智能农业水果采摘装置

专利摘要:
本实用新型涉及一种智能农业水果采摘装置，属于农业智能化设备，包括移动小车、机械臂、装载斗、传感器模块和控制电路；所述移动小车包括底盘，安装在底盘底部的车轮，与车轮连接的电机，四个电机分别与控制电路电连接；所述机械臂的一端固定安装在底盘的中间；所述装载斗安装在底盘的后部；所述机械夹与机械臂的自由端连接；所述传感器模块包括激光雷达和摄像头，所述激光雷达安装在底盘的前部，所述摄像头安装在机械臂的自由端处，所述激光雷达和摄像头分别与控制电路电连接。本实用新型能够实现自动避障、定位精确、协助农民采摘果实。
公开号:CN214338733U
申请号:CN202120332022.3U
申请日:2021-02-05
公开日:2021-10-08
发明作者:贺泽华；姚鹏；樊利；丁珠玉；彭代慧
申请人:Southwest University；
IPC主号:A01D46-30

专利说明:
[n0001] 本实用新型属于智能机器人技术领域，涉及一种智能农业水果采摘装置。
[n0002] 农业是国民经济的基础，然而，自古以来，传统手工农作是农民的主要生产方式。现在随着人民的生活水平逐渐提升，水果已成为人们生活中必不可少的食品。我国是农业大国，果蔬种植面积广大，品种繁多，对于现阶段的水果生产而言，大规模果园生产耗费了大量的人力资源，采摘成熟的果实便是其中最耗时费力的一个环节，其成本高、季节性强、劳动强度大，严重影响着农民的收入，特别是现在农村劳动力流失，给农民带来了极大的困扰。
[n0003] 因此，有必要开发一种智能农业水果采摘装置。
[n0004] 有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种能实现自动避障、定位精确、协助农民采摘果实的智能农业水果采摘装置。
[n0005] 为达到上述目的，本实用新型提供如下技术方案：
[n0006] 一种智能农业水果采摘装置，包括移动小车、机械臂、装载斗、传感器模块和控制电路；
[n0007] 所述移动小车包括底盘，安装在底盘底部的车轮，与车轮连接的电机，四个电机分别与控制电路电连接；
[n0008] 所述机械臂的一端固定安装在底盘的中间；
[n0009] 所述装载斗安装在底盘的后部；
[n0010] 所述机械夹与机械臂的自由端连接；
[n0011] 所述传感器模块包括激光雷达和摄像头，所述激光雷达安装在底盘的前部，所述摄像头安装在机械臂的自由端处，所述激光雷达和摄像头分别与控制电路电连接。
[n0012] 可选地，所述控制电路包括微控制器、蓝牙模块、舵机驱动模块、电机驱动模块和电源模块；
[n0013] 所述蓝牙模块、舵机驱动模块、电机驱动模块和电源模块分别与微控制器连接，所述微控制器根据激光雷达和摄像头采集的外界环境信息控制移动小车的行进和控制所述机械臂进行采摘。
[n0014] 可选地，所述控制电路还包括显示模块，所述显示模块与微控制器电连接。
[n0015] 可选地，所述机械臂包括机械臂主体、云台舵机和支撑腿；
[n0016] 所述机械臂主体包括多节，在机械臂主体的各关节处分别设有驱动关节转动的关节舵机；
[n0017] 所述机械臂的下端通过云台舵机与支撑腿连接；
[n0018] 各关节舵机和云台舵机分别与控制电路电连接。
[n0019] 可选地，还包括支撑柱，所述支撑柱的下端固定在底盘的前端，所述激光雷达安装在支撑柱的上端上。
[n0020] 可选地，所述机械夹包括机械夹本体，以及用于驱动机械夹本体张开和抓取的采摘舵机，所述机械夹本体的根部与机械臂铰接，该采摘舵机与控制电路电连接。
[n0021] 本实用新型具有以下优点：
[n0022] （1）本装置能够在果树环境中完成水果的采摘，将繁琐、劳累的人为采摘方式转换为由采摘装置代替人为采摘，极大地提高了果园采摘的效率，为农民提供了更丰富的智能化产品，降低了他们的劳动强度，改善了他们的生活水平。
[n0023] （2）能够实现远程手动控制和采摘装置自动运行，改善了在移动过程中易受外界环境因素（如地形环境、障碍物）和其他人为因素的影响，造成装置不能按照用户需求方式移动。
[n0024] （3）移动底盘上激光雷达的使用，使得采摘装置在移动过程中能够更高精度、更加全面的获取外部环境信息，并及时返回至微控制器进行方向与速度控制，有效防止了水果采摘装置在移动过程中与果树或者其他障碍物的碰撞，保证了装置的可靠性与安全性。
[n0025] （4）采用四驱车轮的移动方式移动，速度快，运动灵活，能够及时响应用户需求。
[n0026] 图1为本实用新型的结构示意图之一；
[n0027] 图2为本实用新型的结构示意图之二；
[n0028] 图3为本实用新型的原理框图；
[n0029] 图4为本实用新型中自主导航的流程图；
[n0030] 图中：1、底盘，2、支撑柱，3、激光雷达，4、云台舵机，5、采摘舵机，6、摄像头，7、机械夹，8、装载斗，9、支撑腿，10、控制电路，11、车轮，12、关节舵机。
[n0031] 下面将结合附图，对本实用新型的优选实施例进行详细的描述。
[n0032] 如图1所示，本实用新型的一种智能农业水果采摘装置，包括移动小车、机械臂、机械夹7、装载斗8、传感器模块和控制电路10。所述移动小车包括底盘1，安装在底盘1底部的车轮11，与车轮11连接的电机，四个电机分别与控制电路10电连接。所述机械臂的一端固定安装在底盘1的中间。所述装载斗8安装在底盘1的后部。所述机械夹7与机械臂的自由端连接。所述传感器模块包括激光雷达3和摄像头6，所述激光雷达3安装在底盘1的前部，所述摄像头6安装在机械臂的自由端，所述激光雷达3和摄像头6分别与控制电路10电连接。
