一種雙臂水果采摘機(jī)器人及水果采摘方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種雙臂水果采摘機(jī)器人及水果采摘方法。雙臂水果采摘機(jī)器人包括果實(shí)采摘機(jī)械裝置和控制系統(tǒng)。果實(shí)采摘機(jī)械裝置包括左機(jī)械臂、右機(jī)械臂、左末端執(zhí)行器、右末端執(zhí)行器、移動(dòng)平臺(tái)、果籃。左機(jī)械臂和右機(jī)械臂結(jié)構(gòu)相同，分別安裝于移動(dòng)平臺(tái)的左側(cè)和右側(cè)。左機(jī)械臂和右機(jī)械臂分別完成將左末端執(zhí)行器和右末端執(zhí)行器送到指定采摘點(diǎn)工作。左末端執(zhí)行器和右末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)相同，分別安裝于左機(jī)械臂和右機(jī)械臂前端。左末端執(zhí)行器和右末端執(zhí)行器分別完成機(jī)器人行進(jìn)方向左側(cè)和右側(cè)果樹(shù)水果獲取、回收工作。控制系統(tǒng)完成機(jī)器人導(dǎo)航、行走和采摘的控制任務(wù)。本發(fā)明還公開(kāi)了一種雙臂水果采摘機(jī)器人的水果采摘方法，機(jī)械臂分采摘點(diǎn)進(jìn)行采摘，一個(gè)采摘點(diǎn)可實(shí)現(xiàn)多個(gè)果實(shí)連續(xù)分別采摘。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種雙臂水果采摘機(jī)器人及水果采摘方法【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種雙臂水果采摘機(jī)器人及水果采摘方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來(lái)，隨著我國(guó)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)體制改革的深入和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，水果產(chǎn)量逐年大幅度增加。水果產(chǎn)業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位。自1993年以來(lái)，中國(guó)水果產(chǎn)量和面積一直穩(wěn)居世界首位。中國(guó)果品流通協(xié)會(huì)2010年10月統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，2009年我國(guó)水果總產(chǎn)量
2.04億噸，比2008年增加1240萬(wàn)噸，增幅6.1%。蘋(píng)果、柑橘和梨年產(chǎn)量都在千萬(wàn)噸以上，三大水果產(chǎn)量占到園林水果產(chǎn)量的58%。在水果生產(chǎn)中，采摘作業(yè)是最耗時(shí)、最費(fèi)力的一個(gè)環(huán)節(jié)，約占整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程作業(yè)量的40%左右。隨著社會(huì)人口老齡化和農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力的減少，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本也相應(yīng)提高，因此研究開(kāi)發(fā)農(nóng)業(yè)機(jī)器人特別是水果采摘機(jī)器人具有重要意義。
[0003]隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)和自動(dòng)控制技術(shù)的發(fā)展，機(jī)器人正逐步進(jìn)入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域。從20世紀(jì)80年代中期開(kāi)始，西方發(fā)達(dá)國(guó)家美國(guó)、法國(guó)、日本、英國(guó)等國(guó)家，在采摘機(jī)器人的研究上做了大量的工作，試驗(yàn)成功了多種具有人工智能的收獲采摘機(jī)器人，如蘋(píng)果采摘機(jī)器人、柑橘采摘機(jī)器人、葡萄采摘機(jī)器人等。我國(guó)對(duì)采摘機(jī)器人的研究始于20世紀(jì)90年代中期。雖然與發(fā)達(dá)國(guó)家還有很大差距，但是也取得了一些進(jìn)展。
[0004]在水果生產(chǎn)實(shí) 際中，采摘作業(yè)要求機(jī)器人不僅能減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，而且更要提高作業(yè)效率。而目前的水果采摘機(jī)器人采用單機(jī)械臂采摘，效率不高，采摘速度慢，果實(shí)的平均采摘周期較長(zhǎng)，嚴(yán)重影響了水果采摘機(jī)器人的實(shí)用化。為了提高采摘機(jī)器人采摘速度，研究人員設(shè)計(jì)了各種欠驅(qū)動(dòng)式末端執(zhí)行器，但在采摘過(guò)程中每個(gè)果實(shí)的采摘均需要機(jī)械臂和末端執(zhí)行器同時(shí)運(yùn)動(dòng)，并且果實(shí)回收還是需要機(jī)械臂和末端執(zhí)行器來(lái)完成，每個(gè)果實(shí)的采摘周期仍舊較長(zhǎng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的單機(jī)械臂采摘，效率不高，采摘速度慢，果實(shí)的平均采摘周期較長(zhǎng)，嚴(yán)重影響了水果采摘機(jī)器人的實(shí)用化。
[0006]本發(fā)明的目的是提供一種雙臂水果采摘機(jī)器人及采摘方法，可以實(shí)現(xiàn)蘋(píng)果、柑橘、梨等球形水果的高效采摘。
[0007]本發(fā)明為解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案如下:
[0008]一種雙臂水果采摘機(jī)器人，包括果實(shí)采摘機(jī)械裝置和控制系統(tǒng)，所述果實(shí)采摘機(jī)械裝置包括左機(jī)械臂、右機(jī)械臂、左末端執(zhí)行器、右末端執(zhí)行器、移動(dòng)平臺(tái)和果籃；左機(jī)械臂包括左大機(jī)械臂和左小機(jī)械臂；右機(jī)械臂包括右大機(jī)械臂和右小機(jī)械臂；左大機(jī)械臂和右大機(jī)械臂分別滑動(dòng)設(shè)置在移動(dòng)平臺(tái)的左右兩側(cè)，左小機(jī)械臂連接左大機(jī)械臂與左末端執(zhí)行器，左小機(jī)械臂和左大機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)左末端執(zhí)行器采摘果實(shí)；右小機(jī)械臂連接右大機(jī)械臂與右末端執(zhí)行器，右小機(jī)械臂和右大機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)右末端執(zhí)行器采摘果實(shí)；果籃設(shè)置在移動(dòng)平臺(tái)上；
