[实用新型]一种用于检测果实成熟度及采摘的柔性机械手

说明书

技术领域

本实用新型涉及机械手，特别是一种用于检测果实成熟度及采摘的柔性机械手。

背景技术

目前，随着电子计算机和自动控制技术的迅速发展、农业高新科技的应用和推广，农业机器人已经进入到农业生产领域中，并将促进现代农业向着装备机械化、生产智能化的方向发展。由于果蔬采摘作业的复杂性,采摘自动化程度仍然很低。国内果蔬采摘作业基本上还是靠手工完成。进入21世纪,世界各国均面临老龄化问题,劳动力不仅成本高,而且还不容易得到。采摘作业质量的好坏直接影响到果蔬的储存、加工和销售从而最终影响市场价格和经济效益。果蔬采摘机器人是一类针对水果和蔬菜，可以通过编程来完成采摘等相关作业任务的具有感知能力的自动化机械收获系统。因此,发展机械化收获技术,研究开发果蔬采摘机器人,具有重要的意义。

实用新型内容

本实用新型的目的是为克服现有技术的不足，而提供一种用于检测果实成熟度及采摘的柔性机械手。该柔性机械手结构简单，适用性广，能显著的提高生产效率，降低生产成本。

为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：

一种用于检测果实成熟度及采摘的柔性机械手，包括从上至下顺序连接的气动剪刀手机构、旋转机构、光电机构和传动机构，在气动剪刀手机构上设置有图像采集装置，图像采集装置与智能控制系统连接。

所述旋转机构包括能水平、垂直自由旋转的关节转动轴、与关节转动轴连接的关节电机和旋转臂，关节电机与光电机构、关节电气系统连接，剪刀手机构通过连接臂与关节转动轴连接，通过关节转动轴的转动，控制气动剪刀手机构在三维空间中灵活伸缩并采摘果实。

所述关节转动轴从下至上分为第一关节转动轴、第二关节转动轴、第三关节转动轴和第四关节转动轴，其中：

第一关节转动轴平行于水平面做旋转运动，运动角度范围为180°，最大运动速度为60°/s；

第二关节转动轴做垂直于水平面的旋转运动，运动角度范围为120°，最大运动速度为60°/s；

第三关节转动轴做垂直于水平面的旋转运动，运动角度范围为120°，最大运动速度为60°/s；

第四关节转动轴做垂直于水平面的旋转运动，运动角度范围为180°，最大运动速度为60°/s；

第二关节转动轴与第三关节转动轴之间的臂长为380mm，第三关节转动轴至第四关节转动轴之间的臂长为330mm；整个关节转动轴的最大展开半径为850mm；整体直立高度为1050mm。

所述关节电机分别与每个关节转动轴连接，内设置有失电制动器和减速器，由直流伺服电机驱动，分别控制每个关节转动轴运动，其供电电源和功率分别为24v和400w，其中：各关节均由直流伺服电机连接行星减速器或谐波减速器驱动。

所述关节电气系统由直流电机、编码器、制动器和光电开关相连组成。

所述剪刀手机构由气动系统和与气动系统连接的可张开、闭合的剪刀手构成，剪刀手内设有采摘刀片，刀片下设有缓冲垫，利用气动系统带来的压力瞬间剪断果实果柄，并夹住果柄末端，回收到果篮中。

所述图像采集装置为CCD摄像机，利用CCD摄像机获取果实的图像，并传送至智能控制系统，对所获取的果实图像进行图像分析，以识别当前果实是否成熟，如成熟则采摘；同时，CCD摄像机还可以实时反馈采摘工作是否完成，提高了采摘的准确率。

所述智能控制系统和图像采集装置是利用双目视觉系统进行检测，通过视觉处理获取的果实的成熟程度及其三维坐标，同时将得到的目标果实的三维坐标传递到智能控制系统，从而控制气动剪刀手机构执行采摘工作。

所述光电机构分别与每个关节转动轴连接，机械手运动过程中光电开关指示灯会实时的出现灯亮和熄灭的过程，此过程是防止各个关节偏出旋转角度，导致损坏关节。

所述传动机构采用同步齿形带传动，带的厚度小，单位长度的质量小，节省了空间，且允许的线速度较高。

本实用新型柔性机械手可整体安装在移动平台上，以满足机械手在较为崎岖的果园里灵活移动。

本实用新型的优点是：

1、结构简单、自动化程度高，适用性广、移动性强。本系统能广泛适用于果蔬的采摘和回收，具有广阔的前景。

2、本实用新型通过与智能控制系统连接，在移动平台上加装一个图像采集装置和一个剪刀手机构，能够自动检测果实的颜色、大小、形状，然后对获取的图像进行自动处理、检测和识别，以便提高系统的运行效率，将改变目前采摘果蔬环节全部依靠人工的现状，大大提高其生产的自动化水平。