一种簇状番茄粉果采摘机械手及其采摘方法技术

本发明专利技术提供了一种簇状番茄粉果采摘机械手及其采摘方法，包括壳体、直线行走机构、螺母座和采摘单元，所述壳体内安装直线行走机构，所述螺母座与直线行走机构连接，通过直线行走机构使螺母座直线运动；所述螺母座上分布若干采摘单元，每一所述采摘单元包括第一连杆、第二连杆和采摘手，所述第一连杆一端与螺母座铰接，所述第一连杆另一端与第二连杆中间铰接，所述第二连杆一端与壳体铰接，所述第二连杆另一端穿过壳体与采摘手连接，通过螺母座的直线运动，使采摘手姿态发生变化；所述壳体底部与回转手臂连接，用于使壳体转动。本发明专利技术能够实现对被采摘串番茄的位置和果实个数进行精确判断，进而实现对簇状番茄进行精确采摘。进而实现对簇状番茄进行精确采摘。进而实现对簇状番茄进行精确采摘。

【技术实现步骤摘要】
一种簇状番茄粉果采摘机械手及其采摘方法


[0001]本专利技术涉及农业采摘机器人领域，特别涉及一种簇状番茄粉果采摘机械手及其采摘方法。

技术介绍

[0002]番茄的果实具有营养丰富，中国是鲜食番茄的生产和消费大国，新鲜番茄的市场需求量日益增大，温室番茄栽培的规模亦将进一步扩大。目前，我国番茄的收获基本上是依靠人工采摘，人工收获作业量十分的大，人工采摘占用的劳动力占整个过程劳动力的30％～50％，劳动强度高，效率低，机械化水平低。采摘番茄是水果收获的核心环节之一，提高机械化收获是十分的重要的。
[0003]目前设计的采摘机械手存在一些问题，如，气动软体夹爪的手指由硅胶填充而成，内置气腔，在吸气状态下，柔性手指弯曲角、指尖位移角度和弯曲程度较大，导致手指的张口较大，容易受到番茄周围茎叶的影响；在充气状态下，指内气囊扩充，手指尺寸增大，在面临番茄堆叠的问题时，手指不易深入两个番茄的缝隙中，若出现了略微的角度偏差，柔软的指尖容易触碰到番茄，从而出现向内弯曲的现象，导致抓取失败。因此，气动软体夹爪对于实际场景中设施番茄的采摘并不理想。
[0004]常见的刚性夹爪，控制简便，抓取成功率较高。但为了实现简单控制，手指多设计为复杂的欠驱动结构，连杆的堆积牺牲了机械手指轻和薄这两个重要的评价指标。形状粗大的手指在深入堆叠番茄的缝隙时，若出现角度偏差，指尖极易将番茄推开偏离预期的夹取位置，且末端的棱角会对番茄的表皮和内部结构造成损伤，导致番茄提前腐烂。在番茄夹持过程中，目前刚性夹爪对于控制策略的研究并不成熟，主要问题在于电机驱动和传感器反馈之间没有形成闭环控制，导致常有夹持损坏果实的情况发生。因此，对于刚性夹爪来说，亟需进行结构轻量简化设计，以及控制策略的研究。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在的不足，本专利技术提供了一种簇状番茄粉果采摘机械手及其采摘方法，能够实现对被采摘串番茄的位置和果实个数进行精确判断，进而实现对簇状番茄进行精确采摘。基于半包围抓握方式，设计了三爪之间角度不同的仿生包络的机械采摘手；针对果实的无损采摘，设计了硅胶手套和柔性指垫，并安装压力传感器，形成可靠的闭环控制体系，同时也避免了打滑现象；针对果实与果梗分离难度大，设计了扭转采摘的形式。
[0006]本专利技术是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
[0007]一种簇状番茄粉果采摘机械手，包括壳体、直线行走机构、螺母座和采摘单元，所述壳体内安装直线行走机构，所述螺母座与直线行走机构连接，通过直线行走机构使螺母座直线运动；
[0008]所述螺母座上分布若干采摘单元，每一所述采摘单元包括第一连杆、第二连杆和采摘手，所述第一连杆一端与螺母座铰接，所述第一连杆另一端与第二连杆中间铰接，所述
第二连杆一端与壳体铰接，所述第二连杆另一端穿过壳体与采摘手连接，通过螺母座的直线运动，使采摘手姿态发生变化；所述壳体底部与回转手臂连接，用于使壳体转动。
[0009]进一步，所述螺母座上分布3个采摘单元，第一采摘单元与第二采摘单元之间的夹角为 90度，第三采摘单元分别与第一采摘单元和第二采摘单元之间的夹角为135度。
[0010]进一步，所述采摘手外部设有硅胶手套，所述硅胶手套表面安装第一压力传感器，用于检测采摘压力。
[0011]进一步，所述硅胶手套厚度至少为2mm，所述硅胶手套与采摘手贴合后的缝隙为0～0.5mm。
[0012]进一步，所述采摘手的夹持面为凹圆弧面。
[0013]进一步，若干采摘单元之间的壳体上设有柔性指垫，用于对番茄起缓冲作用；所述柔性指垫上设有第二压力传感器，用于检测番茄是否与柔性指垫接触。
[0014]进一步，还包括视觉系统，所述视觉系统用于识别簇状番茄中最外侧的番茄的中心和果柄位置。
[0015]一种利用所述的簇状番茄粉果采摘机械手的采摘方法，包括如下步骤：
