一种水果采摘机器人及其采摘方法
专利汇可以提供一种水果采摘机器人及其采摘方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供一种 水 果采摘 机器人 及其采摘方法，属于农业 采摘机 械领域，包括：夹持 力 可调的夹持摘取机构，用于调整夹持力和摘取水果；具有六 自由度 的 机械臂 ，用于控制夹持摘取机构末端的运动 位置 ；以及转向连接件，一端连接在机械臂的前端，另一端与夹持摘取机构连接，用于切换不同的夹持摘取机构。这种通过直接转换合适的夹取机构就能实现不同水果种类的采摘的机器人，增大应用范围的同时也降低了制造成本。，下面是一种水果采摘机器人及其采摘方法专利的具体信息内容。
1.一种水果采摘机器人，包括采摘夹爪装置，其特征在于，采摘夹爪装置包括：
夹持力可调的夹持摘取机构，用于调整夹持力和摘取水果；
具有六自由度的机械臂（4），用于控制所述夹持摘取机构末端的运动位置；以及转向连接件（5），一端连接在所述机械臂（4）的前端，另一端与所述夹持摘取机构连接，用于切换不同的夹持摘取机构。
2.根据权利要求1所述的水果采摘机器人，其特征在于，所述夹持摘取机构包括皮带夹持摘取机构，所述皮带夹持摘取机构包括左皮带组件和右皮带组件；
所述左皮带组件包括第一夹持板（11）和左皮带装置，所述第一夹持板（11）一端设置有铰接通孔（111），另一端安装所述左皮带装置，
所述左皮带组件还包括第一驱动螺栓（12）和第一夹持板驱动电机（13），所述第一驱动螺栓（12）的螺栓杆部（121）穿过铰接通孔（111），螺栓头部（122）与所述第一夹持板（11）固定连接，且所述螺栓杆部（121）设有轴向通孔（123），
所述第一夹持板驱动电机（13）的电机座固定在所述转向连接件（5）上，电机轴穿过所述轴向通孔（123）与第一驱动螺栓（12）套接，以驱动所述第一夹持板（11）转动；
所述右皮带组件包括第二夹持板（21）和右皮带装置，所述第二夹持板（21）一端设置有铰接通孔（211），另一端安装有所述右皮带装置，
所述右皮带组件还包括第二驱动螺栓（22）和第二夹持板驱动电机（23），所述第二驱动螺栓（22）的螺栓杆部（221）穿过铰接通孔（211），螺栓头部（222）与所述第二夹持板（21）固定连接，且所述螺栓杆部（221）设有轴向通孔（223），
所述第二夹持板驱动电机（23）的电机座固定在所述转向连接件（5）上，电机轴穿过所述轴向通孔与第二驱动螺栓（22）套接，以驱动所述第二夹持板（21）转动；
所述第一夹持板（11）和所述第二夹持板（21）通过所述铰接通孔（111）和所述铰接通孔（211）相互铰接。
3.根据权利要求2所述的水果采摘机器人，其特征在于，
所述左皮带装置包括第一皮带轮和嵌套在所述第一皮带轮上的第一皮带（14），所述第一皮带轮通过所述第一夹持板（11）内侧壁上的安装孔轴向垂直固定在所述第一夹持板（11）内侧壁上；
所述右皮带装置包括第二皮带轮和嵌套在所述第二皮带轮上的第二皮带（24），所述第二皮带轮通过所述第二夹持板（21）内侧壁上的安装孔轴向垂直固定在所述第二夹持板（21）内侧壁上；
所述左皮带装置和所述右皮带装置上设置有至少一个驱动轮，用于驱动所述皮带转动。
4.根据权利要求3所述的水果采摘机器人，其特征在于，所述左皮带装置设置有一个左驱动轮（15）；或者
所述右皮带装置设置有一个右驱动轮（25）；或者
所述左皮带装置设置有一个左驱动轮（15），所述右皮带装置设置有一个右驱动轮（25），所述左驱动轮（15）和所述右驱动轮（25）旋转方向相反。
5.根据权利要求1所述的水果采摘机器人，其特征在于，所述夹持摘取机构还包括气囊夹持摘取机构（3），所述气囊夹持摘取机构（3）包括：
支撑架（31），设有安装座（311），所述安装座（311）的一端与所述转向连接件（5）连接，所述安装座的另一端设置有平面支撑部（312），所述平面支撑部（312）表面设有直线导向槽（313）；以及
