòng)齒輪；
[0031]所述單目攝像機(jī)為現(xiàn)有技術(shù)中的單目攝像機(jī)，其具體結(jié)構(gòu)和工作原理本實(shí)用新型不作詳細(xì)的說明。
[0032]本實(shí)用新型中所述的位置傳感器為現(xiàn)有技術(shù)中的光電對(duì)射式傳感器，包括信號(hào)發(fā)射部件和信號(hào)接收部件，信號(hào)發(fā)射部件鑲嵌安裝于接果器的斜開口端的內(nèi)壁上，信號(hào)接收部件同種方法安裝于接果器的斜開口端的與信號(hào)發(fā)射部件相對(duì)的一側(cè)內(nèi)壁上。
[0033]本實(shí)用新型所述的下位機(jī)為現(xiàn)有技術(shù)中與工控機(jī)配合使用的下位機(jī)，其具體結(jié)構(gòu)和工作原理本實(shí)用新型不作詳細(xì)的說明。
[0034]所述子臂Z軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與第二運(yùn)動(dòng)控制卡的輸出端相連，子臂Z軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與子臂Z軸伺服電機(jī)的輸入端相連；所述子臂Z軸伺服電機(jī)編碼器能夠檢測(cè)子臂Z軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度位移量，子臂Z軸伺服電機(jī)編碼器的輸出端與第二運(yùn)動(dòng)控制卡的輸入端相連；所述子臂Z軸伺服電機(jī)能夠驅(qū)動(dòng)子臂Z軸運(yùn)動(dòng)；所述子臂Z軸伺服電機(jī)編碼器能夠?qū)z測(cè)到的子臂Z軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度位移量傳送給第二運(yùn)動(dòng)控制卡，第二運(yùn)動(dòng)控制卡根據(jù)此信息實(shí)現(xiàn)子臂Z軸運(yùn)動(dòng)的精確控制。
[0035]所述子臂r軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與第二運(yùn)動(dòng)控制卡的輸出端相連，子臂r軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與子臂r軸伺服電機(jī)的輸入端相連；所述子臂Z軸伺服電機(jī)編碼器能夠檢測(cè)子臂r軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度位移量，子臂r軸伺服電機(jī)編碼器的輸出端與第二運(yùn)動(dòng)控制卡的輸入端相連。所述子臂r軸伺服電機(jī)能夠驅(qū)動(dòng)子臂r軸運(yùn)動(dòng)。所述子臂r軸伺服電機(jī)編碼器能夠?qū)z測(cè)到的子臂r軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度位移量傳送給第二運(yùn)動(dòng)控制卡，第二運(yùn)動(dòng)控制卡根據(jù)此信息實(shí)現(xiàn)子臂r軸運(yùn)動(dòng)的精確控制。
[0036]所述子臂Θ軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與第二運(yùn)動(dòng)控制卡的輸出端相連，子臂Θ軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與子臂Θ軸伺服電機(jī)的輸入端相連；所述子臂Θ軸伺服電機(jī)編碼器能夠檢測(cè)子臂Θ軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度位移量，子臂Θ軸伺服電機(jī)編碼器的輸出端與第二運(yùn)動(dòng)控制卡的輸入端相連；所述子臂Θ軸伺服電機(jī)能夠驅(qū)動(dòng)子臂Θ軸運(yùn)動(dòng)；所述子臂Θ軸伺服電機(jī)編碼器能夠?qū)z測(cè)到的子臂Θ軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度位移量傳送給第二運(yùn)動(dòng)控制卡，第二運(yùn)動(dòng)控制卡根據(jù)此信息實(shí)現(xiàn)子臂Θ軸運(yùn)動(dòng)的精確控制。所述第二運(yùn)動(dòng)控制卡與前述的下位機(jī)相連接。
[0037]所述旋轉(zhuǎn)底蓋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與第二運(yùn)動(dòng)控制卡的輸出端相連，旋轉(zhuǎn)底蓋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與所述旋轉(zhuǎn)底蓋電機(jī)相連。作為優(yōu)選，旋轉(zhuǎn)底蓋電機(jī)選用步進(jìn)電機(jī)。
[0038]所述攏果器電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與第二運(yùn)動(dòng)控制卡的輸出端相連，攏果器電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與所述攏果器電機(jī)相連。作為優(yōu)選，旋轉(zhuǎn)底蓋電機(jī)選用步進(jìn)電機(jī)。
[0039]本實(shí)用新型所述的第二運(yùn)動(dòng)控制卡為現(xiàn)有技術(shù)與工控機(jī)配合使用的運(yùn)動(dòng)控制卡，其具體結(jié)構(gòu)和工作過程本實(shí)用新型不作詳細(xì)的說明。
