(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210450789.5 (22)申请日 2022.04.27 (71)申请人 中国农业大 学 地址 100091 北京市海淀区清华 东路17号 (72)发明人 张凯良　张耀辉　 (74)专利代理 机构 北京纪凯知识产权代理有限 公司 11245 专利代理师 谢斌 (51)Int.Cl. A01D 46/30(2006.01) B25J 9/16(2006.01) H04L 12/40(2006.01) H04N 7/18(2006.01) (54)发明名称 一种跨垄双臂协作草莓收获机器人、 控制系 统及采摘方法 (57)摘要 本发明涉及一种跨垄双臂协作草莓收获机 器人、 控制系统及采摘方法， 包括采摘机架、 采摘 装置、 移动底盘装置以及视觉感知装置， 采摘装 置包括六自由度机械臂和末端执行器， 机械臂驱 动末端的末端执行器进行果实采摘， 移动底盘装 置包括升降机构和转向驱动机构， 控制采摘装置 的高度和采摘机架行走方向， 视觉感知装置包括 深度相机和RGB摄像头， 用于果实目标检测和采 摘点定位。 控制系统包括串口通信的嵌入式人工 智能控制器和下位机控制模块， 用于视觉感知装 置与采摘装置和移动底盘装置的联动控制。 采摘 方法包括包括目标感知 ‑接近‑剪持‑放果。 本发 明采用“一采一放 ”的自动采摘方式， 以实现草莓 采摘机器人的高度 自动化， 其结构简单， 工作效 率高。 权利要求书3页 说明书11页 附图12页 CN 114679963 A 2022.07.01 CN 114679963 A 1.一种跨垄双臂协作草莓收获机器人， 其特征在于， 所述跨垄双臂协作草莓收获机器 人包括： 采摘机架， 所述采摘机架为跨垄的箱型框架结构， 其内形成有供草莓果柄能够通过的 采摘区域， 在采摘机架上 搭载有中央控制柜； 采摘装置， 包括多自由度的机械臂和末端执行器， 在所述采摘区域的两侧分别设置一 个所述机械臂， 所述机械臂滑动安装在采摘机架的顶架壁上， 且所述机械臂的末端伸置于 采摘区域内， 所述末端执 行器安装在所述机 械臂的末端上； 移动底盘装置， 包括升降机构和转向驱动机构， 在所述采摘机架四个边角处的侧架壁 上分别安装一组升降机构， 所述 转向驱动机构包括 安装在升降机构上的行 走轮； 视觉感知装置， 包括安装在所述机械臂上的深度相机， 以及搭载在所述末端执行器上 的RGB摄像头； 其中， 所述视觉感知装置的信号输出端接入中央控制柜的信号输入端， 所述采摘装置 和移动底盘装置的信号输入端接入中央控制柜的信号输出端。 2.根据权利要求1所述的一种跨垄双臂协作草莓收获机器人， 其特征在于： 所述机械臂 为六自由度结构， 包括第一模组、 第二模组以及第三模组； 所述第一模组包括第一关节横梁、 第一关节电机、 第一丝杆、 第一滑块以及第一连接 件， 所述第一关节横梁固接在所述采摘机架顶架壁的底面， 且所述第一关节横梁与该顶架 壁平行设置， 所述第一丝杆平行所述第一关节横梁设置， 且第一丝杆转动连接在所述第一 关节横梁上， 所述第一滑块螺纹连接在所述第一丝杆上， 所述第一关节电机安装在所述第 一关节横梁上， 且所述第一关节电机的输出端与所述第一丝杆的端部连接， 所述第一连接 件用于连接所述第一滑块和第二模组； 所述第二模组包括第二关节立柱、 第二关节电机以及第三关节电机， 所述第二关节立 柱竖直设置在所述第一关节横梁的下方， 且所述第二关节立柱的顶端通过第二关节轴与所 述第一连接件转动连接， 所述第二关节电机和 第三关节电机沿自上向下的方向布置在第二 关节立柱的内部， 所述第二关节电机的顶输出端通过直齿轮传动组与第二关节轴传动连 接， 所述第三关节电机的底输出端通过锥齿轮传动组与第三模组传动连接； 所述第三模组包括第三关节立柱、 第四关节电机、 第二丝杆、 第二滑块以及第二连接 件， 所述第三关节立柱设置在所述第二关节立柱的一侧， 所述第二丝杆平行所述第三关节 立柱设置， 且第二丝杆转动连接在所述第三关节立柱上， 所述第二滑块螺纹连接在所述第 二丝杆上， 所述第四关节电机安装在所述第三关节立柱上， 且所述第四关节电机的输出端 与所述第二丝杆的端部通过直齿轮传动组传动连接， 所述第二连接件用于连接所述第二滑 块和第二模组， 且所述第二连接件与所述第三关节电机的底输出端通过锥齿轮传动组传动 连接； 所述末端执 行器转动连接在所述第三关节立柱的末端。 