一种枸杞采摘机器人

本技术涉及枸杞采摘，具体涉及一种枸杞采摘机器人。

背景技术：

1、在果实采摘方面，当前国内主要有便携式和自走式两种类型，采收方式分为振动式、梳刷式、气吸式、剪切式和组合式等，其中以振动采收方式应用最为普遍。便携式采收设备如振动装置和梳刷装置，因其轻便易操作，适合中小型种植，采收效率是人工的3-5倍，但误采率较高，对大规模种植的效果有限。自走式采收装备则多集中于采摘车的开发，虽然具备机械化连续采收的优势，但仍需人工配合，且大多采用振动采收的单一方式，未能有效结合智能识别技术，面临青果误采等问题，导致枸杞果实损耗较大，经济性不佳。

2、近年来农业智能采摘技术取得了显著进展，但当将焦点集中到枸杞采摘时，仍存在研究不足的现状。枸杞智能采摘面临智能化程度低、采摘方式单一、采摘损耗大等问题，且目前的技术尚未能有效应用于实际生产中。

3、如中国公开专利cn117280943a公开了一种基于视觉传感的枸杞变速振动采摘装置及系统，选用非接触式的变频振动采收方式，利用两个连杆机械爪通过视觉模块对枸杞的成熟度进行判断后，将枸杞枝条两端拉直，高效利用振动能量，然后进行智能变频变幅式振动，进而使枸杞因振动掉落，可实现分层次采摘。但仍存在以下问题：1.视觉模块需提取“单个枝条图像”，但枸杞树多为丛生状，枝条间易交叉、叶片遮挡果实，若摄像头被枝叶遮挡或镜头沾染灰尘，会导致图像提取失败，进而无法判断成熟度；2.枸杞枝条存在细弱枝与粗壮枝，细弱枝在夹持或拉直过程中易被夹断，影响后续生长，粗壮枝则需更大夹持力，可能导致机械爪磨损，故此设备仅适用于标准化生长枸杞枝条；3.振动组件通过往复滑动带动枝条振动，虽能避免触碰果实，但会同步振落枝条上的叶片，导致振落的叶片与枸杞一同进入储存箱，后续需人工分拣，增加产后处理成本。

4、如中国公开专利cn11405831a公开了一种多臂协同式枸杞采收机，通过两个机械臂在不同方向对果园中枸杞枝条根部进行振动，使枸杞振动掉落收集箱内，但存在以下问题：调节逻辑完全依赖人工操作操纵台，需操作人员根据肉眼观察果实脱落情况并手动调整频率，若熟果未脱落则调高频，若青果掉落则调低频，不仅对操作人员技能要求高，且易因判断延迟导致过振伤青果或欠振漏熟果。

技术实现思路

1、本实用新型提供的一种枸杞采摘机器人，以解决现有采摘装置因误采、采摘方式单一导致的果实损耗较大的问题。

2、为了解决上述问题，本实用新型提供一种枸杞采摘机器人，包括：用于为各模块提供安装基础的机身，安装于机身底部的运动机构，安装于机身上部的采摘执行机构，安装于采摘执行机构前方的储存组件，与采摘执行机构电连接的控制模块；采摘执行机构包括多自由度的机械臂及安装于机械臂末端的柔性抓取部件，柔性抓取部件采用包裹式形状，安装于机械臂末端的两端抓夹上。

3、通过采摘执行机构的柔性抓取部件仅对成熟果实进行采摘的操作逻辑，有效减少未成熟枸杞的误采情况，解决了传统振动、梳刷式采摘设备因无法区分果实成熟度导致的误采问题，多自由度机械臂覆盖单株枸杞冠幅，无需频繁移动机身；而柔性抓取部件可完全包裹果实，直接降低损伤率。

4、现有自走式采摘设备多采用轮式底盘，在田间湿滑、起伏地形中易打滑，无法自主转向或旋转，需人工推动调整，导致移动效率低。因此，本申请提供的运动机构的类型包括履带式底盘，履带式底盘包括至少n个平行设置的履带单元，履带式结构提升地面抓地力，适应湿滑、起伏、泥泞等复杂田间地形，降低打滑率，通过两侧履带速度差实现直线、转弯、原地旋转。

5、优选地，本申请提供的机械臂为五自由度以上的机械臂，其肩部、肘部、腕部分别配置至少2个旋转关节，旋转关节均由伺服电机控制。

6、进一步地，控制模块包括：通过支架安装于机身上、用于采集并识别环境及枸杞成熟度的视觉识别模块，分别与运动机构、采摘执行机构、视觉识别模块电连接的电控模块，嵌装于所述机身顶部的凹槽内且与电控模块电连接的导航定位模块。控制模块的各模块协同工作大幅降低采摘作业对人工的依赖，实现从果实识别、设备移动到采摘、储存的连贯作业，无需人工中断流程，减少人工成本，降低枸杞果实因采摘过程误伤导致的损耗率。

