专利名称：高架草莓采摘机器人的制作方法近年来，我国草莓栽培面积迅速扩大，北起黑龙江，南至广东，东起山东，西到新疆均有种植。草莓成熟后必须及时采摘，尤其是盛果期(约30天)，草莓日成熟量可达150 200kg · 667m_2，2个劳动力需工作约IOh · cf1才能采摘完。草莓采摘工作的复杂性和劳动强度已成为制约草莓种植业发展的重要因素。温室草莓高架栽培技术克服了垄作栽培或畦作栽培等传统栽培，在人工采摘时，需弯腰或蹲在地上操作，在一定情况下减轻了劳动强度，并且提供草莓栽培空间的利用率、改善草莓的生长环境、以及提高草莓栽培的标准化和自动化作业水平。目前，Kondo-N等人还针对草莓的不同栽培模式(高架栽培模式和传统模式)研制出了相应的采摘机器人。高架栽培模式由于适合机器人作业而得到越来越多的研究和应用。然而，现有技术中适用于高架栽培模式的机器人大都体积较大，结构复杂，成本较高，且操作困难，不适于农业机械化推广。
针对上述问题，本发明提供了一种高架草莓采摘机器人，其结构简单，操作灵活， 适应性高，能够实现不同规格的高架草莓的采摘作业。为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案—种高架草莓米摘机器人，其特征在于所述高架草莓米摘机器人包括草莓米摘机器人精准采摘执行机构101、收纳篮102、长孔连接杆103、螺纹孔连接杆104、底盘连接杆 105以及履带式底盘106 ;其中，收纳篮102与草莓采摘机器人精准采摘执行机构101固定连接，长孔连接杆103 —端固定连接草莓采摘机器人精准采摘执行机构101、另一端固定连接螺纹孔连接杆104，螺纹孔连接杆104的固定连接底盘连接杆105，底盘连接杆105与其上的履带式底盘106固定连接。所述长孔连接杆103开有长孔108，螺纹孔连接杆104上开有螺纹孔109，螺栓107 穿过长孔连接杆103上的长孔108以及螺纹孔连接杆104上的螺纹孔109固定连接长孔连接杆103及螺纹孔连接杆104。所述草莓采摘机器人精准采摘执行机构101包括混合坐标式运动装置、与所述混合坐标式运动装置相连接的机械爪装置以及固定所述混合坐标式运动装置的支撑连接装置。所述混合坐标式运动装置包括水平运动单元、竖直运动单元、旋转运动单元、俯仰调节单元以及纵深运动单元，其中所述水平运动单元包括水平运动单元电机I、水平运动单元导轨-丝杠模组2、水平运动单元滑块3以及水平运动单元第一传感器固定板4a、水平运动单元第二传感器固定板4b，其中，水平运动单元电机I通过连轴器与水平运动单元导轨-丝杠模组2的一端连接，水平运动单元滑块3可滑动地连接在水平运动单元导轨-丝杠模组2上，水平运动单元第一传感器固定板4a、水平运动单元第二传感器固定板4b固定连接在水平运动单元导轨-丝杠模组2的一侧的两端；所述竖直运动单元包括竖直运动单元电机5、竖直运动单元导轨-丝杠模组6、竖直运动单元滑块7以及竖直运动单元第一传感器固定板8a、竖直运动单元第二传感器固定板8b，其中，竖直运动单元电机5通过连轴器与竖直运动单元导轨-丝杠模组6的一端连接，竖直运动单元滑块7可滑动地连接在竖直运动单元导轨-丝杠模组6上，竖直运动单元第一传感器固定板8a、竖直运动单元第二传感器固定板Sb连接在竖直运动单元导轨-丝杠模组6的一侧的两端；所述旋转运动单元包括旋转运动单元电机9、框架法兰10，其中，旋转运动单元电机9的机身与框架法兰10的一侧固定连接，旋转运动单元电机9的电机轴与框架法兰10 另一侧的圆孔保持同轴；所述俯仰调节单元包括传动连接轴11、一侧开有弧形长孔15的俯仰支撑架12、固定销钉13以及活动销钉14，其中，固定销钉13穿过俯仰支撑架12的下部固定连接传动连接轴11与俯仰支撑架12，活动销钉14通过弧形长孔15连接传动连接轴11与俯仰支撑架 12 ；所述纵深运动单元包括纵深运动单元电机16、纵深运动单元导轨-丝杠模组17、 纵深运动单元滑块18以及纵深运动单元传感器固定板19，其中，纵深运动单元电机16与纵深运动单元导轨-丝杠模组17连接，纵深运动单元滑块18可滑动地连接在纵深运动单元导轨-丝杠模组17上，纵深运动单元导轨-丝杠模组17的一侧连接有纵深运动单元传感器固定板19 ；所述水平运动单元滑块3和竖直运动单元滑块7固定连接，旋转运动单元通过其上的框架法兰10与竖直运动单元导轨-丝杠模组6的下端固定连接，俯仰调节单元的传动连接轴11穿过框架法兰10上的圆孔与旋转运动单元电机9的电机轴连接，纵深运动单元滑块18与俯仰支撑架12的底部固定连接，且通过调节活动销钉14在弧形长孔15中的位置可间接调节纵深运动单元的倾斜角度。