一种教学用采摘竞赛机器人的控制系统的制作方法

1.本实用新型属于农业采摘技术领域，具体涉及一种教学用采摘竞赛机器人的控制系统。


背景技术：

2.采摘竞赛机器人项目作为农业服务机器人板块的重要部分，是中国机器人大赛的一个子项目，其需要在竞赛地图中完成成熟果实的采摘，在地图中成熟果实为红色，未成熟果实为绿色，并将采摘的成熟果实置于储物筐并运送至地图终点处。比赛的地图分为a、b、c三个区域，a区为基础设施完备采摘区，区域内有6个红色成熟果实及行走引导线，在采摘地点a2、a3、a4有提示线； b区为基础设施不够齐全或发生故障区，区域内有4个红色成熟果实，2个绿色未成熟果实，位置固定，有行走引导线，采摘地点b2、b3、b4无提示线；c 区为开放果园区，在果树的6个不同位置随机分布3个红色成熟果实与3个绿色未成熟果实无行走引导线，采摘地点c2、c3、c4、c6有提示线。为了帮助学生更好、更容易的熟悉比赛场地，了解比赛的内容，故设计一款教学用的采摘机器人及用于采摘机器人的控制系统。


技术实现要素：

3.本实用新型所要解决的技术问题便是针对上述现有技术的不足，提供一种教学用采摘竞赛机器人的控制系统，它能够帮助机器人实现自主导航、精确识别和稳定采摘，从而有效完成竞赛任务，从而帮助学生理解竞赛地图和竞赛内容。
4.本实用新型所采用的技术方案是：一种教学用采摘竞赛机器人的控制系统，包括底盘、行走机构、旋转云台、机械臂机构和采摘机构，所述底盘底部安装有用于行走机构工作的驱动电机、光电传感器和灰度传感器，所述底盘表面后部固定放置有储物筐，底盘表面前部固定连接有旋转云台，旋转云台上安装有驱动其旋转的转动电机，所述机械臂机构上安装有多个用于调节机械臂角度的舵机，所述采摘机构上安装有用于识别成熟果实的识别相机和采摘机械手，采摘机械手连接有双头电机，所述底盘表面还固定连接有控制器，所述控制器分别与驱动电机、光传感器、灰度传感器、转动电机、多个舵机、识别相机和双头电机连接。
5.作为优选，所述行走机构包括四个对称安装在底盘两侧的行走轮，每个行走轮分别连接一个驱动电机，所述底盘底面前部两侧对称设有光电传感器，底盘底部前侧安装有灰度传感器。
6.作为优选，所述旋转云台包括旋转支撑架，旋转支撑架的底部与底盘表面固定连接，旋转支撑架顶部中心设有转动盘，转动盘底部固定连接有转动电机，所述转动电机固定在旋转支撑架上。
7.作为优选，所述机械臂机构包括长臂和短臂，所述长臂与旋转云台之间通过大舵机连接，大舵机固定在旋转云台顶部，所述长臂与短臂之间通过小舵机连接，所述短臂远离小舵机的一端连接固定有采摘舵机，采摘舵机远离短臂的一侧固定连接有调节舵机，调节
舵机与采摘机构固定连接。
8.作为优选，所述采摘机构包括固定架和三组竖直设置的卡爪，所述固定架一侧与调节舵机固定连接，三组卡爪分别位于固定架的顶部、中部和底部，位于固定架顶部和底部的两组卡爪的端部设有相互啮合的齿轮，两组齿轮分别固定连接在固定架的顶部和底部，所述固定架上固定连接有双头电机，双头电机的两个输出轴分别与两组齿轮连接，位于固定架中部的一卡爪的端部与固定架转动连接，所述固定架前侧还安装有安装支架，安装支架上连接有识别相机，所述识别相机位于对称卡爪的中线上。
9.作为优选，所述底盘上还安装有陀螺仪，所述陀螺仪与控制器连接。
10.本实用新型的有益效果在于：
11.(1)通过长臂、短臂、大舵机、小舵机、采摘舵机和调节舵机的配合，通过控制器控制长臂、短臂、大舵机、小舵机和采摘舵机实现了机械臂竖直方向的多角度调节摆动，同时还通过控制器控制调节舵机实现了水平方向的采摘角度调节，使得机械臂结构的调节更加快捷和精准；
12.(2)通过控制器控制旋转云台的转动，实现了机械臂结构的转向，便于进行采摘，并在采摘后将成熟果实放入储物筐中，保证了采摘的稳定性及高效性；
13.(3)机械手采用三组卡爪实现，避免了单一卡爪在抓取后容易滑脱的问题，增强了果实抓取的稳定性。
14.本实用新型通过控制器与各个驱动元件和采集元件的配合，使得机器人能够实现自主导航、精确识别和稳定采摘的功能，在机器人整个采摘过程中，便于学生更好地熟悉竞赛场地和竞赛内容，便于教师对学生进行讲解。
附图说明
15.图1为本实用新型的系统框图；
16.图2为本实用新型的结构示意图；
17.图3为本实用新型底盘的结构示意图；
18.图4为本实用新型旋转云台的结构示意图；
19.图5为本实用新型机械臂机构的结构示意图；
20.图6为本实用新型采摘机构的机构示意图；
21.图7为竞赛场地地图。
22.图中：1、底盘；2、行走轮；3、驱动电机；4、光电传感器；5、灰度传感器；6、储物筐；7、旋转云台；8、长臂；9、短臂；10、大舵机；11、小舵机；12、采摘舵机；13、调节舵机；14、固定架；15、采摘机构；16、陀螺仪； 17、控制器；151、卡爪；152、齿轮；153、双头电机；154、防护板；155、防滑凸棱；156、安装支架；157、识别相机；701、旋转支撑架；702、转动盘；703、转动电机；704、连接件。
具体实施方式
23.下面将结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
