[發明專利]一種葡萄串果快速無脫落采收的機器人系統與實現方法

在審

• 申請號: 201710961156.X
• 申請日: 2017-10-17
• 公開（公告）號: CN107787681A
• 公開（公告）日: 2018-03-13
• 發明（設計）人: 劉繼展;常國政;穆罕默德·法希姆;高楊;袁妍;彭赟
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: A01D46/30
• 分類號: A01D46/30
• 代理公司: 江蘇縱聯律師事務所32253
• 代理人: 蔡棟

技術領域

本發明涉及農業裝備領域，特別涉及一種葡萄串果快速無脫落采收的機器人系統與實現方法。

背景技術

鮮食的葡萄類串果的機器人采收作業的摘取、移送、放果等各個環節，由于振動、碰撞導致果粒的脫落，從而對串果的上市質量和貯藏期造成不利影響?，F有采摘機器人裝備與采摘方法無法滿足葡萄類串果快速無脫落采摘的需要：

（1）現有機器人采摘研究多關注果實識別定位、末端逼近果實的機械臂運動規劃和果實成功摘取等前端環節，而對葡萄類串果而言，摘取后的串果夾持移送和放入果箱成為造成果粒脫落的關鍵環節；

（2）現有機器人通常以復雜機械臂進行空中串果的采摘，并通過較長路徑放入在機器人底盤上的果箱，現有機器人結構用于串果采收時，過長移送路徑和復雜機械臂的關節振動等造成果粒脫落的可能大大增加，而過長移送路徑和復雜的機械臂動作規劃運算亦造成串果采后移送過程的耗時過長；

（3）現有串果的機器人采摘作業，通常通過剪切和夾持主穗軸，并加入推板以減少串果移送過程中的振動（Naoshi Kondo, Koki Yata, Michihisa Iida, et al. Development of an End-Effector for a Tomato Cluster Harvesting Robot[J]. Engineering in Agriculture, Environment and Food, 2010, 3(1): 20-24；M.Monta, N.Kondo, Y.Shibano. Agricultural Robot in Grape Production System[C]. IEEE Internatlonal Conference on Robotlcs and Automation, 1995: 2504-2509.），但實際減振結果有限且推板容易造成放果時的障礙；

（4）串果放入果箱時的跌落和碰撞將造成果粒的嚴重脫落，目前采摘機器人研究中尚未關注。

發明內容

本發明的目的在于提供一種葡萄串果快速無脫落采收的機器人系統與實現方法，以實現葡萄串果的機器人采收中無果粒脫落的快速安全移送、放果作業。

為了解決以上技術問題，本發明采用的具體技術方案如下：

一種葡萄串果快速無脫落采收的機器人系統，其特征在于：由移動底盤(1)、升降機構(2)、空中果箱裝置和輕小采收機械手構成；升降機構(2)的下方安裝于移動底盤(1)上，空中果箱裝置和采收機械手安裝于升降機構(2)的上方；

空中果箱裝置由升降平臺(3)、落箱槽(14)和果箱(4)組成；落箱槽(14)固定于升降平臺(3)的上方，使落箱槽(14)的槽口豎直向上；果箱(4)豎直放入落箱槽(14)，使果箱(4)的箱口豎直向上；

輕小采收機械手由手爪(6)、力傳感器(7)、小臂(8)、大臂(10)、基座(12)和腕關節(5)、肘關節(9)、肩關節(11)、水平轉動關節(13)組成；手爪(6)通過腕關節(5)與小臂(8)的前端聯接，小臂(8)的后端通過肘關節(9)與大臂(10)的前端聯接，大臂(10)的后端通過肩關節(11)與基座(12)聯接，基座(12)通過水平轉動關節(13)與升降平臺(3)聯接。

果箱(4)的箱口具有凸邊(15)。

手爪(6)內安裝縱向力傳感器(7)，縱向力傳感器(7)的測力方向F_g與手爪(6)的開口方向P垂直。

一種葡萄串果快速無脫落采收的機器人系統的實現方法，其特征在于包含以下步驟：

步驟一，移動底盤(1)自動移動到采收作業位置，升降平臺(3)將空中果箱裝置和輕小采收機械手送至葡萄串果(16)生長的相應高度區；

步驟二，手爪(6)以水平的開口方向P完成對葡萄串果(16)的主穗軸(17)的夾持和剪切，手爪(6)保持水平的開口方向P夾持主穗軸(17)將葡萄串果(16)向果箱(4)移送并豎直放入果箱(4)，移送和放果過程中縱向力傳感器(7)實時檢測手爪(6)與主穗軸(17)間的縱向作用力F_g；

步驟三，當手爪(6)與主穗軸(17)間的縱向作用力F_g≥晃動落果風險閾值[F_g1]，表明移送過程中輕小采收機械手的動作過快導致葡萄串果(16)的晃動過大，葡萄果粒脫落的風險偏大，則控制系統自動降低輕小采收機械手的動作速度；