[0040]本實(shí)用新型所述的母臂Z軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、母臂r軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、母臂Θ軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、子臂Z軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、子臂r軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和子臂Θ軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器均為現(xiàn)有技術(shù)中的伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)，其具體結(jié)構(gòu)和工作原理本實(shí)用新型不作詳細(xì)的說明。
[0041]本實(shí)用新型所述的母臂Z軸伺服電機(jī)、母臂r軸伺服電機(jī)、母臂Θ軸伺服電機(jī)、子臂Z軸伺服電機(jī)、子臂r軸伺服電機(jī)和子臂Θ軸伺服電機(jī)均為現(xiàn)有技術(shù)中的伺服電機(jī)，其具體結(jié)構(gòu)和工作原理本實(shí)用新型不作詳細(xì)的說明。
[0042]本實(shí)用新型所述的母臂Z軸伺服電機(jī)編碼器、母臂r軸伺服電機(jī)編碼器、母臂Θ軸伺服電機(jī)編碼器、子臂Z軸伺服電機(jī)編碼器、子臂r軸伺服電機(jī)編碼器和子臂Θ軸伺服電機(jī)編碼器均為現(xiàn)有技術(shù)中伺服電機(jī)編碼器，其具體結(jié)構(gòu)和工作原理本實(shí)用新型不作詳細(xì)的說明。
[0043]本實(shí)用新型所述的旋轉(zhuǎn)底蓋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和攏果器電機(jī)驅(qū)動(dòng)器均為現(xiàn)有技術(shù)中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其具體結(jié)構(gòu)和工作原理本實(shí)用新型不作詳細(xì)的說明。
[0044]本實(shí)用新型所述的旋轉(zhuǎn)底蓋電機(jī)和攏果器電機(jī)均為現(xiàn)有技術(shù)中電機(jī)，其具體結(jié)構(gòu)和工作原理本實(shí)用新型不作詳細(xì)的說明。
[0045]進(jìn)一步，本實(shí)用新型所述母臂Z軸和母臂r軸均為雙平行臂結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型中母臂Z軸和母臂r軸均為雙平行臂結(jié)構(gòu)，其主要作用是增強(qiáng)母臂Z軸和母臂r軸的強(qiáng)度，提高母臂Z軸和母臂r軸承重量，延長使用壽命。
[0046]進(jìn)一步，本實(shí)用新型所述母臂Θ軸和底座均為圓柱體結(jié)構(gòu)，所述母臂Θ軸的半徑小于底座的半徑。
[0047]進(jìn)一步，本實(shí)用新型所述母機(jī)械臂還包括斜柱；斜柱的一端固定在母臂Z軸上，另一端固定在母臂Θ軸上。本實(shí)用新型設(shè)置斜柱，其主要作用是增強(qiáng)母臂Z軸穩(wěn)定性，延長使用壽命。
[0048]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn):
[0049](I)本實(shí)用新型采摘機(jī)器人可以設(shè)置多個(gè)末端執(zhí)行器，一次可以完成一幅果樹圖像中所有目標(biāo)果實(shí)的連續(xù)采摘。果實(shí)的平均采摘周期短，采摘效率高。
[0050](2)機(jī)械臂采用母機(jī)械臂和子機(jī)械臂二級(jí)模式，機(jī)械臂總自由度不增加的前提下實(shí)現(xiàn)多個(gè)末端執(zhí)行器的同時(shí)作業(yè)的要求，并且機(jī)械臂采用圓柱坐標(biāo)結(jié)構(gòu)，機(jī)械臂控制與運(yùn)動(dòng)路徑簡(jiǎn)單，效率較高。
[0051](3)末端執(zhí)行器可實(shí)現(xiàn)蘋果、柑橘、梨等多種果實(shí)采摘，通用性好。
[0052](4)末端執(zhí)行器為欠驅(qū)動(dòng)式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，整個(gè)采摘與控制過程簡(jiǎn)單，采摘時(shí)間短。末端執(zhí)行器設(shè)有收果筒，可儲(chǔ)存多個(gè)果實(shí)，實(shí)現(xiàn)采摘過程中水果連續(xù)采摘，節(jié)約回放果實(shí)時(shí)間，提高采摘效率。
[0053](5)采用雙目視覺與單目視覺相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)果實(shí)的動(dòng)態(tài)定位于跟蹤，能有效克服果實(shí)采摘過程中因果實(shí)晃動(dòng)帶來的定位不準(zhǔn)、采摘失敗問題?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0054]圖1為本實(shí)用新型的機(jī)械臂結(jié)構(gòu)圖。
[0055]圖2為本實(shí)用新型的末端執(zhí)行器的第一結(jié)構(gòu)示意圖。
[0056]圖3為本實(shí)用新型的末端執(zhí)行器的第二結(jié)構(gòu)示意圖。
[0057]圖4為本實(shí)用新型的機(jī)械臂與多末端執(zhí)行器控制系統(tǒng)示意圖。
[0058]圖5為本實(shí)用新型的子機(jī)械臂與多末端執(zhí)行器控制系統(tǒng)示意圖。
[0059]圖6為本實(shí)用新型的機(jī)械臂和末端執(zhí)行器水果采摘流程圖。
