一种智能水果采摘机器人的制作方法

本实用新型涉及一种智能水果采摘机器人，属于农业机器设备技术领域。

背景技术：

近年来，随着人口的老龄化和农业劳动力的减少，农业生产成本也相应提高。水果采摘作为农产品采收的一个重要环节。但目前市场上出现的果实采摘机器人技术尚未成熟，部分还在研发阶段。且只能够简单的实现对果实的采摘，采摘范围面积较小，且不具备分拣、装箱及运输于一体的功能。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种智能水果采摘机器人，解决了水果采摘、分拣、装箱及运输的问题，极大地提高了果园工作效率，减少了采摘过程中对果实的损伤，节约大量的人力物力，本实用新型全程智能化完成，符合农业机器设备技术的发展要求。

本实用新型的技术方案是：一种智能水果采摘机器人，包括行走装置、分拣装置、装箱机械臂、采摘机械臂、微处理器控制系统；所述行走装置采用履带式行走装置，对不同的果园采摘环境具有较强的适应性，所述分拣装置安装于行走装置的车板上，所述装箱机械臂、采摘机械臂安装于分拣装置两侧的滑轨内，所述行走装置、分拣装置、装箱机械臂、采摘机械臂均与微处理器控制系统相连接。

所述行走装置包括履带机构、底座箱体固定板、底座箱体、履带电机、皮带ⅰ、传动轴ⅰ、固定轴、顶部连接轴、传动轴ⅱ、皮带ⅱ、皮带轮ⅰ、连接轴、皮带轮ⅱ；所述对称分布的两个履带机构下部通过前后两个连接轴相连接，上部通过顶部连接轴相连接，所述对称分布的两个底座箱体固定板的上中下三个部分分别被顶部连接轴、前后两个固定轴、前后两个连接轴穿过并固定于对称分布的两个履带机构的内侧，所述底座箱体安装于对称分布的两个底座箱体固定板上，所述履带电机安装于底座箱体内且其传动轴与皮带轮ⅰ连接，所述传动轴ⅱ穿过底座箱体固定板，且其两端均安装有皮带轮ⅰ，所述皮带ⅱ与皮带轮ⅰ相配合，所述传动轴ⅰ穿过皮带轮ⅱ，所述皮带ⅰ与皮带轮ⅰ、皮带轮ⅱ相配合。

所述履带机构包括履带、履带小滚轮、减震弹簧、减震弹簧固定轴、减震弹簧固定支架、连接板ⅰ、履带传动轮、y型连接板、连接轴固定板、履带轮连接板、连接板ⅱ、工字型连接板、履带大滚轮；所述履带内部的卡槽安装有履带小滚轮、履带传动轮、履带大滚轮，所述安装于履带顶部的履带小滚轮被顶部连接轴穿过，所述安装于履带后部的履带大滚轮及履带小滚轮与工字型连接板相连接，所述连接板ⅱ右端的轴穿过工字型连接板中部的孔，其左端孔与y型连接板、连接轴固定板的孔均被连接轴穿过，所述两个y型连接板交叉固定连接，所述减震弹簧固定支架内部安装有减震弹簧，其两侧通过减震弹簧固定轴与两个y型连接板上部相连接，所述两个履带轮连接板焊接于两个y型连接板的下部，其两端上的轴安装有履带小滚轮，所述连接板ⅰ、y型连接板的一端孔均被连接轴穿过，所述连接板ⅰ的另一端与所述履带传动轮安装于履带前部，均被传动轴ⅰ穿过。所述履带电机通过皮带ⅱ、皮带ⅰ将动力传递至传动轴ⅰ并带动履带传动轮转动，从而实现履带的运动。