24.实施例
25.如图1、图2、图3、图4、图5、图6和图7所示，本实施例提供的教学用采摘竞赛机器
人，包括采摘机器人和与其匹配的控制系统；
26.所述教学用采摘竞赛机器人包括底盘1和固定在底盘1上的控制器17，所述底盘1两侧对称设有行走轮2，每个行走轮2分别连接有一个驱动电机3，所述底盘1底面前部两侧还对称设有光电传感器4，底盘1底部前侧还安装有灰度传感器5；
27.所述驱动电机3、光传感器和灰度传感器5分别与控制器17连接，所述灰度传感器5用于检测地面行进标识线，并将检测信号发送给控制器17，控制器 17接收信号后控制驱动电机3工作，使得驱动电机3驱动行走轮2行走，在行走过程中，光电传感器4用于检测行径路线两旁的待采摘植株，在行进时，光电传感器4检测到待采摘植株后发送信号至控制器17，控制器17控制驱动电机3停止工作，机器人停止行走；
28.所述底盘1表面后部固定放置有储物筐6，底盘1表面前部固定连接有旋转云台7，即底盘1表面前部固定连接有旋转支撑架701，旋转支撑架701顶部中心设有转动盘702，转动盘702底部固定连接有转动电机703，所述转动电机703固定在旋转支撑架701上；
29.所述转动电机703与控制器17连接，在采摘果实过程中，需要进行水平转动时，控制器17控制转动电机703工作，实现机械臂机构和采摘机构15的转向；
30.所述转动盘702表面通过连接件704固定连接有大舵机10，大舵机10上连接有长臂8，长臂8与短臂9之间通过小舵机11连接，所述短臂9远离长臂 8的一端连接有采摘舵机12，采摘舵机12远离短臂9的一侧固定连接有调节舵机13；
31.所述大舵机10、小舵机11、采摘舵机12和调节舵机13分别与控制器17 连接，控制器17控制大舵机10和小舵机11实现长臂8和短臂9在竖直方向上的摆动，从而调节长臂8和短臂9在竖直方向上的角度；
32.由于调节舵机13与采摘机构15连接，由此可通过控制器17控制采摘舵机12直接调节采摘机构15在竖直方向的角度，同时控制器17还可以控制调节舵调节采摘机构15在水平方向的角度，使得采摘机构15实现水平和竖直多角度的调节，提高了抓取果实的精确度；
33.所述采摘机构15包括固定架14和三组竖直设置的卡爪151，所述固定架 14一侧与调节舵机13固定连接，三组卡爪151分别位于固定架14的顶部、中部和底部，位于固定架14顶部和底部的两组卡爪151的端部设有相互啮合的齿轮152，所述固定架14上安装有双头电机153，双头电机153的一个输出轴从固定架14顶部穿出，并与位于固定架14顶部的一组卡爪151的端部的相互啮合的其中一个齿轮152连接固定，另一个输出轴从固定架14底部穿出，并与位于固定架14底部的一组卡爪151的端部的相互啮合的其中一个齿轮152 连接固定，使得这两组卡爪151分别固定安装与固定架14的顶部和底部，并通过双头电机153的驱动，带动两组齿轮152做相对转动，即使得两组卡爪151 作同步的开合、闭合动作，位于固定架14中部的卡爪151与固定架14转动连接，同时三组卡爪151通过竖直的连接杆进行连接，使得位于固定架14中部的卡爪151被另外两组卡爪151带动，做同步的开合、闭合动作，从而实现整个采摘机械手的抓取闭合或松开开合的动作状态；三组卡爪151的外壁处还装有防护板154，三组卡爪151的内壁上设有防滑凸棱155；所述固定架14前侧还安装有安装支架156，安装支架156上连接有识别相机157，所述识别相机 157位于对称卡爪151的中线上；
34.所述双头电机153和识别相机157分别和控制器17连接，控制器17控制双头电机153实现采摘机械手的抓取，识别相机157采用openmv相机，在识别到成熟果实后将信号发送至控制器17，控制器17再控制机械臂机构调节位置，调节至采摘机械手抓取位置后，控制
采摘机械手完成采摘。
35.所述陀螺仪16与控制器17连接，用于检测机器人行走过程的姿态，保证机器人行走更加稳定。
36.工作原理：
37.机器人从竞赛地图出发点出发，通过灰度传感器5识别地面标识线，使得机器人沿地面标识线行走，行走过程中通过光电传感器4检测行径路线两旁的采摘植株，当光电传感器4检测到待采摘植株后，机器人停止行走，转动电机 703工作，带动机械臂结构和采摘结构进行旋转，在旋转的过程中通过识别电机识别需要采摘的果实是否成熟，若是成熟果实，则根据果实位置调节机械臂结构，使得采摘机械手不断的接近果实，最终位于采摘机械手的抓取中心，控制双头电机153工作，带动采摘机械手闭合实现抓取，抓取后通过转动电机703 带动转动盘702旋转，并通过机械臂结构调节位置，使得采摘机械手位于储物筐6上方，然后松开采摘机械手，使得果实落入储物筐6内，完成一次采摘；机器人继续行走，依次往复的进行采摘工作，最后行走至地图终点，完成比赛。
38.以上所述仅是本实用新型优选的实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何基于本实用新型所提供的技术方案和实用新型构思进行的改造和替换都应涵盖在本实用新型的保护范围内。