(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 202210829833.3 (22)申请日 2022.07.15 (71)申请人 江苏大学 地址 212013 江苏省镇江市京口区学府路 301号 (72)发明人 刘继展　金煜杰　金玉成　江应星　 王杰　李武浩　易中懿　任妮　 (74)专利代理 机构 南京智造力知识产权代理有 限公司 32382 专利代理师 张明明 (51)Int.Cl. A01D 46/30(2006.01) A01D 91/04(2006.01) B25J 5/00(2006.01) B25J 9/16(2006.01) (54)发明名称 一种棚架猕猴桃的多臂高速采摘机器人及 其作业方法 (57)摘要 本发明公开一种棚架猕猴桃的多臂高速采 摘机器人及其作业方法， 多臂高速采摘机器人由 横向分区多目多臂系统、 自主移动底盘和 “分体 式”多路果实装箱换箱系统组成， 横向分区多目 多臂系统包括n个视觉伺服采摘模块； 多臂高速 采摘机器人的作业区域相对其纵向轴线对称等 分为n个分区， 以相邻两分区边界为中心线设定 公共采摘区， 相对自主移动底盘中心线对称布置 有n个视觉伺服采摘模块， 视觉伺服采摘模块包 括线式采摘手臂、 三维相机和吞咽式末端执行 器， 多臂高速采摘机器人按照公共采摘 区内、 外 差异化的多线式采摘手臂并行作业方法实现多 臂高速无碰采摘。 本发明能实现快速对靶和定直 线采摘， 有效解决多臂采摘效率与避免碰撞的矛 盾， 简单可靠、 实用性强。 权利要求书3页 说明书8页 附图8页 CN 115191233 A 2022.10.18 CN 115191233 A 1.一种棚架猕猴桃的多臂高速采摘机器人， 其特 征在于， 包括： 横向分区多目多臂系统(1)， 由n个视觉伺服采摘模块构成， 所述视觉伺服采摘模块包 括线式采摘手臂、 三 维相机(9)和吞咽式末端 执行器； 所述吞咽式末端 执行器安装在线式采 摘手臂末端， 三维相机(9)固定在线式采摘手臂前 方； “分体式”多路果实装箱换箱系统(3)， 包括引流软管(11)、 多路汇聚箱套(12)和果箱快 换定位装置， 所述果箱快换定位装置包括可更替果箱(14)和 升降平台(15)； 所述引流软管 (11)一端与吞咽式末端执行器连通、 另一端与多路汇聚箱套(12)连通， 所述可更替果箱 (14)可拆卸安装在升降平台(15)上部， 且可 更替果箱(14)能够嵌入多路汇聚箱套(12)中； 自主移动底盘(2)， 上方安装横向分区多 目多臂系统(1)； 所述多路汇聚箱套(12)和升 降平台(15)的动力部件均固定在自主移动底盘(2)的尾部 。 2.根据权利要求1所述的多臂高速采摘 机器人， 其特征在于， 所述线式采摘 手臂包括直 线模组(4)、 摆动电机(6)和电动推杆(7)， 所述直线模组(4)安装在自主移动底盘(2)上， 且 直线模组(4)上安装 摆动电机(6)， 所述摆动电机(6)输出轴与电动推杆(7)底部连接 。 3.根据权利要求2所述的多臂高速采摘 机器人， 其特征在于， 所述吞咽式末端执行器包 括上下贯通的圆桶(8)和两对称设置的1/4球指(10)， 所述圆桶(8)安装在电动推杆(7)顶 部， 两1/4球指(10)转动连接在圆桶(8)上部， 且1/4球指(10)的转动由减速直 流电机控制。 4.根据权利要求3所述的多臂高速采摘机器人， 其特征在于， 所述可更替果箱(14)的安 装位置设有接近开关(16)， 所述升降平台(15)四角布置有压力传感器(17)； 所述多路汇聚 箱套(12)底部安装有上限位开关(18)， 升降平台(15)的动力部件底部安装有下限位开关 (19)。 5.