3.根据权利要求2所述的一种跨垄双臂协作草莓收获机器人， 其特征在于： 所述第 三关 节立柱内还设有第五关节电机和 第三连接件， 所述第五关节电机设置在在第三关节立柱的 末端， 且第三关节电机的末端输出端上固接有第一转轮， 并在第三关节立柱的末端转动连 接有转向与第一转轮垂 直的第二转轮， 所述第三连接件的顶端与第二转轮通过第五关节轴 固接， 且第三连接件的末端与末端执 行器连接 。权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114679963 A 24.根据权利要求3所述的一种跨垄双臂协作草莓收获机器人， 其特征在于： 所述第 三连 接件的末端固接有关节电机支架， 所述关节电机支架上安装有第六关节电机， 所述末端执 行器与第六关节电机的输出端之间通过传动齿轮组传动连接 。 5.根据权利要求1所述的一种跨垄双臂协作草莓收获机器人， 其特征在于： 所述末端执 行器包括末端支架、 末端电机、 空间凸轮、 左指尖臂以及右指尖臂， 所述左指尖臂和所述右 指尖臂呈相对设置， 且所述左指尖臂和右指尖臂分别通过滑块滑动安装在末端支架上， 所 述空间凸轮设置在左指尖臂和右指尖臂中部的下方， 并通过凸轮中轴转动连接末端支架 上， 所述空间凸轮包括两个并排设置且共凸轮中轴的单轮， 所述单轮由两个半轮拼合构成 闭环的圆轮结构， 且半轮的轮表面宽度由一端向另一端逐渐变小， 使其中一个半轮宽度大 的一端与另一个半轮宽度小的一端对接， 在半轮的外侧轮壁上开设有滑槽， 并在左指尖臂 或右指尖臂靠近对应侧单轮的底部固接有滑动连接在滑槽内的滑动凸点， 所述末端电机安 装在末端支架上， 且末端电机的输出轴与凸轮中轴平行设置， 在所述末端电机的输出轴 上 固接有末端传动直齿轮， 并在所述空间凸轮上固接有与末端传动直齿轮啮合的凸轮旋转齿 轮， 其中， 在所述左指尖臂和所述右指尖臂的末端分别形成有指尖部， 且所述右指尖臂的指 尖部上安装有刀片。 6.根据权利要求5所述的一种跨垄双臂协作草莓收获机器人， 其特征在于： 所述左指尖 臂的指尖部内侧 安装有激光发射器， 所述右指尖臂的指尖部内侧 安装有激光接 收传感器， 其中， 所述RGB摄像头搭载在所述末端支架的底部， 且所述RGB摄像头的信号输出端接入中 央控制柜的信号输入端。 7.根据权利要求1所述的一种跨垄双臂协作草莓收获机器人， 其特征在于： 所述升降机 构包括移动足杆、 固定足杆以及伸缩端电机， 所述固定足杆于所述采摘机架的外侧固定在 所述采摘机架的侧架壁上， 且所述固定足杆与该侧架壁平行设置， 在固定足杆内设有伸缩 端丝杠， 所述伸缩端丝杠平行固定足杆设置， 且伸缩端丝杠的两端分别转动连接于固定足 杆的两端， 所述伸缩端电机安装在固定足杆 的顶端， 且伸缩端电机的输出端与伸缩端丝杆 的顶端连接， 在所述伸缩端丝杆上滑动连接有伸缩端滑块， 并在移动足杆的顶端固定有移 动足连接件， 所述移动足连接件与伸缩端滑块固接 。 8.根据权利要求7所述的一种跨垄双臂协作草莓收获机器人， 其特征在于： 所述转向驱 动机构还包括轮支架、 第一转向直齿轮、 第二转向直齿轮、 转向电机、 第一 驱动伞齿轮、 第二 驱动伞齿轮以及驱动电机， 所述轮支架呈开口朝下的C型结构， 所述行走轮通过横向的驱动 轴转动连接在所述轮支架内， 在所述轮支架的顶部转动连接有转向轴， 且转向轴的顶端转 动连接于所述移动足杆的底端， 所述转向齿轮A固接在转向轴上， 所述转向电机通过电机支 架固定在轮支架上， 且所述第二转向直齿轮固接在转向电机的输出端， 并与第一转向直齿 轮啮合， 所述第一驱动伞齿轮连接在驱动轴的一端， 所述驱动电机通过电机支架固定在轮 支架上， 且所述第二驱动伞齿轮固接在驱动电机的输出端， 并与第一 驱动伞齿轮传动啮合， 其中， 所述第一转向直齿轮上安装有磁性元件， 并在轮支架上于第一转向直齿轮的下方固 接有磁性传感器。 9.一种控制系统， 采用权利要求1 ‑8任意一项所述的一种跨垄双臂协作草莓收获机器 人， 其特征在于， 所述控制系统包括嵌入式人工智能控制器和下位机控制模块， 所述嵌入式 人工智能控制器和下位机控制模块 通过串口通讯协议信号连接；权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114679963 A 3