多颗草莓同时采摘末端执行器及相应采摘机构和方法技术

本发明专利技术提供了多颗草莓同时采摘末端执行器及相应采摘机构和方法，涉及农业采摘机器人领域，是由机械手末端执行器、机械臂、机械臂移动平台、草莓收纳箱和控制箱组成的，机械手末端执行器是由拢果板、侧立板、切割机构、视觉单元、气缸、进气孔、连接法兰盘、临时收纳袋和蓄电池组成的，所述的拢果板包括橡胶三角锥、果柄凸起、电磁铁和电磁铁开关，所述的切割机构包括滑轨、触发器、果柄凹槽、切割刀片机构滑槽和切割刀片机构，本发明专利技术的机械手末端执行器体积小巧且灵活，克服现有草莓手工采摘效率低、机械化程度低的缺陷，本发明专利技术机械结构体积小巧，多颗草莓同时采摘效率高，解决了草莓采摘易损伤和单颗草莓采摘效率低的技术难题。

Multiple strawberries at the same time picking end executor and corresponding picking mechanism and method

The invention provides a plurality of strawberry picking and the end effector and the corresponding picking mechanism and method, and relates to the agricultural harvesting robot field is composed of manipulator, manipulator, manipulator moving platform, strawberry storage box and a control box composed of the end effector is made up of fruit plate, side plate and the cutting mechanism, vision unit, air cylinder, air inlet, connecting flange, temporary storage bag and accumulator, fruit plate together comprises a rubber cone, carpopodium bulge, the electromagnet and the electromagnet switch, the cutting mechanism comprises a slide, trigger, fruit stalk, groove cutting blade and cutting mechanism. The invention of the blade body, the end effector is small and flexible, hand picking strawberries to overcome the existing defects of low efficiency and low degree of mechanization, the invention of mechanical structure Small size, many strawberries at the same time high efficiency, to solve the strawberry picking easy to damage and single strawberry picking efficiency is low.

【技术实现步骤摘要】
多颗草莓同时采摘末端执行器及相应采摘机构和方法
本专利技术涉及农业采摘机器人领域，具体地，涉及多颗草莓同时采摘末端执行器及相应采摘机构和方法。
技术介绍
