[發(fā)明專利]一種縱向柔性?shī)A持番茄采摘機(jī)械手末端執(zhí)行器及采摘方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710945155.6
• 申請(qǐng)日: 2017-10-12
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107718019A
• 公開(kāi)（公告）日: 2018-02-23
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 谷新運(yùn);李豫明;孫文慶;宋宇
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 谷新運(yùn)
• 主分類號(hào): B25J15/00
• 分類號(hào): B25J15/00;A01D45/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人領(lǐng)域，具體地，涉及一種縱向柔性?shī)A持番茄采摘機(jī)械手末端執(zhí)行器及采摘方法。

背景技術(shù)

隨著我國(guó)大棚番茄種植技術(shù)推廣，種植面積及年產(chǎn)量越來(lái)越大，番茄的果實(shí)營(yíng)養(yǎng)豐富，具特殊風(fēng)味，可以生食、煮食、加工番茄醬、汁或整果罐藏，成為人們的主要蔬菜之一，目前我國(guó)番茄的收獲完全依靠人工采摘，在我國(guó)番茄的人工收獲作業(yè)量大，勞動(dòng)強(qiáng)度高，效率低，隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程和人口的老齡化，農(nóng)村勞動(dòng)力不足現(xiàn)象日趨明顯，研究并推廣番茄自動(dòng)化收獲技術(shù)，成為現(xiàn)階段亟待解決的問(wèn)題。

結(jié)合番茄的生長(zhǎng)特性，番茄2～5個(gè)成束生長(zhǎng)、相互觸碰，提出了吸盤首先吸持住番茄并將其拉離果束，再夾持果實(shí)折斷果梗的采摘方法，通過(guò)番茄特性試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，第一：番茄的縱向(果實(shí)軸線)抗擠壓能力顯著超過(guò)橫向；第二但是番茄采用折斷果梗比采用扭斷或拉斷果梗方式更省力，結(jié)合這兩個(gè)物理特性去設(shè)計(jì)機(jī)械手末端執(zhí)行器，可以明顯提高番茄的采摘效率和成功率。

番茄采摘機(jī)器人的機(jī)械手末端執(zhí)行器是安裝在機(jī)械臂前端，直接與番茄相接觸，是采摘的關(guān)鍵執(zhí)行部分。機(jī)械手末端執(zhí)行器對(duì)于作業(yè)對(duì)象與環(huán)境的柔嫩性、不規(guī)則性和復(fù)雜多變性的適應(yīng)能力決定了果實(shí)采摘的效率和成功率，因此需要一種縱向柔性?shī)A持番茄采摘機(jī)械手末端執(zhí)行器及采摘方法，而目前這種縱向柔性?shī)A持番茄采摘機(jī)械手末端執(zhí)行器市場(chǎng)上是沒(méi)有的。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提供一種縱向柔性?shī)A持番茄采摘機(jī)械手末端執(zhí)行器及采摘方法，克服現(xiàn)有番茄手工采摘效率低、機(jī)械化程度低的缺陷，本發(fā)明采用縱向柔性?shī)A持番茄，然后擺動(dòng)折斷果梗的采摘方式，解決了番茄采摘效率低和易夾持損傷的技術(shù)難題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采取的技術(shù)方案是：

一種縱向柔性?shī)A持番茄采摘機(jī)械手末端執(zhí)行器，是由橡膠底板、底托彈簧、底托硅膠按鍵、手指硅膠按鍵、手指彈簧、橡膠手指、視覺(jué)單元、安裝板、氣缸、驅(qū)動(dòng)齒輪、電機(jī)、機(jī)械臂連接板、傳動(dòng)軸、從動(dòng)齒輪和底板連接件組成的，其特征是：所述橡膠底板通過(guò)底板連接件與氣缸軸連接，所述氣缸安裝在安裝板背面，所述底托硅膠按鍵通過(guò)底托彈簧與橡膠底板連接，所述底托硅膠按鍵是邊長(zhǎng)5mm的方形硅膠塊，左右前后間隙2mm，成10行10列設(shè)置，共計(jì)100個(gè)，所述手指硅膠按鍵通過(guò)手指彈簧與橡膠手指連接，所述手指硅膠按鍵是直徑5mm的圓形硅膠柱，左右圓心距7mm，所述橡膠手指設(shè)置在安裝板頂端，共計(jì)4個(gè)橡膠手指，所述電機(jī)安裝在機(jī)械臂連接板上，所述機(jī)械臂連接板通過(guò)傳動(dòng)軸與安裝板連接，所述驅(qū)動(dòng)齒輪安裝在電機(jī)軸上，與從動(dòng)齒輪嚙合，所述從動(dòng)齒輪安裝在傳動(dòng)軸上。