所述分拣装置包括软管、分拣筛盘、筛片、筛片电机轴、出箱传送带、出箱支架、出箱电机轴、出箱滚轮、果箱、入箱电机轴、入箱滚轮、入箱支架、入箱传送带、果箱盒、机械臂滑槽、分拣装置工作台；所述分拣装置工作台安装于底座箱体上部，所述对称分布的机械臂滑槽焊接于分拣装置工作台的两侧，所述出箱支架、入箱支架、分拣筛盘焊接于分拣装置工作台上，所述出箱电机轴、出箱滚轮两端固定在出箱支架上，所述出箱传送带与出箱电机轴、出箱滚轮相配合，所述入箱电机轴、入箱滚轮两端固定在入箱支架上，所述入箱传送带与入箱电机轴、入箱滚轮相配合，所述分拣筛盘上部挡板被软管穿过，所述筛片电机轴放置于分拣筛盘中部开设的电机轴孔内，所述筛片与筛片电机轴相连接并放置于分拣筛盘内。水果经过筛片筛选并放置于果箱内，所述装满水果的果箱通过装箱机械臂可放置于果箱盒内。

所述装箱机械臂包括吸盘装置、装箱机械手电机、装箱机械手、活动关节电机、机械臂活动关节、装箱小臂、小臂连接转向、装箱大臂、装箱大臂传送箱、装箱滑道块、传送箱电机、小臂转向电机；所述装箱滑道块下部安装于机械臂滑槽内，其上部与装箱大臂传送箱相连接，所述传送箱电机安装于装箱大臂传送箱开设的电机槽内，所述装箱大臂一端与装箱大臂传送箱相连接，另一端与小臂转向电机连接，所述小臂连接转向一端与小臂转向电机连接，另一端与装箱小臂连接，所述机械臂活动关节一端固定于装箱小臂上，另一端与活动关节电机、装箱机械手一端相连接，所述装箱机械手另一端分别与吸盘装置、装箱机械手电机连接。

所述采摘机械臂包括剪切机构、外架套、直通管、小臂通管装置、大臂、大臂转座、滑块电机、底座、采摘机械臂滑块；所述采摘机械臂滑块下部安装于机械臂滑槽内，其上部与底座固定，所述底座上部安装有大臂转座、滑块电机，所述大臂转座与大臂的一端连接，所述大臂的另一端与小臂通管装置连接，所述小臂通管装置左右两侧连接有软管、直通管，所述外架套固定在直通管的一端，所述剪切机构与外架套焊接。

所述剪切机构包括剪切电机、剪切固定支架、剪刀固定板、双向卡槽、螺钉ⅰ、螺钉ⅱ、螺钉ⅲ、中间活动板、刀尖、刀柄、中间传动杆、传动杆固定轴；所述剪切固定支架焊接于外架套上，所述剪切电机固定于剪切固定支架上，其上的轴与中间传动杆相连接，所述剪刀固定板一端固定于剪切固定支架上，另一端通过螺钉ⅱ与两个中间活动板的一端连接，所述两个中间活动板的另一端通过螺钉ⅲ分别与刀柄连接，所述刀柄的一端与刀尖焊接，另一端通过螺钉ⅰ与双向卡槽连接，所述双向卡槽的中部通过传动杆固定轴与中间传动杆相连接。

所述小臂通管装置包括三通管、小臂卡盘、销ⅰ、采摘小臂电机、采摘传动轴、销ⅱ；所述采摘小臂电机固定于大臂内，所述采摘传动轴顶端与小臂卡盘固定，所述小臂卡盘通过销ⅰ、销ⅱ分别与三通管、大臂固定，所述三通管左右两侧分别与软管、直通管连接。

所述大臂转座包括旋转底座、大臂卡盘、大臂传动轴、封油盘、大臂传动箱盖、小端盖、大臂电机；所述小端盖下表面与底座固定，上表面与滑块电机固定，所述旋转底座安装于底座上，其上部安装有大臂转座，所述大臂转座内开设的孔安装有封油盘、大臂传动轴、大臂卡盘，其一侧与大臂传动箱盖固定，所述大臂电机固定于旋转底座上。

