一种水果采摘机器人.pdf

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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201811140545.7 (22)申请日 2018.09.28 (71)申请人 三明学院 地址 365000 福建省三明市三元区荆东路 25号 (72)发明人 郑飞杰 兰颜祺 陈玉珊 (74)专利代理机构 厦门智慧呈睿知识产权代理 事务所(普通合伙) 35222 代理人 杨玉芳 杨唯 (51)Int.Cl. A01D 46/20(2006.01) A01D 46/22(2006.01) B65G 17/40(2006.01) (54)发明名称 一种水果采摘机器人 (57)摘要。

2、 本发明涉及一种水果采摘机器人， 属于农业 机械技术领域， 解决了现有的水果采摘机器人收 集装置存储容量小、 收集方式单一的技术问题。 包括机械手、 收集装置和运输装置， 其中， 收集装 置设置在机械手的下方； 收集装置安装有多个果 篮筐， 多个果篮筐能够依次经过机械手的末端执 行器下方盛接由所述机械手采摘的水果， 所述运 输装置设置有用于承载和运输所述果篮筐的承 载板， 在所述收集装置上的果篮筐被运输至所述 收集装置的最底端时， 所述运输装置能够将所述 果篮筐承载并将其运送出去， 并且所述运输装置 能够将空的果篮筐运送至所述收集装置的底部 使其安装至所述收集装置上。 本发明的机器人提 高了采。

3、摘效率， 实现了采摘收集运输一体化功 能。 权利要求书2页 说明书5页 附图2页 CN 109302885 A 2019.02.05 CN 109302885 A 1.一种水果采摘机器人， 其特征在于， 所述水果采摘机器人至少包括机械手(15)、 收集 装置(10)和运输装置， 其中， 所述收集装置(10)设置在所述机械手(15)的下方； 所述收集装 置(10)安装有多个果篮筐(12)， 多个所述果篮筐(12)能够依次经过所述机械手(15)的末端 执行器下方盛接由所述机械手(15)采摘的水果， 所述运输装置设置有用于承载和运输所述 果篮筐(12)的承载板(14)， 在所述收集装置(10)上的果。

4、篮筐(12)被运输至所述收集装置 (10)的最底端时， 所述运输装置能够将所述果篮筐(12)承载并将其运送出去， 并且所述运 输装置能够将空的果篮筐(12)运送至所述收集装置(10)的底部使其安装至所述收集装置 (10)上。 2.根据权利要求1所述的水果采摘机器人， 其特征在于， 所述收集装置(10)还包括相对 设置的两个旋转轮(20)， 在两个所述旋转轮(20)之间围绕所述旋转轮(20)的周向设置多个 所述果篮筐(12)， 在所述两个旋转轮(20)中间通过第一转轴(22)相连接。 3.根据权利要求2所述的水果采摘机器人， 其特征在于， 所述第一转轴(22)的两端分别 通过固定支架(21)固定。

5、至所述机器人本体(13)的顶部， 所述第一转轴(22)与第一驱动装置 (11)相连接， 所述第一驱动装置(11)驱动所述第一转轴(22)旋转从而带动所述旋转轮(20) 发生旋转。 4.根据权利要求1所述的水果采摘机器人， 其特征在于， 在所述机器人本体(13)的顶部 设置有与所述收集装置(10)相连通的开口(23)。 5.根据权利要求1至4之一所述的水果采摘机器人， 其特征在于， 所述运输装置包括承 载板(14)、 用于驱动所述承载板(14)上下运行的液压传动机构(141)、 沿所述机器人本体 (13)宽度方向且相对设置的两条第一运输链条(142)和设置在两条所述第一运输链条 (142)下方的。

