[发明专利]一种葡萄串果快速无脱落采收的机器人系统与实现方法

说明书

技术领域

本发明涉及农业装备领域，特别涉及一种葡萄串果快速无脱落采收的机器人系统与实现方法。

背景技术

鲜食的葡萄类串果的机器人采收作业的摘取、移送、放果等各个环节，由于振动、碰撞导致果粒的脱落，从而对串果的上市质量和贮藏期造成不利影响。现有采摘机器人装备与采摘方法无法满足葡萄类串果快速无脱落采摘的需要：

（1）现有机器人采摘研究多关注果实识别定位、末端逼近果实的机械臂运动规划和果实成功摘取等前端环节，而对葡萄类串果而言，摘取后的串果夹持移送和放入果箱成为造成果粒脱落的关键环节；

（2）现有机器人通常以复杂机械臂进行空中串果的采摘，并通过较长路径放入在机器人底盘上的果箱，现有机器人结构用于串果采收时，过长移送路径和复杂机械臂的关节振动等造成果粒脱落的可能大大增加，而过长移送路径和复杂的机械臂动作规划运算亦造成串果采后移送过程的耗时过长；

（3）现有串果的机器人采摘作业，通常通过剪切和夹持主穗轴，并加入推板以减少串果移送过程中的振动（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.），但实际减振结果有限且推板容易造成放果时的障碍；

（4）串果放入果箱时的跌落和碰撞将造成果粒的严重脱落，目前采摘机器人研究中尚未关注。

发明内容

本发明的目的在于提供一种葡萄串果快速无脱落采收的机器人系统与实现方法，以实现葡萄串果的机器人采收中无果粒脱落的快速安全移送、放果作业。

为了解决以上技术问题，本发明采用的具体技术方案如下：

一种葡萄串果快速无脱落采收的机器人系统，其特征在于：由移动底盘(1)、升降机构(2)、空中果箱装置和轻小采收机械手构成；升降机构(2)的下方安装于移动底盘(1)上，空中果箱装置和采收机械手安装于升降机构(2)的上方；

空中果箱装置由升降平台(3)、落箱槽(14)和果箱(4)组成；落箱槽(14)固定于升降平台(3)的上方，使落箱槽(14)的槽口竖直向上；果箱(4)竖直放入落箱槽(14)，使果箱(4)的箱口竖直向上；

轻小采收机械手由手爪(6)、力传感器(7)、小臂(8)、大臂(10)、基座(12)和腕关节(5)、肘关节(9)、肩关节(11)、水平转动关节(13)组成；手爪(6)通过腕关节(5)与小臂(8)的前端联接，小臂(8)的后端通过肘关节(9)与大臂(10)的前端联接，大臂(10)的后端通过肩关节(11)与基座(12)联接，基座(12)通过水平转动关节(13)与升降平台(3)联接。

果箱(4)的箱口具有凸边(15)。

手爪(6)内安装纵向力传感器(7)，纵向力传感器(7)的测力方向F_g与手爪(6)的开口方向P垂直。

一种葡萄串果快速无脱落采收的机器人系统的实现方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤一，移动底盘(1)自动移动到采收作业位置，升降平台(3)将空中果箱装置和轻小采收机械手送至葡萄串果(16)生长的相应高度区；

步骤二，手爪(6)以水平的开口方向P完成对葡萄串果(16)的主穗轴(17)的夹持和剪切，手爪(6)保持水平的开口方向P夹持主穗轴(17)将葡萄串果(16)向果箱(4)移送并竖直放入果箱(4)，移送和放果过程中纵向力传感器(7)实时检测手爪(6)与主穗轴(17)间的纵向作用力F_g；

步骤三，当手爪(6)与主穗轴(17)间的纵向作用力F_g≥晃动落果风险阈值[F_g1]，表明移送过程中轻小采收机械手的动作过快导致葡萄串果(16)的晃动过大，葡萄果粒脱落的风险偏大，则控制系统自动降低轻小采收机械手的动作速度；