本实用新型的有益效果是：

（1）本实用新型具有采摘、分拣、装箱、运输于一体的功能，果园工作由机器人来完成。

（2）本实用新型避免了大批量采摘造成的浪费，提高果农效益。

（3）本实用新型多机械臂协同工作，工作效率高。

（4）本实用新型将现代先进的图像识别技术与智能控制系统融合，实现更好的人机交互。

附图说明

图1是本实用新型整体结构示意图；

图2是本实用新型行走装置整体结构示意图；

图3是本实用新型行走装置局部结构示意图；

图4是本实用新型履带机构结构示意图；

图5是本实用新型分拣装置整体结构示意图

图6是本实用新型分拣装置安装结构示意图；

图7是本实用新型装箱机械臂整体结构示意图；

图8是本实用新型采摘机械臂整体结构示意图；

图9是本实用新型剪切机构整体结构示意图；

图10是本实用新型剪切机构局部结构示意图；

图11是本实用新型小臂通管装置整体结构示意图；

图12是本实用新型大臂转座安装结构示意图。

图中：1：行走装置，1-1：履带机构，1-1-1：履带，1-1-2：履带小滚轮，1-1-3：减震弹簧，1-1-4：减震弹簧固定轴，1-1-5：减震弹簧固定支架，1-1-6：连接板ⅰ，1-1-7：履带传动轮，1-1-8：y型连接板，1-1-9：连接轴固定板，1-1-10：履带轮连接板，1-1-11：连接板ⅱ，1-1-12：工字型连接板，1-1-13：履带大滚轮，1-2：底座箱体固定板，1-3：底座箱体，1-4：履带电机，1-5：皮带ⅰ，1-6：传动轴ⅰ，1-7：固定轴，1-8：顶部连接轴，1-9：传动轴ⅱ，1-10：皮带ⅱ，1-11：皮带轮ⅰ，1-12：连接轴，1-13：皮带轮ⅱ，2：分拣装置，2-1：软管，2-2：分拣筛盘，2-3：筛片，2-4：筛片电机轴，2-5：出箱传送带，2-6：出箱支架，2-7：出箱电机轴，2-8：出箱滚轮，2-9：果箱，2-10：入箱电机轴，2-11：入箱滚轮，2-12：入箱支架，2-13：入箱传送带，2-14：水果，2-15：果箱盒，2-16：机械臂滑槽，2-17：分拣装置工作台，3：装箱机械臂，3-1：吸盘装置，3-2：装箱机械手电机，3-3：装箱机械手，3-4：活动关节电机，3-5：械臂活动关节，3-6：装箱小臂，3-7：小臂连接转向，3-8：装箱大臂，3-9：装箱大臂传送箱，3-10：装箱滑道块，3-11：传送箱电机，3-12：小臂转向电机，4：采摘机械臂，4-1：剪切机构，4-1-1：剪切电机，4-1-2：剪切固定架，4-1-3：剪刀固定板，4-1-4：双向卡槽，4-1-5：螺钉ⅰ，4-1-6：螺钉ⅱ，4-1-7：螺钉ⅲ，4-1-8：中间活动板，4-1-9：刀尖，4-1-10：刀柄，4-1-11：中间传动杆，4-1-12：传动杆固定轴，4-2：外架套，4-3：直通管，4-4：小臂痛管装置，4-4-1：三通管，4-4-2：小臂卡盘，4-4-3：销ⅰ，4-4-4：采摘小臂电机，4-4-5：采摘传动轴，4-4-6：销ⅱ，4-5：大臂，4-6：大臂转座，4-6-1：旋转底座，4-6-4：封油盘，4-6-5：大臂传动箱盖，4-6-6：箱盖，4-6-7：大臂电机，4-7：滑块电机，4-8：底座，4-9：采摘机械滑块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式，对本实用新型作进一步说明。

实施例1：如图1~12所示，一种智能水果采摘机器人，包括行走装置1、分拣装置2、装箱机械臂3、采摘机械臂4、微处理器控制系统；所述行走装置1采用履带式行走装置，对不同的果园采摘环境具有较强的适应性，所述分拣装置2安装于行走装置1的车板上，所述装箱机械臂3、采摘机械臂4安装于分拣装置2两侧的滑轨内，各部分均与微处理器控制系统相连接。