6、两条第二运输链条(143)， 其中， 所述第一运输链条(142)和所述第二运输链条 (143)相平行设置。 6.根据权利要求5所述的水果采摘机器人， 其特征在于， 所述第一运输链条(142)和所 述第二运输链条(143)在所述机器人本体(13)宽度方向的两侧分别能够与外界相连通， 其 中， 在所述第一运输链条(142)的一端设置有第一支撑板(145)， 在所述第二运输链条(143) 的与所述第一支撑板(145)相对的另一端设置有第二支撑板(144)， 其中， 所述第一运输链 条(142)和所述第二运输链条(143)分别由驱动电机驱动运行。 7.根据权利要求6所述的水果采摘机器人， 其特征在于，。

7、 在所述果篮筐(12)的两端设置 有棘轮(205)； 其中， 所述果篮筐(12)的两端棘轮(205)之间的距离与两个所述第一运输链 条(142)和两个所述第二运输链条(143)之间的距离相一致。 8.根据权利要求2所述的水果采摘机器人， 其特征在于， 在所述旋转轮(20)上沿其轮盘 周向向外设置有多个用于固定所述果篮筐(12)的钳形卡口， 所述钳形卡口包括与所述旋转 轮(20)一体成型设置的固定件(201)和与所述固定件(201)形成卡口的应动件(202)， 其中 所述应动件(202)的一端通过第二转轴(203)与所述旋转轮(20)形成转动连接， 并且， 在所 述应动件(202)的与所述第二转。

8、轴(203)相连接的外侧壁与齿轮(204)相啮合连接， 以便在 所述齿轮(204)在作用下带动所述应动件(202)打开或关闭。 9.根据前述权利要求1至4之一所述的水果采摘机器人， 其特征在于， 所述机械手(15) 包括旋转云台(151)、 滑杆(152)、 第二驱动装置以及机械手末端执行器， 所述机械手末端执 行器包括推杆(153)、 手抓部(154)以及识别定位系统(155)， 所述第二驱动装置驱动所述滑 权 利 要 求 书 1/2 页 2 CN 109302885 A 2 杆(152)和所述推杆(153)在采摘时使所述手抓部(154)位于所述收集装置(10)的正上方。 权 利 要 求 书。

9、 2/2 页 3 CN 109302885 A 3 一种水果采摘机器人 技术领域 0001 本发明涉及农业机械领域， 具体涉及一种水果采摘机器人。 背景技术 0002 我国是水果生产大国， 也是世界第一大水果消费国。 水果种植业的迅速发展提升 了果园机械的市场需求。 采摘作业所用劳动力占整个生产过程所用劳动力的3350， 目前我国的水果采摘绝大部分还是以人工采摘为主。 采摘作业比较复杂， 季节性较强， 若使 用人工采摘， 不仅效率低、 劳动量大， 而且容易造成果实损伤。 0003 目前在我国已自主研制了智能苹果采摘机器人， 该产品是当下国内契合市场最新 研制的一款苹果采摘机器人， 是一款智能化。

10、的水果采摘机器人， 所应用的三大类传感器分 别是视觉传感器、 位置传感器和避障传感器。 机械本体结构包含： 行走机构、 收集装置和机 械手等。 目前研制的苹果采摘机器人主要由两部分组成： 两自由度的移动载体和五自由度 的机械手。 移动载体为履带式平台， 加装了主控PC机、 电源箱、 采摘辅助装置和多种传感器； 五自由度的机械手由各自的关节驱动装置进行驱动。 此开链连杆式关节型机器人的机械手 固定在履带式行走机构上， 采摘机器人机械手为PRRRP结构， 作业时机械手末端执行器与收 集装置直接相连接， 将机械手采摘的水果直接收集至收集装置里。 0004 本申请人发现现有技术中至少具有以下技术问题：。

