一種用于檢測果實成熟度及采摘的柔性機械手的制作方法
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及機械手，特別是一種用于檢測果實成熟度及采摘的柔性機械手。
【背景技術】
[0002] 目前，隨著電子計算機和自動控制技術的迅速發展、農業高新科技的應用和推廣， 農業機器人已經進入到農業生產領域中，并將促進現代農業向著裝備機械化、生產智能化 的方向發展。由于果蔬采摘作業的復雜性，采摘自動化程度仍然很低。國內果蔬采摘作業 基本上還是靠手工完成。進入21世紀，世界各國均面臨老齡化問題，勞動力不僅成本高， 而且還不容易得到。采摘作業質量的好壞直接影響到果蔬的儲存、加工和銷售從而最終影 響市場價格和經濟效益。果蔬采摘機器人是一類針對水果和蔬菜，可以通過編程來完成采 摘等相關作業任務的具有感知能力的自動化機械收獲系統。因此，發展機械化收獲技術， 研宄開發果蔬采摘機器人，具有重要的意義。 【實用新型內容】
[0003] 本實用新型的目的是為克服現有技術的不足，而提供一種用于檢測果實成熟度及 采摘的柔性機械手。該柔性機械手結構簡單，適用性廣，能顯著的提高生產效率，降低生產 成本。
[0004] 為實現上述目的，本實用新型采取的技術方案為：
[0005] -種用于檢測果實成熟度及采摘的柔性機械手，包括從上至下順序連接的氣動剪 刀手機構、旋轉機構、光電機構和傳動機構，在氣動剪刀手機構上設置有圖像采集裝置，圖 像采集裝置與智能控制系統連接。
[0006] 所述旋轉機構包括能水平、垂直自由旋轉的關節轉動軸、與關節轉動軸連接的關 節電機和旋轉臂，關節電機與光電機構、關節電氣系統連接，剪刀手機構通過連接臂與關節 轉動軸連接，通過關節轉動軸的轉動，控制氣動剪刀手機構在三維空間中靈活伸縮并采摘 果實。
[0007] 所述關節轉動軸從下至上分為第一關節轉動軸、第二關節轉動軸、第三關節轉動 軸和第四關節轉動軸，其中：
[0008]第一關節轉動軸平行于水平面做旋轉運動，運動角度范圍為180°，最大運動速度 為 60° /s;
[0009] 第二關節轉動軸做垂直于水平面的旋轉運動，運動角度范圍為120°，最大運動速 度為60° /s;
[0010] 第三關節轉動軸做垂直于水平面的旋轉運動，運動角度范圍為120°，最大運動速 度為60° /s;
[0011] 第四關節轉動軸做垂直于水平面的旋轉運動，運動角度范圍為180°，最大運動速 度為60° /s;
[0012] 第二關節轉動軸與第三關節轉動軸之間的臂長為380mm，第三關節轉動軸至第四 關節轉動軸之間的臂長為330mm ;整個關節轉動軸的最大展開半徑為850mm ;整體直立高度 為 1050mm。
[0013] 所述關節電機分別與每個關節轉動軸連接，內設置有失電制動器和減速器，由直 流伺服電機驅動，分別控制每個關節轉動軸運動，其供電電源和功率分別為24v和400w，其 中：各關節均由直流伺服電機連接行星減速器或諧波減速器驅動。
[0014] 所述關節電氣系統由直流電機、編碼器、制動器和光電開關相連組成。
[0015] 所述剪刀手機構由氣動系統和與氣動系統連接的可張開、閉合的剪刀手構成，剪 刀手內設有采摘刀片，刀片下設有緩沖墊，利用氣動系統帶來的壓力瞬間剪斷果實果柄，并 夾住果柄末端，回收到果籃中。
[0016] 所述圖像采集裝置為CCD攝像機，利用CCD攝像機獲取果實的圖像，并傳送至智能 控制系統，對所獲取的果實圖像進行圖像分析，以識別當前果實是否成熟，如成熟則采摘； 同時，CCD攝像機還可以實時反饋采摘工作是否完成，提高了采摘的準確率。