所述机械爪装置包括平行气爪20、第一气爪滑块21、第二气爪滑块22、第一机械指23、第二机械指24、刀片25、第一指间物体感应传感器固定块26、第二指间物体感应传感器固定块27、摄像头固定块28以及摄像头29，其中，第一气爪滑块21、第二气爪滑块22分别可滑动地连接在平行气爪20上，第一机械指23、第二机械指24的一端分别与第一气爪滑块21、第二气爪滑块22固定连接，且第一机械指23、第二机械指24的另一端分别固定连接第一指间物体感应传感器固定块26、第二指间物体感应传感器固定块27，且第一机械指 23上还固定连接了刀片25，摄像头固定块28与平行气爪20的下部固定连接，摄像头29固定在摄像头固定块28上，所述平行气爪20固定连接纵深运动单元导轨-丝杠模组17的一端。所述支撑连接装置包括第一连接杆30a、第二连接杆30b、支撑框31、控制箱32，其中，第一连接杆30a和第二连接杆30b固定连接在支撑框31底部，控制箱32固定连接在支撑框31上部，所述水平运动单元导轨-丝杠模组2的两端与支撑连接装置的第一连接杆30a、第二连接杆30b固定连接。与现有技术相比，本发明的有益效果在于I、本发明的高架草莓采摘机器人结构简单，操作灵活，适应性高，能够实现不同规格的高架草莓的采摘作业。2、收纳篮与草莓采摘机器人精准采摘执行机构固连，可跟随草莓采摘机器人精准采摘执行机构进行水平和竖直同步运动，当机械爪缩回并张开时，草莓果实可自动掉落在收纳篮中，收纳效率高。3、草莓采摘机器人精准采摘执行机构通过长孔连接杆、螺纹孔连接杆与履带式底盘连接，不但可以随着底盘进行大范围移动，同时可调节采摘高度以适应不同高度的高架生产的草莓收获作业。4、草莓采摘机器人精准采摘执行机构可实现任意角度的转动，从而方便完成草莓的采摘。图I为高架草莓采摘机器人整体机构示意图2为草莓采摘机器人精准采摘执行机构示意图3为收纳篮不意图4为长孔连接杆；图5为螺纹孔连接杆；图6为履带式底盘；
图7为混合坐标式运动装置示意图8为水平运动单元示意图9为竖直运动单元示意图10为旋转运动单元示意图11为俯仰调节单元示意图12为纵深运动单元示意图13为机械爪装置示意图一；
图14为机械爪装置示意图二 ；
图15为支撑连接装置示意图。
附图标记
I水平运动单元电机 2水平运动单元导轨-丝杠模组3水平运动单元滑块4a水平运动单元第一传感器固定板
4b水平运动单元笫二传感器固定板
5竖直运动单元电机 6 竖直运动单元导轨-丝杠模组
7竖直运动单元滑块
8a竖直运动单元第一传感器固定板
8b竖直运动单元第二传感器固定板
9旋转运动单元电机 10 框架法兰
11传动连接轴 12 俯仰支撑架
13固定销钉 14 活动销钉
15弧形长孔 16 纵深运动单元电机
17级深运动单元导轨-丝杠模组
18纵深运动单元滑块19 纵深运动单元传感器固定板 20平行气爪 21 第一气爪滑块
22第二气爪滑块 23 第一机械指
24第二机械指 25 刀片
26第一指间物体感应传感器固定块
27第二指间物体感应传感器固定块
28摄像头固定块29 摄像头 30a笫一连接杆 30b第二连接杆 31支撑框 32 控制箱
101草莓釆摘机器人精准釆摘执行机构
102收纳篮103 长孔连接杆 104螺纹孔连接杆 105底盘连接杆 106履带式底盘 107 螺栓 108长孔 109 螺纹孔