左剪切手抓（32）和右剪切手抓（33），所述左剪切手抓（32）和所述右剪切手抓（33）在平行所述平面支撑部（312）平面关于所述导向槽（313）对称设置，且通过各自的转动轴分别与支撑架（31）转动连接，所述左剪切手抓（32）和所述右剪切手抓（33）内壁均设有向内凹陷的弧形槽；以及
驱动装置，包括：驱动连杆电机，固定在所述安装座（311）上，以及
丝杠，与丝杠配合使用的螺母，所述丝杠与所述驱动连杆电机轴连接，所述螺母上设置有螺母座；
驱动杆（34），所述驱动杆的外边缘设置有与导向槽（313）配合的凸起（341），所述驱动杆（34）的中心设置有连接通孔（342），所述驱动杆（34）经所述连接通孔（342）套接在所述螺母座上，且在所述驱动连杆电机的驱动下沿所述导向槽（313）往复运动；
第一连杆（35），一端与所述左剪切手抓（32）转动连接，另一端与所述驱动杆（34）的第一端（343）转动连接，
第二连杆（36），一端与所述右剪切手抓（33）转动连接，另一端与所述驱动杆（34）的第二端（344）转动连接；
所述驱动杆（34）带动所述第一连杆（35）和所述第二连杆（36）转动以控制所述左剪切手抓（32）和所述右剪切手抓（33）的张开和闭合；
气囊（37），内侧壁上设置有压力传感器，所述气囊（37）安装在所述弧形槽内，用于调整夹持力和摘取水果。
6.根据权利要求5所述的水果采摘机器人，其特征在于，所述左剪切手抓（32）和所述右剪切手抓（33）的剪切端均设置有刀刃（38）。
7.根据权利要求1所述的水果采摘机器人，其特征在于，还包括采摘收集装置，用于运输所述采摘夹爪装置采摘的水果；
所述采摘收集装置包括收集车（6）和导向筒（7），
所述导向筒（7）一端与收集车（6）连接，另一端与所述夹持摘取机构连接，所述导向筒（7）管道内壁设置有柔性螺旋结构（71）。
8.根据权利要求7所述的水果采摘机器人，其特征在于，所述转向连接件（5）上设置有通孔（51），所述第一夹持板（11）靠近铰接端设置有豁口（112），所述第二夹持板（21）靠近铰接设置有豁口（212），所述豁口（112）和豁口（212）在所述转向连接件（5）上的投影落入所述通孔（51）内，且所述通孔（51）的直径不大于所述导向筒（7）的直径。
9.根据权利要求1所述的水果采摘机器人，其特征在于，还包括视觉传感器（8），设置在所述转向连接件（5）上，用于识别水果种类和体积。
10.一种如权利要求1-9中任一项所述的水果采摘机器人的采摘方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，控制机械臂（4）末端到达目标水果，通过视觉传感器（8）获取包含水果类别的信号；
步骤2，判断目标水果类别是硬壳类水果还是软皮类水果；
步骤3，驱动转向连接件（5）旋转至皮带夹持摘取机构或气囊夹持摘取机构（3）。
一种水果采摘机器人及其采摘方法
技术领域
背景技术
上应用的抓取式折断型采摘工具，例如，CN201821918169.5公开的一种水果采摘器，采用抓
取型的手抓配合手抓末端的剪刃，虽然可以实现芒果类等软皮水果的采摘，但遇到不同体
积的水果时，其采摘手结构固定且采摘力不可调，容易刮伤水果。
发明内容
具有六自由度的机械臂，用于控制所述夹持摘取机构末端的运动位置；以及
转向连接件，一端连接在所述机械臂的前端，另一端与所述夹持摘取机构连接，用于切
换不同的夹持摘取机构。
所述左皮带组件包括第一夹持板和左皮带装置，所述第一夹持板一端设置有铰接通
孔，另一端安装有所述左皮带装置，
所述左皮带组件还包括第一驱动螺栓和第一夹持板驱动电机，所述第一驱动螺栓的螺
栓杆部穿过铰接通孔，螺栓头部与所述第一夹持板固定连接，且所述螺栓杆部设有轴向通
孔，
所述第一夹持板驱动电机的电机座固定在所述转向连接件上，电机轴穿过所述轴向通
孔与第一驱动螺栓套接，以驱动所述第一夹持板转动；
所述右皮带组件包括第二夹持板和右皮带装置，所述第二夹持板一端设置有铰接通