11、 现有的采摘机器人采摘水果和 收集水果的方式比较单一， 大多数果农利用最原始的徒手采摘方式采摘水果， 不仅效果低 下， 而且容易损坏果梗， 影响水果的储存和价格， 大大制约了优良水果的产量； 而且通常由 于机器人的结构设计导致其收集装置的容量较小， 从而使得水果的储存量小， 影响了水果 采摘的效率。 发明内容 0005 基于现有技术之不足， 本发明提供了一种水果采摘机器人， 以解决现有技术中的 水果采摘机器人收集装置存储容量小、 收集方式单一的技术问题。 本发明提供的诸多技术 方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。 0006 为实现上述目的， 本发明提供了以下技术方案： 00。

12、07 本发明提供了一种水果采摘机器人， 所述水果采摘机器人至少包括机械手、 收集 装置和运输装置， 其中， 所述收集装置设置在所述机械手的下方； 所述收集装置安装有多个 果篮筐， 多个所述果篮筐能够依次经过所述机械手的末端执行器下方盛接由所述机械手采 摘的水果， 所述运输装置设置有用于承载和运输所述果篮筐的承载板， 在所述收集装置上 的果篮筐被运输至所述收集装置的最底端时， 所述运输装置能够将所述果篮筐承载并将其 运送出所述运输装置， 并且所述运输装置能够将空的果篮筐运送至所述收集装置的底部使 其安装至所述收集装置上。 0008 根据一种优选实施方式， 所述收集装置还包括相对设置的两个旋转轮，。

13、 在两个所 述旋转轮之间围绕所述旋转轮的周向设置多个所述果篮筐， 在所述两个旋转轮中间通过第 说 明 书 1/5 页 4 CN 109302885 A 4 一转轴相连接。 0009 根据一种优选实施方式， 所述第一转轴的两端分别通过固定支架固定至所述机器 人本体的顶部， 所述第一转轴与第一驱动装置相连接， 所述第一驱动装置驱动所述第一转 轴旋转从而带动所述旋转轮发生旋转。 0010 根据一种优选实施方式， 在所述机器人本体的顶部设置有与所述收集装置相连通 的开口。 0011 根据一种优选实施方式， 所述运输装置包括承载板、 用于驱动所述承载板上下运 行的液压传动机构、 沿所述机器人本体宽度方向。

14、且相对设置的两条第一运输链条和设置在 两条所述第一运输链条下方的两条第二运输链条， 其中， 所述第一运输链条和所述第二运 输链条相平行设置。 0012 根据一种优选实施方式， 所述第一运输链条和所述第二运输链条其在所述机器人 本体宽度方向的两侧分别能够与外界相连通， 其中， 在所述第一运输链条的一端设置有第 一支撑板， 在所述第二运输链条的与所述第一支撑板相对的另一端设置有第二支撑板， 其 中， 所述第一运输链条和所述第二运输链条分别由驱动电机驱动运行。 0013 根据一种优选实施方式， 在所述果篮筐的两端设置有棘轮； 其中， 所述果篮筐的两 端棘轮之间的距离与两个所述第一运输链条和两个所述第。

15、二运输链条之间的距离相一致。 0014 根据一种优选实施方式， 在所述旋转轮上沿其轮盘周向向外设置有多个用于固定 所述果篮筐的钳形卡口， 所述钳形卡口包括与所述旋转轮一体成型设置的固定件和与所述 固定件形成卡口的应动件， 其中所述应动件的一端通过第二转轴与所述旋转轮形成转动连 接， 并且， 在所述应动件的与所述第二转轴相连接的外侧壁与齿轮相啮合连接， 以便在所述 齿轮在作用下带动所述应动件打开或关闭。 0015 根据一种优选实施方式， 所述机械手包括旋转云台、 滑杆、 第二驱动装置以及机械 手末端执行器， 所述机械手末端执行器包括推杆、 手抓部以及识别定位系统， 所述第二驱动 装置驱动所述滑杆。

