[發(fā)明專利]一種基于機(jī)械手的挖藕船及挖藕方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201911255687.2
• 申請(qǐng)日: 2019-12-10
• 公開（公告）號(hào): CN110999622A
• 公開（公告）日: 2020-04-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張國(guó)忠;劉浩蓬;白國(guó)瑞;涂鳴;董昭;韓宇航;周勇;王偉康;姚榮苗
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): A01D31/00
• 分類號(hào): A01D31/00;A01D44/00;A01D67/00;B63B35/00;B63H25/52;A01D91/02
• 代理公司: 武漢宇晨專利事務(wù)所 42001
• 代理人: 王敏鋒

1.一種基于機(jī)械臂的挖藕船的挖藕方法，其特征在于，所述挖藕船船頭并排固定兩個(gè)機(jī)械臂，所述挖藕船內(nèi)還設(shè)有控制機(jī)械臂的控制器，第一機(jī)械臂前端裝配機(jī)械爪，第二機(jī)械臂前端裝配高壓水噴頭，所述第一機(jī)械臂、第二機(jī)械臂包括前端機(jī)械臂和后端機(jī)械臂，所述前端機(jī)械臂和機(jī)械爪之間還連接有六維傳感器，后端機(jī)械臂通過(guò)基盤安裝于所述挖藕船船頭，所述后端機(jī)械臂和基盤之間、后端機(jī)械臂和前端機(jī)械臂之間均通過(guò)可180°轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)連接；所述基盤內(nèi)、所述前端機(jī)械臂和六維傳感器之間均安裝可360°旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)；

所述機(jī)械爪包括基座、固定爪和活動(dòng)爪，基座固定在六維傳感器背向前端機(jī)械臂一側(cè)，固定爪后端與基座固定連接，固定爪前端沿六維傳感器軸線方向延伸，活動(dòng)爪與固定爪后端通過(guò)銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)連接，基座內(nèi)還安裝有傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，可驅(qū)動(dòng)活動(dòng)爪繞銷軸90°旋轉(zhuǎn)，所述六維傳感器用于測(cè)量三個(gè)軸向力Fx、Fy、Fz和繞軸向的力矩Mx、My、Mz，三個(gè)軸向分別被定義為平行于固定爪的z軸，分布于活動(dòng)爪旋轉(zhuǎn)面的x軸，垂直于活動(dòng)爪旋轉(zhuǎn)面的y軸；

所述挖藕方法包括以下步驟：

S1.挖藕船駛?cè)胱鳂I(yè)區(qū)間；

S2.控制器選擇第一機(jī)械臂，并初始化；

S3.控制器命令第一機(jī)械臂按以下方式動(dòng)作：傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)活動(dòng)爪相對(duì)固定爪張開，前端機(jī)械臂和六維傳感器之間的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)活動(dòng)爪指向挖藕船正前方，基盤內(nèi)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)使固定爪繞基盤旋轉(zhuǎn)至挖藕船一側(cè)，使機(jī)械爪位于初始位置；

S4.轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)使固定爪插入土壤中且沿直線向遠(yuǎn)離或靠近挖藕船方向運(yùn)動(dòng)，直至Fx達(dá)到閾值時(shí)停止；同時(shí)控制器命令第二機(jī)械臂按以下方式動(dòng)作：保持高壓水噴頭靠近并位于機(jī)械爪正上方，高壓水噴頭隨固定爪同步同向運(yùn)動(dòng)；

S5.傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)活動(dòng)爪與固定爪閉合，然后轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)使機(jī)械爪上移；

S6.若Fz小于閾值下限，則機(jī)械爪未夾住蓮藕，轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)使機(jī)械爪下移回到原位，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)活動(dòng)爪相對(duì)固定爪張開；前端機(jī)械臂和六維傳感器之間的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)基座旋轉(zhuǎn)90～180度后停止；

S7.重復(fù)步驟S5～S6直至Fz不小于閾值下限，若Fz大于閾值上限，則停止驅(qū)使機(jī)械爪上移，并使高壓水噴頭沖水5秒，否則則將蓮藕夾出后放下；

S8.轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械爪上移，若Fz大于閾值上限，則停止驅(qū)使機(jī)械爪上移，傳動(dòng)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)活動(dòng)爪相對(duì)固定爪張開，否則則將蓮藕夾出后放下；

S9.基盤內(nèi)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)固定爪繞基盤旋轉(zhuǎn)，若Fy大于設(shè)定常數(shù)，則驅(qū)動(dòng)固定爪按相反方向繞基盤旋轉(zhuǎn)3～10度，驅(qū)動(dòng)固定爪沿步驟S4中Fx的反方向直線運(yùn)動(dòng)，直至步驟S7狀態(tài)下的六維傳感器檢測(cè)到的Fx達(dá)到閾值；若Fy不大于設(shè)定常數(shù)，則驅(qū)動(dòng)固定爪繞基盤旋轉(zhuǎn)3～10度后停止，驅(qū)動(dòng)固定爪沿步驟S4中Fx的反方向直線運(yùn)動(dòng)，直至步驟S7狀態(tài)下的六維傳感器檢測(cè)到的Fx達(dá)到閾值；

S10.重復(fù)步驟S5，若Fz大于閾值上限，則停止驅(qū)使機(jī)械爪上移，并使高壓水噴頭沖水5秒，重復(fù)步驟S8～S9，直至Fz介于閾值下限與閾值上限之間，機(jī)械爪將蓮藕夾出后張開機(jī)械爪放下蓮藕；

S11.前端機(jī)械臂和六維傳感器之間的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及基盤內(nèi)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)機(jī)械爪回到步驟S3中的初始位置，再驅(qū)動(dòng)固定爪繞基盤向挖藕船另一側(cè)旋轉(zhuǎn)3～10度，重復(fù)步驟S4～S10再次抓取蓮藕。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述挖藕方法的基于機(jī)械臂的挖藕船，其特征在于，所述挖藕船還包括：

驅(qū)動(dòng)電機(jī)，設(shè)置于所述機(jī)械臂中，包括蓄電池、安裝于所述基盤內(nèi)用于驅(qū)動(dòng)位于基盤內(nèi)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)、安裝于所述轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上用于驅(qū)動(dòng)位于基盤和后端機(jī)械臂之間的和后端機(jī)械臂和前端機(jī)械臂之間的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)的第二步進(jìn)電機(jī)、以及安裝于所述前端機(jī)械臂上用于驅(qū)動(dòng)位于前端機(jī)械臂和六維傳感器之間的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)電機(jī)；

水泵，所述水泵連接有一出水管，該出水管的出水端連通所述高壓水噴頭，隨高壓水噴頭的指向處移動(dòng)，所述水泵受水泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)；

電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，設(shè)置于挖藕船內(nèi)，電性連接并驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)、第二步進(jìn)電機(jī)、旋轉(zhuǎn)電機(jī)、水泵電機(jī)正反轉(zhuǎn)和停止；

所述控制器用于控制電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。