[0060]其中，1、母機(jī)械臂，2、子機(jī)械臂，3、母臂Z軸，4、母臂r軸，5、母臂Θ軸，6、底座，7、斜柱，8、端架，9、支架，10、雙目攝像機(jī)，11、子臂Z軸，12、子臂r軸，13、子臂Θ軸，14、子臂法蘭，15、母臂Z軸伺服電機(jī)，16、母臂r軸伺服電機(jī)，17、母臂Θ軸伺服電機(jī)，18、子臂Z軸伺服電機(jī)，19、子臂r軸伺服電機(jī)，20、子臂Θ軸伺服電機(jī)，21、接果器，22、基部法蘭，23、攏果器，24、刀片，25、收果筒，26、旋轉(zhuǎn)底蓋，27、位置傳感器，28、攏果器電機(jī)，29、旋轉(zhuǎn)底蓋電機(jī)，30、傳動(dòng)輪，31、傳動(dòng)帶，32、主動(dòng)齒輪，33、從動(dòng)齒輪，34、架臺(tái)，35、單目攝像機(jī)，36、橫桿，37、攏果器軸，38、刀片軸，39、旋轉(zhuǎn)底蓋軸，40、通孔。
【具體實(shí)施方式】
[0061]為使本實(shí)用新型的內(nèi)容更加明顯易懂，以下結(jié)合附圖1-圖5和【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步的描述。
[0062]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0063]本實(shí)施例以四個(gè)子機(jī)械臂以及四個(gè)末端執(zhí)行器為例，來描述本實(shí)用新型的具體結(jié)構(gòu)和工作過程。
[0064]本實(shí)用新型的水果采摘機(jī)器人機(jī)械臂和末端執(zhí)行器，包括果實(shí)采摘機(jī)械裝置和控制系統(tǒng)。
[0065]如圖1所示，果實(shí)采摘機(jī)械裝置包括母機(jī)械臂1、四個(gè)子機(jī)械臂2和四個(gè)末端執(zhí)行器。
[0066]母機(jī)械臂I包括母臂Z軸3、母臂r軸4、母臂Θ軸5、底座6、斜柱7、端架8和支架9。
[0067]子機(jī)械臂2包括子臂Z軸11、子臂r軸12、子臂Θ軸13和子臂法蘭14。
[0068]末端執(zhí)行器包括接果器21、基部法蘭22、攏果器23、刀片24、收果筒25、旋轉(zhuǎn)底蓋26、傳動(dòng)輪30、傳動(dòng)帶31、主動(dòng)齒輪32、從動(dòng)齒輪33、架臺(tái)34、橫桿36、攏果器軸37、刀片軸38和旋轉(zhuǎn)底蓋軸39。
[0069]本實(shí)用新型所述的母機(jī)械臂I的工作內(nèi)容為將安裝在支架9上雙目攝像機(jī)送到指定圖像采集點(diǎn)和將子機(jī)械臂及固定在子機(jī)械臂2上的末端執(zhí)行器送達(dá)指定果實(shí)采摘點(diǎn)，末端執(zhí)行器完成目標(biāo)果實(shí)采摘后，母機(jī)械臂將子機(jī)械臂2和末端執(zhí)行器送達(dá)果實(shí)回收點(diǎn)。
[0070]母機(jī)械臂I中的各零部件之間的具體位置關(guān)系為:母臂Θ軸5轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在底座6上，母臂Z軸3垂直固定設(shè)置在母臂Θ軸5上，母臂r軸4垂直設(shè)置在母臂Z軸3上，所述母臂r軸4沿著母臂Z軸3的軸向方向滑動(dòng)，所述母臂r軸4沿著垂直于母臂Z軸3軸向方向滑動(dòng)；端架8固定在母臂r軸4的端頭,支架9固定在母臂r軸4上。
[0071]本實(shí)用新型所述子機(jī)械臂的工作內(nèi)容為在母機(jī)械臂的配合下完成將末端執(zhí)行器送達(dá)指定采摘位置，末端執(zhí)行器完成目標(biāo)果實(shí)采摘任務(wù)后，子機(jī)械臂在母機(jī)械臂的配合下完成將末端執(zhí)行器送達(dá)果實(shí)回收點(diǎn)。
[0072]子機(jī)械臂2中的各零部件之間的具體位置關(guān)系為:子臂Z軸11與前述端架8相連，子臂Θ軸13設(shè)置在子臂Z軸11上，所述子臂Θ軸13沿著子臂Z軸11的軸向方向滑動(dòng)；子臂r軸12與子臂Θ軸13相連，子臂r軸12沿著子臂r軸12的軸向方向伸縮，所述子臂Θ軸13繞著自身的中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；子臂法蘭14設(shè)置在子臂r軸12的端頭。
[0073]本實(shí)用新型中所述末端執(zhí)行器的工作內(nèi)容為完成目標(biāo)果實(shí)的采摘與回收。
[0074]末端執(zhí)行器中的各零部件之間的具體位置關(guān)系為:末端執(zhí)行器包括接果器21、基部法蘭22、攏果器23、刀片24、收果筒25、旋轉(zhuǎn)底蓋26、傳動(dòng)輪30、傳動(dòng)帶31、主動(dòng)齒輪32、從動(dòng)齒輪33、架臺(tái)34、橫桿36、攏果器軸37、刀片軸38和旋轉(zhuǎn)底蓋軸39 ;所述接果器21為一端封閉，另一端上設(shè)有斜開口的圓筒；基部法蘭22與前述子臂法蘭14相連，基部法蘭22通過橫桿36與接果器21的封閉端相連，刀片24通過刀片軸38轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置接果器21的斜開口端上，攏果器23通過攏果器軸37轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在接果器21的斜開口端上，主動(dòng)齒輪32與刀片軸38同軸安裝，從動(dòng)齒輪33與攏果器軸37同軸安裝，且主動(dòng)齒輪32與從動(dòng)齒輪33相嚙合；傳動(dòng)帶31連接刀片軸38 ;所述收果筒25設(shè)置在接果器21的斜開口端上，且所述接果器21的斜開口端上設(shè)有與收果筒25相連通的通孔40 ;架臺(tái)34設(shè)置在接果器21的斜開口端上；旋轉(zhuǎn)底蓋26通過旋轉(zhuǎn)底蓋軸39轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在收果筒25的底端。
[0075]本實(shí)用新型所述的控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)果樹圖像拍攝、圖像處理、目標(biāo)果實(shí)的識(shí)別與定位以及母機(jī)械臂、小機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)控制和末端執(zhí)行器采摘控制。
