专利名称：果蔬采摘设备及果蔬采摘方法
技术领域：
本发明涉及农业设备，特别是涉及一种果蔬采摘设备及果蔬采摘方法。
背景技术：
水果、蔬菜(果蔬)采摘是农业生产中的一个重要的环节，具有季节性强、劳动强度大、费用高等特点，且其在一定程度上决定了水果、蔬菜的产量及成本。传统的农业采摘工作基本都是依靠人工完成，这种采摘方式的局限性主要有两个方面一方面大规模地使用劳动力会给果蔬带来极高的成本，据相关数据表明，国内某些果蔬采摘费用占到了生产成本的5(Γ70%，这一不足会随着人口的老龄化愈加明显；另一方面果蔬的成熟期有严格的季节性限制，采摘任务必须在规定的时间内完成，作业劳动强度大，作业质量难以保证。因此，研制果蔬采摘机器人，满足农业生产规模化、多样化和精确化的需求，降低工人劳动强度和生产成本，提高劳动生产率和产品质量具有重要的意义。果蔬采摘设备在这种背景下得到了较快的发展，国内外的相关科研机构都投入了大量的资源进行了相关的研究，并研制了相关的果蔬采摘设备。传统的果蔬采摘设备对果蔬的适应性很差，大多数设备只针对某一种果蔬，或者需要更换不同的传感器和执行器来应对不同的果蔬，设备成本很高。
发明内容
基于此，有必要针对传统果蔬采摘设备对果蔬适应性很差的问题，提供一种适应性较强的果蔬采摘设备。一种果蔬采摘设备，包括智能驱动装置，以及由智能驱动装置驱动的多自由度机械臂，还包括`采摘装置，包括柔性壳体、磁流变液以及线圈，所述柔性壳体的内腔中填充有磁流变液，所述磁流变液可发生磁流变效应，所述柔性壳体与所述多自由度机械臂连接，所述线圈绕设于柔性壳体上，所述线圈与外接电源电连接 '及控制装置，与所述外接电源电连接，所述控制装置通过控制所述线圈的电流，控制所述磁流变液的磁流变过程，使所述柔性壳体包覆并持拿所述果蔬。在其中一实施方式中，所述柔性壳体上分布有力学传感器阵列，所述力学传感器阵列实时检测所述柔性壳体与所述果蔬表面之间的压力数据，并反馈给所述控制装置，所述控制装置根据所述压力数据实时调节所述磁流变液的磁流变过程。在其中一实施方式中，所述控制装置包括微处理器、DDS信号源、DA数模转换单元、乘法器以及AD模数转换单元，所述AD模数转换单元接收所述力学传感器阵列反馈来的所述柔性壳体与所述果蔬表面之间的压力数据，所述微处理器将所述压力数据与预设的果蔬损伤最小应力对比，根据对比结果所述微处理器控制所述DDS信号源产生频率可控的交流信号，并控制所述DA数模转换单元产生电压可变的直流信号，所述交流信号以及所述直流信号经所述乘法器产生频率、幅值可控的交流信号源，所述交流信号源经滤波放电处理得到可流入所述线圈的基本交流信号，所述基本交流信号用于产生磁场，所述磁场控制所述磁流变液的磁流变过程。在其中一实施方式中，所述控制装置还包隔离单元，所述微处理器可产生脉宽可调的PWM信号，所述隔离单元通过所述PWM信号控制所述基本交流信号流入线圈的时间。在其中一实施方式中，所述微处理器根据所述压力数据与预设的果蔬损伤最小应力对比的对比结果采用PID闭环反馈算法调节所述基本交流信号的频率、幅值以及PWM信号的占空比。在其中一实施方式中，所述采摘装置还包括磁芯，所述磁芯由所述柔性壳体包覆。还提供一种果蔬采摘方法。一种果蔬采摘方法，包括以下步骤
提供上述的果蔬采摘装置；所述智能驱动装置驱动所述多自由度机械臂将所述采摘装置推送到被采摘果蔬位置；所述柔性壳体包覆被采摘果蔬；所述控制装置控制线圈的电流，所述磁流变液发生磁流变效应；所述切断所述被采摘果蔬的梗；所述控制装置断开线圈的电流，所述磁流变液发生磁流变效应，所述被采摘果蔬从所述柔性壳体内脱离。在其中一实施方式中，所述控制装置控制线圈的电流，所述磁流变液发生磁流变效应的步骤还包括产生基本交流信号，并通入所述线圈产生磁场；测量所述柔性壳体与所述果蔬表面之间的压力数据；判断所述压力数据是否大于预设的果蔬损伤最小应力，如果所述压力数据大于所述预设的果蔬损伤最小应力，则发出预警，需要重新产生基本交流信号；如果所述压力数据小于所述预设的果蔬损伤最小应力，则切断被采摘果蔬的梗。在其中一实施方式中，所述控制装置控制线圈的电流，所述磁流变液发生磁流变效应的步骤还包括当所述柔性壳体与所述果蔬表面之间的压力数据小于所述预设的果蔬损伤最小应力的时候，进行PID闭环反馈算法修改控制量，调节所述基本交流信号的频率、幅值以及PWM信号的占空比，重新产生基本交流信号；所述PID闭环反馈算法为
权利要求