[n0033] 本实施例中，装载斗8用亚克力板制作而成，所述装载斗8用于存放已采摘的水果。
[n0034] 本实施例中，所述控制电路10包括微控制器、蓝牙模块、舵机驱动模块、电机驱动模块、电源模块和显示模块。所述蓝牙模块、舵机驱动模块、电机驱动模块、电源模块和显示模块分别与微控制器连接，所述微控制器根据激光雷达3和摄像头6采集的外界环境信息控制移动小车的行进和控制所述机械臂进行采摘。
[n0035] 本实施例中，控制电路10通过电机驱动模块分别驱动四个电机旋转，四个电机分别与四个车轮11一一对应相连，通过控制对应车轮11的转动速度，使该采摘装置能够按照规划路线移动，以实现采摘装置的行进和自动避障。本实施例中，电机采用直流电机。
[n0036] 本实施例中，由于采摘装置设有蓝牙模块，故该采摘装置还可以通过蓝牙模块与移动终端建立无线蓝牙通信。通过蓝牙模块接收移动终端发出的控制指令，并将该控制指令发送给控制电路10，控制电路10基于控制指令控制采摘装置执行对应的动作，比如：行进和采摘，从而实现对采摘装置的远程控制。
[n0037] 本实施例中，微控制器用于接收和处理传感器模块所采集的数据以及移动终端所发送的控制指令，控制车轮11的电机的启动、停止和转速大小，从而实现该采摘装置的正常行进。微控制器还用于接收移动终端命令控制采摘装置摘取水果的指令，当微处理器接收到摘取水果的指令时，向摄像头6发出果实识别命令。
[n0038] 本实施例中，激光雷达3和摄像头6采集的数据通过串口通信直接与微控制器相连，使得微控制器能够获得外部环境信息。所述激光雷达3包括有无刷电机，可实现360^。扫描测距，并通过支撑柱2固定在一定的高度。激光雷达3用于检测采摘装置附近障碍物的分布与距离，由此规划采摘装置的行进路线。所述摄像头6包括2.8mm焦距镜头和感光元件，用于对果实进行颜色识别并实现精确抓取。
[n0039] 本实施例中，电机驱动模块用于基于微处理器的指令驱动四个电机的工作。
[n0040] 本实施例中，显示模块用于实时显示传感器模块工作是否正常，采摘装置状态是否正常。
[n0041] 本实施例中，电源模块用于对各个模块进行供电，电源模块由锂电池供电，底盘1的底部还设置有电池充电接口，用于对采摘装置充电。
[n0042] 本实施例中，所述机械臂包括机械臂主体、云台舵机4和支撑腿9。所述机械臂主体包括多节，比如：3节，具体节数可根据实际情况调整。在机械臂主体的各关节处分别设有驱动关节转动的关节舵机12。所述机械臂的下端通过云台舵机4与支撑腿9连接；各关节舵机12和云台舵机4分别与控制电路10的舵机驱动模块电连接。机械臂能够灵活转动将采摘的水果放置于装载斗8中。
[n0043] 本实施例中，所述机械夹7包括机械夹本体，以及用于驱动机械夹本体张开和抓取的采摘舵机5，所述机械夹本体的根部与机械臂铰接，该采摘舵机5与控制电路10的舵机驱动模块电连接。
[n0044] 本实施例中，舵机驱动模块用于驱动关节舵机、云台舵机和采摘舵机工作。
[n0045] 本实施例中，还包括支撑柱2，所述支撑柱2的下端固定在底盘1的前端，所述激光雷达3安装在支撑柱2的上端上。
[n0046] 本实施例中，可采用自主导航和蓝牙控制两种方式对该采摘装置实现远程控制功能，通过激光雷达3测量采摘装置与障碍物的距离以及周围障碍物的分布，通过判断，驱动电机实现导航与避障功能，到达指定地点后由微控制器控制机械臂采摘果实。具体实现方式如下：
[n0047] （1）控制方式：设定采摘装置要到达的目的地，后由微控制器驱动四个电机实现对采摘装置方向的控制，最终到达用户设定地点，实现自主导航。自主导航控制方式如图4所示，微控制器接收激光雷达3返回得点云数据，对点云数据进行分析处理、计算得出采摘装置需要避开的障碍物以及线速度和角速度，实时控制最终到达指定地点。控制电路10上的蓝牙模块与移动终端建立蓝牙通信，两者按照数据格式进行通信，移动终端可以发出行进指令，实现对采摘装置的蓝牙控制。
[n0048] （2）识别与采摘果实：在采摘装置到达指定位置后，由微控制器控制机械臂上的关节舵机12工作，以驱动机械臂抬升，开启摄像头6的识别，由摄像头6识别反馈图像中颜色数据，若图像中存在成熟果实，再获取成熟果实的中心位置，驱动机械臂实现小幅度移动，将机械爪对准果实，实施抓取动作。完成抓取后驱动云台舵机4转动带动机械臂将果实投放到装载斗8中。
[n0049] 本装置能够在果树环境中完成水果的采摘，将繁琐、劳累的人为采摘方式转换为由采摘装置代替人为采摘，极大地提高了果园采摘的效率，为农民提供了更丰富的智能化产品，降低了他们的劳动强度，改善了他们的生活水平。
[n0050] 本装置能够实现远程手动控制和采摘装置自动运行，改善了在移动过程中易受外界环境因素（如地形环境、障碍物）和其他人为因素的影响，造成装置不能按照用户需求方式移动。
[n0051] 本装置采用了激光雷达，使得采摘装置在移动过程中能够更高精度、更加全面的获取外部环境信息，并及时返回至微控制器进行方向与速度控制，有效防止了水果采摘装置在移动过程中与果树或者其他障碍物的碰撞，保证了装置的可靠性与安全性。
[n0052] 本装置采用了四驱车轮的移动方式移动，具有速度快，运动灵活，能够及时响应用户需求。
[n0053] 最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明实用新型的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本实用新型进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本实用新型权利要求书所限定的范围。

