[发明专利]基于柔性手爪的类球形水果采摘机器人及采摘分拣方法

权利要求书

1.一种基于柔性手爪的类球形水果采摘机器人，所述采摘机器人的硬件结构包括采摘装置和分拣装置；

所述的采摘装置包括机械臂底座(3)、控制器(4)、底座旋转电机(5)、机械臂装置、末端执行器(14)；所述机械臂底座(3)固定于底盘(2)上，控制器(4)固定于机械臂底座(3)上，所述机械臂底座(3)与机械臂装置的一端旋转连接，底座旋转电机(5)固定在机械臂底座(3)上，底座旋转电机(5)通过传送带与第一机械臂(6)旋转连接；所述机械臂装置的另一端与末端执行器(14)固定连接；

所述的分拣装置包括第一固定板(19)、摄像头(20)、分拣盘(22)、第二固定板(23)、收集箱(24)、铜柱(25)、分拣盘舵机(26)、连接端口(27)；末端执行器(14)通过伸缩软管(18)与分拣装置连接，所述分拣装置通过第二固定板(23)固定在底盘(2)上，第一固定板(19)与第二固定板(23)通过铜柱(25)固定连接，伸缩软管(18)通过连接端口(27)与分拣装置固定连接，所述连接端口(27)安装在第一固定板(19)上；摄像头(20)与收集箱(24)固定在第二固定板(23)上，摄像头(20)正对类球形水果(21)所在区域；薄膜压力传感器(221)安装在分拣盘(22)内侧底部，类球形水果(21)掉落后位于薄膜压力传感器(221)中心区域。

2.根据权利要求1所述的一种基于柔性手爪的类球形水果采摘机器人，其特征在于，所述采摘装置中的机械臂装置包括所述第一机械臂(6)、第一旋转电机(7)、第二机械臂(9)、第二旋转电机(8)、第三机械臂(12)、第三旋转电机(10)、第四机械臂(13)、第四旋转电机(11)、第五机械臂(16)、第五旋转电机(17)、第六机械臂(15)；所述第一旋转电机(7)固定在第一机械臂(6)上，第一机械臂(6)与第二机械臂(9)旋转连接，第二旋转电机(8)固定在第二机械臂(9)上，第二旋转电机(8)通过传送带与第三机械臂(12)旋转连接，第三旋转电机(10)与第四旋转电机(11)固定在第三机械臂(12)上，第三旋转电机(10)通过传送带与第四机械臂(13)旋转连接，第四旋转电机(11)通过传送带与第五机械臂(16)旋转连接，第四机械臂(13)与第五机械臂(16)旋转连接，第五旋转电机(17)固定在第五机械臂(16)内部，第五机械臂(16)与第六机械臂(15)旋转连接。

3.根据权利要求2所述的一种基于柔性手爪的类球形水果采摘机器人，其特征在于，所述采摘装置中末端执行器(14)为柔性手爪，包括夹爪舵机(141)、手爪底盘(142)、柔性手指(143)、舵盘(144)、固定柱(145)；所述夹爪舵机(141)、舵盘(144)均固定在手爪底盘(142)上，柔性手指(143)一端与手爪底盘(142)固定连接，末端执行器(14)通过固定柱(145)与第六机械臂(15)固定连接。

4.根据权利要求3所述的一种基于柔性手爪的类球形水果采摘机器人，其特征在于，所述末端执行器(14)中的柔性手指(143)包括磁铁(1431)、磁传感器(1432)、钓鱼线(1433)、上层硅胶(1434)、钢片(1435)、下层硅胶(1436)；钢片(1435)增加了手指的硬度；上层硅胶(1434)与下层硅胶(1436)包裹住钢片(1435)，保证了手指的柔软度；指尖装配有磁铁(1431)和磁传感器(1432)，可通过检测磁场改变来检测接触压力的变化；钓鱼线(1433)穿过柔性手指(143)，一端固定在舵盘(144)上，作为U形肌腱驱动柔性手指(143)实现不同程度的弯曲变形。

5.一种基于柔性手爪的类球形水果采摘机器人采摘分拣方法，所述采摘分拣方法应用于权利要求1-4任一项所述的基于柔性手爪的类球形水果采摘机器人，其特征在于，所述的采摘分拣方法包括：

步骤S1：控制器(4)驱动机械臂到达指定位置；

步骤S2：单片机(32)驱动柔性手爪包络住类球形水果；

步骤S3：柔性手爪缓慢收紧，指尖磁传感器(1432)向单片机(32)发送磁感应强度；

步骤S4：判断磁感应强度是否到达阈值；若否则返回步骤S3，若是则执行步骤S5；

步骤S5：单片机(32)驱动柔性手爪采摘类球形水果；

步骤S6：将类球形水果通过伸缩软管(18)输送至分拣盘(22)；

步骤S7：判断分拣盘(22)内侧底部的薄膜压力传感器(221)是否采集到压力信号；若否则返回步骤S6，若是，则执行步骤S8；

步骤S8：通过串口向工控机(29)发送信号，工控机(29)驱动摄像头(20)拍照；

步骤S9：利用卷积神经网络对所拍照片进行分类，判断果实是否腐烂；若类球形水果腐烂，则单片机(32)驱动分拣盘(22)正转；若类球形水果未腐烂，则单片机(32)驱动分拣盘(22)反转；类球形水果掉入相应的收集箱(24)中完成分拣。