我国草莓种植面积广大，居世界第1位。草莓味道鲜美，营养丰富，深受人们喜爱，有较高的经济价值。目前草莓的收获完全依靠人工采摘，在我国草莓的人工收获作业量大，劳动强度高，效率低，随着我国城镇化进程和人口的老龄化，农村劳动力不足现象日趋明显，研究并推广草莓自动化收获技术，成为现阶段亟待解决的问题。目前对于草莓采摘机器人的研究中，草莓采摘方法主要为机器视觉检测成熟果实、分割出单颗成熟果实并予以定位、再由末端执行器切断或热断果梗、夹持果实或果梗将其放入收纳容器内的方法。目前我国草莓的栽培模式是垄作式栽培，为了充分利用光能，有利于草莓生长，畦垄方向一般与温室长度方向垂直，即与温室宽度方向一致，但由于垄作栽培的草莓的垄沟狭窄，果实吊挂位置比较低矮，因而垄作栽培草莓采摘的机械手须体积小且灵活。日本研发了用来采收草莓果实平铺于地垄表面的机器人装置，然而其采收方式不能用于我国日光温室垄作草莓果实采摘，并且结构比较复杂。因此，研究一种适用于我国垄作栽培草莓的小体积机械手末端执行器取代人工采摘变得十分必要。草莓每年到了收获季节，采摘工需要每隔一段时间就要对成熟草莓进行弯腰采摘，直至草莓生长期末，选择性的果实采摘是农业上最为耗时费力的作业环节，另外实现草莓自动化采摘还有两大难点，一是草莓柔软多汁，夹持容易受伤，草莓采摘机械手末端执行器直接接触草莓，由于采摘作业过程中不能损伤果实，加上草莓的柔嫩性和环境的复杂多变性，要实现草莓采摘的自动化，必须解决草莓采摘机械手末端执行器的设计问题；二是草莓果实多为簇状分布，常常是几颗成熟果实聚集在一起。单颗草莓采摘增加了机械手的采摘次数和采摘难度，降低了作业效率，因此需要多颗草莓同时采摘末端执行器及相应采摘机构和方法，而目前这种采摘机械手末端执行器市场上是没有的。草莓采摘机械手末端执行器的机构参数将严重影响采摘效率和成功率，其研究发展对提高农业生产效率及草莓的市场价值均起着至关重要的作用。
技术实现思路
针对上述现有技术中的缺陷，本专利技术提供多颗草莓同时采摘末端执行器及相应采摘机构和方法，克服现有草莓手工采摘效率低、机械化程度低的缺陷，本专利技术机械结构体积小巧，定位精度高、多颗草莓同时采摘效率高，解决了草莓采摘易损伤和单颗草莓采摘效率低的技术难题。本专利技术解决其技术问题所采取的技术方案是：一种多颗草莓同时采摘末端执行器，是由拢果板、侧立板、切割机构、视觉单元、气缸、进气孔、连接法兰盘、临时收纳袋和蓄电池组成的，所述的拢果板包括橡胶三角锥、果柄凸起、电磁铁和电磁铁开关，所述的切割机构包括滑轨、触发器、果柄凹槽、切割刀片机构滑槽和切割刀片机构，所述的切割刀片机构包括弹簧安装座、弹簧、刀片底托和刀片，其特征是：所述拢果板设置于侧立板前端，所述切割机构通过滑轨安装于左右两侧立板内部且与拢果板平行设置，所述气缸设置于侧立板后部，且气缸轴端与切割机构连接，所述进气孔在气缸侧面，所述连接法兰盘与机械臂进行连接，所述临时收纳袋安装于切割机构下方，所述蓄电池设置于侧立板一侧，所述视觉单元设置于侧立板上端；所述橡胶三角锥设置于拢果板上端，所述24个果柄凸起设置于拢果板前部，所述电磁铁设置于果柄凸起上部，所述电磁铁开关安装于拢果板一端；所述滑轨安装于切割机构两端，所述触发器正对电磁铁开关安装，所述切割刀片机构滑槽设置于切割机构中部，且正对电磁铁，所述24个果柄凹槽设置于切割机构下部，且正对果柄凸起，所述切割刀片机构安装于切割刀片机构滑槽内部；所述弹簧安装座左端固定于割刀片机构滑槽内部，右端连接弹簧，所述弹簧另一端连接刀片底托，所述刀片底托内部安装刀片。优选地，所述橡胶三角锥右端面与水平面垂直，左端面与水平面成60°。优选地，所述24个果柄凹槽每左右两个的间隙是3mm，所述24个果柄凸起每左右两个的间隙是3mm。更优选地，所述蓄电池给电磁铁供电，供电线路启动按钮设置于电磁铁开关上。更优选地，所述触发器具有伸缩性。具体地，所述果柄凸起和果柄凹槽表面都附有一层软硅胶材料，所述临时收纳袋和草莓收纳箱内表面附有10mm的软硅胶材料。