[发明专利]电热切割式草莓采摘末端执行器及相应采摘机构和方法

说明书

技术领域

本发明涉及农业采摘机器人领域，具体地，涉及电热切割式草莓采摘末端执行器及相应采摘机构和方法。

背景技术

我国草莓种植面积广大，居世界第1位。草莓味道鲜美，营养丰富，深受人们喜爱，有较高的经济价值。目前草莓的收获完全依靠人工采摘，在我国草莓的人工收获作业量大，劳动强度高，效率低，随着我国城镇化进程和人口的老龄化，农村劳动力不足现象日趋明显，研究并推广草莓自动化收获技术，成为现阶段亟待解决的问题。

草莓每年到了收获季节，采摘工需要每隔一段时间就要对成熟草莓进行弯腰采摘，直至草莓生长期末，选择性的果实采摘是农业上最为耗时费力的作业环节，草莓柔软多汁，夹持容易受伤，草莓采摘机械手末端执行器直接接触草莓，由于采摘作业过程中不能损伤果实，加上草莓的柔嫩性和环境的复杂多变性，要实现草莓采摘的自动化，必须解决草莓采摘机械手末端执行器的设计问题；通过机械刀片切割果梗采摘下的草莓，草莓含有的水分很高，草莓失水以后就会干缩坏掉，根据试验分析室温下草莓失水快，每天可失水2.17％-2.65％，3-4天后即失去商品价值，因此需要电热切割式草莓采摘末端执行器及相应采摘机构和方法，而目前这种采摘机械手末端执行器市场上是没有的。草莓采摘机械手末端执行器的机构参数将严重影响采摘效率和成功率，其研究发展对提高农业生产效率及草莓的市场价值均起着至关重要的作用。

发明内容

针对上述现有技术中的缺陷，本发明提供电热切割式草莓采摘末端执行器及相应采摘机构和方法，克服现有草莓手工采摘效率低、机械化程度低的缺陷，本发明利用电热切断果梗能有效防止草莓失水，解决了人工采摘草莓费时费力和草莓采摘易损伤、易失水的技术难题。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种电热切割式草莓采摘末端执行器，是由步进电机、L型安装板、滚珠丝杠、电热丝供电器、气缸、限位开关、侧立板、Kinect传感器、补光单元、右电热丝刀片、左电热丝刀片、末端伸缩板、连接件、滑轨和安装盘组成的，其特征是：所述步进电机通过L型安装板安装在滑轨左端，所述滚珠丝杠一端与步进电机连接，另一端与侧立板连接，所述侧立板安装在滑轨右端，所述气缸安装在滚珠丝杠上，所述末端伸缩板左端与气缸轴连接，右端与右电热丝刀片和左电热丝刀片连接，所述Kinect传感器设置于安装盘上，所述补光单元成圆周分布设置于安装盘上，所述限位开关安装在滑轨的两端，所述电热丝供电器安装在气缸上，所述安装盘设置于气缸轴末端，所述连接件上端连接末端伸缩板。

优选地，所述左电热丝刀片和右电热丝刀片夹角为30°，且内部都嵌有电热丝。

具体地，所述电热丝供电器为左电热丝刀片和右电热丝刀片供电。

一种电热切割式草莓采摘机构，是由末端执行器、波纹管、收纳箱、移动平台和升降机构组成的，其特征是：所述末端执行器安装在升降机构上，所述升降机构安装在移动平台上，所述收纳箱设置于移动平台前部，所述波纹管上端通过连接件与末端伸缩板连接，正对左电热丝刀片和右电热丝刀片，下端伸入到收纳箱中；其中末端执行器进一步包括步进电机、L型安装板、滚珠丝杠、电热丝供电器、气缸、限位开关、侧立板、Kinect传感器、补光单元、右电热丝刀片、左电热丝刀片、末端伸缩板、连接件、滑轨和安装盘，所述步进电机通过L型安装板安装在滑轨左端，所述滚珠丝杠一端与步进电机连接，另一端与侧立板连接，所述侧立板安装在滑轨右端，所述气缸安装在滚珠丝杠上，所述末端伸缩板左端与气缸轴连接，右端与右电热丝刀片和左电热丝刀片连接，所述Kinect传感器设置于安装盘上，所述补光单元成圆周分布设置于安装盘上，所述限位开关安装在滑轨的两端，所述电热丝供电器安装在气缸上，所述安装盘设置于气缸轴末端，所述连接件上端连接末端伸缩板。

具体地，所述波纹管内表面和收纳箱内表面附有10mm的软硅胶材料。

一种电热切割式草莓采摘机构的采摘方法，包括如下步骤：对准果实、靠近果梗和电热切割，其详细工作过程为：Kinect传感器拍摄草莓图像，确定成熟草莓空间坐标位置，移动平台和升降机构首先将末端执行器调到合适高度，步进电机通过滚珠丝杠控制气缸左右移动，完成对准果实过程；气缸工作，气缸轴伸出，末端伸缩板带动右电热丝刀片和左电热丝刀片前进，同时末端伸缩板下面的波纹管也跟随前进，完成靠近果梗过程；电热丝供电器为右电热丝刀片和左电热丝刀片供电，同时右电热丝刀片和左电热丝刀片缓慢前进，果梗在电热刀片下切断，完成电热切割过程，果梗切断的草莓顺着波纹管滑落到收纳箱中。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：