[0009] 其中，左大機(jī)械臂和右大機(jī)械臂結(jié)構(gòu)相同，均包括滑臺(tái)、旋轉(zhuǎn)基座、第一關(guān)節(jié)、下臂、第二關(guān)節(jié)、中臂、第三關(guān)節(jié)和上臂；滑臺(tái)滑動(dòng)設(shè)置在移動(dòng)平臺(tái)上，旋轉(zhuǎn)基座設(shè)置在滑臺(tái)上，第一關(guān)節(jié)的一端固定在旋轉(zhuǎn)基座上，另一端與下臂相連；下臂通過(guò)第二關(guān)節(jié)與中臂相連，中臂通過(guò)第三關(guān)節(jié)與上臂相連；
[0010]左小機(jī)械臂和右小機(jī)械臂結(jié)構(gòu)相同，均包括回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、上下直動(dòng)臂、前后直動(dòng)臂、橫桿；上下直動(dòng)臂通過(guò)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)與上臂相連；前后直動(dòng)臂與上下直動(dòng)臂滑動(dòng)相連；橫桿固定安裝于上下直動(dòng)臂頂端；
[0011]本發(fā)明中的左末端執(zhí)行器和右末端執(zhí)行器完成水果獲取、回收工作。左末端執(zhí)行器和右末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)相同，均包括采摘杯部件、果實(shí)回收管和舌型緩沖片；采摘杯部件同時(shí)與前后直動(dòng)臂和果實(shí)回收管相連，果實(shí)回收管伸入到果籃內(nèi)；
[0012]采摘杯部件包括采摘杯法蘭、采摘杯、連接平臺(tái)、推桿、推桿架、推桿主動(dòng)齒輪、推桿從動(dòng)齒輪、左剪切刀具、右剪切刀具、右剪切刀具主動(dòng)齒輪、右剪切刀具從動(dòng)齒輪、右剪切刀具軸、左剪切刀具主動(dòng)齒輪、左剪切刀具從動(dòng)齒輪和左剪切刀具軸；連接平臺(tái)固定在采摘杯上，連接平臺(tái)通過(guò)采摘杯法蘭與前后直動(dòng)臂法蘭相連，推桿架固定在連接平臺(tái)上；推桿安裝于推桿架內(nèi)，推桿從動(dòng)齒輪鑲嵌固定安裝于推桿上面，推桿主動(dòng)齒輪與推桿從動(dòng)齒輪嚙合；采摘杯的杯口設(shè)有切槽，右剪切刀具軸和左剪切刀具軸均安裝在上述切槽內(nèi)；右剪切刀具從動(dòng)齒輪和右剪切刀具均固定安裝于右剪切刀具軸上；右剪切刀具主動(dòng)齒輪與右剪切刀具從動(dòng)齒輪嚙合；左剪切刀具從動(dòng)齒輪和左剪切刀具均固定安裝于左剪切刀具軸上；左剪切刀具主動(dòng)齒輪與左剪切刀具從動(dòng)齒輪嚙合；采摘杯的側(cè)壁上設(shè)有采摘杯切口，采摘杯切口與推桿相對(duì)應(yīng)；
[0013]本發(fā)明所述的采摘杯內(nèi)芯為金屬材料，內(nèi)外壁為硬橡膠材料。果實(shí)回收管為彈簧塑料管，內(nèi)壁光滑平坦，果實(shí)回收管的一端固定于采摘杯下口，并與采摘杯相通。
[0014]本發(fā)明所述右剪切刀具軸和左剪切刀具軸為旋轉(zhuǎn)軸；本發(fā)明所述的左剪切刀具和右剪切刀具由左右兩個(gè)月牙形金屬刀片組成，左剪切刀具和右剪切刀具分別通過(guò)左剪切刀具軸和右剪切刀具軸安裝于采摘杯上端切槽內(nèi)，刀片隱藏于采摘杯切槽內(nèi)，刀具刃口朝向采摘杯內(nèi)側(cè)，當(dāng)有果實(shí)進(jìn)入采摘杯內(nèi)內(nèi)，并且果梗處于刀片水平面時(shí)，右剪切刀具從動(dòng)齒輪和左剪切刀具從動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)分別帶動(dòng)右剪切刀具和左剪切刀具逆時(shí)針、順時(shí)針旋轉(zhuǎn)完成果梗的切斷工作。
[0015]本發(fā)明中所述的移動(dòng)平臺(tái)用于在果園環(huán)境下自主運(yùn)動(dòng)，移動(dòng)平臺(tái)上安裝雙臂水果采摘機(jī)器人果實(shí)采摘機(jī)械裝置和控制系統(tǒng)及其它有關(guān)設(shè)備。
[0016]本發(fā)明中所述的果籃用于收集左末端執(zhí)行器和右末端執(zhí)行器采摘下的水果。左末端執(zhí)行器和右末端執(zhí)行器采摘下的水果通過(guò)果實(shí)回收管落入果籃。果籃呈圓形，在果籃旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)作用下旋轉(zhuǎn)，避免水果在果實(shí)回收管出口處堵塞。
[0017]控制系統(tǒng)包括工控機(jī)、導(dǎo)航系統(tǒng)、左雙目攝像機(jī)、右雙目攝像機(jī)、用于控制左大機(jī)械臂和右大機(jī)械臂動(dòng)作的大機(jī)械臂控制系統(tǒng)、用于控制左小機(jī)械臂和左末端執(zhí)行器動(dòng)作的左末端執(zhí)行器控制系統(tǒng)、用于控制右小機(jī)械臂和右末端執(zhí)行器動(dòng)作的右末端執(zhí)行器控制系統(tǒng)、移動(dòng)平臺(tái)控制器、移動(dòng)平臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、移動(dòng)平臺(tái)伺服電機(jī)、移動(dòng)平臺(tái)伺服電機(jī)編碼器、果籃控制器、果籃電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和果籃旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)；左雙目攝像機(jī)和右雙目攝像機(jī)分別固定在橫桿上；左雙目攝像機(jī)和右雙目攝像機(jī)的輸出端分別通過(guò)電纜與工控機(jī)相連；移動(dòng)平臺(tái)控制器連接工控機(jī)，移動(dòng)平臺(tái)控制器的輸出端連接移動(dòng)平臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端，移動(dòng)平臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端連接移動(dòng)平臺(tái)伺服電機(jī)的輸入端，移動(dòng)平臺(tái)伺服電機(jī)編碼器的輸出端連接移動(dòng)平臺(tái)控制器的輸入端；果籃控制器連接工控機(jī)，果籃控制器的輸出端連接果籃電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端，果籃電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端連接果籃旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)的輸入端，果籃旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)果籃旋轉(zhuǎn)。