16、和所述推杆在采摘时使所述手抓部位于所述收集装置的正上方。 0016 基于上述技术方案， 本发明的实施例的水果采摘机器人至少具有以下技术效果： 0017 本发明提供的一种水果采摘机器人， 所述水果采摘机器人至少包括机械手、 收集 装置和运输装置， 其中， 所述收集装置设置在所述机械手的下方； 所述收集装置安装有多个 果篮筐， 多个所述果篮筐能够依次经过所述机械手的末端执行器下方盛接由所述机械手采 摘的水果， 所述运输装置设置有用于承载和运输所述果篮筐的承载板， 在所述收集装置上 的果篮筐被运输至所述收集装置的最底端时， 所述运输装置能够将所述果篮筐承载并将其 运送出所述运输装置， 并且所述运输装。

17、置能够将空的果篮筐运送至所述收集装置的底部使 其安装至所述收集装置上。 本发明的水果采摘机器人采用了旋转式收集装置， 在收集装置 上通过安装多个果篮筐， 并使得果篮筐依次经过机械手的下方， 从而使得果篮筐依次装满 采摘水果， 并且在装满水果的果篮筐旋转至收集装置的底部时， 运输装置的承载板负责将 装满水果的果篮筐盛接并将其运送出去， 因此， 本发明的水果采摘机器人的收集装置具有 较大的容量， 增加了水果采摘机器人中的水果容量， 有效地提高了水果的采摘效率。 附图说明 0018 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案， 下面将对实施例或现 说 明 书 2/5 页 5 CN 10930。

18、2885 A 5 有技术描述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。 0019 图1是本发明的水果采摘机器人的结构示意图； 0020 图2是本发明的水果采摘机器人的另一视角的结构示意图； 0021 图3是本发明的水果采摘机器人的旋转轮的结构示意图； 0022 图4是本发明的水果采摘机器人的运输装置的结构示意图。 0023 图中： 10-收集装置； 11-第一驱动装置； 12-果篮筐； 13-机器人本体； 14-承载板； 15-机械手； 16-行走。

19、机构； 18-电源箱； 20-旋转轮； 21-固定支架； 22-第一转轴； 23-开口； 141-液压传动机构； 142-第一运输链条； 143-第二运输链条； 144-第二支撑板； 145-第一支 撑板； 151-旋转云台； 152-滑杆； 153-推杆； 154-手抓部； 155-识别定位系统； 161-第一履带； 162-第二履带； 163-从动端。 201-固定件； 202-应动件； 203-第二转轴； 204-齿轮； 205-棘轮。 具体实施方式 0024 为使本发明的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将对本发明的技术方案进行 详细的描述。 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部。

20、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的前提下所得到的所有 其它实施方式， 都属于本发明所保护的范围。 0025 本发明提供了一种水果采摘机器人。 如图1所示， 图1示出了本发明的水果采摘机 器人的结构示意图。 水果采摘机器人至少包括机械手15、 收集装置10和运输装置。 机械手15 用于自动采摘水果。 收集装置10用于对机械手采摘的水果进行收集。 输送装置用于将收集 装置收集的水果输送出去。 收集装置10采用旋转式结构。 收集装置10设置在机械手15的下 方， 且收集装置10安装有多个果篮筐12， 多个果篮筐12能够依次经过机械手1。

21、5的末端执行 器下方盛接由机械手15采摘的水果， 运输装置设置有用于承载和运输果篮筐12的承载板 14， 在收集装置10上的果篮筐12被运输至收集装置10的最底端时， 运输装置能够将果篮筐 12承载运送出去。 并且运输装置能够将空的果篮筐12运送至收集装置10的底部使其安装至 收集装置10上。 因此， 本发明的水果采摘机器人通过设置收集装置和与收集装置相连通的 运输装置， 在收集装置上设置多个果篮筐， 依次用来盛接由机械手采摘的水果， 然后由运输 装置的承载板14依次接收果篮筐并将其运送， 而位于收集装置上的果篮筐可以再次盛接机 械手采摘的水果， 因此， 本发明的采摘机器人有效地提高了采摘效率。

