一种具备柔性机械臂与可变距轮腿的全视角水果采摘机器人

本发明涉及水果采摘，具体为一种具备柔性机械臂与可变距轮腿的全视角水果采摘机器人。

背景技术：

1、目前果园水果采摘主要采用人工采摘或普通采摘机器人完成。人工采摘虽然具有一定的灵活性，但劳动强度大、效率低，且采摘质量容易受到操作人员经验影响，在大规模果园中难以满足连续化、高效率作业需求。随着智能农业的发展，部分采摘机器人开始应用于果园，但多数设备仍采用固定底盘配合刚性机械臂的结构形式，其移动能力、采摘范围以及适应复杂果树冠层的能力均存在一定限制。

2、现有采摘机器人的普通机械臂大多采用少自由度关节结构，能够覆盖的空间范围有限，对于树冠内部、枝条交错区域或不同高度、不同朝向的果实，往往需要频繁调整整车位置，增加了移动时间和能耗。

3、目前多数采摘机器人对于果实采摘后的运输保护不足。部分设备采用直接落入收集箱或集中堆放的方式，水果之间容易发生相互碰撞、滚动及挤压，尤其对于表皮较薄或易损水果，在运输过程中容易形成碰伤、压痕甚至破损，影响水果品质和商品价值。同时，不同种类或不同等级水果往往缺少有序分类存放能力，后续分拣工作量较大。

技术实现思路

1、为克服上述现有技术的缺陷，本发明提供如下技术方案：一种具备柔性机械臂与可变距轮腿的全视角水果采摘机器人，包括底盘平台，底盘平台的下表面固定配设有果实收集箱，果实收集箱包括外壳，外壳内部设置有多个用于储存水果的水果筐，每个水果筐均对应设置有柔性分拣组件；底盘平台的下表面固定安装有四个电动转向轴，每个电动转向轴的输出轴上均固定有调节电缸座，每个调节电缸座上均固定安装有伸缩方向水平设置的调节电缸，每个调节电缸的伸缩杆端部均固定有延伸座，每个延伸座上均通过柔性臂安装平台固定安装有柔性臂；柔性臂包括用于采摘对接水果的采摘头，采摘头上固定配设有双目视觉定位摄像头，双目视觉定位摄像头用于识别所需采摘水果的位置，采摘头上还配设有刀片剪断执行器，刀片剪断执行器用于将水果从营养枝上剪下分离，采摘头上还配设有用于分离叶片与水果的吹气组件。

2、优选地，每个延伸座上均固定安装有连接座，连接座上固定有车轮支架，车轮支架上固定配设有挡泥板，车轮支架上还转动安装有电机轮组。

3、优选地，底盘平台上还配设有多个无人机充电座，无人机充电座用于给无人机提供起降平台，以及用于给无人机进行充电补能；无人机还配备有雷达摄像头与led灯，用于整体预览果实，确定成熟度和大体位置，帮助柔性臂进行定位。

4、优选地，外壳内部固定设置有钢架，其中柔性分拣组件安装在钢架内，柔性分拣组件包括分配篮，分配篮通过柔性分拣组件中的x向驱动轴和y向驱动轴进行两个方向的水平移动，用于带动水果至水果筐内的对应格子中。水果筐内设置有多个格子，用于储存运输水果，防止水果在运输途中相互碰撞损坏。

5、优选地，在柔性分拣组件和水果筐之间还设置有气囊缓冲篮，气囊缓冲篮内包括与水果筐内相同数量的格子，每个格子中均设置有气囊，气囊挤压并缓冲水果，用于减缓水果掉落到水果筐中的速度，从而降低水果与水果筐的碰撞力度；分配篮的底部设置有电动阀片，用于将分配篮内的水果释放掉。

6、优选地，在外壳的顶部覆盖设置有盖板，盖板上开设有与柔性分拣组件相同数量的入料孔，其中分配篮能够移动至与入料孔对应的位置。

7、优选地，柔性臂包括与柔性臂安装平台固定的旋转底座，旋转底座上通过伺服电机驱动旋转安装有旋转平台，旋转平台上活动安装有摆动座，摆动座上固定安装有钢管，钢管的其中一端依次通过能够伸缩的第一波纹伸缩管、能够自由弯折的第一活动关节、能够伸缩的第二波纹伸缩管、能够自由弯折的第二活动关节连接有采摘头。

8、优选地，采摘头内部设置有电动夹爪，用于夹持水果；其中钢管、第一波纹伸缩管、第二波纹伸缩管的内部均设置有嵌入式气囊。

9、优选地，摆动座上固定配设有多个绳索驱动伺服电机，每个绳索驱动伺服电机的输出轴上均固定设置有能够缠绕绳索的卷线盘，绳索用于驱动第二波纹伸缩管相对于第一波纹伸缩管的360°摆动，以及驱动采摘头相对于第二波纹伸缩管的360°摆动。