[0018]本發(fā)明所述導(dǎo)航系統(tǒng)采用機(jī)器視覺(jué)與DGPS組合式導(dǎo)航，包括前雙目攝像機(jī)、天線和DGPS接收機(jī)；前雙目攝像機(jī)固定在移動(dòng)平臺(tái)上，前雙目攝像機(jī)的輸出端通過(guò)電纜與工控機(jī)相連；DGPS接收機(jī)的輸入端連接天線，DGPS接收機(jī)的輸出端與工控機(jī)相連。本發(fā)明中所述的DGPS接收機(jī)采用現(xiàn)有技術(shù)中的DGPS接收機(jī)，其具體結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程本發(fā)明不作詳細(xì)的說(shuō)明。當(dāng)前雙目攝像機(jī)檢測(cè)到移動(dòng)平臺(tái)前進(jìn)方向無(wú)障礙物時(shí)，機(jī)器人系統(tǒng)采用DGPS導(dǎo)航方式。當(dāng)前雙目攝像機(jī)檢測(cè)到移動(dòng)平臺(tái)前進(jìn)方向有障礙物時(shí)，機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)通過(guò)前雙目攝像機(jī)檢測(cè)障礙物尺寸信息和障礙物相對(duì)移動(dòng)平臺(tái)位置信息，工控機(jī)根據(jù)以上信息進(jìn)行避障路徑規(guī)劃，使移動(dòng)平臺(tái)繞行障礙物。當(dāng)移動(dòng)平臺(tái)繞過(guò)障礙物時(shí)，機(jī)器人導(dǎo)航系統(tǒng)轉(zhuǎn)為DGPS導(dǎo)航方式。
[0019]本發(fā)明中所述的工控機(jī)為現(xiàn)有技術(shù)中應(yīng)用于采摘機(jī)器人上的工控機(jī)，其具體結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程本發(fā)明不作詳細(xì)的說(shuō)明。
[0020]本發(fā)明中所述的左雙目攝像機(jī)、右雙目攝像機(jī)和前雙目攝像機(jī)均為現(xiàn)有技術(shù)中的雙目攝像機(jī)，其具體結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程本發(fā)明不作詳細(xì)的說(shuō)明。
[0021]本發(fā)明所述大機(jī)械臂控制系統(tǒng)，包括運(yùn)動(dòng)控制器、左大機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和右大機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；左大機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和右大機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相同，均包括滑臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、滑臺(tái)伺服電機(jī)、滑臺(tái)伺服電機(jī)編碼器、旋轉(zhuǎn)基座電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、旋轉(zhuǎn)基座伺服電機(jī)、旋轉(zhuǎn)基座伺服電機(jī)編碼器、第一關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、第一關(guān)節(jié)伺服電機(jī)、第一關(guān)節(jié)伺服電機(jī)編碼器、第二關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、第二關(guān)節(jié)伺服電機(jī)、第二關(guān)節(jié)伺服電機(jī)編碼器、第三關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、第三關(guān)節(jié)伺服電機(jī)、第三關(guān)節(jié)伺服電機(jī)編碼器；
[0022]滑臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與運(yùn)動(dòng)控制器的輸出端相連，滑臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與滑臺(tái)伺服電機(jī)的輸入端相連，滑臺(tái)伺服電機(jī)編碼器的輸出端與運(yùn)動(dòng)控制器的輸入端相連，運(yùn)動(dòng)控制器與工控機(jī)相連；
[0023]旋轉(zhuǎn)基座電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與運(yùn)動(dòng)控制器的輸出端相連，旋轉(zhuǎn)基座電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與旋轉(zhuǎn)基座伺服電機(jī)的輸入端相連，旋轉(zhuǎn)基座伺服電機(jī)編碼器的輸出端與運(yùn)動(dòng)控制器的輸入端相連，運(yùn)動(dòng)控制器與工控機(jī)相連；
[0024]第一關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與運(yùn)動(dòng)控制器的輸出端相連，第一關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與第一關(guān)節(jié)伺服電機(jī)的輸入端相連，第一關(guān)節(jié)伺服電機(jī)編碼器的輸出端與運(yùn)動(dòng)控制器的輸入端相連，運(yùn)動(dòng)控制器與工控機(jī)相連；
[0025]第二關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與運(yùn)動(dòng)控制器的輸出端相連，第二關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與第二關(guān)節(jié)伺服電機(jī)的輸入端相連，第二關(guān)節(jié)伺服電機(jī)編碼器的輸出端與運(yùn)動(dòng)控制器的輸入端相連，運(yùn)動(dòng)控制器與工控機(jī)相連；
[0026] 第三關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與運(yùn)動(dòng)控制器的輸出端相連，第三關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與第三關(guān)節(jié)伺服電機(jī)的輸入端相連，第三關(guān)節(jié)伺服電機(jī)編碼器的輸出端與運(yùn)動(dòng)控制器的輸入端相連，運(yùn)動(dòng)控制器與工控機(jī)相連。