权利要求:
Claims (6)
[0001] 1.一种智能农业水果采摘装置，其特征在于：包括移动小车、机械臂、机械夹（7）、装载斗（8）、传感器模块和控制电路（10）；
所述移动小车包括底盘（1），安装在底盘（1）底部的车轮（11），与车轮（11）连接的电机，四个电机分别与控制电路（10）电连接；
所述机械臂的一端固定安装在底盘（1）的中间；
所述装载斗（8）安装在底盘（1）的后部；
所述机械夹（7）与机械臂的自由端连接；
所述传感器模块包括激光雷达（3）和摄像头（6），所述激光雷达（3）安装在底盘（1）的前部，所述摄像头（6）安装在机械臂的自由端处，所述激光雷达（3）和摄像头（6）分别与控制电路（10）电连接。
[0002] 2.根据权利要求1所述的智能农业水果采摘装置，其特征在于：所述控制电路（10）包括微控制器、蓝牙模块、舵机驱动模块、电机驱动模块和电源模块；
所述蓝牙模块、舵机驱动模块、电机驱动模块和电源模块分别与微控制器连接，所述微控制器根据激光雷达（3）和摄像头（6）采集的外界环境信息控制移动小车的行进和控制所述机械臂进行采摘。
[0003] 3.根据权利要求2所述的智能农业水果采摘装置，其特征在于：所述控制电路（10）还包括显示模块，所述显示模块与微控制器电连接。
[0004] 4.根据权利要求1至3任一所述的智能农业水果采摘装置，其特征在于：所述机械臂包括机械臂主体、云台舵机（4）和支撑腿（9）；
所述机械臂主体包括多节，在机械臂主体的各关节处分别设有驱动关节转动的关节舵机（12）；
所述机械臂的下端通过云台舵机（4）与支撑腿（9）连接；
各关节舵机（12）和云台舵机（4）分别与控制电路（10）电连接。
[0005] 5.根据权利要求4所述的智能农业水果采摘装置，其特征在于：还包括支撑柱（2），所述支撑柱（2）的下端固定在底盘（1）的前端，所述激光雷达（3）安装在支撑柱（2）的上端上。
[0006] 6.根据权利要求1或2或3或5所述的智能农业水果采摘装置，其特征在于：所述机械夹（7）包括机械夹本体，以及用于驱动机械夹本体张开和抓取的采摘舵机（5），所述机械夹本体的根部与机械臂铰接，该采摘舵机（5）与控制电路（10）电连接。

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公开号 | 公开日

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引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2021-10-08| GR01| Patent grant|

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2021-10-08| GR01| Patent grant|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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CN202120332022.3U|CN214338733U|2021-02-05|2021-02-05|智能农业水果采摘装置|CN202120332022.3U| CN214338733U|2021-02-05|2021-02-05|智能农业水果采摘装置|