22、， 增加了机器人的收集 装置的容积。 0026 优选的， 收集装置10包括相对设置的两个旋转轮20。 设置2个相对设置的旋转轮20 用于支撑果篮筐。 优选的， 在两个旋转轮20之间围绕旋转轮20的周向设置多个果篮筐12， 如 图3所示， 图3示出了本发明的水果采摘机器人的旋转轮的结构示意图。 在两个旋转轮20中 间通过第一转轴22相连接。 优选的， 果篮筐12的两端固定至两个旋转轮20上。 优选的， 在果 篮筐12内设置有配重， 使得果篮筐能够始终保持框口朝上设置， 防止果篮筐内的水果掉落 造成损伤。 0027 优选的， 如图3所示， 在旋转轮20上沿其轮盘周向向外设置有多个用于固定果篮筐 1。

23、2的钳形卡口。 钳形卡口包括与旋转轮20一体成型设置的固定件201和与固定件201形成卡 说 明 书 3/5 页 6 CN 109302885 A 6 口的应动件202， 其中应动件202的一端通过第二转轴203与旋转轮20形成转动连接， 并且， 在应动件202的与第二转轴203相连接的外侧壁与齿轮204相啮合连接， 以便在齿轮204在作 用下带动应动件202打开或关闭。 每个钳形卡口均连接有电磁驱动， 在需要打开钳形卡口以 便松开满的果篮筐或安装空果篮筐的情况下， 在电磁驱动的作用下驱动齿轮204转动带动 应动件202打开以便释放果篮筐。 0028 优选的， 第一转轴22的两端分别通过固定支。

24、架21固定至机器人本体13的顶部。 在 第一转轴22的一端设置有第一驱动装置11。 第一驱动装置11驱动第一转轴22旋转从而带动 旋转轮20发生旋转以便位于旋转轮20上的果篮筐依次经过机械手的下方。 优选的， 第一驱 动装置11为电机。 通过电机驱动收集装置10发生旋转。 优选的， 位于旋转轮20上的果篮筐12 恰好位于机械手15的下方， 从而在采摘过程中， 可以无需不断调整机械手的长度。 0029 优选的， 在机器人本体13的顶部设置有与收集装置10相连通的开口23。 开口23的 大小至少大于果篮筐12的大小， 便于果篮筐12能够从开口处放置在承载板14上。 0030 优选的， 如图4所示，。

25、 图4示出了本发明的水果采摘机器人的运输装置的结构示意 图。 运输装置包括承载板14、 用于驱动承载板14上下运行的液压传动机构141、 沿机器人本 体13宽度方向且相对设置的两条第一运输链条142和设置在两条第一运输链条142下方的 两条第二运输链条143。 其中， 第一运输链条142和第二运输链条143相平行设置。 其中， 液压 传动机构141与承载板14形成固定连接， 并且在液压传动机构的作用下使支撑板上下运行。 优选的， 液压传动机构为液压缸和液压杆的组合结构， 其设置在承载板14的下方， 用于上下 推动承载板运行。 位于上方的第一运输链条142负责将空的果篮筐运送至承载板的上方， 然。

26、 后通过液压传动机构驱动承载板将其向上运输至收集装置的最低端， 并通过钳形卡口使得 果篮筐的两端与旋转轮形成固定连接。 位于下方的第二运输链条143负责将由承载板支撑 的装满水果的果篮输运出去。 在承载板将满了的果篮筐向下移动至第二运输链条上时， 果 篮筐两端的棘轮与第二运输链条相啮合， 然后果篮筐随第二运输链条的移动运送至机器人 本体外侧。 0031 优选的， 第一运输链条142和第二运输链条143在机器人本体13宽度方向的两侧分 别能够与外界相连通。 其中， 在第一运输链条142的一端设置有第一支撑板145， 在第二运输 链条143的与第一支撑板145相对的另一端设置有第二支撑板144， 。