[0027]本發(fā)明所述的運(yùn)動(dòng)控制器為現(xiàn)有技術(shù)中的運(yùn)動(dòng)控制器，具體結(jié)構(gòu)本發(fā)明不做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0028]本發(fā)明所述的滑臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、旋轉(zhuǎn)基座電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、第一關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、第二關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和第三關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器均為現(xiàn)有技術(shù)中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其具體結(jié)構(gòu)本發(fā)明不做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0029]本發(fā)明所述的滑臺(tái)伺服電機(jī)、旋轉(zhuǎn)基座伺服電機(jī)、第一關(guān)節(jié)伺服電機(jī)、第二關(guān)節(jié)伺服電機(jī)和第三關(guān)節(jié)伺服電機(jī)均為現(xiàn)有技術(shù)中的伺服電機(jī)，其具體結(jié)構(gòu)本發(fā)明不做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0030]本發(fā)明所述的滑臺(tái)伺服電機(jī)編碼器、旋轉(zhuǎn)基座伺服電機(jī)編碼器、第一關(guān)節(jié)伺服電機(jī)編碼器、第二關(guān)節(jié)伺服電機(jī)編碼器和第三關(guān)節(jié)伺服電機(jī)編碼器均為現(xiàn)有技術(shù)中的伺服電機(jī)編碼器，其具體結(jié)構(gòu)本發(fā)明不做詳細(xì)的說(shuō)明。
[0031]本發(fā)明所述的左末端執(zhí)行器控制系統(tǒng)和右末端執(zhí)行器控制系統(tǒng)，分別用于控制左小機(jī)械臂、左末端執(zhí)行器的動(dòng)作和右小機(jī)械臂、右末端執(zhí)行器的動(dòng)作，本發(fā)明所述的左末端執(zhí)行器控制系統(tǒng)和右末端執(zhí)行器控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相同，均包括末端執(zhí)行器控制器、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)編碼器、上下直動(dòng)臂電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、上下直動(dòng)臂伺服電機(jī)、上下直動(dòng)臂伺服電機(jī)編碼器、前后直動(dòng)臂電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、前后直動(dòng)臂伺服電機(jī)、前后直動(dòng)臂伺服電機(jī)編碼器、不少于一個(gè)的上位置傳感器、中位置傳感器、下位置傳感器、壓力傳感器、推 桿電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、推桿電機(jī)、左剪切刀具電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、左剪切刀具電機(jī)、右剪切刀具電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、右剪切刀具電機(jī)。
[0032]本發(fā)明中所述的末端執(zhí)行器控制器為現(xiàn)有技術(shù)中的控制器，其具體結(jié)構(gòu)本發(fā)明不作詳細(xì)的說(shuō)明。
[0033]本發(fā)明中所述的末端執(zhí)行器回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、推桿電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、左剪切刀具電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、右剪切刀具電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、上下直動(dòng)臂電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和前后直動(dòng)臂電機(jī)驅(qū)動(dòng)器均為現(xiàn)有技術(shù)中的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，其具體結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程本發(fā)明不作詳細(xì)的說(shuō)明。
[0034]本發(fā)明中所述的末端執(zhí)行器回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)、末端執(zhí)行器上下直動(dòng)臂伺服電機(jī)和末端執(zhí)行器前后直動(dòng)臂伺服電機(jī)均為現(xiàn)有技術(shù)中的伺服電機(jī)，其具體結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程本發(fā)明不作詳細(xì)的說(shuō)明。
[0035]本發(fā)明中所述的末端執(zhí)行器回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)編碼器、末端執(zhí)行器上下直動(dòng)臂伺服電機(jī)編碼器和末端執(zhí)行器前后直動(dòng)臂伺服電機(jī)編碼器均為現(xiàn)有技術(shù)中的伺服電機(jī)編碼器，其具體結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程本發(fā)明不作詳細(xì)的說(shuō)明。
[0036]本發(fā)明中所述的上位置傳感器、中位置傳感器和下位置傳感器均采用現(xiàn)有技術(shù)中的對(duì)射式光電傳感器，包括信號(hào)發(fā)送部件和信號(hào)接收部件，信號(hào)發(fā)送部件鑲嵌安裝于采摘杯內(nèi)壁一側(cè)，信號(hào)接收部件鑲嵌安裝于采摘杯內(nèi)壁相對(duì)另一側(cè)，信號(hào)發(fā)送部件和信號(hào)接收部件安裝高度相同。兩個(gè)上位置傳感器同水平面安裝在采摘杯上的切槽的下方接近采摘杯上的切槽。所述下位置傳感器位于采摘杯與果實(shí)回收管連接處上方接近果實(shí)回收管連接處。所述中位置傳感器位于上位置傳感器的下方和下位置傳感器上方。上位置傳感器、中位置傳感器和下位置傳感器的輸出端分別通過(guò)電纜與末端執(zhí)行器控制器相連；壓力傳感器安裝在位于采摘杯側(cè)的推桿的前端頭，壓力傳感器通過(guò)電纜與末端執(zhí)行器控制器相連。[0037]本發(fā)明中所述的壓力傳感器為現(xiàn)有技術(shù)中的壓力傳感器，其具體結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程本發(fā)明不作詳細(xì)的說(shuō)明。
[0038]本發(fā)明中所述的推桿電機(jī)、左剪切刀具電機(jī)和右剪切刀具電機(jī)均為現(xiàn)有技術(shù)中的電機(jī)，其具體結(jié)構(gòu)和工作過(guò)程本發(fā)明不作詳細(xì)的說(shuō)明。