[0076]本實(shí)用新型所述的控制系統(tǒng)包括工控機(jī)、雙目攝像機(jī)10、轉(zhuǎn)接卡、用于控制母機(jī)械臂I動(dòng)作的母機(jī)械臂控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)換器和控制子機(jī)械臂2和末端執(zhí)行器動(dòng)作的子機(jī)械臂與末端執(zhí)行器控制系統(tǒng)；所述雙目攝像機(jī)10固定在前述的支架9上，且雙目攝像機(jī)通過轉(zhuǎn)接卡與工控機(jī)相連，所述子機(jī)械臂與末端執(zhí)行器控制系統(tǒng)通過轉(zhuǎn)換器與工控機(jī)相連。
[0077]本實(shí)用新型所述母機(jī)械臂控制系統(tǒng)包括第一運(yùn)動(dòng)控制卡、母臂Z軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、母臂Z軸伺服電機(jī)、母臂Z軸伺服電機(jī)編碼器、母臂r軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、母臂r軸伺服電機(jī)、母臂r軸伺服電機(jī)編碼器、母臂Θ軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、母臂Θ軸伺服電機(jī)和母臂Θ軸伺服電機(jī)編碼器；
[0078]所述母臂Z軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與第一運(yùn)動(dòng)控制卡的輸出端相連，母臂Z軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與母臂Z軸伺服電機(jī)的輸入端相連；所述母臂Z軸伺服電機(jī)編碼器能夠檢測(cè)母臂Z軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度位移量，母臂Z軸伺服電機(jī)編碼器的輸出端與第一運(yùn)動(dòng)控制卡的輸入端相連；所述母臂Z軸伺服電機(jī)能夠驅(qū)動(dòng)母臂Z軸運(yùn)動(dòng)。所述母臂Z軸伺服電機(jī)編碼器能夠?qū)z測(cè)到的母臂Z軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度位移量傳送給第一運(yùn)動(dòng)控制卡，第一運(yùn)動(dòng)控制卡根據(jù)此信息實(shí)現(xiàn)母臂Z軸運(yùn)動(dòng)的精確控制。
[0079]所述母臂r軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與第一運(yùn)動(dòng)控制卡的輸出端相連，母臂r軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與母臂r軸伺服電機(jī)的輸入端相連；所述母臂r軸伺服電機(jī)編碼器能夠檢測(cè)母臂r軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度位移量，母臂r軸伺服電機(jī)編碼器的輸出端與第一運(yùn)動(dòng)控制卡的輸入端相連；所述母臂r軸伺服電機(jī)能夠驅(qū)動(dòng)母臂r軸運(yùn)動(dòng)；所述母臂r軸伺服電機(jī)編碼器能夠?qū)z測(cè)到的母臂r軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度位移量傳送給第一運(yùn)動(dòng)控制卡，第一運(yùn)動(dòng)控制卡根據(jù)此信息實(shí)現(xiàn)母臂r軸運(yùn)動(dòng)的精確控制。
[0080]所述母臂Θ軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與第一運(yùn)動(dòng)控制卡的輸出端相連，母臂Θ軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與母臂Θ軸伺服電機(jī)的輸入端相連；所述母臂Θ軸伺服電機(jī)編碼器能夠檢測(cè)母臂Θ軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度位移量，母臂Θ軸伺服電機(jī)編碼器的輸出端與第一運(yùn)動(dòng)控制卡的輸入端相連；所述母臂Θ軸伺服電機(jī)能夠驅(qū)動(dòng)母臂Θ軸運(yùn)動(dòng)。所述母臂Θ軸伺服電機(jī)編碼器能夠?qū)z測(cè)到的母臂Θ軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度位移量傳送給第一運(yùn)動(dòng)控制卡，第一運(yùn)動(dòng)控制卡根據(jù)此信息實(shí)現(xiàn)母臂Θ軸運(yùn)動(dòng)的精確控制。所述第一運(yùn)動(dòng)控制卡與工控機(jī)相連。
[0081]本實(shí)用新型所述子機(jī)械臂與末端執(zhí)行器控制系統(tǒng)包括下位機(jī)、單目攝像機(jī)35、位置傳感器27、第二運(yùn)動(dòng)控制卡、子臂Z軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、子臂Z軸伺服電機(jī)編碼器、子臂Z軸伺服電機(jī)、子臂r軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、子臂r軸伺服電機(jī)、子臂r軸伺服電機(jī)編碼器、子臂Θ軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、子臂Θ軸伺服電機(jī)、子臂Θ軸伺服電機(jī)編碼器、旋轉(zhuǎn)底蓋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、旋轉(zhuǎn)底蓋電機(jī)、攏果器電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和攏果器電機(jī)28 ；