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。如图I 6所示，本发明的一种高架草莓采摘机器人包含草莓采摘机器人精准采摘执行机构101、收纳篮102、长孔连接杆103、螺纹孔连接杆104、底盘连接杆105、履带式底盘106、螺栓107。如图2及图7-15所示，草莓采摘机器人精准采摘执行机构101包括混合坐标式运动装置、机械爪装置以及支撑连接装置。其中，如图7 12所示，混合坐标式运动装置包括水平运动单元、竖直运动单元、 旋转运动单元、俯仰调节单元以及纵深运动单元。如图8所示，水平运动单元包括水平运动单元电机I、水平运动单元导轨-丝杠模组2、水平运动单元滑块3以及水平运动单元第一传感器固定板4a、水平运动单元第二传感器固定板4b。水平运动单元电机I通过连轴器与水平运动单元导轨-丝杠模组2的一端连接，水平运动单元滑块3可滑动地连接在水平运动单元导轨-丝杠模组2上，当水平运动单元电机I带动水平运动单元导轨丝杠模组2的丝杠轴转动时，水平运动单元滑块3沿水平运动单元导轨-丝杠模组2滑动。水平运动单元第一传感器固定板4a、水平运动单元第二传感器固定板4b固定连接在水平运动单元导轨-丝杠模组2的一侧的两端，便于安装各种规格的限位传感器。如图9所示，竖直运动单元包括竖直运动单元电机5、竖直运动单元导轨-丝杠模组6、竖直运动单元滑块7以及竖直运动单元第一传感器固定板8a、竖直运动单元第二传感器固定板Sb。竖直运动单元电机5通过连轴器与竖直运动单元导轨-丝杠模组6的一端连接，竖直运动单元滑块7可滑动地连接在竖直运动单元导轨-丝杠模组6上，当竖直运动单元电机5带动竖直运动单元导轨丝杠模组6的丝杠轴转动时，竖直运动单元滑块7沿竖直运动单元导轨-丝杠模组6滑动。竖直运动单元第一传感器固定板8a、竖直运动单元第二传感器固定板8b连接在竖直运动单元导轨-丝杠模组6的一侧的两端，便于安装各种规格的限位传感器。如图10所示,旋转运动单元包括旋转运动单元电机9、框架法兰10。旋转运动单元电机9的机身与框架法兰10的一侧固定连接，旋转运动单元电机9的电机轴与框架法兰 10另一侧的圆孔保持同轴。如图11所示，俯仰调节单元包括传动连接轴11、一侧开有弧形长孔15的俯仰支撑架12、固定销钉13以及活动销钉14。固定销钉13穿过俯仰支撑架12的下部固定连接传动连接轴11与俯仰支撑架12，活动销钉14通过弧形长孔15连接传动连接轴11与俯仰支撑架12。如图12所示，纵深运动单元包括纵深运动单元电机16、纵深运动单元导轨-丝杠模组17、纵深运动单元滑块18、纵深运动单元传感器固定板19。纵深运动单元电机16与纵深运动单元导轨-丝杠模组17连接，纵深运动单元滑块18可滑动地连接在纵深运动单元导轨-丝杠模组17上，当纵深运动单元电机16带动纵深运动单元导轨-丝杠模组17的丝杠轴转动时，纵深运动单元滑块18沿纵深运动单元导轨-丝杠模组17滑动。纵深运动单元导轨-丝杠模组17的一侧连接有纵深运动单元传感器固定板19，其两端可安装各种规格的限位传感器。请参阅图7，其中，水平运动单元滑块3和竖直运动单元滑块7固定连接。
旋转运动单元的框架法兰10上与旋转运动单元电机9平行的一侧与竖直运动单元导轨-丝杠模组6的下端固定连接。俯仰调节单元的传动连接轴11穿过框架法兰10上的圆孔与旋转运动单元电机9 的电机轴连接，传动连接轴11在旋转运动单元电机9的带动下可绕固定销钉13进行旋转运动。纵深运动单元滑块18与俯仰支撑架12的底部固定连接，且通过调节活动销钉14 在弧形长孔15中的位置可间接调节纵深运动单元的倾斜角度。如图13-14所示，机械爪装置包括平行气爪20，第一气爪滑块21、第二气爪滑块 22，第一机械指23、第二机械指24，刀片25，第一指间物体感应传感器固定块26、第二指间物体感应传感器固定块27，摄像头固定块28以及摄像头29。第一气爪滑块21、第二气爪滑块22分别可滑动地连接在平行气爪20上，第一机械指23、第二机械指24的一端分别与第一气爪滑块21、第二气爪滑块22固定连接，且第一机械指23、第二机械指24的另一端分别固定连接第一指间物体感应传感器固定块26、第二指间物体感应传感器固定块27，且第一机械指23上还固定连接了刀片25，摄像头固定块28与平行气爪20的下部固定连接，摄像头29固定在摄像头固定块28上。在气体动力下，第一气爪滑块21、第二气爪滑块22分别带动第一机械指23、第二机械指24做相向平动。