【技術實現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術涉及采摘機器人，更具體地說是一種用于串型水果采收一體化的空中飛行機器人。
技術介紹
1、無人機因其靈活性、成本效益和多功能性，在多個領域發(fā)揮著重要作用，可在復雜環(huán)境下完成各種人工難以完成的任務。視覺檢測主要是通過計算機來模擬人的視覺功能，從視場范圍內呈現(xiàn)的圖片或視頻中提取目標信息，通過不同的算法對數(shù)據(jù)進行處理并加以理解，以實現(xiàn)對目標物體的檢測、識別、定位、測量、分類等任務。柔性臂的仿生設計可以最大限度地模仿人類真實手臂工作，且靈活多變，易于與其他設備一起實現(xiàn)集成控制，有著良好的安全性及人機交互性，在很多工程領域有著廣泛的應用。
2、根據(jù)調查和研究，當前國內外市場針對高空串型水果采摘機器人的應用還處于發(fā)展階段。傳統(tǒng)的荔枝、龍眼種植模式中，成熟后的荔枝、龍眼等串形簇狀水果，結果于高空樹冠中，離地面位置高且被枝葉嚴重遮擋，采摘方式基本上是人工采摘，果農(nóng)需借助梯子爬到樹冠上方，判斷果實位置后，用雙手掰斷或者用剪刀剪斷果梗，再將采摘好的果實放入果籃中。這種傳統(tǒng)的采摘方式危險度高，人工成本高，作業(yè)效率低，工作環(huán)境差，在一定程度上限制了高枝水果產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
3、中國專利申請公開說明書cn219514661u公開了一種無人機采摘裝置，無人機前端裝有采摘裝置和收集裝置，采用剪切式的末端將果實與果梗分離，果實掉落在籃子里完成收集，該采摘無人機對果實的定位精度較差，只能采摘高處裸露在樹枝外的水果，無法采摘生長在果樹里面的水果，且前端果籃容易與樹枝發(fā)生剮蹭可能使無人機失控；中國專利技術專利申請公開說明書cn115735
4、為了克服現(xiàn)有無人機采摘存在的干涉失控、機械臂靈活性差、難以采摘枝葉遮擋水果采摘的不足，增加無人機采摘對果實高空、遮擋等復雜生長環(huán)境的適應性，本專利技術從增加無人機平穩(wěn)飛行、視覺果實準確識別定位、機械臂柔性控制的角度出發(fā)，設計專利技術一種能應對高空和樹枝遮擋環(huán)境下串果水果采收一體化的空中飛行機器人。
技術實現(xiàn)思路
1、本專利技術的目的是提供一種用于串型水果采收一體化的空中飛行機器人，可以在高空和樹枝遮擋環(huán)境下，完成串果水果的采摘，節(jié)省人工勞動力、安全性高和工作效率高，實現(xiàn)了高效低損的采摘收集一體化。
2、本專利技術的目的通過以下技術方案來實現(xiàn)：
3、一種用于串型水果采收一體化的空中飛行機器人，包括無人機，所述無人機的底部設置有平衡伸縮滑軌，平衡伸縮滑軌一側的伸縮端上設置有旋轉馬達，旋轉馬達的輸出軸上連接有柔性機械臂，柔性機械臂的末端設置有采摘執(zhí)行器，柔性機械臂的末端設置有雙目相機，雙目相機位于采摘執(zhí)行器的側邊，平衡伸縮滑軌另一側的固定端上連接有果籃，果籃和柔性機械臂分別設置有無人機的兩側；
4、所述柔性機械臂包括多個并排設置的支撐圓盤，多個支撐圓盤之間通過支撐骨架連接，支撐骨架一端固定連接在首都按的支撐圓盤上，支撐骨架的另一端固定連接在尾端的支撐圓盤上，位于首端的支撐圓盤固定連接在旋轉馬達的輸出軸上；首端的支撐圓盤上固定連接有多個繩驅馬達，每個繩驅馬達上均安裝有減速器，每個減速器上均連接有鋼絲繩，每個支撐圓盤上均設置有多個通線口，鋼絲繩通過通線口穿過多個支撐圓盤固定連接在尾端的支撐圓盤上；