[0082]下位機(jī)通過前述的轉(zhuǎn)換器與工控機(jī)相連；所述單目攝像機(jī)35設(shè)置在前述的架臺(tái)34上，且單目攝像機(jī)35與下位機(jī)相連接；位置傳感器27設(shè)置在接果器21的斜開口端的內(nèi)壁上；位置傳感器與下位機(jī)相連接。所述攏果器電機(jī)28設(shè)置在接果器21的封閉端上，攏果器電機(jī)28的電機(jī)軸上安裝有傳動(dòng)輪30，傳動(dòng)輪30通過連接在刀片軸38上的傳動(dòng)帶31將攏果器電機(jī)28的動(dòng)力傳遞給主動(dòng)齒輪32 ；
[0083]子臂Z軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與第二運(yùn)動(dòng)控制卡的輸出端相連，子臂Z軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與子臂Z軸伺服電機(jī)的輸入端相連；所述子臂Z軸伺服電機(jī)編碼器能夠檢測(cè)子臂Z軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度位移量，子臂Z軸伺服電機(jī)編碼器的輸出端與第二運(yùn)動(dòng)控制卡的輸入端相連；所述子臂Z軸伺服電機(jī)能夠驅(qū)動(dòng)子臂Z軸運(yùn)動(dòng)；所述子臂Z軸伺服電機(jī)編碼器能夠?qū)z測(cè)到的子臂Z軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度位移量傳送給第二運(yùn)動(dòng)控制卡，第二運(yùn)動(dòng)控制卡根據(jù)此信息實(shí)現(xiàn)子臂Z軸運(yùn)動(dòng)的精確控制。
[0084]子臂r軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與第二運(yùn)動(dòng)控制卡的輸出端相連，子臂r軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與子臂r軸伺服電機(jī)的輸入端相連；所述子臂Z軸伺服電機(jī)編碼器能夠檢測(cè)子臂r軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度位移量，子臂r軸伺服電機(jī)編碼器的輸出端與第二運(yùn)動(dòng)控制卡的輸入端相連。所述子臂r軸伺服電機(jī)能夠驅(qū)動(dòng)子臂r軸運(yùn)動(dòng)。所述子臂r軸伺服電機(jī)編碼器能夠?qū)z測(cè)到的子臂r軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度位移量傳送給第二運(yùn)動(dòng)控制卡，第二運(yùn)動(dòng)控制卡根據(jù)此信息實(shí)現(xiàn)子臂r軸運(yùn)動(dòng)的精確控制。
[0085]子臂Θ軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與第二運(yùn)動(dòng)控制卡的輸出端相連，子臂Θ軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與子臂Θ軸伺服電機(jī)的輸入端相連；所述子臂Θ軸伺服電機(jī)編碼器能夠檢測(cè)子臂Θ軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度位移量，子臂Θ軸伺服電機(jī)編碼器的輸出端與第二運(yùn)動(dòng)控制卡的輸入端相連；所述子臂Θ軸伺服電機(jī)能夠驅(qū)動(dòng)子臂Θ軸運(yùn)動(dòng)；所述子臂Θ軸伺服電機(jī)編碼器能夠?qū)z測(cè)到的子臂Θ軸伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度位移量傳送給第二運(yùn)動(dòng)控制卡，第二運(yùn)動(dòng)控制卡根據(jù)此信息實(shí)現(xiàn)子臂Θ軸運(yùn)動(dòng)的精確控制。所述第二運(yùn)動(dòng)控制卡與前述的下位機(jī)相連接。
[0086]進(jìn)一步，本實(shí)用新型所述母臂Z軸3和母臂r軸4均為雙平行臂結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型中母臂Z軸3和母臂r軸4均為雙平行臂結(jié)構(gòu)，其主要作用是增強(qiáng)母臂Z軸3和母臂r軸4的強(qiáng)度，提高母臂Z軸3和母臂r軸4承重量，延長使用壽命。
[0087]進(jìn)一步，本實(shí)用新型所述母臂Θ軸5和底座6均為圓柱體結(jié)構(gòu)，所述母臂Θ軸5的半徑小于底座6的半徑。
[0088]進(jìn)一步，本實(shí)用新型所述母機(jī)械臂I還包括斜柱7 ;所述斜柱7的一端固定在母臂Z軸3上，另一端固定在母臂Θ軸5上。本實(shí)用新型設(shè)置斜柱7，其主要作用是增強(qiáng)母臂Z軸3穩(wěn)定性,延長使用壽命。
[0089]本實(shí)用新型還提出了采用一種水果采摘機(jī)械手進(jìn)行水果采摘的方法，包括以下步驟:
[0090]1)雙目攝像機(jī)檢測(cè)到目標(biāo)果樹時(shí)，將目標(biāo)果樹圖像傳送給工控機(jī)，工控機(jī)圖像處理獲得目標(biāo)果樹尺寸信息和樹冠中心點(diǎn)空間坐標(biāo)信息后，確定圖像采集點(diǎn)數(shù)及各采集點(diǎn)空間位置坐標(biāo)，然后確定母機(jī)械臂果實(shí)采摘點(diǎn)數(shù)及各采摘點(diǎn)空間坐標(biāo)；
[0091]母機(jī)械臂果實(shí)采摘點(diǎn)數(shù)及各采摘點(diǎn)空間坐標(biāo)的確定方法如下所述:
[0092]1.1確定世界坐標(biāo)系，取母機(jī)械臂的底座6的圓柱坐標(biāo)原點(diǎn)為世界坐標(biāo)系原點(diǎn)，機(jī)器人行進(jìn)方向?yàn)閄軸正方向，垂直X軸機(jī)器人行進(jìn)方向左側(cè)為y軸正方向，垂直水平面向上方向?yàn)閆正方向；
