本发明涉及一种农业机器人，尤其涉及一种自走式的多机械手果蔬采摘机器人及其实现方法。
背景技术：
随着我国的经济快速发展、城镇化快速推进，农业劳动力逐渐向其他产业转移，农业劳动力资源不足的问题将逐渐暴露出来。农业和园艺作业的自动化和机器人化能提高劳动生产率和产品质量，具有很大的发展潜力。在水果采摘的过程中，机械化和自动化的应用将是未来的发展趋势和方向。然而，现有的果蔬采摘机器人大都是单机械手作业，采摘效率较低。
技术实现要素：
为解决现有技术所存在的技术问题，本发明提供一种自走式的多机械手果蔬采摘机器人及其实现方法，通过设置车架、第一传送模块、第二传送模块、横向运动模块、两个末端执行器运动模块、末端执行器以及视觉模块，实现农作物的高效采摘及运输，方便工作人员的收取。
本发明采用以下技术方案来实现：一种自走式的多机械手果蔬采摘机器人，包括车架、第一传送模块、第二传送模块、横向运动模块、两个末端执行器运动模块、末端执行器以及视觉模块；第一传送模块分别与车架、第二传送模块连接，第二传送模块与车架连接，末端执行器运动模块分别与横向运动模块、末端执行器连接，视觉模块置于车架上；其中，车架用于处理图像信息和控制各部分模块运动以及行驶；第一传送模块和第二传送模块用于采摘后的农作物传输；横向运动模块用于控制装载末端执行器运动模块运行；两个末端执行器运动模块用于调整末端执行器的位置；末端执行器用于实际作业中农作物采摘；视觉模块用于进行图片采集与传送。
本发明方法采用以下技术方案来实现：一种自走式的多机械手果蔬采摘实现方法，采用上述自走式的多机械手果蔬采摘机器人进行果蔬采摘，包括以下步骤：
s1、通过驱动车架行走；
s2、通过控制气缸将收起的第二传送模块放下；
s3、开启工业相机进行图片采集，并将拍摄好的图片传给计算机，计算机识别出农作物并计算出果蔬的三维坐标；
s4、利用计算机分配给由末端执行器运动模块和末端执行器组成的各自机械手任务，横向运动模块驱动末端执行器运动模块；
s5、利用计算机发出运动指令，通过横向运动模块将末端执行器运动模块传送到指定的位置上，再利用控制末端执行器运动模块驱动末端执行器到指定的高度；
s6、若车架运动，且末端执行器到达指定位置，则计算机控制电磁阀开关将电磁阀打开，末端执行器打开v型爪，控制电磁阀关闭，末端执行器闭合v型爪抓紧果蔬；
s7、利用旋转气缸的转动带动v型爪转动将果蔬拧取下来；
s8、利用末端执行器运动模块驱动末端执行器运动到第一传送模块的上方，v型爪张开放下果蔬；
s9、利用第一传送模块将果蔬运送到第二传送模块，第二传送模块将果蔬运输到收取车上。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本发明通过设置车架、第一传送模块、第二传送模块、横向运动模块、两个末端执行器运动模块、末端执行器以及视觉模块，利用视觉模块采集农作物的图像信息，经过处理可获取农作物的三维坐标信息；通过末端执行器运动模块和横向运动模块控制末端执行器的位置；通过末端执行器实现农作物的采摘；通过传送模块运输采摘到的农作物运，方便工作人员收取。
2、本发明的车架整体采用履带驱动作业，履带驱动作业适合田间复杂的地形。
3、本发明的横向运动模块水平放置在车架的左右横梁上，且与前后两个横梁平行，由于田间陇与陇之间间隔存在一定差异，可以通过横向运动模块来调整末端执行器运动模块的位置。
4、本发明的末端执行器运动模块通过一个斜支架和横向运动模块连接到一起，斜支架固定末端执行器运动模块的倾斜面与地面形成一定角度，由此末端执行器运动模块以与地面呈一定角度的方式运动，由此在采摘完农作物后，末端执行器运动模块搭载末端执行器运动到传送带的固定高度后放下农作物，由此固定传送带的方法便非常简单。
5、本发明的第一传送模块在安装时与装在横向运动模块平行且位于靠近末端执行器的一侧，由于采摘机器人是多机械手，平行安装可以保证末端执行器在运动时不会与传送装置发生干扰，采摘完成后两个末端执行器运动到固定的高度松开v型爪，果蔬均可安全落到传送带上。
6、本发明的第二传送模块通过连接件固定在车架的侧面，传送带与第一传送模块的传送带对接，通过伸缩气缸来控制旋转副的转动并由此实现传送带的收放，在采摘机器人不工作时控制气缸活塞回收将传送带收起，工作时则放下传送带以接收第一传送模块传送过来的果蔬并将其运送到收取车上，传送带上设置的间隔挡板可以有效的防止果蔬滑落传送带。