[0039]本發(fā)明中所述的末端執(zhí)行器控制器連接工控機(jī)，末端執(zhí)行器回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與末端執(zhí)行器控制器的輸出端相連，末端執(zhí)行器回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與末端執(zhí)行器回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)的輸入端相連，末端執(zhí)行器回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)編碼器能夠檢測(cè)末端執(zhí)行器回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度位移量，末端執(zhí)行器回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)編碼器的輸出端連接末端執(zhí)行器控制器的輸入端；末端執(zhí)行器上下直動(dòng)臂電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與末端執(zhí)行器控制器的輸出端相連，末端執(zhí)行器上下直動(dòng)臂電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與末端執(zhí)行器上下直動(dòng)臂伺服電機(jī)的輸入端相連，末端執(zhí)行器上下直動(dòng)臂伺服電機(jī)編碼器能夠檢測(cè)末端執(zhí)行器上下直動(dòng)臂伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度位移量，末端執(zhí)行器上下直動(dòng)臂伺服電機(jī)編碼器的輸出端連接末端執(zhí)行器控制器的輸入端；末端執(zhí)行器前后直動(dòng)臂電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與末端執(zhí)行器控制器的輸出端相連，末端執(zhí)行器前后直動(dòng)臂電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與末端執(zhí)行器前后直動(dòng)臂伺服電機(jī)的輸入端相連，末端執(zhí)行器前后直動(dòng)臂伺服電機(jī)編碼器能夠檢測(cè)末端執(zhí)行器前后直動(dòng)臂伺服電機(jī)旋轉(zhuǎn)角度位移量，末端執(zhí)行器前后直動(dòng)臂伺服電機(jī)編碼器的輸出端連接末端執(zhí)行器控制器的輸入端；
[0040]本發(fā)明中所述的推桿電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端連接末端執(zhí)行器控制器的輸出端，推桿電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端連接推桿電機(jī)，推桿主動(dòng)齒輪安裝于推桿電機(jī)軸上，推桿電機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)推桿主動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)，推桿主動(dòng)齒輪旋轉(zhuǎn)通過(guò)推桿從動(dòng)齒輪驅(qū)動(dòng)推桿朝向采摘杯切口運(yùn)動(dòng)；推桿向前推動(dòng)擠壓固定果實(shí)，壓力傳感器檢測(cè)推桿擠壓果實(shí)力的大小，壓力足以使果實(shí)固定而又不損壞果實(shí)；左剪切刀具和右剪切刀具分別在左剪切刀具電機(jī)和右剪切刀具電機(jī)作用下旋轉(zhuǎn)，切斷果梗，推桿向后運(yùn)動(dòng)，松開(kāi)果實(shí)，果實(shí)自動(dòng)落入果實(shí)回收管，并在重力作用下滾落入果籃，下位置傳感器檢測(cè)確認(rèn)果實(shí)從采摘杯落入果實(shí)回收管，完成一個(gè)果實(shí)的采摘、回收。
[0041]本發(fā)明中所述的左剪切刀具電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與末端執(zhí)行器控制器的輸出端相連，左剪切刀具電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與左剪切刀具電機(jī)的輸入端相連；右剪切刀具電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與末端執(zhí)行器控制器的輸出端相連，右剪切刀具電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與右剪切刀具電機(jī)的輸入端相連。
[0042]本發(fā)明所述舌型緩沖片設(shè)置在果實(shí)回收管內(nèi)。本發(fā)明所述的舌型緩沖片的內(nèi)層為彈性金屬材料，外層為橡膠材料，每3個(gè)一組空間呈120°角度分布安裝于果實(shí)回收管內(nèi)壁同一高度，舌型緩沖片的一端固定另一端向下傾斜。
[0043]本發(fā)明還公開(kāi)了一種采用雙臂水果采摘機(jī)器人進(jìn)行水果采摘的方法，本發(fā)明所述雙臂水果采摘機(jī)器人采摘方法技術(shù)方案為:
[0044]左大機(jī)械臂、左小機(jī)械臂、左末端執(zhí)行器和左雙目攝像機(jī)組成的左采摘部件完成移動(dòng)平臺(tái)行進(jìn)方向左側(cè)果樹(shù)水果收獲。右大機(jī)械臂、右小機(jī)械臂、右末端執(zhí)行器和右雙目攝像機(jī)組成的右采摘部件完成移動(dòng)平臺(tái)行進(jìn)方向右側(cè)果樹(shù)水果收獲。收獲作業(yè)分兩步完成，第一步，左采摘部件運(yùn)動(dòng)至移動(dòng)平臺(tái)左前方進(jìn)行左前方果樹(shù)水果收獲；同時(shí)，右采摘部件運(yùn)動(dòng)至移動(dòng)平臺(tái)右后方進(jìn)行右后方果樹(shù)水果收獲；第二步，上述采摘作業(yè)完成后，左采摘部件運(yùn)動(dòng)至移動(dòng)平臺(tái)左后方進(jìn)行左后前方果樹(shù)水果收獲；同時(shí)，右采摘部件運(yùn)動(dòng)至移動(dòng)平臺(tái)右前方進(jìn)行右前方果樹(shù)水果收獲。
[0045]左采摘部件、右左采摘部件的水果采摘方法的步驟相同，左采摘部件的采摘方法包括以下步驟:
[0046]I)左大機(jī)械臂復(fù)位到初始位置；
[0047]2)左雙目攝像機(jī)采集果樹(shù)圖像，并將圖像傳輸給工控機(jī)；
[0048]3)工控機(jī)對(duì)果樹(shù)圖像進(jìn)行處理，完成果實(shí)識(shí)別與定位，計(jì)算各果實(shí)在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值Pi (Xi, Yi, Zi)；
[0049]4)根據(jù)步驟3中各果實(shí)在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值確定左大機(jī)械臂各采摘點(diǎn)及各采摘點(diǎn)所屬果實(shí)；確定方法如下:
[0050]設(shè)左小機(jī)械臂的上下直動(dòng)臂長(zhǎng)度為a，前后直動(dòng)臂長(zhǎng)度為b，Ymax、Ymin分別為各果實(shí)
Y坐標(biāo)的最大值和最小值，取
【權(quán)利要求】
