[发明专利]一种串番茄粒采机械手及方法

权利要求书

1.一种串番茄粒采机械手，通过竖直布置的安装架(1)安装于番茄采摘机器人的机械臂(14)的手腕法兰上，通过双目识别相机(9)和控制系统获取采摘对象的空间位置；所述双目识别相机(9)固接在安装架(1)上，用于采集采摘场景的图像并发送至控制系统，由控制系统计算得到采摘对象的空间位置，再驱动串番茄粒采机械手执行相关采摘动作，其特征在于，

所述串番茄粒采机械手包括丝杠螺母(2)、丝杠(3)、限位套筒(5)、拉杆连接盘(6)、手腕连接盘(7)、预紧螺旋弹簧(8)、主动轴(10)、气缸(13)和抓持手爪；

所述气缸(13)固定安装于安装架(1)的后端，气缸(13)的气缸轴(12)通过联轴器(11)与主动轴(10)连接；所述丝杠螺母(2)固接在安装架(1)的前端面上；所述丝杠(3)螺纹连接在丝杠螺母(2)内部，构成丝杠副；所述手腕连接盘(7)固接在丝杠(3)的前端面上；所述丝杠螺母(2)与手腕连接盘(7)之间安装有预紧螺旋弹簧(8)；所述限位套筒(5)固接在手腕连接盘(7)的前端面上，限位套筒(5)的筒壁上均匀设有三个与其轴向平行的滑槽；所述拉杆连接盘(6)布置在限位套筒(5)内，拉杆连接盘(6)与依次穿过安装架(1)、丝杠螺母(2)、丝杠(3)、手腕连接盘(7)并插入限位套筒(5)内的主动轴(10)的前端固接；拉杆连接盘(6)设有三个与限位套筒(5)的滑槽一一对应的安装耳，所述安装耳位于滑槽内，并能够自由滑动；

所述抓持手爪包括三个抓持手指(4)，所述抓持手指(4)包括弹性钢片(41)、手指拉杆(42)和软胶指腹(43)；所述弹性钢片(41)的末端固接在手腕连接盘(7)上，所述软胶指腹(43)的末端固接在限位套筒(5)的前端，所述弹性钢片(41)的首端与软胶指腹(43)的首端固接；所述手指拉杆(42)的两端分别与弹性钢片(41)的中部和拉杆连接盘(6)的安装耳铰接。

2.根据权利要求1所述的串番茄粒采机械手，其特征在于，所述滑槽的长度为限位套筒(5)的长度的2/3。

3.根据权利要求1所述的串番茄粒采机械手，其特征在于，所述联轴器(11)由两个半圆筒组成，通过螺钉连接，联轴器(11)的后端能够将气缸轴(12)抱紧，联轴器(11)的前端与主动轴(10)为间隙配合，同时通过台阶面进行轴向限位，使主动轴(10)随气缸轴(12)做轴向运动的同时存在相对转动。

4.根据权利要求1所述的串番茄粒采机械手，其特征在于，所述气缸轴(12)完全收缩的过程中，丝杠(3)相对于丝杠螺母(2)旋转一周。

5.一种利用权利要求1-4任一项所述的串番茄粒采机械手的串番茄粒采方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、通过串番茄粒采机械手上方的双目深度相机(9)实时拍摄前方图像，并实时向控制系统传输数据，控制系统通过图像识别和定位确定采摘果粒目标，并驱动机械臂(14)将串番茄粒采机械手运动到目标番茄果粒的前方，使目标番茄果粒位于三个抓持手指(4)的形成的包围区域中央；

S2、气缸(13)的气缸轴(12)收缩，联轴器(11)、主动轴(10)带动拉杆连接盘(6)也随之向后运动；开始时由于受预紧螺旋弹簧(8)预紧力的作用，手腕连接盘(7)保持不动，拉杆连接盘(6)相对于手腕连接盘(7)向后运动，从而带动手指拉杆(42)向后运动，手指拉杆(42)拉动弹性钢片(41)向内弯曲，最后使软胶指腹(43)向轴向方向收拢，实现对番茄果粒的包裹、抓持；

S3、气缸轴(12)继续收缩，拉杆连接盘(6)触碰到手腕连接盘(7)后带动手腕连接盘(7)向后运动，进而压缩螺旋弹簧(8)，驱使丝杠(3)相对丝杠螺母(2)做轴向和旋转运动，进而带动手腕连接盘(7)、限位套筒(5)、拉杆连接盘(6)、主动轴(10)和抓持手爪旋转，从而实现对番茄果粒的牵引和拧动，把番茄果粒从植株上采摘下来；

S4、控制系统驱动机械臂(14)将果粒移动到指定的释放位，气缸(13)的气缸轴(12)伸出，预紧螺旋弹簧(8)复位，驱动抓持手爪反向旋转并伸展复位，完整一次番茄果粒采摘。