一种多颗草莓同时采摘机构，是由机械手末端执行器、机械臂、机械臂移动平台、草莓收纳箱和控制箱组成的，其特征是：所述机械手末端执行器安装在机械臂末端，所述机械臂安装在机械臂移动平台上，所述草莓收纳箱设置于机械臂移动平台前部；其中机械手末端执行器包括拢果板、侧立板、切割机构、视觉单元、气缸、进气孔、连接法兰盘、临时收纳袋和蓄电池，所述的拢果板包括橡胶三角锥、果柄凸起、电磁铁和电磁铁开关，所述的切割机构包括滑轨、触发器、果柄凹槽、切割刀片机构滑槽和切割刀片机构，所述的切割刀片机构包括弹簧安装座、弹簧、刀片底托和刀片，所述拢果板设置于侧立板前端，所述切割机构通过滑轨安装于左右两侧立板内部且与拢果板平行设置，所述气缸设置于侧立板后部，且气缸轴端与切割机构连接，所述进气孔在气缸侧面，所述连接法兰盘与机械臂进行连接，所述临时收纳袋安装于切割机构下方，所述蓄电池设置于侧立板一侧，所述视觉单元设置于侧立板上端；所述橡胶三角锥设置于拢果板上端，所述24个果柄凸起设置于拢果板前部，所述电磁铁设置于果柄凸起上部，所述电磁铁开关安装于拢果板一端；所述滑轨安装于切割机构两端，所述触发器正对电磁铁开关安装，所述切割刀片机构滑槽设置于切割机构中部，且正对电磁铁，所述24个果柄凹槽设置于切割机构下部，且正对果柄凸起，所述切割刀片机构安装于切割刀片机构滑槽内部；所述弹簧安装座左端固定于割刀片机构滑槽内部，右端连接弹簧，所述弹簧另一端连接刀片底托，所述刀片底托内部安装刀片。一种多颗草莓同时采摘机构的采摘方法，包括如下步骤：靠近果实、拢果、压柄、切割果柄和放果，其详细工作过程为：视觉单元拍摄草莓图像，确定草莓空间坐标位置，机械臂将机械手末端执行器送至草莓正下方，完成靠近果实过程；机械臂沿着垄壁方向移动，机械手末端执行器的橡胶三角锥左端面将多颗草莓拨到拢果板内侧，完成拢果过程；进气孔工作，气缸带动切割机构沿侧立板方向前进，果柄凸起和果柄凹槽配合将果柄夹持在果柄凸起的间隙之中，完成压柄过程；触发器触碰到电磁铁开关，蓄电池给电磁铁供电，产生磁力，吸附切割刀片机构沿着切割刀片机构滑槽向右运动，刀片切断果柄，完成切割果柄过程；气缸带动切割机构向左运动，触发器离开电磁铁开关，电磁铁断电失去磁力，切割刀片机构在弹簧作用下缩回到切割刀片机构滑槽中，同时果柄凸起和果柄凹槽分离，草莓就滑落到临时收纳袋中，当临时收纳袋中草莓装满，机械臂将机械手末端执行器送至草莓收纳箱，完成放果过程。与现有技术相比，本专利技术具有如下的有益效果：本专利技术设计的多颗草莓同时采摘末端执行器及相应采摘机构和方法利用多关节机械臂，通过多传感器信息融合实时获取、感知工作环境及草莓信息，确保在不损伤草莓的前提下，完成靠近果实、拢果、压柄、切割果柄和放果工作过程，并通过机械臂的控制，将收纳袋中的草莓回收，实现草莓的全程自动化收获作业。(1)本专利技术的伸缩机构选用气缸作动力，可更方便快捷的调整工作速率，且气缸具有更高的可靠性和更长的使用寿命，其动作速本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多颗草莓同时采摘末端执行器，其特征是：是由拢果板、侧立板、切割机构、视觉单元、气缸、进气孔、连接法兰盘、临时收纳袋和蓄电池组成的，所述的拢果板包括橡胶三角锥、果柄凸起、电磁铁和电磁铁开关，所述的切割机构包括滑轨、触发器、果柄凹槽、切割刀片机构滑槽和切割刀片机构，所述的切割刀片机构包括弹簧安装座、弹簧、刀片底托和刀片，所述拢果板设置于侧立板前端，所述切割机构通过滑轨安装于左右两侧立板内部且与拢果板平行设置，所述气缸设置于侧立板后部，且气缸轴端与切割机构连接，所述进气孔在气缸侧面，所述连接法兰盘与机械臂进行连接，所述临时收纳袋安装于切割机构下方，所述蓄电池设置于侧立板一侧，所述视觉单元设置于侧立板上端；所述橡胶三角锥设置于拢果板上端，所述24个果柄凸起设置于拢果板前部，所述电磁铁设置于果柄凸起上部，所述电磁铁开关安装于拢果板一端；所述滑轨安装于切割机构两端，所述触发器正对电磁铁开关安装，所述切割刀片机构滑槽设置于切割机构中部，且正对电磁铁，所述24个果柄凹槽设置于切割机构下部，且正对果柄凸起，所述切割刀片机构安装于切割刀片机构滑槽内部；所述弹簧安装座左端固定于割刀片机构滑槽内部，右端连接弹簧，所述弹簧另一端连接刀片底托，所述刀片底托内部安装刀片。...

