[发明专利]一种水果采摘机器人及其采摘方法

权利要求书

1.一种水果采摘机器人，包括移动平台、机械臂和末端执行器，其中，所述移动平台上设有水平旋转台，水平旋转台上固定连接所述机械臂，机械臂的末端连接所述末端执行器，其特征在于，还包括：

第一视觉识别装置，设置在所述移动平台上，用于识别水果位置和水果的大小；

所述末端执行器包括：第一卡爪连架、第二卡爪连架、两个相向布置的主卡爪、以及设置在两个主卡爪中间正上方的一个用于对水果进行二次抱紧的辅助卡爪；

其中，所述第一卡爪连架的后端、辅助卡爪的末端以及第二卡爪连架三者之间通过销钉连接；

第一卡爪连架前部的左、右两侧对称铰接两个所述主卡爪，第一卡爪连架的内部设有滑槽，滑槽内滑动设置有一滑杆，

第一驱动单元与滑杆的一端驱动连接，滑杆另一端伸出第一卡爪连架前端后通过一平面连杆机构与两个主卡爪传动连接；

所述辅助卡爪上设有供果梗穿过的果梗通槽，果梗通槽的槽尾部设有果梗切断槽，果梗切断槽内设有果梗切断机构，所述果梗切断机构包括：

一滑块，滑块上连接有用于对果梗进行切断的刀片；

第二驱动单元，与所述滑块驱动连接，用于驱动滑块在果梗切断槽内来回移动，从而带动刀片将果梗切断；

第二视觉识别装置，设置在所述辅助卡爪上，用于识别果梗相对果梗切断槽的位置；

压力传感器，设置在末端执行器上，用于检测末端执行器与被采摘水果之间的抱紧力；

所述机械臂包括：第一连接臂、第二连接臂以及第三连接臂，第一连接臂的一端与水平旋转台固定连接，第一连接臂和第二连接臂之间、以及第二连接臂和第三连接臂之间均通过舵机单元相连，所述第三连接臂为伸缩臂，伸缩臂的固定部分通过舵机单元与第二连接臂连接，伸缩臂的活动部分与末端执行器连接；

所述第三连接臂上活动部分的末端通过转动副与末端执行器上的第二卡爪连架连接；

控制模块，与所述行走机构、水平旋转台、舵机单元、转动副、第一视觉识别装置、第二视觉识别装置、第一驱动单元以及第二驱动单元信号连接。

2.根据权利要求1所述的水果采摘机器人，其特征在于，所述第一视觉识别装置包括并列设置在移动平台上的两根竖向伸缩杆，每根所述竖向伸缩杆的顶部设有一个第一CCD摄像头；所述第二视觉识别装置包括固定设置在所述辅助卡爪上临近所述果梗通槽处的一个第二CCD摄像头。

3.根据权利要求1所述的水果采摘机器人，其特征在于，所述第一驱动单元为液压驱动单元，液压驱动单元的伸缩轴与所述滑杆一端固定连接；

所述第二驱动单元包括电机和蜗轮蜗杆机构，其中，蜗杆的两端旋转支撑在辅助卡爪上位于果梗切断槽的两侧，电机驱动蜗杆在果梗切断槽内自转，所述涡轮固定连接在滑块的尾端，蜗杆和涡轮传动，带动整个滑块在果梗切断槽内沿蜗杆轴向来回移动。

4.根据权利要求1所述的水果采摘机器人，其特征在于，所述滑块中设有供上述刀片插接的刀片插槽，刀片的一端插入所述刀片插槽后通过销钉与滑块连接。

5.根据权利要求1所述的水果采摘机器人，其特征在于，所述移动平台包括底部行走机构和支撑平台，所述底部行走机构为履带式行走机构。

6.根据权利要求1所述的水果采摘机器人，其特征在于，所述移动平台上位于水平旋转台的两侧分别设有一个水果收纳箱。

7.根据权利要求1所述的水果采摘机器人，其特征在于，所述主卡爪、辅助卡爪与水果相接触的部分设有软垫层。

8.根据权利要求1所述的水果采摘机器人，其特征在于，所述辅助卡爪包括辅助卡爪本体以及设置辅助卡爪本体前端的辅助卡爪次爪，所述辅助卡爪次爪与辅助卡爪本体之间铰接。

9.一种基于权利要求1～8中任一所述水果采摘机器人的采摘方法，其特征在于，

作业前，机器人通过第一视觉识别装置采集水果的位置及长势，机械臂和末端执行器之间通过转动副调节好位姿以便采摘；同时末端执行器上相向设置的两个主卡爪张开至最大状态，防止在捕捉水果时主卡爪与水果相撞造成损伤；

通过第一驱动单元驱动滑杆，滑杆带动平面连杆机构以调节两个主卡爪所围成形状的大小，确保水果在采摘时能被抱住；

第二视觉捕捉装置进行精确捕捉果梗的三维坐标，末端执行器通过第二视觉捕捉装置反馈的三维坐标精准的运动使果梗进入果梗切断槽，此时主卡爪和辅助卡爪同时抱紧水果；

压力传感器监测抱紧力的大小并传输到控制器，当控制器检测力达到设定值时，控制器发送信号给第二驱动单元，第二驱动单元驱动滑块和刀片沿着果梗切断槽进行一次往复运动将果梗切断；

最后控制器计算路线并通过机械臂以及各舵机单元精准的将水果送至移动平台上的水果收纳箱中；

一次采摘结束后继续将第一视觉识别装置所识别的水果依次采摘，当采摘完后第一视觉识别装置通过竖向伸缩杆调节第一视觉识别装置的高度进一步采摘不同高度的水果，当一侧的水果全部采摘完后，水平旋转台逆时针转动180度，进行采摘另一侧的水果，同样的采摘结束后，通过移动平台底部的行走机构移动一定距离继续采摘，直到将全部水果采摘完。