1.一種雙臂水果采摘機(jī)器人，包括果實(shí)采摘機(jī)械裝置和控制系統(tǒng)，其特征在于， 所述果實(shí)采摘機(jī)械裝置包括左機(jī)械臂、右機(jī)械臂、左末端執(zhí)行器(7 )、右末端執(zhí)行器(4)、移動(dòng)平臺(tái)(I)和果籃；左機(jī)械臂包括左大機(jī)械臂(5)和左小機(jī)械臂(6);右機(jī)械臂包括右大機(jī)械臂(2)和右小機(jī)械臂(3);左大機(jī)械臂(5)和右大機(jī)械臂(2)分別滑動(dòng)設(shè)置在移動(dòng)平臺(tái)(I)的左右兩側(cè)，左小機(jī)械臂(6)連接左大機(jī)械臂(5)與左末端執(zhí)行器(7)，左小機(jī)械臂(6)和左大機(jī)械臂(5)驅(qū)動(dòng)左末端執(zhí)行器(7)采摘果實(shí)；右小機(jī)械臂(3)連接右大機(jī)械臂(2)與右末端執(zhí)行器(4)，右小機(jī)械臂(3)和右大機(jī)械臂(2)驅(qū)動(dòng)右末端執(zhí)行器(4)采摘果實(shí)；果籃設(shè)置在移動(dòng)平臺(tái)(I)上； 其中，所述左大機(jī)械臂(5)和右大機(jī)械臂(2)結(jié)構(gòu)相同，均包括滑臺(tái)(8)、旋轉(zhuǎn)基座(9)、第一關(guān)節(jié)(10)、下臂(11)、第二關(guān)節(jié)(12)、中臂(13)、第三關(guān)節(jié)(14)和上臂(15);滑臺(tái)(8)滑動(dòng)設(shè)置在移動(dòng)平臺(tái)(I)上，旋轉(zhuǎn)基座(9)設(shè)置在滑臺(tái)(8)上，第一關(guān)節(jié)(10)的一端固定在旋轉(zhuǎn)基座(9)上，另一端與下臂(11)相連；下臂(11)通過(guò)第二關(guān)節(jié)(12)與中臂(13)相連，中臂(13)通過(guò)第三關(guān)節(jié)(14)與上臂(15)相連； 所述左小機(jī)械臂(6)和右小機(jī)械臂(3)結(jié)構(gòu)相同，均包括回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(18)、上下直動(dòng)臂(16)、前后直動(dòng)臂(20)、橫桿(17)和前后直動(dòng)臂法蘭(21);上下直動(dòng)臂(16)通過(guò)回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)(18 )與上臂(15 )相連；前后直動(dòng)臂(20 )與上下直動(dòng)臂(16 )滑動(dòng)相連；橫桿(17 )固定安裝于上下直動(dòng)臂(16)頂端；前后直動(dòng)臂法蘭(21)固定安裝于前后直動(dòng)臂(20)上； 所述左末端執(zhí)行器(7)和右末端執(zhí)行器(4)結(jié)構(gòu)相同，均包括采摘杯部件(22)、果實(shí)回收管(23)和舌型緩沖片(24);采摘杯部件(22)同時(shí)與前后直動(dòng)臂(20)和果實(shí)回收管(23)相連，果實(shí)回收管(23)伸入到果籃內(nèi)； 所述采摘杯部件包括采摘杯法蘭(29 )、采摘杯(49 )、連接平臺(tái)(36 )、推桿(37 )、推桿架(30)、推桿主動(dòng)齒輪(31)、推桿從動(dòng)齒輪(32)、左剪切刀具(43)、右剪切刀具(44)、右剪切刀具主動(dòng)齒輪(33)、右剪切刀具從動(dòng)齒輪(34)、右剪切刀具軸(35)、左剪切刀具主動(dòng)齒輪、左剪切刀具從動(dòng)齒輪和左剪切刀具軸；所述連接平臺(tái)(36)固定在采摘杯(49)上，連接平臺(tái)(36 )通過(guò)采摘杯法蘭(29 )與前后直動(dòng)臂法蘭(21)相連，所述推桿架(30 )固定在連接平臺(tái)(36 )上；推桿(37 )安裝于推桿架(30 )內(nèi)，推桿從動(dòng)齒輪(32 )鑲嵌固定安裝于推桿(37 )上面，推桿主動(dòng)齒輪(31)與推桿從動(dòng)齒輪(32)嚙合；所述采摘杯(49)的杯口設(shè)有切槽(39)，所述右剪切刀具軸(35)和左剪切刀具軸均安裝在上述切槽(39)內(nèi)；所述右剪切刀具從動(dòng)齒輪(34)和右剪切刀具(44)均固定安裝于右剪切刀具軸(35)上；所述右剪切刀具主動(dòng)齒輪(33)與右剪切刀具從動(dòng)齒輪(34)嚙合；所述左剪切刀具從動(dòng)齒輪和左剪切刀具(43)均固定安裝于左剪切刀具軸上；所述左剪切刀具主動(dòng)齒輪與左剪切刀具從動(dòng)齒輪嚙合；所述采摘杯(49)的側(cè)壁上設(shè)有采摘杯切口(45)，所述采摘杯切口(45)與推桿(37)相對(duì)應(yīng)；所述控制系統(tǒng)包括工控機(jī)(25)、導(dǎo)航系統(tǒng)、左雙目攝像機(jī)(27)、右雙目攝像機(jī)(19)、用于控制左大機(jī)械臂(5)和右大機(jī)械臂(2)動(dòng)作的大機(jī)械臂控制系統(tǒng)、用于控制左小機(jī)械臂(6)和左末端執(zhí)行器(7)動(dòng)作的左末端執(zhí)行器控制系統(tǒng)、用于控制右小機(jī)械臂(3)和右末端執(zhí)行器(4)動(dòng)作的右末端執(zhí)行器控制系統(tǒng)、移動(dòng)平臺(tái)控制器、移動(dòng)平臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、移動(dòng)平臺(tái)伺服電機(jī)、移動(dòng)平臺(tái)伺服電機(jī)編碼器、果籃控制器、果籃電機(jī)驅(qū)動(dòng)器和果籃旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)；所述左雙目攝像機(jī)(27)和右雙目攝像機(jī)(19)分別固定在橫桿(17)上；左雙目攝像機(jī)(27)和右雙目攝像機(jī)(19)的輸出端分別通過(guò)電纜與工控機(jī)(25)相連；移動(dòng)平臺(tái)控制器連接工控機(jī)(25)，移動(dòng)平臺(tái)控制器的輸出端連接移動(dòng)平臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端，移動(dòng)平臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端連接移動(dòng)平臺(tái)伺服電機(jī)的輸入端，移動(dòng)平臺(tái)伺服電機(jī)編碼器的輸出端連接移動(dòng)平臺(tái)控制器的輸入端；果籃控制器連接工控機(jī)(25)，果籃控制器的輸出端連接果籃電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端，果籃電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端連接果籃旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)的輸入端，果籃旋轉(zhuǎn)伺服電機(jī)驅(qū)動(dòng)果籃旋轉(zhuǎn)。