孔，另一端安装有所述右皮带装置，
所述右皮带组件还包括第二驱动螺栓和第二夹持板驱动电机，所述第二驱动螺栓的螺
栓杆部穿过铰接通孔，螺栓头部与所述第二夹持板固定连接，且所述螺栓杆部设有轴向通
孔，
所述第二夹持板驱动电机的电机座固定在所述转向连接件上，电机轴穿过所述轴向通
孔与第二驱动螺栓套接，以驱动所述第二夹持板转动；
所述第一夹持板和所述第二夹持板通过所述铰接通孔和所述铰接通孔相互铰接。
板内侧壁上；
所述右皮带装置包括第二皮带轮和嵌套在所述第二皮带轮上的第二皮带，所述第二皮
带轮通过所述第二夹持板内侧壁上的安装孔轴向垂直固定在所述第二夹持板内侧壁上；
所述左皮带装置和所述右皮带装置上设置有至少一个驱动轮，用于驱动所述皮带转
动。
所述左皮带装置设置有一个左驱动轮，所述右皮带装置设置有一个右驱动轮，所述左
驱动轮和所述右驱动轮旋转方向相反。
支撑架，设有安装座，所述安装座的一端与所述转向连接件连接，所述安装座的另一端
设置有平面支撑部，所述平面支撑部表面设有直线导向槽；以及
左剪切手抓和右剪切手抓，所述左剪切手抓和所述右剪切手抓在平行所述平面支撑部
平面关于所述导向槽对称设置，且通过各自的转动轴分别与支撑架转动连接，所述左剪切
手抓和所述右剪切手抓内壁均设有向内凹陷的弧形槽；以及
驱动装置，包括：驱动连杆电机，固定在所述安装座上，以及
丝杠，与丝杠配合使用的螺母，所述丝杠与所述驱动连杆电机轴连接，所述螺母上设置
有螺母座；
驱动杆，所述驱动杆的外边缘设置有与导向槽配合的凸起，所述驱动杆的中心设置有
连接通孔，所述驱动杆经所述连接通孔套接在所述螺母座上，且在所述驱动连杆电机的驱
动下沿所述导向槽往复运动；
第一连杆，一端与所述左剪切手抓转动连接，另一端与所述驱动杆的第一端转动连接，
第二连杆，一端与所述右剪切手抓转动连接，另一端与所述驱动杆的第二端转动连接；
所述驱动杆带动所述第一连杆和所述第二连杆转动以控制所述左剪切手抓和所述右
剪切手抓的张开和闭合；
气囊，内侧壁上设置有压力传感器，所述气囊安装在所述弧形槽内，用于调整夹持力和
摘取水果。
所述导向筒一端与收集车连接，另一端与所述夹持摘取机构连接，所述导向筒管道内
壁设置有柔性螺旋结构。
接件上的投影落入所述通孔内，且所述通孔的直径不大于所述导向筒的直径。
步骤2，判断目标水果类别是硬壳类水果还是软皮类水果；当是硬壳类水果时；
步骤3，驱动转向连接件旋转至皮带夹持摘取机构；控制器输出启动信号，启动皮带夹
持摘取机构摘取水果。
持摘取机构和气囊夹持摘取机构，并通过转向连接件根据水果种类的不同切换结构，如硬
壳类水果采用皮带夹持摘取机构以抱取后拽拉的方式采摘水果，软皮类水果采用气囊夹持
摘取机构以抱取后剪切的方式。这种通过直接转换合适的夹取机构就能实现不同水果种类
的采摘的机器人，增大了应用范围的同时也降低了制造成本。
构增大了与水果的接触面积，使水果在摘取时不易滑落，摘取过程更稳定，且在采摘软皮类
水果时采用的气囊软体结构不易损伤水果。
减少夹持摘取机构的负荷，且柔性的结构设置减少导向筒壁碰撞水果的情况，从而减少水
果损伤。
施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附
图获得其他的附图。
图3为本发明实施例1中夹持板铰接结构示意图；
图4为本发明实施例1中皮带组件剖面结构示意图；
图5为本发明实施例1中第一驱动螺栓结构示意图；
图6为本发明实施例1中右驱动螺栓结构示意图；
图7为本发明实施例1中皮带装置与夹持板组装结构示意图；
图8为本发明实施例1中气囊夹持摘取机构结构示意图；
图9为本发明实施例1中驱动杆结构示意图；
图10为本发明实施例1中导向筒结构示意图。
螺栓头部；123-轴向通孔；124-定位台阶；13-第一夹持板驱动电机；14-第一皮带；15-左驱动轮；16-左从动轮；17-左驱动轮电机；18-铜套；21-第二夹持板；211-铰接通孔；212-第二豁口；22-第二驱动螺栓；221-螺栓杆部；222-螺栓头部；223-定位台阶；23-第二夹持板驱动电机；24-第二皮带；25-右驱动轮；26-右从动轮；27-右驱动轮电机；3-气囊夹持摘取机构；
