[发明专利]一种球形果蔬采摘检测智能机器手及机械臂系统

说明书

本发明涉及一种球形果蔬采摘检测智能机器手及机械臂系统，智能机器手包括上安装架、下安装架、夹持机构和近红外光谱检测模块；上安装架为侧壁开口的空心圆柱体；下安装架为切掉部分侧壁的空心圆柱体；近红外光谱检测模块包括光学传感器、遮光罩、光源和微动开关；夹持机构包括两个齿条、齿轮、两个滑块、直线导轨、手指连接件一、手指连接件二和两个软胶手指。机械臂系统，包括上述智能机器手，还包括机械臂、机械臂控制器、上位机、单片机和双目相机。本发明抓取和释放果蔬时响应迅速灵敏，不会损伤果蔬表面。可准确快速完成采摘‑检测‑分级装箱操作，具有高效率、便携化、结构紧凑、通用性好、结果准确、多指标检测等特点。

技术领域

本发明涉及农产品采摘检测技术领域，特别涉及一种球形果蔬采摘检测智能机器手及机械臂系统。

背景技术

中国是世界上最大的果蔬生产国，但是果蔬的国际贸易竞争力不足，以苹果为例，苹果是我国的大宗水果，出口量自2013年起持续下滑，出口价格低，我国苹果采摘后经过商品化处理的数量约占总产量的8％，缺乏完善的采后处理环节是制约我国果蔬产业发展的重要因素。分级是将果蔬按一定的标准分为若干等级，是果蔬采后加工处理的重要环节，是进行果蔬商品化必不可少的步骤。分级的意义在于使果蔬在大小、色泽、成熟度等方面获得良好的一致性，为消费者提供整齐一致、级差明显的果蔬产品，剔除有缺陷的产品，减少腐败和霉变的发生，保障果蔬产品后续的运输、贮藏以及销售等环节。目前国内果蔬缺乏采后处理环节、检测分级流程繁琐、成本较高，而研发能够实现采摘-检测-装箱一体化的机械臂系统可以有效解决上述问题，提高果蔬产品生产效率，提高我国果蔬商品竞争力。

发明内容

本发明的目的在于提供一种球形果蔬采摘检测智能机器手及机械臂系统，解决目前果蔬采摘机械化程度低、缺乏采后处理环节、检测分级流程繁琐等问题，同时精简果蔬的采摘及采后处理流程，提高采摘、检测、分级效率。

为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：

一种球形果蔬采摘检测智能机器手，包括上安装架、下安装架、夹持机构和近红外光谱检测模块；

所述上安装架为侧壁开口的空心圆柱体，上端打通，下端有底，底上留有使光纤通过的通孔；上安装架上半部分用于连接机械臂，上安装架的下半部分切掉部分侧壁，用于容纳光学传感器；

所述下安装架为切掉部分侧壁的空心圆柱体，下安装架切去一部分用以安装夹持机构；夹持机构与下安装架之间通过安装板连接，安装板上固定安装步进电机；

所述近红外光谱检测模块包括光学传感器、遮光罩、光源和微动开关；光学传感器下方连接有光纤，光纤尾部连接有光纤探头，光纤与光纤探头位于下安装架内；遮光罩内安装光源和微动开关；

所述夹持机构包括两个齿条、齿轮、两个滑块、直线导轨、手指连接件一、手指连接件二和两个软胶手指；直线导轨安装在安装板上，两个滑块安装在直线导轨上，每个滑块上均安装一个齿条和一个手指连接件，齿轮安装于步进电机的输出轴上；两个手指连接件用螺栓固接在滑块上，两个软胶手指分别安装于两个手指连接件的安装槽中，安装槽外侧封闭，能够保证软胶手指夹持时不会脱出安装槽。

上安装架上半部分设有安装孔，并与机械臂之间通过螺栓固联，安装孔沿上安装架上半部分圆周每隔30°均匀分布，能够调节安装角度；上安装架还设计有出线孔，用于将光源及光学传感器的供电线和数据线导出。

安装板与下安装架之间通过4个螺栓连接定位。

所述遮光罩安装在下安装架下端，并位于手指连接件一和手指连接件二之间；遮光罩用于为光谱采集时提供暗室环境，消除环境光的干扰。

所述光学传感器为海洋光学STS-NIR光学传感器；所述光学传感器用于采集果蔬650～1100纳米波段的光谱信息。

所述软胶手指使用软胶材料，用3D打印方法加工；两个软胶手指采用仿生鱼鳍结构。