2.如權(quán)利要求1所述的雙臂水果采摘機(jī)器人，其特征在于，所述大機(jī)械臂控制系統(tǒng)，包括運(yùn)動(dòng)控制器、左大機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和右大機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)；左大機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)和右大機(jī)械臂驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相同，均包括滑臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、滑臺(tái)伺服電機(jī)、滑臺(tái)伺服電機(jī)編碼器、旋轉(zhuǎn)基座電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、旋轉(zhuǎn)基座伺服電機(jī)、旋轉(zhuǎn)基座伺服電機(jī)編碼器、第一關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、第一關(guān)節(jié)伺服電機(jī)、第一關(guān)節(jié)伺服電機(jī)編碼器、第二關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、第二關(guān)節(jié)伺服電機(jī)、第二關(guān)節(jié)伺服電機(jī)編碼器、第三關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、第三關(guān)節(jié)伺服電機(jī)、第三關(guān)節(jié)伺服電機(jī)編碼器； 滑臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與運(yùn)動(dòng)控制器的輸出端相連，滑臺(tái)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與滑臺(tái)伺服電機(jī)的輸入端相連，滑臺(tái)伺服電機(jī)編碼器的輸出端與運(yùn)動(dòng)控制器的輸入端相連，運(yùn)動(dòng)控制器與工控機(jī)(25)相連； 旋轉(zhuǎn)基座電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與運(yùn)動(dòng)控制器的輸出端相連，旋轉(zhuǎn)基座電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與旋轉(zhuǎn)基座伺服電機(jī)的輸入端相連，旋轉(zhuǎn)基座伺服電機(jī)編碼器的輸出端與運(yùn)動(dòng)控制器的輸入端相連，運(yùn)動(dòng)控制器與工控機(jī)(25)相連； 第一關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與運(yùn)動(dòng)控制器的輸出端相連，第一關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與第一關(guān)節(jié)伺服電機(jī)的輸入端相連，第一關(guān)節(jié)伺服電機(jī)編碼器的輸出端與運(yùn)動(dòng)控制器的輸入端相連，運(yùn)動(dòng)控制器與工控機(jī)(25)相連； 第二關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與運(yùn)動(dòng)控制器的輸出端相連，第二關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與第二關(guān)節(jié)伺服電機(jī)的輸入端相連，第二關(guān)節(jié)伺服電機(jī)編碼器的輸出端與運(yùn)動(dòng)控制器的輸入端相連，運(yùn)動(dòng)控制器與工控機(jī)(25)相連； 第三關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與運(yùn)動(dòng)控制器的輸出端相連，第三關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與第三關(guān)節(jié)伺服電機(jī)的輸入端相連，第三關(guān)節(jié)伺服電機(jī)編碼器的輸出端與運(yùn)動(dòng)控制器的輸入端相連，運(yùn)動(dòng)控制器與工控機(jī)(25 )相連。
3.如權(quán)利要求1所述的雙臂水果采摘機(jī)器人，其特征在于，所述左末端執(zhí)行器控制系統(tǒng)和右末端執(zhí)行器控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)相同，均包括末端執(zhí)行器控制器、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)、回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)編碼器、上下直動(dòng)臂電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、上下直動(dòng)臂伺服電機(jī)、上下直動(dòng)臂伺服電機(jī)編碼器、前后直動(dòng)臂電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、前后直動(dòng)臂伺服電機(jī)、前后直動(dòng)臂伺服電機(jī)編碼器、不少于一個(gè)的上位置傳感器(40)、中位置傳感器(41)、下位置傳感器(42)、壓力傳感器(48)、推桿電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、推桿電機(jī)(38)、左剪切刀具電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、左剪切刀具電機(jī)(46)、右剪切刀具電機(jī)驅(qū)動(dòng)器、右剪切刀具電機(jī)(47)； 末端執(zhí)行器控制器連接工控機(jī)(25)，末端執(zhí)行器回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與末端執(zhí)行器控制器的輸出端相連，末端執(zhí)行器回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與末端執(zhí)行器回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)的輸入端相連，末端執(zhí)行器回轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)伺服電機(jī)編碼器的輸出端連接末端執(zhí)行器控制器的輸入端；末端執(zhí)行器上下直動(dòng)臂電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與末端執(zhí)行器控制器的輸出端相連，末端執(zhí)行器上下直動(dòng)臂電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與末端執(zhí)行器上下直動(dòng)臂伺服電機(jī)的輸入端相連，末端執(zhí)行器上下直動(dòng)臂伺服電機(jī)編碼器的輸出端連接末端執(zhí)行器控制器的輸入端；末端執(zhí)行器前后直動(dòng)臂電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與末端執(zhí)行器控制器的輸出端相連，末端執(zhí)行器前后直動(dòng)臂電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與末端執(zhí)行器前后直動(dòng)臂伺服電機(jī)的輸入端相連，末端執(zhí)行器前后直動(dòng)臂伺服電機(jī)編碼器的輸出端連接末端執(zhí)行器控制器的輸入端； 