根据权利要求4所述的多臂高速采摘机器人， 其特征在于， 还包括工控机， 自主移动 底盘(2)、 三维相机(9)、 摆动电机(6)、 直线模组的电机、 电动推杆(7)、 减速直流电机、 升降 平台(15)、 接近开关(16)、 压力传感器(17)、 上限位开关(18)和下限位开关(19)均与工控机 进行通信。 6.根据权利要求1所述的多臂高速采摘机器人， 其特征在于， 所述n个视觉伺服采摘模 块等间距分布， 相邻两个视觉伺服采摘模块 的间距 单个视觉伺服采摘模块 的作业幅 宽为X， 其中N 为多臂高速采摘机器人的作业幅宽 。 所述自主移动底盘(2)静止时， 作业区域相对自主移动底盘(2)纵向轴线对称等分为n 个分区， 每一分区的宽度等于单 组伺服采摘模块的作业幅宽X、 长度E等于三 维相机9视场可 以覆盖的挂 果水平面长度一半， 且： 其中： K2为最高挂果高度， K1为最低挂果高度， T为三维相 机(9)的横向视野角， R为三维 相机(9)的纵向视野角。 7.根据权利要求6所述的多臂高速采摘机器人， 其特征在于， 所述直线模组(4)的行程 S、 摆动电机(6)的极限摆动角度Q、 电动推杆(7)的缩回最小长度P1、 电动推杆(7)的伸出最 大长度P2、 三维相机(9)的布置高度H满足：权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115191233 A 2P1≤K1‑M‑dh 其中： M为电动推杆(7)安装位置距离地 面的高度， dh为采摘期某品种猕猴桃平均高度。 8.一种根据权利要求1 ‑7任一项所述的多臂高速采摘机器人的作业方法， 其特征在于， 包括： 自主移动底盘(2)进入预先设定的采收路线后停车， 升降平台(15)上升至上极限位置 S1， 可更替果箱(14)与多路汇聚箱套(12)完全嵌套； 各视觉伺 服采摘模块根据多线式采摘手臂并行作业方法进行采摘作业， 采摘过程中采 用线式采摘方法对目标猕猴桃进行采收； 当多臂高速采摘机器人作业范围内的所有猕猴桃采收完成， 自主移动底盘(2)沿着预 先设定的采收路线继续前进长度E后停下， n个线式采摘手臂目标猕猴桃进行采收； 当可更替果箱(14)满箱后， 自主移动底盘(2)和横向分区多目多臂系统(1)停止工作， 升降平台(15)降落至换箱位S0， 更换果箱， 并使更换后的果箱与多路汇聚箱套(12)完全嵌 套， 自主移动底盘(2)和横向分区多目多臂系统(1)恢复作业， 直至完成采收路线上猕猴桃 的采摘与回收作业。 9.根据权利要求8所述的作业方法， 其特征在于， 所述多线式采摘手臂并行作业方法具 体为： 1)三维相机(9)捕获到分区内所有猕猴桃坐标后， 线式采摘手臂先采摘挂果投影水平 面中沿自主移动底盘(2)纵向距离吞咽式末端执 行器最近的猕猴桃； 若多个猕猴桃与吞咽式末端执行器中心沿自主移动底盘(2)纵向的距离差异小于5mm 时， 吞咽式末端 执行器先采摘挂果投影平面内目标猕猴桃横向距离吞咽式末端执行器中心 最近的猕猴桃； 2)当目标猕猴桃坐标位于一公共采摘区时， 横向多目多臂系统(1)根据该公共采摘区 相邻两吞咽式末端执 行器的中心位置做出判断： 若相邻两吞咽式末端执行器中心都位于公共采摘区内， 且两个吞咽式末端执行器 中心 位置沿自主移动底盘(2)纵向的相对距离>D1+D2时， 两线式采摘手臂分别按照1)完成公共采 摘区内目标猕猴桃的采收； 若相邻两吞咽式末端执行器中心都位于公共采摘区内， 且两个吞咽式末端执行器 中心 位置沿自主移动底盘(2)纵向的相对距离≤D1+D2时， 先进入公共采摘区的线式采摘手臂按 照1)完成公共采摘区内采收任务并离开 公共采摘区后， 后进入公共采摘区的线式采摘手臂 的电动推杆(7)再伸出按照1)完成吞咽采收； 其中： D1为圆筒(8)的直径， D2为电动推杆(7)的直径。权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115191233 A 3