所述行走装置1包括履带机构1-1、底座箱体固定板1-2、底座箱体1-3、履带电机1-4、皮带ⅰ1-5、传动轴ⅰ1-6、固定轴1-7、顶部连接轴1-8、传动轴ⅱ1-9、皮带ⅱ1-10、皮带轮ⅰ1-11、连接轴1-12、皮带轮ⅱ1-13；所述对称分布的两个履带机构1-1下部通过前后两个连接轴1-12相连接，上部通过顶部连接轴1-8相连接，所述对称分布的两个底座箱体固定板1-2的上中下三个部分分别被顶部连接轴1-8、前后两个固定轴1-7、前后两个连接轴1-12穿过并固定于对称分布的两个履带机构1-1的内侧，所述底座箱体1-3安装于对称分布的两个底座箱体固定板1-2上，所述履带电机1-4安装于底座箱体1-3内且其传动轴与皮带轮ⅰ1-11连接，所述传动轴ⅱ1-9穿过底座箱体固定板1-2，且其两端均安装有皮带轮ⅰ1-11，所述皮带ⅱ1-10与皮带轮ⅰ1-11相配合，所述传动轴ⅰ1-6穿过皮带轮ⅱ1-13，所述皮带ⅰ1-5与皮带轮ⅰ1-11、皮带轮ⅱ1-13相配合。

所述履带机构1-1包括履带1-1-1、履带小滚轮1-1-2、减震弹簧1-1-3、减震弹簧固定轴1-1-4、减震弹簧固定支架1-1-5、连接板ⅰ1-1-6、履带传动轮1-1-7、y型连接板1-1-8、连接轴固定板1-1-9、履带轮连接板1-1-10、连接板ⅱ1-1-11、工字型连接板1-1-12、履带大滚轮1-1-13；所述履带1-1-1内部的卡槽安装有履带小滚轮1-1-2、履带传动轮1-1-7、履带大滚轮1-1-13，所述安装于履带顶部的履带小滚轮1-1-2被顶部连接轴1-8穿过，所述安装于履带后部的履带大滚轮1-1-13及履带小滚轮1-1-2与工字型连接板1-1-12相连接，所述连接板ⅱ1-1-11右端的轴穿过工字型连接板1-1-12中部的孔，其左端孔与y型连接板1-1-8、连接轴固定板1-1-9的孔均被连接轴1-12穿过，所述两个y型连接板1-1-8交叉固定连接，所述减震弹簧固定支架1-1-5内部安装有减震弹簧1-1-3，其两侧通过减震弹簧固定轴1-1-4与两个y型连接板1-1-8上部相连接，所述两个履带轮连接板1-1-10焊接于两个y型连接板1-1-8的下部，其两端上的轴安装有履带小滚轮1-1-2，所述连接板ⅰ1-1-6、y型连接板1-1-8的一端孔均被连接轴1-12穿过，所述连接板ⅰ1-1-6的另一端与所述履带传动轮1-1-7安装于履带前部，均被传动轴ⅰ1-6穿过。所述履带电机1-4通过皮带ⅱ1-10、皮带ⅰ1-5将动力传递至传动轴ⅰ1-6并带动履带传动轮1-1-7转动，从而实现履带的运动。

所述分拣装置2包括软管2-1、分拣筛盘2-2、筛片2-3、筛片电机轴2-4、出箱传送带2-5、出箱支架2-6、出箱电机轴2-7、出箱滚轮2-8、果箱2-9、入箱电机轴2-10、入箱滚轮2-11、入箱支架2-12、入箱传送带2-13、果箱盒2-15、机械臂滑槽2-16、分拣装置工作台2-17；所述分拣装置工作台2-17安装于底座箱体1-3上部，所述对称分布的机械臂滑槽2-16焊接于分拣装置工作台2-17的两侧，所述出箱支架2-6、入箱支架2-12、分拣筛盘2-2焊接于分拣装置工作台2-17上，所述出箱电机轴2-7、出箱滚轮2-8两端固定在出箱支架2-6上，所述出箱传送带2-5与出箱电机轴2-7、出箱滚轮2-8相配合，所述入箱电机轴2-10、入箱滚轮2-11两端固定在入箱支架2-12上，所述入箱传送带2-13与入箱电机轴2-10、入箱滚轮2-11相配合，所述分拣筛盘2-2上部挡板被软管2-1穿过，所述筛片电机轴2-4放置于分拣筛盘2-2中部开设的电机轴孔内，所述筛片2-3与筛片电机轴2-4相连接并放置于分拣筛盘2-2内。水果2-14经过筛片2-3筛选并放置于果箱2-9内，所述装满水果2-14的果箱2-9通过装箱机械臂3可放置于果箱盒2-15内。

