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专利号: 2022105192233
申请人: 山东农业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 农业;林业;畜牧业;狩猎;诱捕;捕鱼
更新日期:2024-02-23
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.采运一体的绿芦笋选择性收获机器人,其特征在于:包括机械臂机构、采收末端执行器、集笋装置、感知系统、驱控系统、行走机架;

所述的机械臂机构固定在所述的行走机架上,用于驱动所述的采收末端执行器在种植行空间中运动和采收姿态调整;

所述的采收末端执行器,包括安装机架、夹笋装置、输送电机、气缸和切割铲刀;所述安装机架固定夹笋装置、输送电机和气缸;所述的采收末端执行器通过安装机架固定在末端旋转云台上;所述夹笋装置由两个对置的运输带及其驱动辊和支撑辊构成,运输带与水平面成10度到45度范围内的夹角,所述的运输带由同步基带和柔性材料带粘合而成,对置运输带的间距可调并使之保持夹持力,确保绿芦笋在竖直夹持运输过程中不发生损伤或掉落;所述的输送电机经过减速机构与驱动辊连接,驱动对置的运输带反向转动,实现绿芦笋的夹持和斜向上运输;所述气缸平行于输送带且布置在输送带下方,所述气缸的活塞与切割铲刀固结;所述切割铲刀末端开刃,通过气缸气压驱动活塞伸出带动切割铲刀,铲断地表处的绿芦笋的笋茎;

所述的集笋装置,包括集笋带、收集箱和限位杆;所述的收集箱固定在行走机架上,存放采收的绿芦笋;所述集笋带的尾部卷轴通过金属光轴和螺旋弹簧固定在收集箱侧上方的行走机架上,实现集笋带的自动回卷功能,所述集笋带的头部连接在所述采收末端执行器上,连接点位于对置运输带末端的下方,实现笋茎由对置运输带运输后落在集笋带上,并跟随采收末端执行器的移动,实现集笋带的伸长与缩短;所述的限位杆的上端固接在种植行方向直线模组的滑块上,下端连接在集笋带尾部卷轴两侧,实现集笋带的尾部卷轴在金属光轴上跟随采收末端执行器沿种植行方向的同步滑动;

所述的感知系统,包括处理器和深度相机;所述的深度相机位于绿芦笋种植行的侧上方,采集种植行上绿芦笋笋茎的彩色图像和深度信息;所述的处理器连接深度相机和所述的驱控系统,并依据所述的深度相机获取的彩色图像和深度信息,识别并定位种植行上的笋茎,依据绿芦笋笋茎采收条件,采收条件为笋茎高度或根部直径,确定待采收笋茎根部空间的位置信息和采收姿态,形成采收序列,将待采收笋茎根部空间的位置信息序列传输给驱控系统;

所述的驱控系统,包括控制器、电磁阀、气泵和电源;所述的控制器连接电源、气泵和所述的处理器,用于接收所述的感知系统采集到的茎根部的空间位置信息并发送采收指令;

所述的控制器连接所述采收末端执行器的输送电机、所述的机械臂机构的直线模组和末端旋转云台、所述的电磁阀和所述的行走机架;所述的电源为驱控系统供电;所述的电磁阀控制端连接控制器,其气动输入端连接至气泵,气动输出端连接至气缸,用于实现切割铲刀切断笋芽根部的控制;

所述的采收末端执行器、机械臂机构、集笋装置和感知系统,可构成一个采收单元,采收单元可有多组,分别布置在行走机架的两侧,用于多个采收单元的协作采收。

2.权利要求1所述的采运一体的绿芦笋选择性收获机器人的采收方法,其特征在于:包括如下步骤:

1)行间扫描:所述的驱控系统控制行走机架在种植行间行走,所述的感知系统利用深度相机获取种植行上绿芦笋笋茎的彩色图像和深度信息;

2)采收判断:所述的处理器依据所获取的彩色图像和深度信息,识别并定位种植行上的笋茎,并依据绿芦笋笋茎采收条件,采收条件为笋茎高度或根部直径,确定待采收笋茎根部空间的位置信息和采收姿态,形成采收序列,将待采收笋茎根部空间的位置信息序列传输给驱控系统;

3)采臂运动:驱控系统取出当前待采收笋茎根部空间的位置信息和采收姿态,控制采收机械臂机构运动,带动采收末端执行器运动至采收点,并同步旋转采收末端执行器至采收姿态;

4)集笋带跟随:采收末端执行器运动过程中,带动集笋带的头部跟随移动,牵引集笋带伸长或自动回卷;同时种植行方向直线模组的滑块运动通过限位杆带动集笋带的尾部卷轴沿金属光轴在种植行方向上同步滑动;

5)切笋运输:所述的夹笋装置通过对置运输带夹持绿芦笋笋茎后,驱控系统控制电磁阀驱动气缸动作使切割铲刀切断笋茎根部,并由在夹笋装置将切断的笋茎夹持运输至采收末端执行器尾部;

6)采后集箱:切断的笋茎由夹笋装置抛送至采收末端执行器下方的集笋带上,进而自动滚落至收集箱,实现对当前绿芦笋笋茎的采收;

7)循环采笋:采收过程回到第2)步,继续下一根笋茎的采收过程,当前采收序列完成采收后,回到第1)步在进行下一区域的笋茎采收。