7、本发明的末端执行器采用气动推杆控制四个v型爪的开合，由此实现对果蔬的放松和抓紧操作，气动系统对复杂的田地作业有着很强的适应性且使用寿命较长。
8、本发明的末端执行器采用旋转气缸来实现果蔬的旋转式拧取采摘的方式，不会伤到植株，v型爪上的橡胶保护套可以有效的减少采摘时对果蔬表皮造成的损伤。
附图说明
图1是本发明的果蔬采摘机器人整体结构示意图；
图2是本发明的车架结构示意图；
图3是本发明的第一传送模块结构示意图；
图4是本发明的第二传送模块结构示意图；
图5是本发明的横向运动模块结构示意图；
图6是本发明的末端执行器运动模块结构示意图；
图7是本发明的末端执行器结构示意图；
图8是本发明的多机械臂结构示意图；
图9是本发明的第二传送模块收起后的整体结构示意图；
图中，1是车架，2是第一传送模块，3是第二传送模块，4是横向运动模块，5是末端执行器运动模块，6是末端执行器，7是视觉模块，101是计算机，102是前横梁，103是左横梁，104是右横梁，105是后横梁，106是脚叉，107是履带，201是l型连接板，202是传送带，301是气缸，302是第一气缸支架，303是第一连接件，304是第二连接件，305是旋转副，306是第二气缸支架，307是第一连接板，308是间隔挡板，309是传送带，310是第二连接板，401是电机，402是滑块，403是第一直线导轨，404是第二直线导轨，405是斜支架，406是齿条，407是l型连接板，408是铝型材，409是减速器，410是齿轮，501是u型连接板，601是旋转气缸，602是底座，603是伸缩气缸，604是耳支架，605是控制板，606是v型爪，607是橡胶保护套。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，本实施例一种自走式的多机械手果蔬采摘机器人，包括车架1、第一传送模块2、第二传送模块3、横向运动模块4、两个末端执行器运动模块5、末端执行器6以及视觉模块7；第一传送模块分别与车架、第二传送模块连接，第二传送模块与车架连接，末端执行器运动模块分别与横向运动模块、末端执行器连接，视觉模块置于车架上；其中，车架用于处理图像信息和控制各部分模块运动以及行驶；第一传送模块和第二传送模块用于采摘后的农作物传输；横向运动模块用于控制装载末端执行器运动模块运行；两个末端执行器运动模块用于调整末端执行器的位置；末端执行器用于实际作业中农作物采摘；视觉模块用于进行图片采集与传送。
如图2所示，本实施例中，车架包括计算机101、前横梁102、左横梁103、右横梁104、后横梁105、四个脚叉106和两条履带107；计算机放置于右横梁上；前横梁分别与左横梁、右横梁连接；后横梁分别与左横梁、右横梁连接；四个脚叉中两个分别与左横梁、履带连接，两个分别与右横梁、履带连接；其中，计算机用于处理图像信息和控制各部分模块运动；两条履带用于驱动车架行驶。
如图3所示，本实施例中，第一传送模块包括l型连接板201和传送带202，传送带通过四个l型连接板固定在车架的左右横梁上，固定时传动带和横向运动模块平行且靠近末端执行器运动模块，以此实现末端执行器运动模块进行作业时不会与传送带发生干扰，完成采摘后上升到一定高度果蔬可安全落在传送带上。
如图4所示，本实施例中，第二传送模块包括气缸301、第一气缸支架302、第一连接件303、第二连接件304、旋转副305、第二气缸支架306、第一连接板307、间隔挡板308、传送带309和第二连接板310；第二传送模块通过第一连接件和第二连接件将传送带固定在车架上；其中，旋转副穿过第一连接件、第二连接件和传送带底座，可以实现传送带绕旋转副转动；间隔挡板均匀分布在传送带上，第一气缸支架固定在第一连接件和第二连接件中间，第二气缸支架用第一连接板和第二连接板固定在传送带上，气缸穿过第一气缸支架用气缸前端的螺母固定住，活塞穿过第二气缸支架用螺母固定住，通过气缸控制传送带的收放；固定传送带时，旋转副中心到第一气缸支架中心的距离与旋转副到第二气缸支架中心的距离相等，由此可以安全收起传送带；传送带上面均匀放置间隔挡板，接收第一传送模块传递过来的果蔬后在运输过程中可以防止果蔬滑落。工作时，通过气缸活塞伸缩来控制旋转副转动，从而控制传送带的收放，接收第一传送模块传送过来的果蔬并将其运送到收取车上。