[0093]1.2確定圖像采集點(diǎn)數(shù)及每個(gè)采集點(diǎn)的空間坐標(biāo)；
[0094]設(shè)樹冠中心點(diǎn)空間坐標(biāo)為Ptl (x0, y0, Z0),設(shè)子臂Z軸長度為d，子臂r軸最大伸縮
長度為e,目標(biāo)果樹樹冠高度為b,寬度為a,則圖像采集點(diǎn)數(shù)為k=2m,其中m為+ 1 )的




a
整數(shù)部分；根據(jù)圖像采集點(diǎn)數(shù)將果樹樹冠均分為2列m行k個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域?qū)?yīng)一個(gè)圖像采集點(diǎn)。設(shè)雙目攝像機(jī)圖像最佳拍攝點(diǎn)距離果樹距離為C，若某圖像采集點(diǎn)對(duì)應(yīng)樹冠區(qū)域空間坐標(biāo)為Ptl (xq, yq, zq),則該圖像采集點(diǎn)坐標(biāo)為Pt (xt, yt, zt)，其中xt=xq, yt= (yq-c),Zt=Zq ;
[0095]1.3母機(jī)械臂果實(shí)采摘點(diǎn)數(shù)與圖像采集點(diǎn)數(shù)相同；設(shè)某采摘點(diǎn)空間坐標(biāo)P。U。，y。，Zc),貝U Xc=Xt, Yc= (yt+c-e+β ), ze=zt,其中xt、yt、zt分別為該采摘點(diǎn)對(duì)應(yīng)圖像采集點(diǎn)x、y、z軸坐標(biāo)，β >0 ；
[0096]2)工控機(jī)通過串口向第一運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)送控制指令，使母機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)至第一圖像采集點(diǎn)；
[0097]3)雙目攝像機(jī)采集果樹圖像，并將圖像傳送給工控機(jī)；
[0098]4)工控機(jī)通過串口向第二運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)送控制指令，使母機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)至第一果實(shí)米摘點(diǎn)；
[0099]5)工控機(jī)進(jìn)行圖像處理，完成圖像內(nèi)目標(biāo)果實(shí)識(shí)別與定位，并獲得各個(gè)果實(shí)的空間位置和尺寸信息，計(jì)算每個(gè)目標(biāo)果實(shí)與各子機(jī)械臂的距離，根據(jù)距離最近原則分配末端執(zhí)行器采摘果實(shí)任務(wù)，并將各末端執(zhí)行器采摘任務(wù)果實(shí)的空間位置和尺寸信息傳送給對(duì)應(yīng)的下位機(jī)；
[0100]6)各下位機(jī)確定對(duì)應(yīng)末端執(zhí)行器目標(biāo)果實(shí)采摘路徑，并計(jì)算對(duì)應(yīng)子臂r軸、子臂Θ軸、子臂Z軸的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，并將參數(shù)傳送給第二運(yùn)動(dòng)控制卡；
[0101]7)第二運(yùn)動(dòng)控制卡控制子機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)，子機(jī)械臂與末端執(zhí)行器進(jìn)行果實(shí)采摘；
[0102]第二運(yùn)動(dòng)控制卡控制子機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)并帶動(dòng)末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)，子機(jī)械臂與末端執(zhí)行器進(jìn)行果實(shí)采摘的具體方法如下:
[0103]1.1子機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)帶動(dòng)末端執(zhí)行器伸向目標(biāo)果實(shí)，果實(shí)進(jìn)入接果器；末端執(zhí)行器伸向目標(biāo)果實(shí)的過程中，裝在末端執(zhí)行器前端的單目攝像機(jī)拍攝目標(biāo)果實(shí)圖像，并傳送給下位機(jī)處理，獲得果實(shí)型心坐標(biāo)，根據(jù)果實(shí)型心坐標(biāo)與圖像中心坐標(biāo)，計(jì)算子機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)調(diào)整參數(shù)，并將參數(shù)傳送給第二運(yùn)動(dòng)控制卡，調(diào)整分機(jī)械臂各軸運(yùn)動(dòng)，使末端執(zhí)行器對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)果實(shí)型心，實(shí)現(xiàn)果實(shí)動(dòng)態(tài)定位與跟蹤；
[0104]1.2位置傳感器檢測(cè)到果實(shí)完全進(jìn)入接果器后，將信號(hào)傳送下位機(jī)；
[0105]1.3下位機(jī)給第二運(yùn)動(dòng)控制卡發(fā)送指令使末端執(zhí)行器攏果器電機(jī)旋轉(zhuǎn)，攏果器與刀片旋轉(zhuǎn)并咬合切斷果梗，果實(shí)落入收果筒；
[0106]1.4位置傳感器檢測(cè)到果實(shí)落入收果筒，向下位機(jī)傳送果實(shí)采摘成功信息；下位機(jī)通過第二運(yùn)動(dòng)控制卡控制子機(jī)械臂與末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)進(jìn)行下一果實(shí)采摘。