[0017] 所述智能控制系統和圖像采集裝置是利用雙目視覺系統進行檢測，通過視覺處理 獲取的果實的成熟程度及其三維坐標，同時將得到的目標果實的三維坐標傳遞到智能控制 系統，從而控制氣動剪刀手機構執行采摘工作。
[0018] 所述光電機構分別與每個關節轉動軸連接，機械手運動過程中光電開關指示燈會 實時的出現燈亮和熄滅的過程，此過程是防止各個關節偏出旋轉角度，導致損壞關節。
[0019] 所述傳動機構采用同步齒形帶傳動，帶的厚度小，單位長度的質量小，節省了空 間，且允許的線速度較高。
[0020] 本實用新型柔性機械手可整體安裝在移動平臺上，以滿足機械手在較為崎嶇的果 園里靈活移動。
[0021] 本實用新型的優點是：
[0022] 1、結構簡單、自動化程度高，適用性廣、移動性強。本系統能廣泛適用于果蔬的采 摘和回收，具有廣闊的前景。
[0023] 2、本實用新型通過與智能控制系統連接，在移動平臺上加裝一個圖像采集裝置和 一個剪刀手機構，能夠自動檢測果實的顏色、大小、形狀，然后對獲取的圖像進行自動處理、 檢測和識別，以便提高系統的運行效率，將改變目前采摘果蔬環節全部依靠人工的現狀，大 大提高其生產的自動化水平。
[0024] 3、在機械手上面加裝一個攝像頭，實時反饋采摘情況，提高了采摘的準確率。
【附圖說明】
[0025] 圖1為本實用新型柔性機械手的結構示意圖；
[0026] 圖2為機械手每個關節運動規劃的程序流程圖；
[0027] 圖3為機械手的關節結構示意圖。
【具體實施方式】
[0028] 下面結合附圖和實施例對本實用新型進行闡述，但不是對本【實用新型內容】的限 定。
[0029] 實施例：
[0030] 參照圖1，一種用于檢測果實成熟度及采摘的柔性機械手，由設置在底座16上、從 下至上順序串聯的傳動機構、光電機構、旋轉機構、氣動剪刀手2和CCD攝像機29組成，底 座16通過螺栓與移動平臺連接。
[0031] 旋轉機構由能水平、垂直四維度自由旋轉的關節轉動軸、與關節轉動軸連接的關 節電機、光電機構和旋轉臂組成，關節轉動軸從下至上分為第一關節轉動軸17、第二關節轉 動軸9、第三關節轉動軸22和第四關節轉動軸27,各關節轉動軸順序串聯，由全直流伺服電 機驅動。其中：
[0032]第一關節轉動軸17做平行于水平面做旋轉運動，其運動角度范圍為180°，最大 運動速度為60° /s ;第一關節轉動軸17與第一關節電機相連，在該轉動軸17右側設有用 于控制旋轉關節復位的第一關節復位光電開關13和與該開關13連接的第一關節光電開關 擋片14,當該關節轉動時，擋片14將光線擋住，關節會一直轉動，直至擋片14沒有把光擋 住為止；轉動軸17左側設有第一關節機械擋塊18,防止機械手轉動過多的角度，第一關節 轉動軸17下端通過第一連接臂15與底座16連接，上端與第二關節轉動軸9扣接；
[0033]第二關節轉動軸9做垂直于水平面的旋轉運動，其運動角度范圍為120°，最大運 動速度為60° /s ;第二關節轉動軸9通過第二關節動力傳送帶19與第二關節電機7連接， 其一側設有用于控制旋轉關節復位的第二關節復位光電開關10和與該開關10連接的第二 關節機械擋片11，轉動軸9上設有第二關節機械擋塊11，機械擋塊11用以防止轉動軸超過 轉動范圍，從而損壞機械手，當該關節轉動時，如果光電開關10上的擋片將光線擋住，關節 會一直轉動，直至擋片沒有把光擋住為止，在第二關節轉動軸9下方還設有輔助機械擋塊； 保護諧波減速器，避免第二關節機械擋塊11與輔助機械擋塊相互碰撞，如果碰撞了就說明 轉動角度過大；
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