[发明专利]一种果蔬采摘机械手、采摘机器人及其采摘方法

说明书

本发明涉及农业机械设备领域，公开了一种果蔬采摘机械手、采摘机器人及其采摘方法，该果蔬采摘机械手包括：抓持部，抓持部具有用于抓持果蔬外表面的抓持面；分离部，分离部具有用于切割果蔬的果柄的切割刀具；定位部，定位部用于采集果蔬的位置信息，并通讯连接抓持部与分离部；本发明在对果蔬进行采摘时，可有效减小采摘过程中的干扰和扰动，确保了对果蔬定位的准确性，提高了采摘的质量和成功率，尤其适用于对黄瓜、丝瓜、串番茄等果柄强度高、无明显离层的果蔬的采摘。

技术领域

本发明涉及农业机械设备领域，特别是涉及一种果蔬采摘机械手、采摘机器人及其采摘方法。

背景技术

果蔬具有丰富的营养物质，是人类生活中的必需品。果蔬采摘属于劳动密集型工作，是整个果蔬生产链中最耗时和耗力的一个环节。现有的果蔬采摘作业主要依靠人工完成，存在效率低、成本高、劳动强度大等问题。近年来，由于人口老龄化问题导致人力资源严重匮乏，人工采摘作业的成本在整个生产成本中占有较高的比例，因此，实现采摘作业的自动化已成为农业深化发展的迫切需求和关键技术瓶颈，研究基于农业机器人的智能化果蔬采摘成为近年来农业发展的一大热点。采摘机器人作为农业机器人的重要类型，其作用在于能够降低工人劳动强度和生产费用，提高劳动生产率和产品质量，保证果实适时采收，从而具有很大发展的潜力。

果蔬的生长环境较为复杂，处于高度的非结构化与不确定的未知环境中。尽管设施农业在一定程度上实现了规范化作业，但由于作物自然生长状态随机且多样，作物枝叶与果实的空间布局复杂，其形状也复杂多样。采摘机器人对果蔬进行采摘时的采摘成功率、采摘效率、果实及枝叶的受损程度是关键的评价指标。因而，采摘机器人在进行采摘时，应该具有高度的采摘对象的适应性，对周围环境及果蔬对象具有较小的扰动和破坏性，能够较好地应对采摘对象的易损性和个体形状的差异性。

现有的采摘机器人在对果蔬进行采摘时，通常是采用定位装置对果蔬的位姿进行判断，然后，采用切割装置对果蔬的果柄进行切割，在此过程中，将果蔬收集网兜置于果蔬的下侧，使得果蔬与植株分离后直接在自重的作用下滚落至收集箱中。然而，在实际采摘操作中，果蔬收集网兜通常需设置较大的口径，以收集果蔬，但果蔬收集网兜在随着机械臂移动的过程中会不可避免地触碰到果蔬或植株的其它部位，导致果蔬的位置发生改变，在植株枝叶比较稠密的情况下，会严重影响到定位装置对果蔬位置判断的准确性，从而降低采摘机器人对果蔬采摘的成功率。

与此同时，现有的采摘机器人大多适用于冠状果树上水果的采摘，不适用于黄瓜、丝瓜、串番茄等果柄强度高、无明显离层的果蔬的采摘，且在采摘过程中不能较好地固定果蔬，从而会在切割果柄的过程中对果蔬产生误伤，进而影响到果蔬的采摘质量。

发明内容

本发明实施例提供一种果蔬采摘机械手、采摘机器人及其采摘方法，用于解决现有的采摘机器人对果蔬采摘的成功率低，采摘质量低下，不适用于采摘果柄强度高、无明显离层的果蔬的问题。

为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种果蔬采摘机械手，包括：抓持部，所述抓持部具有用于抓持果蔬外表面的抓持面；分离部，所述分离部具有用于切割果蔬的果柄的切割刀具；定位部，所述定位部用于采集果蔬的位置信息，并通讯连接所述抓持部与所述分离部。

其中，所述抓持部包括多个仿生节，多个所述仿生节依次通过旋转驱动结相连接；和/或，所述抓持部包括多个，并呈并排布置。

其中，所述抓持面装有柔性内衬，所述柔性内衬包括多个气动吸盘。

其中，所述分离部包括切割驱动装置和仿形装置；所述切割驱动装置的输出端连接所述切割刀具，所述仿形装置设置于所述切割刀具的一侧，并具有用于对果柄的位置进行引导和定位的导引结构。

其中，所述切割驱动装置包括伸缩驱动机构和振动器，所述伸缩驱动机构的伸缩端连接所述振动器，所述振动器连接所述切割刀具，所述切割刀具的刀口朝向所述抓持部。

其中，所述定位部包括双目相机。