[0016]通过视觉系统识别簇状番茄中最外侧的番茄的中心和果柄位置；控制系统根据视觉系统输入的番茄的中心和果柄位置，控制机械手臂移动，使壳体的回转中心线与番茄果柄处于同一直线；
[0017]控制系统控制机械手臂沿与果柄共线的直线运动靠近番茄，直到番茄触碰到第二压力传感器；控制系统根据第二压力传感器反馈信号控制直线行走机构使螺母座直线运动，从而使若干采摘手闭合，直到采摘手的硅胶手套与番茄果体接触；
[0018]当采摘手上的第一压力传感器达到设定值，控制系统控制机械手臂沿与果柄共线的直线反向运动，使采摘手夹持的番茄脱离番茄簇；
[0019]控制系统控制机械手臂带动壳体旋转，使果柄与番茄的连接处发生撕裂；并且控制机械手臂施加沿与果柄共线的直线反向的加速度，使果径分离；
[0020]控制系统控制机械手臂移动到存放区，控制系统通过控制直线行走机构使若干采摘手张开，使番茄进入存放区。
[0021]本专利技术的有益效果在于：
[0022]1.本专利技术所述的簇状番茄粉果采摘机械手，通过螺母座直线运动，带动第一连杆和第二连杆转动，从而带动手指开合运动，使得结构更小巧，控制简单，动作可靠，减少动力要求，减轻重量，降低了生产成本。
[0023]2.本专利技术所述的簇状番茄粉果采摘机械手，设计了三爪之间角度不同仿生包络的机械采摘手，3个采摘手形成的角度为90
°
、135
°
和135
°
，形成半包围抓握方式有利于提高了对番茄抓取效率。
[0024]3.本专利技术所述的簇状番茄粉果采摘机械手，通过硅胶手套和柔性指垫实现无损采摘，此外硅胶手套和柔性指垫上分别安装压力传感器形成可靠的闭环控制体系。此外硅胶手套和柔性指垫可以避免打滑现象。
[0025]4.本专利技术所述的簇状番茄粉果采摘机械手，将采摘手通过螺栓螺母与第二连杆一端形成可调式连结，实现多爪采摘机械手包络体积可依据果蔬种类或尺寸调节，增大了机械手的通用性。
[0026]5.本专利技术所述的簇状番茄粉果采摘机械手的采摘方法，利用视觉识别技术，采用深度相机获得串番茄的三维坐标信息和姿态信息，将机械手的中心线正对番茄的中心，并调整位姿，该位姿可以将采摘手保持在簇状番茄的外侧，避免了夹爪深入番茄缝隙内部时，可能发生番茄定位信息变化的情况。
[0027]6.本专利技术所述的簇状番茄粉果采摘机械手，将直线行走机构、螺母座、第一连杆、第二连杆和采摘手放置在壳体内，一方面，温室大棚环境温度高、湿度大，连杆和电机在该环境下长期工作易出现腐蚀断裂现象；另一方面，番茄藤曼缠绕，在采摘手进行采摘任务时，枝叶容易深入夹爪结构的缝隙中，造成机构卡塞现象，影响夹爪使用寿命。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施例，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，显而易见地还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0029]图1为本专利技术所述的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种簇状番茄粉果采摘机械手，其特征在于，包括壳体、直线行走机构、螺母座和采摘单元，所述壳体内安装直线行走机构，所述螺母座与直线行走机构连接，通过直线行走机构使螺母座直线运动；所述螺母座上分布若干采摘单元，每一所述采摘单元包括第一连杆(4)、第二连杆(6)和采摘手(8)，所述第一连杆(4)一端与螺母座铰接，所述第一连杆(4)另一端与第二连杆(6)中间铰接，所述第二连杆(6)一端与壳体铰接，所述第二连杆(6)另一端穿过壳体与采摘手(8)连接，通过螺母座的直线运动，使采摘手(8)姿态发生变化；所述壳体底部与回转手臂连接，用于使壳体转动。2.根据权利要求1所述的簇状番茄粉果采摘机械手，其特征在于，所述螺母座上分布3个采摘单元，第一采摘单元与第二采摘单元之间的夹角为90度，第三采摘单元分别与第一采摘单元和第二采摘单元之间的夹角为135度。3.根据权利要求1所述的簇状番茄粉果采摘机械手，其特征在于，所述采摘手(8)外部设有硅胶手套(9)，所述硅胶手套(9)表面安装第一压力传感器，用于检测采摘压力。4.根据权利要求3所述的簇状番茄粉果采摘机械手，其特征在于，所述硅胶手套(9)厚度至少为2mm，所述硅胶手套(9)与采摘手(8)贴合后的缝隙为0～0.5mm。5.根据权利要求1所述的簇状番茄粉果采摘机械手，其特征在于，所述采摘手(8)与第二连杆(6)的夹角为0～25
°
。6.根据权利要求1所述的簇状番茄粉果采摘机械手，其特征在于，所述采摘手(8)的夹持面为凹圆弧面。7.根据权利要求1所述的簇状番茄粉果采摘机械手，其特征在于，若干采摘手(8)在闭合状态下，若干采摘手(8...

【专利技术属性】
技术研发人员：颜晓红，柳军，皮杰，王权，郑亦峰，周成钢，
申请(专利权)人：江苏省农业科学院，
类型：发明
国别省市：