31-支撑架；311-安装座；312-平面支撑部；313-导向槽；32-左剪切手抓；33-右剪切手抓；
34-驱动杆；341-凸起；342-连接通孔；343-驱动杆的第一端；344-驱动杆的第二端；35-第一连杆；36-第二连杆；37-气囊；38-刀刃；4-机械臂；5-转向连接件；51-通孔；6-收集车；7-导向筒；71-柔性螺旋结构；8-视觉传感器。
具体实施方式
人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，
因此不能理解为对本发明的限制。术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解
上述术语在本发明中的具体含义。
夹持摘取机构、机械臂4、转向连接件5等。夹持摘取机构用于摘取水果，其夹持力可根据摘
取水果的种类和大小调节，从而减少在采摘过程中夹持手抓损害水果的情况；机械臂4主要
用于控制夹持摘取机构末端的运动位置，其具有六个自由度，大大增加了夹持摘取机构的
运动范围，从而增大水果采摘的范围；转向连接件5一端连接在机械臂4的前端，另一端与夹
持摘取机构连接，转向连接件5与不同的夹持摘取机构连接，当需要采摘不同种类的水果
时，转向连接件可以根据水果种类切换不同的采摘机构，这种在同一个机械臂的末端添加
不同采摘机构的方法，节约了的成本，增大了水果采摘机器人的采摘范围。
一夹持板11一端设置有铰接通孔111，另一端安装有左皮带装置，右皮带组件包括第二夹持
板21和右皮带装置，第二夹持板21一端设置有铰接通孔211，另一端安装有右皮带装置，具
体地，左皮带组件和右皮带组件通过第一夹持板11和第二夹持板21相互嵌套，并通过铰接
通孔111和铰接通孔211相互铰接，这种相互嵌套并铰接的夹持结构使得夹持板的张合更稳
定，同时，夹持板主要为皮带夹持摘取机构提供机械支撑。
孔111使螺栓头部122与第一夹持板11固定连接，进一步地，螺栓杆部121靠近螺栓头部的部
分与第一夹持板11套接，且设置有螺纹以增大第一驱动螺栓12与第一夹持板11的摩擦阻
力，螺栓杆部121的尾端与第二夹持板21旋转连接，且连接处套有铜套18，以增加耐磨性，避免第一驱动螺栓12与第二夹持板21抱死的情况。
连接，使得夹持板驱动电机11通过驱动螺栓12带动第一夹持板11做旋转运动，这种电机通
过驱动螺栓12直接驱动第一夹持板11的结构设计，传动结构简单，使第一夹持板11的转动
控制起来更简单稳定。
过铰接通孔111使螺栓头部222与第二夹持板21固定连接，进一步地，螺栓杆部221靠近螺栓
头部的部分与第二夹持板21套接，且设置有螺纹以增大第二驱动螺栓22与第二夹持板21的
摩擦阻力，螺栓杆部221的尾端与第一夹持板11旋转连接，且连接处套有铜套18，以增加耐
磨性，避免第二驱动螺栓22与第一夹持板11抱死的情况。
连接，使得夹持板驱动电机21通过驱动螺栓22带动第一夹持板21做旋转运动，这种电机通
过驱动螺栓22直接驱动第一夹持板21的结构设计，传动结构简单，使第一夹持板21的转动
控制起来更简单稳定。
皮带轮分散布置在第一夹持板11内侧壁上。右皮带装置包括第二皮带轮和嵌套在第二皮带
轮上的第二皮带24，第二皮带轮通过第二夹持板21内侧壁上的安装孔轴向垂直固定在第二
夹持板21内侧壁上，第二皮带轮分散布置在第二夹持板11内侧壁上。进一步地，如图6中所
示，左皮带装置和右皮带装置在两个夹持板之间的形状合起来形成“Y”型，这种形状上面敞口较大，摘取水果时水果更易落入两个皮带装置之间。
动皮带转动，从而带动从动轮16转动，并与两个夹持板的夹紧力形成形成摘取水果的拉拽
力，将水果从果树上摘下。具体地，第一夹持板驱动电机13根据采摘水果的体积控制左皮带