優(yōu)選地，所述底托硅膠按鍵表面粘附有壓力傳感器，檢測(cè)采摘壓力。

優(yōu)選地，所述4個(gè)橡膠手指兩兩間隙為5mm。

優(yōu)選地，所述氣缸有兩只設(shè)置在安裝板背面，氣缸軸全部伸出時(shí)橡膠手指和橡膠底板間的距離為100mm。

優(yōu)選地，所述每個(gè)橡膠手指上設(shè)置有7個(gè)手指硅膠按鍵。

一種縱向柔性?shī)A持番茄采摘機(jī)械手末端執(zhí)行器的采摘方法，包括如下步驟：對(duì)準(zhǔn)果實(shí)、靠近果實(shí)、縱向柔性?shī)A持和擺動(dòng)折斷，其詳細(xì)工作過(guò)程為：視覺(jué)單元拍攝番茄圖像，圖像處理獲取番茄空間三維坐標(biāo)，路徑規(guī)劃后機(jī)械臂將機(jī)械手末端執(zhí)行器送達(dá)指定位置，完成對(duì)準(zhǔn)果實(shí)過(guò)程；兩只氣缸同時(shí)工作，氣缸軸伸出橡膠手指和橡膠底板間的距離達(dá)100mm，機(jī)械手末端執(zhí)行器緩慢平移，番茄果梗慢慢進(jìn)入橡膠手指間隙中，直到整個(gè)番茄進(jìn)入夾持區(qū)域，完成靠近果實(shí)過(guò)程；兩只氣缸同時(shí)工作，氣缸軸慢慢縮回帶動(dòng)橡膠底板緩慢上升縱向夾持番茄(果實(shí)軸線方向)，底托硅膠按鍵接觸到番茄輪廓后發(fā)生柔性變形，自適應(yīng)番茄外輪廓形狀，直至底托硅膠按鍵表面的壓力傳感器檢測(cè)的采摘壓力在閾值之內(nèi)，停止運(yùn)動(dòng)，完成柔性?shī)A持過(guò)程；電機(jī)正反轉(zhuǎn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)齒輪帶動(dòng)從動(dòng)齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，使番茄左右擺動(dòng)30°，果梗受剪切力折斷，完成擺動(dòng)折斷過(guò)程。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：

本發(fā)明設(shè)計(jì)的一種縱向柔性?shī)A持番茄采摘機(jī)械手末端執(zhí)行器及采摘方法利用多關(guān)節(jié)機(jī)械臂，通過(guò)多傳感器信息融合實(shí)時(shí)獲取、感知工作環(huán)境及番茄信息，確保在不損傷番茄的前提下，完成對(duì)準(zhǔn)果實(shí)、靠近果實(shí)、縱向柔性?shī)A持和擺動(dòng)折斷工作過(guò)程，本發(fā)明采用縱向柔性?shī)A持番茄，然后擺動(dòng)折斷果梗的采摘方式，解決了番茄采摘效率低和夾持易損傷的技術(shù)難題。

(1)本發(fā)明采用橡膠底板和橡膠手指間距變化，縱向夾持，并且底托硅膠按鍵和手指硅膠按鍵可柔性變化，自適應(yīng)番茄外輪廓形狀，保證無(wú)損采摘；

(2)本發(fā)明采用擺動(dòng)折斷方式折斷果梗，比扭斷和拉斷果梗都要省力，提高了采摘效率；