10、本发明与现有技术相比具备以下有益效果：（1）本发明通过设置无人机预览系统、双目视觉定位摄像头以及吹气组件相互配合，无人机能够提前完成大范围成熟果实的整体巡检，并将目标区域发送给柔性机械臂，再利用双目视觉实现近距离精准定位，同时吹气组件能够主动分离遮挡叶片，提高果实暴露程度，从而降低机械臂搜索时间，提高目标识别准确率和采摘效率，适用于枝叶茂密的复杂果园环境；（2）本发明采用由钢管、波纹伸缩管、活动关节、绳索驱动机构以及多个执行电缸共同组成的多自由度柔性机械臂，实现旋转、伸缩、弯折等多种运动形式，可覆盖树冠内外不同空间位置，实现多角度、全方位采摘，有效减少整车移动次数，提高单次停车采摘覆盖范围，并增强机器人对不同树形及复杂枝条环境的适应能力；（3）本发明设置可调轮距底盘结构，通过调节电缸和电动转向轴协调控制四个电机轮组的位置及方向，实现整车宽度可调和车轮独立转向，使机器人能够根据不同果园株距、行距以及道路宽度快速调整车身尺寸，提高狭窄区域通过能力，同时保证复杂地形下行驶稳定性，扩大设备适用范围；（4）本发明通过柔性分拣组件、分配篮、气囊缓冲篮以及水果筐多格结构相互配合，实现水果自动排序、定点投放及缓冲运输，在水果释放过程中利用气囊吸收冲击能量，减少水果之间以及水果与水果筐之间的碰撞，提高水果运输完整率，同时实现不同水果或不同等级水果的有序分类存放，降低后续人工分拣工作量；（5）本发明采用水果运输托盘快速更换结构，并配合搬运小车及锁止机构，实现采摘机器人无需长时间停止采摘即可完成整托水果运输与空托盘更换，减少人工搬运次数和设备停机等待时间，提高连续作业能力，使采摘机器人能够长时间保持稳定工作状态，提高整体果园采摘效率。

1.一种具备柔性机械臂与可变距轮腿的全视角水果采摘机器人，其特征在于：包括底盘平台（109），底盘平台（109）的下表面固定配设有果实收集箱，果实收集箱包括外壳（201），外壳（201）内部设置有多个用于储存水果的水果筐（209），每个水果筐（209）均对应设置有柔性分拣组件；

2.根据权利要求1所述的一种具备柔性机械臂与可变距轮腿的全视角水果采摘机器人，其特征在于：每个延伸座（105）上均固定安装有连接座（101），连接座（101）上固定有车轮支架（102），车轮支架（102）上固定配设有挡泥板（103），车轮支架（102）上还转动安装有电机轮组（104）。

3.根据权利要求1所述的一种具备柔性机械臂与可变距轮腿的全视角水果采摘机器人，其特征在于：底盘平台（109）上还配设有多个无人机充电座（110），无人机充电座（110）用于给无人机（111）提供起降平台，以及用于给无人机（111）进行充电补能；无人机（111）还配备有雷达摄像头与led灯，用于整体预览果实，确定成熟度和大体位置，帮助柔性臂进行定位。

4.根据权利要求1所述的一种具备柔性机械臂与可变距轮腿的全视角水果采摘机器人，其特征在于：外壳（201）内部固定设置有钢架（208），其中柔性分拣组件安装在钢架（208）内，柔性分拣组件包括分配篮（204），分配篮（204）通过柔性分拣组件中的x向驱动轴（205）和y向驱动轴（206）进行两个方向的水平移动，用于带动水果至水果筐（209）内的对应格子中。

5.根据权利要求4所述的一种具备柔性机械臂与可变距轮腿的全视角水果采摘机器人，其特征在于：在柔性分拣组件和水果筐（209）之间还设置有气囊缓冲篮（207），气囊缓冲篮（207）内包括与水果筐（209）内相同数量的格子，每个格子中均设置有气囊（211），气囊（211）挤压并缓冲水果，用于减缓水果掉落到水果筐（209）中的速度，从而降低水果与水果筐（209）的碰撞力度；分配篮（204）的底部设置有电动阀片（212），用于将分配篮（204）内的水果释放掉。

6.根据权利要求5所述的一种具备柔性机械臂与可变距轮腿的全视角水果采摘机器人，其特征在于：在外壳（201）的顶部覆盖设置有盖板（202），盖板（202）上开设有与柔性分拣组件相同数量的入料孔（203），其中分配篮（204）能够移动至与入料孔（203）对应的位置。

7.根据权利要求6所述的一种具备柔性机械臂与可变距轮腿的全视角水果采摘机器人，其特征在于：柔性臂包括与柔性臂安装平台（112）固定的旋转底座（301），旋转底座（301）上通过伺服电机驱动旋转安装有旋转平台（302），旋转平台（302）上活动安装有摆动座（303），摆动座（303）上固定安装有钢管（305），钢管（305）的其中一端依次通过能够伸缩的第一波纹伸缩管（307）、能够自由弯折的第一活动关节（310）、能够伸缩的第二波纹伸缩管（312）、能够自由弯折的第二活动关节（314）连接有采摘头（317）。

8.根据权利要求7所述的一种具备柔性机械臂与可变距轮腿的全视角水果采摘机器人，其特征在于：采摘头（317）内部设置有电动夹爪，用于夹持水果；其中钢管（305）、第一波纹伸缩管（307）、第二波纹伸缩管（312）的内部均设置有嵌入式气囊（321）。

9.根据权利要求8所述的一种具备柔性机械臂与可变距轮腿的全视角水果采摘机器人，其特征在于：摆动座（303）上固定配设有多个绳索驱动伺服电机（304），每个绳索驱动伺服电机（304）的输出轴上均固定设置有能够缠绕绳索的卷线盘，绳索用于驱动第二波纹伸缩管（312）相对于第一波纹伸缩管（307）的360°摆动，以及驱动采摘头（317）相对于第二波纹伸缩管（312）的360°摆动。