组件和右皮带组件的开合角度以调节第一夹持板和第二夹持板对水果的夹紧力。
持结构与水果的接触面积，这样使得夹取更加稳定。
动轮15和右驱动轮25旋转方向相反。
动轮15时，右皮带为驱动皮带，驱动被夹取的水果向下运动，右皮带装置仅提供支撑作用；
仅设置一个驱动轮的结构，控制相对简单。
向下运动，拽断果柄。同时设置两个驱动轮的结构，使得被夹持的水果受力更加稳定，采摘
时不易跑偏。
示，安装座311的一端与转向连接件连接5，如图7所示，安装座的另一端设置有平面支撑部
312，平面支撑部312表面设有直线导向槽313。
接，此转动连接为剪切手抓提供转动支撑点，使左剪切手抓32和右剪切手抓33可转动的支
撑在支撑架21上。左剪切手抓32和右剪切手抓33内壁均设有向内凹陷的弧形槽，用于承载
气囊37；
具体地，驱动装置包括：驱动连杆电机、丝杠和与丝杠配合使用的螺母，具体而言，如图
7所示，驱动连杆电机固定在安装座311上，丝杠与驱动连杆电机轴连接，螺母套在丝杠上，
在电机的驱动下沿丝杠做直线往复运动，同时，螺母外套装有螺母座，螺母座随螺母一起作
直线运动。如图9所示的驱动杆34，通过连接通孔342固定套接在螺母座上，同时驱动杆34下
方设置有与导向槽313配合的凸起341，凸起341嵌入导向槽313中，并在电机的驱动下沿导
向槽313往复运动，凸起341和导向槽313嵌套的结构使得驱动杆运动更加稳定。以左剪切手
抓32的驱动为例，第一连杆（35）一端与左剪切手抓32转动连接，另一端与驱动杆34第一端
343转动连接，且在驱动杆34的带动下控制左剪切手抓32和右剪切手抓33的张开和闭合。
因接触力过小而使水果脱落。其中，如图7所示，气囊37安装在弧形槽内，弧形槽将部分气囊
37外壁包裹，为气囊的变形提供支撑力的同时可以保证水果与气囊充分接触，使采摘更为
有效。
更高，过程更稳定。
收集车30中，避免水果堆积的同时减少夹持摘取机构的负荷。进一步地，导向筒31管道内壁
设置有柔性螺旋结构，如图10所示，套装采用橡胶材料制成的螺旋体，使水果在沿导向筒31
落入收集车30的过程中，避免导向筒壁碰撞损伤水果，螺旋结构使水果在导向筒31内的运
动有一定的方向，避免了水果在导向筒里堆积从而堵塞通道。
豁口在转向连接件5上的投影落入通孔51内，且通孔51的直径不大于导向筒7的直径。
向筒7的直径，可以保证从豁口112和豁口212落入的水果都能进入导向筒7内，避免摘取的
水果散落到别处，可以有效的收集水果。
人，包括以下步骤：
步骤1，控制机械臂4末端到达目标水果，通过视觉传感器8获取包含水果类别的信号；
步骤2，判断目标水果类别是硬壳类水果还是软皮类水果；当是硬壳类水果时，进入步
骤3；当是软皮类水果时，进入步骤4；
步骤3，驱动转向连接件5旋转至皮带夹持摘取机构；控制器输出启动信号，启动皮带夹
持摘取机构摘取水果；
步骤4，驱动转向连接件5旋转至气囊夹持摘取机构3, 控制器输出启动信号，启动气囊
夹持摘取机构3摘取水果。
征，找到水果最大轮廓边缘，以控制第一夹持板驱动电机13和第二夹持板驱动电机23转动
到按照公式获得的角度；控制器通过皮带上设置的压力传感器收到触及信号，再次控制第
一夹持板驱动电机13和第二夹持板驱动电机23的转动，使得左皮带夹持摘取组件和右皮带
夹持摘取组件抱紧目标水果；而后，控制器控制右驱动轮电机27和左驱动轮电机17驱动皮
带转动，将目标水果拽下，控制器通过皮带上设置的压力传感器获取到水果脱落信号，第一
夹持板驱动电机13和第二夹持板驱动电机23复位。
变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或
变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
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