[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

说明书

本发明公开了一种基于柔性手爪的类球形水果采摘机器人及采摘分拣方法，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、控制器、底座旋转电机、机械臂装置、末端执行器；所述末端执行器为柔性手爪,通过柔性手爪自适应抓取类球形水果，并经伸缩软管传输至分拣装置，实现腐烂与未腐烂水果的分类。本发明实现了对类球形水果的柔性摘取，有效降低果实损伤率；末端执行器对类球形水果进行采摘，摘下的果实直接通过伸缩软管进入下方的分拣装置中，大大提高了采摘和分拣的效率。

技术领域

本发明属于自动控制领域，涉及一种基于柔性手爪的类球形水果采摘机器人及采摘分拣方法。

背景技术

伴随着科技的进步，农业生产正逐步实现机械化。为加快农业机械化发展，减轻作业者的劳动强度，解放更多农业劳动力，压缩农业生产成本，迫切需要深入开展采摘机器人相关理论与技术的研究。我国作为最大的水果生产国和消费国，水果产业已经成为农业中很重要的一部分，随着劳动力资源短缺以及机械自动化技术的迅速发展，利用机器人采摘替代人工作业成为必然趋势，因为类球形果实在水果中占比较高，所以开发类球形水果采摘机器人用于果园收获作业具有重要意义。

近年来在水果采摘机器人领域的研究取得了较大进展，但同时现有研究仍存在一定的局限性，难以应用于真实采摘场景代替人工收获，现阶段市场的水果采摘机器人主要存在以下问题：1.采摘速度较慢。大部分水果采摘机器人每次采摘均要经过“伸”、“采”、“收”的过程，造成单个果实采摘周期长，即使提高机械臂运动速度也很难达到人工采摘的效果，从而影响采摘效率；2.造成果实损伤。刚性末端执行器自适应性较差，在采摘时特别容易对果实造成伤害，使之品质下降；3.仅完成采摘作业。水果采摘机器人仅完成采摘作业，采摘完成后腐烂与未腐烂果实的分拣作业更是繁重的工作，存在分拣效率低、分拣精度差等问题。

本发明以水果采摘为应用场景，针对现阶段水果采摘机器人仅完成采摘作业且采摘速度较慢、造成果实损伤等问题，自主设计了一种基于柔性手爪的类球形水果采摘机器人及采摘分拣方法，实现了对类球形水果的柔性摘取，有效降低果实损伤率。进一步地，末端执行器对类球形水果进行采摘，摘下的果实直接通过伸缩软管进入下方的分拣装置中，大大提高了采摘和分拣效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于柔性手爪的类球形水果采摘机器人及采摘分拣方法。

本发明的技术方案如下：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。