如图15所示，支撑连接装置包括第一连接杆30a、第二连接杆30b、支撑框31、控制箱32。其中，第一连接杆30a和第二连接杆30b固定连接在支撑框31底部，控制箱32固定连接在支撑框31上部。支撑框31的边缘可进一步加工连接孔，便于在其上安装扩展功能装置，或将该装置安装在不同类型的草莓采摘机器人上。如图2所示，混合坐标式运动装置的水平运动单元导轨-丝杠模组2的两端与支撑连接装置的第一连接杆30a、第二连接杆30b固定连接，并且，机械爪装置的平行气爪20 固定连接于混合坐标式运动装置的纵深运动单元导轨-丝杠模组17的一端。如图1、2、3所示，收纳篮102与草莓采摘机器人精准采摘执行机构101的俯仰支撑架12固定连接。如图4、5所示，长孔连接杆103的下半部分开有长孔108，螺纹孔连接杆104上开有两个螺纹孔109。如图1、2、4、5所示，四根长孔连接杆103的上端与草莓采摘机器人精准采摘执行机构101的支撑框31的四端固定连接，螺栓107分别穿过长孔连接杆103上的长孔108以及螺纹孔连接杆104上的螺纹孔109分别固定连接四根长孔连接杆103及螺纹孔连接杆104。如图1、5、6所示，四根螺纹孔连接杆104与底盘连接杆105固定连接。如图1、6所示，两根底盘连接杆105与履带式底盘106固定连接。工作过程(一 )高架草莓采摘机器人的工作过程I.调节对应螺纹孔连接杆104中的螺栓107在对应的长孔连接杆103的长孔108 中的固定位置，实现草莓采摘机器人精准采摘执行机构101的整体升降，以适应不同规格的高架草莓采摘作业。2.收纳篮102可跟随草莓采摘机器人精准采摘执行机构101进行水平和竖直两个方向的运动，并随着机械爪一同旋转，且当机械爪成功摘取一颗草莓果实后，只需在纵深方向缩回并张开机械爪便可将果实放入收纳篮，收纳效率高。4.当草莓采摘机器人精准采摘执行机构101将小范围内的草莓果实采摘完后，可随时移动履带式底盘，在较大范围内继续搜索并采摘下一位置的草莓。(二)草莓采摘机器人精准采摘执行机构的工作工程I.在水平运动单元电机I的带动下，水平运动单元滑块3在水平运动单元导轨-丝杠模组2上水平移动，从而带动竖直运动单元、旋转运动单元、俯仰调节单元、纵深运动单元以及机械爪装置水平移动，实现机械爪在水平方向搜索并接近目标草莓的动作。2.在竖直运动单元电机5的带动下，竖直运动单元滑块7在竖直运动单元导轨-丝杠模组6上竖直移动，从而带动旋转运动单元、俯仰调节单元、纵深运动单元以及机械爪装置在竖直方向移动，实现机械爪在竖直方向搜索并接近草莓的动作。3.在旋转运动单元电机9的带动下，俯仰调节单元、纵深运动单元以及机械爪装置可实现以传动连接轴11为轴线的360°的转动，便于摘取并放置不同方向的草莓果实。4.通过调节活动销钉14在弧形长孔15中的位置，便于调节机械爪的前进角度，以适应不同栽培模式的草莓采摘。5.纵深运动单元电机16的带动下，纵深运动单元滑块18在纵深运动单元导轨-丝杠模组17上纵深方向移动，连同机械爪一同纵深方向运动，实现接近或收回草莓果实的动作。6.当机械爪在第一机械指23、第二机械指24张开状态下接近目标草莓果柄时，第一指间物体感应传感器固定块26、第二指间物体感应传感器固定块27上固定的传感器可及时感应到果柄是否到达第一机械指23、第二机械指24之间，并在气体动力的驱动下迅速闭合机械指，实现草莓果柄的夹持，然后利用固定在第一机械指23上的手术刀25完成草莓果柄的切表I]。


本发明属于农业机械领域，涉及一种高架草莓采摘机器人，其能够实现高架草莓的自动采摘。该高架草莓采摘机器人包括草莓采摘机器人精准采摘执行机构(101)、收纳篮(102)、长孔连接杆(103)、螺纹孔连接杆(104)、底盘连接杆(105)以及履带式底盘(106)；其中，收纳篮(102)与草莓采摘机器人精准采摘执行机构(101)固定连接，长孔连接杆(103)一端固定连接草莓采摘机器人精准采摘执行机构(101)、另一端固定连接螺纹孔连接杆(104)，螺纹孔连接杆(104)的固定连接底盘连接杆(105)，底盘连接杆(105)与其上的履带式底盘(106)固定连接。