5、所述繩驅馬達設置有四個，四個繩驅馬達呈現(xiàn)圓周陣列排布在支撐圓盤上；所述繩驅馬達和減速器構成驅動裝置牽扯著鋼絲繩來實現(xiàn)整個柔性機械臂的運動，使得柔性機械臂呈現(xiàn)“蛇形”或者“象鼻形”的形狀；
6、所述支撐骨架為柔性材料，所述支撐骨架為中通結構，支撐圓盤和支撐骨架為低風阻的幾何外形；
7、所述采摘執(zhí)行器通過旋轉機構連接在位于尾端的支撐圓盤上，所述采摘執(zhí)行器的左右兩側各有一個夾緊器，兩個夾緊器內均設置有切割刀片；
8、所述平衡伸縮滑軌的中間部分橫截面為梯形面，平衡伸縮滑軌左右兩端的截面為長方形面，無人機的底部設置有槽口，平衡伸縮滑軌梯形截面長度部分與無人機的槽口配合在一起，平衡伸縮滑軌用于調整無人機兩側果籃和柔性機械臂的配重，使得無人機保持平衡。
9、本專利技術的有益效果為：
10、柔性機械臂可通過無人機到達高空進行采摘，免去了傳統(tǒng)方法需要依靠梯子在高處進行采摘的危險操作，特別是在高空、灌木和崎嶇的工作環(huán)境下，無人機遠程作業(yè)能夠保障工人的安全。其次，無人機可以在一定程度上提高作業(yè)效率和作業(yè)質量，無人機配備的雙目相機和柔性機械臂可以做到高精度的采摘。無人機高空水果采摘是一種全新且有潛力的技術應用，隨著無人機技術的不斷發(fā)展，無人機高空作業(yè)應用在農(nóng)業(yè)的領域將會越來越多，將成為未來農(nóng)業(yè)高空水果采摘的工具之一；
11、柔性機械臂是基于仿生學原理設計的冗余自由度機器人，外型類似象鼻、章魚觸手等生物結構。該柔性機械臂采用類似關節(jié)串聯(lián)的形式來仿照生物的連續(xù)體結構，并利用繩索驅動方式模擬生物的肌腱驅動，自由度高、工作范圍大、人機交互性好。另外繩索驅動方式可使得機械臂關節(jié)連接處不用安裝步進電機等動力裝置，且只用了一條柔性材料作為整臂的骨架，大幅減少了結構尺寸和運動部分的重量，減輕了無人機高空工作的載荷能耗。此外，繩驅冗余機械臂的工作時靈活度較高，可以在枝葉遮擋的環(huán)境下順利完成水果采摘任務；
12、該柔性機械臂的關節(jié)采用的是一整條的支撐骨架，其外觀形狀是一個長條形狀，支撐圓盤和骨架等結構呈現(xiàn)出翼型外形。根據(jù)空氣流體力學，越接近流線型的物體所受到的風阻越小，關節(jié)和每段機械臂的形狀直接影響了機械臂在高空中工作的穩(wěn)定性，對比與傳統(tǒng)柔性繩驅機械臂關節(jié)二自由度虎克鉸，該支撐骨架在高空中所受到的左右風阻是較小的。所以該柔性繩驅機械臂在高空工作的穩(wěn)定性強于一般的柔性繩驅機械臂，提高了采收時的穩(wěn)定性；
13、采摘末端執(zhí)行器采用的是夾剪一體式末端執(zhí)行器，該執(zhí)行器設計輕便，操作簡單，減少了控制的復雜性和整體質量，能夠同時完成夾持和剪切動作，大大提高了采摘效率，該設計減少了采摘過程中的操作步驟，使得采摘機器人可以更快地完成采摘任務，縮短了每個果實的采摘時間。通過調整微動開關的位置及刀片夾持體的相對位置，適用于不同類型的串型水果剪切果梗采摘，這使得該執(zhí)行器具有很強的適應性，可以在不同的農(nóng)業(yè)環(huán)境中使用；
14、雙目相機不僅可以通過立體視覺技術精確地識別和定位果實和果梗的位置，還可以提供高精度的深度信息，使得采摘飛行機器人可以更加精確地控制機械臂的運動，這對于串型水果采摘的空中飛行機器人來說至關重要，因為它們需要在枝葉遮擋環(huán)境下準確地找到果實并進行采摘。其次，在果樹排布密集，位置偏僻道路崎嶇，光照條件變化多端的種植環(huán)境下，雙目相機可以通過實時獲取環(huán)境的三維信息，幫助采摘飛行機器人在復雜環(huán)境中進行導航和避障；
15、平衡伸縮滑軌可在無人機底部前后滑本文檔來自技高網(wǎng)...