1.一种果蔬采摘设备，包括智能驱动装置，以及由智能驱动装置驱动的多自由度机械臂，其特征在于，还包括采摘装置，包括柔性壳体、磁流变液以及线圈，所述柔性壳体的内腔中填充有磁流变液，所述磁流变液可发生磁流变效应，所述柔性壳体与所述多自由度机械臂连接，所述线圈绕设于柔性壳体上，所述线圈与外接电源电连接；及控制装置，与所述外接电源电连接，所述控制装置通过控制所述线圈的电流，控制所述磁流变液的磁流变过程，使所述柔性壳体包覆并持拿所述果蔬。
2.根据权利要求1所述的果蔬采摘设备，其特征在于，所述柔性壳体上分布有力学传感器阵列，所述力学传感器阵列实时检测所述柔性壳体与所述果蔬表面之间的压力数据， 并反馈给所述控制装置，所述控制装置根据所述压力数据实时调节所述磁流变液的磁流变过程。
3.根据权利要求2所述的果蔬采摘设备，其特征在于，所述控制装置包括微处理器、 DDS信号源、DA数模转换单元、乘法器以及AD模数转换单元，所述AD模数转换单元接收所述力学传感器阵列反馈来的所述柔性壳体与所述果蔬表面之间的压力数据，所述微处理器将所述压力数据与预设的果蔬损伤最小应力对比，根据对比结果所述微处理器控制所述 DDS信号源产生频率可控的交流信号，并控制所述DA数模转换单元产生电压可变的直流信号，所述交流信号以及所述直流信号经所述乘法器产生频率、幅值可控的交流信号源，所述交流信号源经滤波放电处理得到可流入所述线圈的基本交流信号，所述基本交流信号用于产生磁场，所述磁场控制所述磁流变液的磁流变过程。
4.根据权利要求3所述的果蔬采摘设备，其特征在于，所述控制装置还包隔离单元，所述微处理器可产生脉宽可调的PWM信号，所述隔离单元通过所述PWM信号控制所述基本交流信号流入线圈的时间。
5.根据权利要求3所述的果蔬采摘设备，其特征在于，所述微处理器根据所述压力数据与预设的果蔬损伤最小应力对比的对比结果采用PID闭环反馈算法调节所述基本交流信号的频率、幅值以及PWM信号的占空比。
6.根据权利要求1所述的果蔬采摘设备，其特征在于，所述采摘装置还包括磁芯，所述磁芯由所述柔性壳体包覆。
7.一种果蔬采摘方法，包括以下步骤提供如权利要求广6任意一项所述的果蔬采摘装置；所述智能驱动装置驱动所述多自由度机械臂将所述采摘装置推送到被采摘果蔬位置；所述柔性壳体包覆被采摘果蔬；所述控制装置控制线圈的电流，所述磁流变液发生磁流变效应；所述切断所述被采摘果蔬的梗；所述控制装置断开线圈的电流，所述磁流变液发生磁流变效应，所述被采摘果蔬从所述柔性壳体内脱离。
8.根据权利要求7所述的果蔬采摘方法，其特征在于，所述控制装置控制线圈的电流， 所述磁流变液发生磁流变效应的步骤还包括产生基本交流信号，并通入所述线圈产生磁场；测量所述柔性壳体与所述果蔬表面之间的压力数据；判断所述压力数据是否大于预设的果蔬损伤最小应力，如果所述压力数据大于所述预设的果蔬损伤最小应力，则发出预警，需要重新产生基本交流信号；如果所述压力数据小于所述预设的果蔬损伤最小应力，则切断被采摘果蔬的梗。
9.根据权利要求8所述的果蔬采摘方法，其特征在于，所述控制装置控制线圈的电流， 所述磁流变液发生磁流变效应的步骤还包括当所述柔性壳体与所述果蔬表面之间的压力数据小于所述预设的果蔬损伤最小应力的时候，进行PID闭环反馈算法修改控制量，调节所述基本交流信号的频率、幅值以及PWM 信号的占空比，重新产生基本交流信号；所述PID闭环反馈算法为
10.根据权利要求7所述的果蔬采摘方法，其特征在于，所述控制装置控制线圈的电流，所述磁流变液发生磁流变效应的步骤还包括判断所述柔性壳体与所述果蔬表面之间的压力数据是否正常，如果所述压力数据正常，则切断被采摘果蔬的梗；如果所述压力数据异常，则所述控制装置复位初始化。
全文摘要
一种果蔬采摘设备包括智能驱动装置、由智能驱动装置驱动的多自由度机械臂、采摘装置以及控制装置。采摘装置包括柔性壳体以及持拿端，柔性壳体的内腔中填充有磁流变液，该柔性壳体通过持拿端与多自由度机械臂连接，控制装置利用磁流变效应控制采摘装置中磁流变液的磁流变过程，使所述柔性壳体与果蔬相适应。上述果蔬采摘设备，利用磁流变效应，使采摘装置在采摘时与果蔬外形相适应，提高了对果蔬的适应能力。还提供一种果蔬采摘方法。
文档编号A01D46/00GK103039197SQ20121057226
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月25日 优先权日2012年12月25日
发明者宫凯, 曾德文, 王刚, 李抱朴, 张琦, 廖京生 申请人:中国科学院深圳先进技术研究院