【技术特征摘要】
1.一种多颗草莓同时采摘末端执行器，其特征是：是由拢果板、侧立板、切割机构、视觉单元、气缸、进气孔、连接法兰盘、临时收纳袋和蓄电池组成的，所述的拢果板包括橡胶三角锥、果柄凸起、电磁铁和电磁铁开关，所述的切割机构包括滑轨、触发器、果柄凹槽、切割刀片机构滑槽和切割刀片机构，所述的切割刀片机构包括弹簧安装座、弹簧、刀片底托和刀片，所述拢果板设置于侧立板前端，所述切割机构通过滑轨安装于左右两侧立板内部且与拢果板平行设置，所述气缸设置于侧立板后部，且气缸轴端与切割机构连接，所述进气孔在气缸侧面，所述连接法兰盘与机械臂进行连接，所述临时收纳袋安装于切割机构下方，所述蓄电池设置于侧立板一侧，所述视觉单元设置于侧立板上端；所述橡胶三角锥设置于拢果板上端，所述24个果柄凸起设置于拢果板前部，所述电磁铁设置于果柄凸起上部，所述电磁铁开关安装于拢果板一端；所述滑轨安装于切割机构两端，所述触发器正对电磁铁开关安装，所述切割刀片机构滑槽设置于切割机构中部，且正对电磁铁，所述24个果柄凹槽设置于切割机构下部，且正对果柄凸起，所述切割刀片机构安装于切割刀片机构滑槽内部；所述弹簧安装座左端固定于割刀片机构滑槽内部，右端连接弹簧，所述弹簧另一端连接刀片底托，所述刀片底托内部安装刀片。2.根据权利要求1所述的一种多颗草莓同时采摘末端执行器，其特征是：所述橡胶三角锥右端面与水平面垂直，左端面与水平面成60°。3.根据权利要求1所述的一种多颗草莓同时采摘末端执行器，其特征是：所述24个果柄凹槽每左右两个的间隙是3mm，所述24个压果柄凸起每左右两个的间隙是3mm。4.根据权利要求1所述的一种多颗草莓同时采摘末端执行器，其特征是：所述蓄电池给电磁铁供电，供电线路启动按钮设置于电磁铁开关上。5.根据权利要求1所述的一种多颗草莓同时采摘末端执行器，其特征是：所述触发器具有伸缩性。6.根据权利要求1所述的一种多颗草莓同时采摘末端执行器，其特征是：所述果柄凸起和果柄凹槽表面都附有一层软硅胶材料，所述临时收纳袋和草莓收纳箱内表面附有10mm的软硅胶材料。7.一种多颗草莓同时采摘机构，其特征是：是由机械手末端执行器、机械臂、机械臂移动平台、草莓收纳箱和控制箱组成的，所述机械手末端执行器安装在机械臂末端，所述机械臂安装在机械臂移动...

【专利技术属性】
技术研发人员：谷新运，朱琳，陈礼鹏，穆龙涛，
申请(专利权)人：谷新运，
类型：发明
国别省市：陕西,61