【技術保護點】
1.一種用于串型水果采收一體化的空中飛行機器人，包括無人機(5)，其特征在于：所述無人機(5)的底部設置有平衡伸縮滑軌(6)，平衡伸縮滑軌(6)一側的伸縮端上設置有旋轉馬達(1)，旋轉馬達(1)的輸出軸上連接有柔性機械臂(2)，柔性機械臂(2)的末端設置有采摘執(zhí)行器(4)，柔性機械臂(2)的末端設置有雙目相機(3)，雙目相機(3)位于采摘執(zhí)行器(4)的側邊，平衡伸縮滑軌(6)另一側的固定端上連接有果籃(7)，果籃(7)和柔性機械臂(2)分別設置有無人機(5)的兩側。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種用于串型水果采收一體化的空中飛行機器人，其特征在于：所述柔性機械臂(2)包括多個并排設置的支撐圓盤(2-3)，多個支撐圓盤(2-3)之間通過支撐骨架(2-5)連接，支撐骨架(2-5)一端固定連接在首都按的支撐圓盤(2-3)上，支撐骨架(2-5)的另一端固定連接在尾端的支撐圓盤(2-3)上，位于首端的支撐圓盤(2-3)固定連接在旋轉馬達(1)的輸出軸上。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種用于串型水果采收一體化的空中飛行機器人，其特征在于：首端的支撐圓盤(2-3)上固定連接
4.根據(jù)權利要求3所述的一種用于串型水果采收一體化的空中飛行機器人，其特征在于：所述繩驅馬達(2-1)設置有四個，四個繩驅馬達(2-1)呈現(xiàn)圓周陣列排布在支撐圓盤(2-3)上。
5.根據(jù)權利要求3所述的一種用于串型水果采收一體化的空中飛行機器人，其特征在于：所述繩驅馬達(2-1)和減速器(2-4)構成驅動裝置牽扯著鋼絲繩(2-2)來實現(xiàn)整個柔性機械臂(2)的運動，使得柔性機械臂(2)呈現(xiàn)“蛇形”或者“象鼻形”的形狀。
6.根據(jù)權利要求3所述的一種用于串型水果采收一體化的空中飛行機器人，其特征在于：所述支撐骨架(2-5)為柔性材料。
7.根據(jù)權利要求3所述的一種用于串型水果采收一體化的空中飛行機器人，其特征在于：所述支撐骨架(2-5)為中通結構，支撐圓盤(2-3)和支撐骨架(2-5)為低風阻的幾何外形。
8.根據(jù)權利要求3所述的一種用于串型水果采收一體化的空中飛行機器人，其特征在于：所述采摘執(zhí)行器(4)通過旋轉機構連接在位于尾端的支撐圓盤(2-3)上。
9.根據(jù)權利要求8所述的一種用于串型水果采收一體化的空中飛行機器人，其特征在于：所述采摘執(zhí)行器(4)的左右兩側各有一個夾緊器，兩個夾緊器內均設置有切割刀片(4-1)。
10.根據(jù)權利要求1所述的一種用于串型水果采收一體化的空中飛行機器人，其特征在于：所述平衡伸縮滑軌(6)的中間部分橫截面為梯形面，平衡伸縮滑軌(6)左右兩端的截面為長方形面，無人機(5)的底部設置有槽口，平衡伸縮滑軌(6)梯形截面長度部分與無人機(5)的槽口配合在一起，平衡伸縮滑軌(6)用于調整無人機(5)兩側果籃(7)和柔性機械臂(2)的配重，使得無人機(5)保持平衡。
...【技術特征摘要】
1.一種用于串型水果采收一體化的空中飛行機器人，包括無人機(5)，其特征在于：所述無人機(5)的底部設置有平衡伸縮滑軌(6)，平衡伸縮滑軌(6)一側的伸縮端上設置有旋轉馬達(1)，旋轉馬達(1)的輸出軸上連接有柔性機械臂(2)，柔性機械臂(2)的末端設置有采摘執(zhí)行器(4)，柔性機械臂(2)的末端設置有雙目相機(3)，雙目相機(3)位于采摘執(zhí)行器(4)的側邊，平衡伸縮滑軌(6)另一側的固定端上連接有果籃(7)，果籃(7)和柔性機械臂(2)分別設置有無人機(5)的兩側。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種用于串型水果采收一體化的空中飛行機器人，其特征在于：所述柔性機械臂(2)包括多個并排設置的支撐圓盤(2-3)，多個支撐圓盤(2-3)之間通過支撐骨架(2-5)連接，支撐骨架(2-5)一端固定連接在首都按的支撐圓盤(2-3)上，支撐骨架(2-5)的另一端固定連接在尾端的支撐圓盤(2-3)上，位于首端的支撐圓盤(2-3)固定連接在旋轉馬達(1)的輸出軸上。
3.根據(jù)權利要求2所述的一種用于串型水果采收一體化的空中飛行機器人，其特征在于：首端的支撐圓盤(2-3)上固定連接有多個繩驅馬達(2-1)，每個繩驅馬達(2-1)上均安裝有減速器(2-4)，每個減速器(2-4)上均連接有鋼絲繩(2-2)，每個支撐圓盤(2-3)上均設置有多個通線口，鋼絲繩(2-2)通過通線口穿過多個支撐圓盤(2-3)固定連接在尾端的支撐圓盤(2-3)上。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種用于串型水果采收一體化的空中飛行機器人，其特征在于：所述繩驅馬達(2-1)設置...
【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：王紅軍，陳柏浩，程碧懿，麥家華，應威，包宇航，張鑫德，許諾，
申請(專利權)人：華南農(nóng)業(yè)大學，
類型：發(fā)明
國別省市：
還沒有人留言評論。發(fā)表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。