27、其中， 第一运输链条142 和第二运输链条143分别由驱动电机驱动运行。 优选的， 第一支撑板145呈倾斜设置， 并且在 自外向内以倾斜向下的方式设置， 从而便于空的果篮放在第一支撑板144上， 使其自动滑入 第一运输链条142上， 并通过其两端的棘轮与第一运输链条形成啮合传动。 优选地， 第二支 撑板144为水平设置， 避免将第二运输链条142上的装满水果的水果筐打翻。 0032 优选的， 在果篮筐12的两端设置有棘轮205； 其中， 果篮筐12的两端棘轮205之间的 距离与两个第一运输链条142和两个第二运输链条143之间的距离相一致。 以便果篮筐在棘 轮的作用下在第一运输链条和第二运输链。

28、条上稳定的运输。 0033 优选的， 本发明的水果采摘机器人的机械手15包括旋转云台151、 滑杆152、 第二驱 动装置以及机械手末端执行器。 旋转云台151用于调整机械手的旋转方向。 滑杆152用于调 整机械手的高度方向。 第二驱动装置可以是直流伺服电机。 优选的， 机械手末端执行器包括 推杆153、 手抓部154以及识别定位系统155。 第二驱动装置驱动滑杆152和推杆153在采摘时 使手抓部154位于收集装置10的正上方。 说 明 书 4/5 页 7 CN 109302885 A 7 0034 优选的， 本发明的采摘机器人还包括行走机构16。 行走机构16采用履带式结构， 履 带式结构。

29、包括四条履带， 其中两条第一履带161分别固定在机器人本体13的两侧， 另两条第 二履带162的动力端分别与第一履带161的一端同轴连接， 且连接第三驱动装置的输出轴。 从而通过第三驱动装置带动第一履带和第二履带运行。 优选的， 第三驱动装置固定在机器 人本体13内部且与第一履带161和第二履带162的传动轴连接。 优选的， 第二履带162的远离 第三驱动装置的从动端163悬空设置或者水平设置。 由于南方地区属于山地丘陵为主， 机器 人采摘作业环境复杂， 行走机构采用履带式机构， 适合应用于起伏不平的道路， 可实现崎岖 爬行。 0035 优选的， 所述水果采摘机器人还包括电源箱18。 0036。

30、 本发明的水果采摘机器人的收集装置通过电机驱动能够进行旋转运动， 从而使得 设置在旋转轮上的果篮框随之进行旋转， 在果篮筐运行至收集装置的底端， 即位于开口的 上方时， 位于运输装置的承载板运行至运输装置的顶端， 即靠近开口的位置， 从而将对应的 果篮筐承载并在液压传动机构的作用下向下运行至第二运输链条处， 使得果篮筐的两端棘 轮能够与第二运输链条相啮合， 在第二运输链条的作用下将其运输至第二支撑板144上。 此 时， 旋转轮继续运行， 继续收集采摘的水果。 而承载板在放置完毕后将向上运行至第一运输 链条处来承接来自通过第一支撑板145进入第一运输链条上的空的果篮筐， 然后将其向上 运送至旋转。

31、轮的底部， 将空的果篮筐两端固定在钳形卡口上， 使其继续随旋转轮运行收集 水果。 反复循环进行。 0037 本发明的水果采摘机器人采用了旋转式收集装置， 通过收集装置与机械手的配 合， 提高了采摘效率， 同时增加了采摘机器人的水果存储容量， 具有较高的转动力矩， 可以 承受更高的重量， 实现了采摘收集一体化功能。 0038 以上所述， 仅为本发明的具体实施方式， 但本发明的保护范围并不局限于此， 任何 熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内， 可轻易想到变化或替换， 都应涵 盖在本发明的保护范围之内。 说 明 书 5/5 页 8 CN 109302885 A 8 图1 图2 说 明 书 附 图 1/2 页 9 CN 109302885 A 9 图3 图4 说 明 书 附 图 2/2 页 10 CN 109302885 A 10 。