[0107]8)第一果實(shí)采摘點(diǎn)內(nèi)的果實(shí)采摘完畢后，子機(jī)械臂返回初始位置，母機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)至帶動(dòng)子機(jī)械臂及末端執(zhí)行器到達(dá)果實(shí)回收位置，末端執(zhí)行器旋轉(zhuǎn)底蓋打開，果實(shí)從收果筒落入果籃，從而完成一次采摘；
[0108]9)母機(jī)械臂運(yùn)動(dòng)至下一圖像采集點(diǎn)，開始下一次果實(shí)采摘。
[0109]除上述實(shí)施例外，本實(shí)用新型還可以有其他實(shí)施方式。凡采用等同替換或等效變換形成的技術(shù)方案，均落在本實(shí)用新型要求的保護(hù)范圍。
[0110]本實(shí)用新型未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或采用現(xiàn)有技術(shù)加以實(shí)現(xiàn)。
【權(quán)利要求】
1.一種水果采摘機(jī)械手，包括果實(shí)采摘機(jī)械裝置和控制系統(tǒng)，其特征是， 所述果實(shí)采摘機(jī)械裝置包括母機(jī)械臂(1)、固定在母機(jī)械臂(1)上的不少于一個(gè)的子機(jī)械臂(2)和固定在子機(jī)械臂(2)上的末端執(zhí)行器； 其中，所述母機(jī)械臂(1)包括母臂Z軸(3)、母臂r軸(4)、母臂Θ軸(5)、底座(6)、端架(8)和支架(9);母臂Θ軸(5)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在底座(6)上，母臂Z軸(3)垂直固定設(shè)置在母臂Θ軸(5)上，母臂r軸(4)垂直設(shè)置在母臂Z軸(3)上，所述母臂r軸(4)沿著母臂Z軸(3)的軸向方向滑動(dòng)，所述母臂r軸(4)沿著垂直于母臂Z軸(3)軸向方向滑動(dòng);端架(8)固定在母臂r軸(4)的端頭,支架(9)固定在母臂r軸(4)上； 所述子機(jī)械臂(2)包括子臂Z軸(11)、子臂r軸(12)、子臂Θ軸(13)和子臂法蘭(14);所述子臂Z軸(11)與前述端架(8)相連，子臂Θ軸(13)設(shè)置在子臂Z軸(11)上，所述子臂Θ軸(13)沿著子臂Z軸(11)的軸向方向滑動(dòng)；子臂r軸(12)與子臂Θ軸(13)相連，所述子臂r軸(12)沿著子臂r軸(12)的軸向方向伸縮，所述子臂Θ軸(13)繞著自身的中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)；子臂法蘭(14)設(shè)置在子臂r軸(12)的端頭； 所述末端執(zhí)行器包括接果器(21)、基部法蘭(22)、攏果器(23)、刀片(24)、收果筒(25)、旋轉(zhuǎn)底蓋(26)、傳動(dòng)輪(30)、傳動(dòng)帶(31)、主動(dòng)齒輪(32)、從動(dòng)齒輪(33)、架臺(tái)(34)、橫桿(36)、攏果器軸(37)、刀片軸(38)和旋轉(zhuǎn)底蓋軸(39);所述接果器(21)為一端封閉，另一端上設(shè)有斜開口的圓筒；所述基部法蘭(22)與前述子臂法蘭(14)相連，基部法蘭(22)通過橫桿(36)與接果器(21)的封閉端相連，刀片(24)通過刀片軸(38)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置接果器(21)的斜開口端上，攏果器(23)通過攏果器軸(37)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在接果器(21)的斜開口端上，所述主動(dòng)齒輪(32)與刀片軸(38)同軸安裝，從動(dòng)齒輪(33)與攏果器軸(37)同軸安裝，且主動(dòng)齒輪(32)與從動(dòng)齒輪(33)相嚙合；傳動(dòng)帶(31)連接刀片軸(38);所述收果筒(25)設(shè)置在接果器(21)的斜開口端上，且所述接果器(21)的斜開口端上設(shè)有與收果筒(25)相連通的通孔(40 );架臺(tái)(34 )設(shè)置在接果器(21)的中部；旋轉(zhuǎn)底蓋(26 )通過旋轉(zhuǎn)底蓋軸(39 )轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置在收果筒(25)的底端； 所述控制系統(tǒng)包括工控機(jī)、雙目攝像機(jī)(10)、轉(zhuǎn)接卡、用于控制母機(jī)械臂(I)動(dòng)作的母機(jī)械臂控制系統(tǒng)、轉(zhuǎn)換器和控制子機(jī)械臂(2)和末端執(zhí)行器動(dòng)作的子機(jī)械臂與末端執(zhí)行器控制系統(tǒng)；所述雙目攝像機(jī)(10)固定在前述的支架(9)上,且雙目攝像機(jī)通過轉(zhuǎn)接卡與工控機(jī)相連，所述子機(jī)械臂與末端執(zhí)行器控制系統(tǒng)通過轉(zhuǎn)換器與工控機(jī)相連。
2.如權(quán)利要求1所述的水果采摘機(jī)械手，其特征是，所述母機(jī)械臂控制系統(tǒng)包括第一運(yùn)動(dòng)控制卡、母臂Z軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、母臂Z軸伺服電機(jī)、母臂Z軸伺服電機(jī)編碼器、母臂r軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、母臂r軸伺服電機(jī)、母臂r軸伺服電機(jī)編碼器、母臂Θ軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、母臂Θ軸伺服電機(jī)和母臂Θ軸伺服電機(jī)編碼器；所述母臂Z軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與第一運(yùn)動(dòng)控制卡的輸出端相連，母臂Z軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與母臂Z軸伺服電機(jī)的輸入端相連，母臂Z軸伺服電機(jī)編碼器的輸出端與第一運(yùn)動(dòng)控制卡的輸入端相連；所述母臂r軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