如图5所示，本实施例中，横向运动模块包括电机401、滑块402、第一直线导轨403、第二直线导轨404、斜支架405、齿条406、l型连接板407、铝型材408、减速器409、齿轮410；整个横向运动模块水平固定在车架上；其中，电机和减速器固定在斜支架上，齿条通过l型连接板固定在铝型材上，第一直线导轨和齿条同面固定，第二直线导轨固定在铝型材侧面；滑块共计四个，第一滑块、第二滑块固定设置在第一直线导轨上，第三滑块、第四滑块固定设置在第二直线导轨上，斜支架固定在四个滑块上。工作时，电机通过减速器、齿条、齿轮带动斜支架运动，从而带动末端执行器运动模块运动。
如图6所示，本实施例中，末端执行器运动模块包括齿条、齿轮、电机、l型连接板、铝型材、第一直线导轨、滑块、u型连接板501和减速器；末端执行器运动模块固定在横向运动模块的斜支架的倾斜面上与地面形成固定角度；其中，第一直线导轨和滑块装载在铝型材的一侧，齿条则通过l型连接板固定在铝型材的另一侧，电机和减速器通过u型连接板固定住。工作时，电机通过减速器、齿条、齿轮带动第一直线导轨上的l型连接板运动，从而带动末端执行器运动，且可以通过调节电机的转速来调整末端执行器运动模块的运行速度。
如图7所示，本实施例中，末端执行器包括旋转气缸601、底座602、伸缩气缸603、v型爪支架604、控制板605、四个v型爪606和四个橡胶保护套607；伸缩气缸通过底座固定在旋转气缸上，v型爪支架固定在伸缩气缸上，四个v型爪穿过控制板固定在v型爪支架上，伸缩气缸的活塞固定在控制板的中间位置，四个橡胶保护套分别套在四个v型爪上面，防止抓取果蔬的过程中对果蔬表皮产生损伤。工作时，伸缩气缸控制v型爪开合，旋转气缸控制v型爪的旋转拧取果蔬。
本实施例中，视觉模块由工业相机、连接块和相机固定支架组成，工业相机位置和角度固定不变。
操作时，包括以下步骤：
s1、通过驱动车架在田间行走；
s2、通过控制气缸将收起的第二传送模块放下；
s3、开启工业相机对田地进行图片采集，并将拍摄好的图片传给计算机，计算机识别出农作物并计算出果蔬的三维坐标；
s4、如图8所示，利用计算机分配给由末端执行器运动模块和末端执行器组成的各自机械手任务，每个机械手只负责一条陇上的果蔬采摘，不相互干涉，横向运动模块驱动末端执行器运动模块；
s5、利用计算机发出运动指令，通过横向运动模块将末端执行器运动模块传送到指定的陇上，再利用控制末端执行器运动模块驱动末端执行器到指定的高度；
s6、在车架运动时，当末端执行器到达指定位置后，计算机控制电磁阀开关将电磁阀打开，末端执行器打开v型爪，控制电磁阀关闭，末端执行器闭合v型爪抓紧果蔬，如图9所示；
s7、利用旋转气缸的转动带动v型爪转动将果蔬拧取下来；
s8、利用末端执行器运动模块驱动末端执行器运动到第一传送模块的上方，v型爪张开放下果蔬；
s9、利用第一传送模块将果蔬运送到第二传送模块，第二传送模块将果蔬运输到收取车上。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
1.一种自走式的多机械手果蔬采摘机器人，其特征在于，包括车架、第一传送模块、第二传送模块、横向运动模块、两个末端执行器运动模块、末端执行器以及视觉模块；第一传送模块分别与车架、第二传送模块连接，第二传送模块与车架连接，末端执行器运动模块分别与横向运动模块、末端执行器连接，视觉模块置于车架上；其中，车架用于处理图像信息和控制各部分模块运动以及行驶；第一传送模块和第二传送模块用于采摘后的农作物传输；横向运动模块用于控制装载末端执行器运动模块运行；两个末端执行器运动模块用于调整末端执行器的位置；末端执行器用于实际作业中农作物采摘；视觉模块用于进行图片采集与传送。
2.根据权利要求1所述的一种自走式的多机械手果蔬采摘机器人，其特征在于，车架包括计算机、前横梁、左横梁、右横梁、后横梁、四个脚叉和两条履带；计算机放置于右横梁上；前横梁分别与左横梁、右横梁连接；后横梁分别与左横梁、右横梁连接；四个脚叉中两个分别与左横梁、履带连接，两个分别与右横梁、履带连接；其中，计算机用于处理图像信息和控制各部分模块运动；两条履带用于驱动车架行驶。