推桿電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端連接末端執(zhí)行器控制器的輸出端，推桿電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端連接推桿電機(jī)(38)，推桿主動(dòng)齒輪(31)安裝于推桿電機(jī)(38)軸上，推桿電機(jī)(38 )旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)推桿主動(dòng)齒輪(31)旋轉(zhuǎn)，推桿主動(dòng)齒輪(31)旋轉(zhuǎn)通過(guò)推桿從動(dòng)齒輪(32)驅(qū)動(dòng)推桿(37)朝向采摘杯切口(45)運(yùn)動(dòng)； 左剪 切刀具電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與末端執(zhí)行器控制器的輸出端相連，左剪切刀具電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與左剪切刀具電機(jī)的輸入端相連；右剪切刀具電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸入端與末端執(zhí)行器控制器的輸出端相連，右剪切刀具電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的輸出端與右剪切刀具電機(jī)的輸入端相連； 所述上位置傳感器(40)、中位置傳感器(41)和下位置傳感器(42)分別安裝在采摘杯(49)的側(cè)壁上，上位置傳感器(40)、中位置傳感器(41)和下位置傳感器(42)的輸出端分別通過(guò)電纜與末端執(zhí)行器控制器相連；壓力傳感器(48)安裝在位于采摘杯側(cè)的推桿(37)的前端，壓力傳感器(48 )通過(guò)電纜與末端執(zhí)行器控制器相連。
4.如權(quán)利要求3所述的雙臂水果采摘機(jī)器人，其特征在于，所述上位置傳感器的數(shù)量為二 ；所述兩個(gè)上位置傳感器同水平面安裝在采摘杯的側(cè)壁上；所述上位置傳感器位于采摘杯上的切槽(39)的下方。
5.如權(quán)利要求1所述的雙臂水果采摘機(jī)器人，其特征在于，所述緩沖片(24)設(shè)置在位于采摘杯(22)—側(cè)的果實(shí)回收管(23)內(nèi)。
6.一種利用如權(quán)利要求1至權(quán)利要求5任一項(xiàng)所述的雙臂水果采摘機(jī)器人進(jìn)行水果采摘的方法，其特征在于:所述由左大機(jī)械臂(5)、左小機(jī)械臂(6)、左末端執(zhí)行器(7)、左雙目攝像機(jī)(27 )組成的左采摘部件和由右大機(jī)械臂(2 )、右小機(jī)械臂(3 )、右末端執(zhí)行器(4 )、右雙目攝像機(jī)(19)組成的右采摘部件的水果采摘方法的步驟相同；其中左采摘部件的采摘方法包括以下步驟: I)左大機(jī)械臂(5)復(fù)位到初始位置； 2)左雙目攝像機(jī)(27 )采集果樹(shù)圖像，并將圖像傳輸給工控機(jī)(25 ); 3)工控機(jī)(25)對(duì)果樹(shù)圖像進(jìn)行處理，完成果實(shí)識(shí)別與定位，計(jì)算各果實(shí)在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值Pi (Xi, Yi, Zi)； 4)根據(jù)步驟3中各果實(shí)在世界坐標(biāo)系下的坐標(biāo)值確定左大機(jī)械臂(5)各采摘點(diǎn)及各采摘點(diǎn)所屬果實(shí)；確定方法如下: 設(shè)左末端執(zhí)行器(7)內(nèi)的上下直動(dòng)臂長(zhǎng)度為a，前后直動(dòng)臂長(zhǎng)度為b，Ymax、Ymin分別為各果實(shí)Y坐標(biāo)的最大值和最小值，取、? _} +1)的整數(shù)z，則機(jī)械臂采摘點(diǎn)數(shù)k=z ； 左大機(jī)械臂(5)第一米摘點(diǎn)位置坐標(biāo)為C1 [O, (Ymin-ah), (Zmax-Pb)],其中h為果實(shí)最大高度，Zmax為各果實(shí)Z坐標(biāo)的最大值，系數(shù)α >0，β >0 ;左大機(jī)械臂(5)第二采摘點(diǎn)位置坐標(biāo)為c2[0, (Ymin+a-ah), (Zmax-Pb)],左大機(jī)械臂(5)第j采摘點(diǎn)位置坐標(biāo)為(:」[(),(Ymin+(j_l)a_ α h)，(Zmax- β b) ] ο根據(jù)各果實(shí)Y坐標(biāo)值確定左大機(jī)械臂(5)各采摘點(diǎn)果實(shí)；若Y1-YmiJa,則該果實(shí)屬于第一米摘點(diǎn)，若a ( Y1-YminUa,則該果實(shí)屬于第二米摘點(diǎn)，若2a ( Y1-YminOa,則該果實(shí)屬于第三采摘點(diǎn)，以此類(lèi)推； 5)左大機(jī)械臂(5)旋轉(zhuǎn)至第一采摘點(diǎn)，左小機(jī)械臂(6)與左末端執(zhí)行器(7)進(jìn)行采摘； 6)第一采摘點(diǎn)的果實(shí)采摘完畢后，左大機(jī)械臂(5)旋至下一采摘點(diǎn)，重復(fù)步驟5)中采摘過(guò)程進(jìn)行該采摘點(diǎn)果實(shí)采摘； 7)當(dāng)完成所有采摘點(diǎn)果實(shí)采摘后，左大機(jī)械臂(5)返回初始位置；
7.如權(quán)利要求6所述的水果采摘方法，其特征在于:所述步驟5)中的左小機(jī)械臂(6)與左末端執(zhí)行器(7)進(jìn)行采摘的步驟為: O取該采摘點(diǎn)各果實(shí)坐標(biāo)值，按照自下而上的原則取捷徑確定果實(shí)采摘順序、規(guī)劃采摘路徑； 2)計(jì)算左小機(jī)械臂(6)電機(jī)運(yùn)行參數(shù)，啟動(dòng)左小機(jī)械臂與左末端執(zhí)行器(7)進(jìn)行果實(shí)米摘； 3)左小機(jī)械臂(6)與左末端執(zhí)行器(7)采摘果實(shí)時(shí)采摘杯自下而上套獲果實(shí)，上位置傳感器和中位置傳感器檢測(cè)確認(rèn)果實(shí)進(jìn)入采摘杯； 4)當(dāng)上位置傳感器中有一個(gè)或兩個(gè)傳感器失去果實(shí)檢測(cè)信號(hào)時(shí)，確定果實(shí)果梗處于左剪切刀具和右剪切刀具 工作位置，推桿向前推動(dòng)擠壓固定果實(shí)，壓力傳感器檢測(cè)推桿擠壓果實(shí)力的大小，壓力足以使果實(shí)固定而又不損壞果實(shí)；左剪切刀具和右剪切刀具分別在左剪切刀具電機(jī)和右剪切刀具電機(jī)作用下旋轉(zhuǎn)，切斷果梗，推桿向后運(yùn)動(dòng)，松開(kāi)果實(shí)，果實(shí)自動(dòng)落入果實(shí)回收管，并在重力作用下滾落入果籃，下位置傳感器檢測(cè)確認(rèn)果實(shí)從采摘杯落入果實(shí)回收管，完成一個(gè)果實(shí)的采摘、回收； 5)進(jìn)行下一個(gè)果實(shí)采摘。
【文檔編號(hào)】A01D46/30GK103947380SQ201410159419
【公開(kāi)日】2014年7月30日 申請(qǐng)日期:2014年4月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月18日
【發(fā)明者】李國(guó)利, 王芳, 姬長(zhǎng)英, 吳敏, 陸濤 申請(qǐng)人:金陵科技學(xué)院