所述装箱机械臂3包括吸盘装置3-1、装箱机械手电机3-2、装箱机械手3-3、活动关节电机3-4、机械臂活动关节3-5、装箱小臂3-6、小臂连接转向3-7、装箱大臂3-8、装箱大臂传送箱3-9、装箱滑道块3-10、传送箱电机3-11、小臂转向电机3-12；所述装箱滑道块3-10下部安装于机械臂滑槽2-16内，其上部与装箱大臂传送箱3-9相连接，所述传送箱电机3-11安装于装箱大臂传送箱3-9开设的电机槽内，所述装箱大臂3-8一端与装箱大臂传送箱3-9相连接，另一端与小臂转向电机3-12连接，所述小臂连接转向3-7一端与小臂转向电机3-12连接，另一端与装箱小臂3-6连接，所述机械臂活动关节3-5一端固定于装箱小臂3-6上，另一端与活动关节电机3-4、装箱机械手3-3一端相连接，所述装箱机械手3-3另一端分别与吸盘装置3-1、装箱机械手电机3-2连接。

所述采摘机械臂4包括剪切机构4-1、外架套4-2、直通管4-3、小臂通管装置4-4、大臂4-5、大臂转座4-6、滑块电机4-7、底座4-8、采摘机械臂滑块4-9；所述采摘机械臂滑块4-9下部安装于机械臂滑槽2-16内，其上部与底座4-8固定，所述底座4-8上部安装有大臂转座4-6、滑块电机4-7，所述大臂转座4-6与大臂4-5的一端连接，所述大臂4-5的另一端与小臂通管装置4-4连接，所述小臂通管装置4-4左右两侧连接有软管2-1、直通管4-3，所述外架套4-2固定在直通管4-3的一端，所述剪切机构4-1与外架套4-2焊接。

所述剪切机构4-1包括剪切电机4-1-1、剪切固定支架4-1-2、剪刀固定板4-1-3、双向卡槽4-1-4、螺钉ⅰ4-1-5、螺钉ⅱ4-1-6、螺钉ⅲ4-1-7、中间活动板4-1-8、刀尖4-1-9、刀柄4-1-10、中间传动杆4-1-11、传动杆固定轴4-1-12；所述剪切固定支架4-1-2焊接于外架套4-2上，所述剪切电机4-1-1固定于剪切固定支架4-1-2上，其上的轴与中间传动杆4-1-11相连接，所述剪刀固定板4-1-3一端固定于剪切固定支架4-1-2上，另一端通过螺钉ⅱ4-1-6与两个中间活动板4-1-8的一端连接，所述两个中间活动板4-1-8的另一端通过螺钉ⅲ4-1-7分别与刀柄4-1-10连接，所述刀柄4-1-10的一端与刀尖4-1-9焊接，另一端通过螺钉ⅰ4-1-5与双向卡槽4-1-4连接，所述双向卡槽4-1-4的中部通过传动杆固定轴4-1-12与中间传动杆4-1-11相连接。

所述小臂通管装置4-4包括三通管4-4-1、小臂卡盘4-4-2、销ⅰ4-4-3、采摘小臂电机4-4-4、采摘传动轴4-4-5、销ⅱ4-4-6；所述采摘小臂电机4-4-4固定于大臂4-5内，所述采摘传动轴4-4-5顶端与小臂卡盘4-4-2固定，所述小臂卡盘4-4-2通过销ⅰ4-4-3、销ⅱ4-4-6分别与三通管4-4-1、大臂4-5固定，所述三通管4-4-1左右两侧分别与软管2-1、直通管4-3连接。