3.根据权利要求1所述的一种自走式的多机械手果蔬采摘机器人，其特征在于，第一传送模块包括l型连接板和传送带，传送带通过四个l型连接板固定在车架的左右横梁上，固定时传动带和横向运动模块平行且靠近末端执行器运动模块。
4.根据权利要求1所述的一种自走式的多机械手果蔬采摘机器人，其特征在于，第二传送模块包括气缸、第一气缸支架、第一连接件、第二连接件、旋转副、第二气缸支架、第一连接板、间隔挡板、传送带和第二连接板；第二传送模块通过第一连接件和第二连接件将传送带固定在车架上。
5.根据权利要求4所述的一种自走式的多机械手果蔬采摘机器人，其特征在于，旋转副穿过第一连接件、第二连接件和传送带底座，用于传送带绕旋转副转动；间隔挡板均匀分布在传送带上，第一气缸支架固定在第一连接件和第二连接件中间，第二气缸支架用第一连接板和第二连接板固定在传送带上，气缸穿过第一气缸支架用气缸前端的螺母固定住，活塞穿过第二气缸支架用螺母固定住，通过气缸控制传送带的收放；固定传送带时，旋转副中心到第一气缸支架中心的距离与旋转副到第二气缸支架中心的距离相等。
6.根据权利要求1所述的一种自走式的多机械手果蔬采摘机器人，其特征在于，横向运动模块包括电机、滑块、第一直线导轨、第二直线导轨、斜支架、齿条、l型连接板、铝型材、齿轮和减速器；整个横向运动模块水平固定在车架上；电机和减速器固定在斜支架上，齿条通过l型连接板固定在铝型材上，第一直线导轨和齿条同面固定，第二直线导轨固定在铝型材侧面；滑块共计四个，第一滑块、第二滑块固定设置在第一直线导轨上，第三滑块、第四滑块固定设置在第二直线导轨上，斜支架固定在四个滑块上；电机通过减速器、齿条、齿轮带动斜支架运动，带动末端执行器运动模块运动。
7.根据权利要求1所述的一种自走式的多机械手果蔬采摘机器人，其特征在于，末端执行器运动模块包括齿条、齿轮、电机、l型连接板、铝型材、第一直线导轨、滑块、u型连接板和减速器；末端执行器运动模块固定在横向运动模块的斜支架的倾斜面上；其中，第一直线导轨和滑块装载在铝型材的一侧，齿条则通过l型连接板固定在铝型材的另一侧，电机和减速器通过u型连接板固定住；电机通过减速器、齿条、齿轮带动第一直线导轨上的l型连接板运动，带动末端执行器运动；通过调节电机的转速来调整末端执行器运动模块的运行速度。
8.根据权利要求1所述的一种自走式的多机械手果蔬采摘机器人，其特征在于，末端执行器包括旋转气缸、底座、伸缩气缸、v型爪支架、控制板、四个v型爪和四个橡胶保护套；伸缩气缸通过底座固定在旋转气缸上，v型爪支架固定在伸缩气缸上，四个v型爪穿过控制板固定在v型爪支架上，伸缩气缸的活塞固定在控制板的中间位置，四个橡胶保护套分别套在四个v型爪上面；通过伸缩气缸控制v型爪开合，旋转气缸控制v型爪的旋转。
9.根据权利要求1所述的一种自走式的多机械手果蔬采摘机器人，其特征在于，视觉模块由工业相机、连接块和相机固定支架组成，工业相机位置和角度固定。
10.一种自走式的多机械手果蔬采摘实现方法，其特征在于，采用权利要求1～9中任一项所述的自走式的多机械手果蔬采摘机器人进行果蔬采摘，包括以下步骤：
s1、通过驱动车架行走；
s2、通过控制气缸将收起的第二传送模块放下；
s3、开启工业相机进行图片采集，并将拍摄好的图片传给计算机，计算机识别出农作物并计算出果蔬的三维坐标；
s4、利用计算机分配给由末端执行器运动模块和末端执行器组成的各自机械手任务，横向运动模块驱动末端执行器运动模块；
s5、利用计算机发出运动指令，通过横向运动模块将末端执行器运动模块传送到指定的位置上，再利用控制末端执行器运动模块驱动末端执行器到指定的高度；
s6、若车架运动，且末端执行器到达指定位置，则计算机控制电磁阀开关将电磁阀打开，末端执行器打开v型爪，控制电磁阀关闭，末端执行器闭合v型爪抓紧果蔬；
s7、利用旋转气缸的转动带动v型爪转动将果蔬拧取下来；
s8、利用末端执行器运动模块驱动末端执行器运动到第一传送模块的上方，v型爪张开放下果蔬；
s9、利用第一传送模块将果蔬运送到第二传送模块，第二传送模块将果蔬运输到收取车上。
技术总结