7、为了解决部分简易识别设备仅用单目相机，识别整条枝条上的枸杞成熟度，导致机械臂定位不准的问题，本申请提供的视觉识别模块包括安装于所述机械臂上的至少一个图像采集装置和图像处理模块，图像处理模块用于根据图像采集装置采集的实时图片区分成熟与未成熟枸杞。通过双相机采集周围环境及枸杞成熟度，构建全局环境感知及局部果实识别的分层感知体系，既满足机器人对作业环境的整体认知与导航需求，又实现对枸杞成熟度的准确判断。

8、现有设备各机构独立控制，无统一电控中枢，导致协同性差、控制精度低，无优先级机制，紧急情况无法快速响应，易造成设备或植株损坏。故本申请提供的电控模块包括主控单元和分别与主控单元通过有线通信方式连接的采摘执行控制单元、运动控制单元、导航定位单元、图像处理单元。通过上述方案，实现各模块统一协同控制，响应延迟降低，通过优先级指令与闭环控制，确保紧急情况响应时间较短，提升控制精度。

9、现有自走式设备无自主导航功能，依赖人工牵引或遥控，导致作业范围受限、人工成本高；无准确定位与避障，易碰撞植株或遗漏采摘区域，降低采收完整性。申请提供的导航定位模块包括设于机身上的雷达组件、与运动机构连接的运动状态传感器及与电控模块连接建图导航算法模块。通过上述方案，实现枸杞种植区域自主建图、路径规划与准确避障，提高定位精度的同时，提升采摘区域覆盖率，无需人工干预。

10、本申请的技术效果在于：

11、（1） 通过对视觉识别、建图导航等模块化协同设置，结合采摘执行机构仅对成熟果实进行采摘的操作逻辑，有效减少未成熟枸杞的误采情况，解决了传统振动、梳刷式采摘设备因无法区分果实成熟度导致的误采问题；

12、（2） 各模块的协同工作大幅降低采摘作业对人工的依赖，实现从果实识别、设备移动到采摘、储存的连贯作业，无需人工中断流程，减少人工成本，降低枸杞果实因采摘过程误伤导致的损耗率。

13、（3） 通过多自由度机械臂覆盖单株枸杞冠幅，无需频繁移动机身；而柔性抓取部件可完全包裹果实，直接降低损伤率。

1.一种枸杞采摘机器人，其特征在于，包括：用于为各模块提供安装基础的机身（1），安装于机身（1）底部的运动机构（2），安装于机身（1）上部的采摘执行机构（3），安装于采摘执行机构（3）前方的储存组件（4），与采摘执行机构（3）电连接的控制模块；

2.根据权利要求1所述的枸杞采摘机器人，其特征在于，所述运动机构（2）的类型包括履带式底盘，履带式底盘包括至少n个平行设置的履带单元（210）。

3.根据权利要求2所述的枸杞采摘机器人，其特征在于，所述机械臂（310）为五自由度以上的机械臂（310），其肩部、肘部、腕部分别配置至少2个旋转关节，旋转关节均由伺服电机控制。

4.根据权利要求1所述的枸杞采摘机器人，其特征在于，控制模块包括：通过支架安装于所述机身（1）上、用于采集并识别环境及枸杞成熟度的视觉识别模块（5），分别与所述运动机构（2）、采摘执行机构（3）、视觉识别模块（5）电连接的电控模块（6），嵌装于所述机身（1）顶部的凹槽内且与电控模块（6）电连接的导航定位模块。

5.根据权利要求4所述的枸杞采摘机器人，其特征在于，所述视觉识别模块（5）包括安装于所述机械臂（310）上的至少一个图像采集装置（510）和图像处理模块（520），图像处理模块（520）用于根据图像采集装置（510）采集的实时图片区分成熟与未成熟枸杞。

6.根据权利要求4所述的枸杞采摘机器人，其特征在于，所述电控模块（6）包括主控单元和分别与主控单元通过有线通信方式连接的采摘执行控制单元、运动控制单元、导航定位单元、图像处理单元。

7.根据权利要求4所述的枸杞采摘机器人，其特征在于，所述导航定位模块包括设于所述机身（1）上的雷达组件（710）、与所述运动机构（2）连接的运动状态传感器及与所述电控模块（6）连接的建图导航算法模块。