所述大臂转座4-6包括旋转底座4-6-1、大臂卡盘4-6-2、大臂传动轴4-6-3、封油盘4-6-4、大臂传动箱盖4-6-5、小端盖4-6-6、大臂电机4-6-7；所述小端盖4-6-6下表面与底座4-8固定，上表面与滑块电机4-7固定，所述旋转底座4-6-1安装于底座4-8上，其上部安装有大臂转座4-6，所述大臂转座4-6内开设的孔安装有封油盘4-6-4、大臂传动轴4-6-3、大臂卡盘4-6-2，其一侧与大臂传动箱盖4-6-5固定，所述大臂电机4-6-7固定于旋转底座4-6-1上。

本实用新型的工作过程如下：

水果采摘机器人利用两个双履带机构1-1、底座箱体1-3、履带电机1-4可实现在不同环境下行走，履带机构1-1包括履带1-1-1、履带小滚轮1-1-2、减震弹簧1-1-3、减震弹簧固定支架1-1-5、y型连接板1-1-8等部件，两个y型连接板1-1-8之间有减震弹簧1-1-3，具有减震作用。通过履带小滚轮1-1-2、连接板ⅰ1-1-6、履带传动轮1-1-7、y型连接板1-1-8、工字型连接板1-1-12、履带大滚轮1-1-13的装配关系实现对履带的支撑，履带电机1-4通过皮带ⅱ1-10、皮带轮ⅰ1-11将动力传递至传动轴ⅱ1-9，传动轴ⅱ1-9通过皮带轮ⅰ1-11、皮带ⅰ1-5将动力传递至传动轴ⅰ1-6，使传动轴ⅰ1-6转动并带动左右两侧履带机构1-1内的履带传动轮1-1-7转动，从而实现双履带的行走。通过微处理控制系统的图像信息处理系统寻找到最佳采摘位置时，采摘机械臂4通过其上的视觉传感器判断水果2-14的位置后微处理控制系统控制滑块电机4-7工作并带动采摘机械臂滑块4-9在机械臂滑槽2-16滑动至最佳采摘位置，通过采摘小臂电机4-4-4、大臂电机4-6-7的工作实现采摘机械臂的三轴联动，使剪切机构4-1对准需要被采摘的水果2-14，此时微处理控制系统控制剪切电机4-1-1工作，通过中间活动板4-1-8、刀柄4-1-10、中间传动杆4-1-11的相互运动关系实现刀尖4-1-9对水果2-14上的枝杆进行剪切，水果2-14顺着直通管4-3、三通管4-4-1、软管2-1滑入分拣筛盘2-2内，接着筛片电机轴2-4带动筛片2-3转动使不同规格的水果2-14落入分拣筛盘2-2开设的不同尺寸的孔内，果箱2-9通过人工放置于左右对称的入箱传送带2-13上，经由入箱电机轴2-10、入箱滚轮2-11工作运输至分拣筛盘2-2下指定位置时，相同规格的水果2-14装入相对应的果箱2-9内，装有水果2-14的果箱2-9通过出箱传送带2-5运输出来，装箱机械臂3通过其上的视觉传感器判断装有水果2-14的果箱2-9的位置后微处理控制系统控制传送箱电机3-11工作并带动装箱滑道块3-10在机械臂滑槽2-16滑动至最佳位置时，通过活动关节电机3-4、装箱大臂传送箱3-9、小臂转向电机3-12的工作实现机械臂四轴联动，使吸盘装置3-1运动至装有水果2-14的果箱2-9的上方，通过装箱机械手电机3-2的工作使吸盘装置3-1旋转至最佳吸附位置，从而实现对装有水果2-14的果箱2-9的精准吸附后并将其放入果箱盒2-15内，至此，对水果实现采摘、分拣、装箱、运输一体化。

以上结合附图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。