與第一運(yùn)動(dòng)控制卡的輸出端相連，母臂r軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與母臂r軸伺服電機(jī)的輸入端相連，母臂r軸伺服電機(jī)編碼器的輸出端與第一運(yùn)動(dòng)控制卡的輸入端相連；所述母臂Θ軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與第一運(yùn)動(dòng)控制卡的輸出端相連，母臂Θ軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與母臂Θ軸伺服電機(jī)的輸入端相連，母臂Θ軸伺服電機(jī)編碼器的輸出端與第一運(yùn)動(dòng)控制卡的輸入端相連；所述第一運(yùn)動(dòng)控制卡與工控機(jī)相連。
3.如權(quán)利要求1所述的水果采摘機(jī)械手，其特征是，所述子機(jī)械臂與末端執(zhí)行器控制系統(tǒng)包括下位機(jī)、單目攝像機(jī)(35)、位置傳感器(27)、第二運(yùn)動(dòng)控制卡、子臂Z軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、子臂Z軸伺服電機(jī)編碼器、子臂Z軸伺服電機(jī)、子臂r軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、子臂r軸伺服電機(jī)、子臂r軸伺服電機(jī)編碼器、子臂Θ軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、子臂Θ軸伺服電機(jī)、子臂Θ軸伺服電機(jī)編碼器、旋轉(zhuǎn)底蓋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、旋轉(zhuǎn)底蓋電機(jī)、攏果器電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和攏果器電機(jī)(28);所述下位機(jī)通過前述的轉(zhuǎn)換器與工控機(jī)相連；所述單目攝像機(jī)(35)設(shè)置在前述的架臺(tái)(34)上，且單目攝像機(jī)(35)與下位機(jī)相連接；所述位置傳感器(27)設(shè)置在接果器(21)的斜開口端的內(nèi)壁上；位置傳感器(27)與下位機(jī)相連接；所述攏果器電機(jī)(28)設(shè)置在接果器(21)的封閉端上，攏果器電機(jī)(28)的電機(jī)軸上安裝有傳動(dòng)輪(30)，傳動(dòng)輪(30)通過連接在刀片軸(38)上的傳動(dòng)帶(31)將攏果器電機(jī)(28)的動(dòng)力傳遞給主動(dòng)齒輪(32);所述子臂Z軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與第二運(yùn)動(dòng)控制卡的輸出端相連，子臂Z軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與子臂Z軸伺服電機(jī)的輸入端相連，子臂Z軸伺服電機(jī)編碼器的輸出端與第二運(yùn)動(dòng)控制卡的輸入端相連；所述子臂r軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與第二運(yùn)動(dòng)控制卡的輸出端相連，子臂r軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與子臂r軸伺服電機(jī)的輸入端相連，子臂r軸伺服電機(jī)編碼器的輸出端與第二運(yùn)動(dòng)控制卡的輸入端相連；所述子臂Θ軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與第二運(yùn)動(dòng)控制卡的輸出端相連，子臂Θ軸伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與子臂Θ軸伺服電機(jī)的輸入端相連，子臂Θ軸伺服電機(jī)編碼器的輸出端與第二運(yùn)動(dòng)控制卡的輸入端相連；所述第二運(yùn)動(dòng)控制卡與前述的下位機(jī)相連接；所述旋轉(zhuǎn)底蓋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與第二運(yùn)動(dòng)控制卡的輸出端相連，旋轉(zhuǎn)底蓋電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與所述旋轉(zhuǎn)底蓋電機(jī)相連；所述攏果器電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與第二運(yùn)動(dòng)控制卡的輸出端相連，攏果器電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與所述攏果器電機(jī)相連。
4.如權(quán)利 要求1所述的水果采摘機(jī)械手，其特征是，所述母臂Z軸(3)和母臂r軸(4)均為雙平行臂結(jié)構(gòu)。
5.如權(quán)利要求1所述的水果采摘機(jī)械手，其特征是，所述母臂Θ軸(5)和底座(6)均為圓柱體結(jié)構(gòu)，所述母臂Θ軸(5)的半徑小于底座(6)的半徑。
6.如權(quán)利要求1所述的水果采摘機(jī)械手，其特征是，所述母機(jī)械臂(I)還包括斜柱(7);所述斜柱(7)的一端固定在母臂Z軸(3)上，另一端固定在母臂Θ軸(5)上。
【文檔編號(hào)】A01D46/30GK203775716SQ201420193271
【公開日】2014年8月20日 申請(qǐng)日期:2014年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月18日
【發(fā)明者】姬長英, 李國利, 顧寶興, 王芳, 陸濤 申請(qǐng)人:南京農(nóng)業(yè)大學(xué)