一种电热切割式草莓采摘机械手末端执行器的制作方法

本发明涉及农业采摘机器人领域，具体地，涉及一种电热切割式草莓采摘机械手末端执行器。

背景技术：

我国草莓种植面积广大，居世界第1位。草莓味道鲜美，营养丰富，深受人们喜爱，有较高的经济价值。目前草莓的收获完全依靠人工采摘，在我国草莓的人工收获作业量大，劳动强度高，效率低，随着我国城镇化进程和人口的老龄化，农村劳动力不足现象日趋明显，研究并推广草莓自动化收获技术，成为现阶段亟待解决的问题。

草莓每年到了收获季节，采摘工需要每隔一段时间就要对成熟草莓进行弯腰采摘，直至草莓生长期末，选择性的果实采摘是农业上最为耗时费力的作业环节，草莓柔软多汁，夹持容易受伤，草莓采摘机械手末端执行器直接接触草莓，由于采摘作业过程中不能损伤果实，加上草莓的柔嫩性和环境的复杂多变性，要实现草莓采摘的自动化，必须解决草莓采摘机械手末端执行器的设计问题；通过机械刀片切割果梗采摘下的草莓，草莓含有的水分很高，草莓失水以后就会干缩坏掉，根据试验分析室温下草莓失水快，每天可失水2.17％-2.65％，3-4天后即失去商品价值，因此需要一种电热切割式草莓采摘机械手末端执行器，而目前这种采摘机械手末端执行器市场上是没有的。草莓采摘机械手末端执行器的机构参数将严重影响采摘效率和成功率，其研究发展对提高农业生产效率及草莓的市场价值均起着至关重要的作用。

技术实现要素：

针对上述现有技术中的缺陷，本发明提供一种电热切割式草莓采摘机械手末端执行器，克服现有草莓手工采摘效率低、机械化程度低的缺陷，本发明利用电热切断果梗能有效防止草莓失水，解决了人工采摘草莓费时费力和草莓采摘易损伤、易失水的技术难题。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种电热切割式草莓采摘机械手末端执行器，是由步进电机、滚珠丝杠、滑轨、螺母滑块、气缸、临时收纳袋、左电热丝刀片、右电热丝刀片、末端伸缩板、补光单元、kinect传感器、侧立板、限位开关、电热丝供电器、进气孔和l型安装板组成的，其特征是：所述步进电机通过l型安装板安装在滑轨左端，所述滚珠丝杠一端与步进电机连接，另一端与侧立板连接，所述侧立板安装在滑轨右端，所述螺母滑块设置于滚珠丝杠上，底部安装于滑轨上，所述气缸安装在螺母滑块上，所述末端伸缩板左端与气缸轴连接，右端与左电热丝刀片和右电热丝刀片连接，所述kinect传感器安装在末端伸缩板左端圆盘上，所述补光单元成圆周安装在末端伸缩板左端圆盘上，所述限位开关安装在滑轨的两端，所述电热丝供电器安装在气缸上，所述进气孔在气缸一侧，所述临时收纳袋安装在末端伸缩板下部。

优选地，所述左电热丝刀片和右电热丝刀片夹角为30°，且内部都嵌有电热丝。

优选地，所述临时收纳袋内表面附有10mm的软硅胶材料。

具体地，所述电热丝供电器为左电热丝刀片和右电热丝刀片供电。

本发明一种电热切割式草莓采摘机械手末端执行器的工作过程包括对准果实、靠近果梗、电热切割和收获果实，其详细工作过程为：kinect传感器拍摄草莓图像，确定成熟草莓空间坐标位置，步进电机通过滚珠丝杠控制气缸左右移动，完成对准果实过程；进气孔工作，气缸轴伸出，末端伸缩板带动左电热丝刀片和右电热丝刀片前进，完成靠近果梗过程；电热丝供电器为左电热丝刀片和右电热丝刀片供电，同时左电热丝刀片和右电热丝刀片缓慢前进，果梗在电热刀片下切断，完成电热切割过程；果梗切断的草莓落入临时收纳袋中，气缸缩回，同时滚珠丝杠带动气缸向右运动，完成收获果实过程。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明设计的一种电热切割式草莓采摘机械手末端执行器利用电热切断果梗，草莓果梗切断处受热凝结，能够有效防止失水，通过多传感器信息融合实时获取、感知工作环境及草莓信息，确保在不损伤草莓的前提下，完成对准果实、靠近果梗、电热切割和收获果实工作过程，实现草莓的全程自动化收获作业。

(1)本发明的伸缩机构选用气缸作动力，可更方便快捷的调整工作速率，且气缸具有更高的可靠性和更长的使用寿命，其动作速度一般小于1m/s，比起液压缸和气电缸速度更快；

(2)本发明利用电热切断果梗，草莓果梗切断处受热凝结，能够有效防止失水，延长草莓的存储时间；

(3)本发明采用左电热丝刀片和右电热丝刀片缓慢前进热断果梗，草莓直接落入临时收纳袋，避免夹持草莓果实，保证无损采摘；

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

下列附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，其与下述的具体实施方式一起用于解释本发明，但本发明的保护范围并不局限于下述附图及具体实施方式。在附图中：

图1为本发明的整体结构等轴测图；

图2为本发明的另一方向的三维结构示意图；

图3为本发明采摘步骤的对准果实工作状态示意图；

图4为本发明采摘步骤的靠近果梗工作状态示意图；

图5为本发明采摘步骤的电热切割工作状态示意图；

图6为本发明采摘步骤的收获果实工作状态示意图。

图中：1步进电机，2滚珠丝杠，3滑轨，4螺母滑块，5气缸，6临时收纳袋，7左电热丝刀片，8右电热丝刀片，9末端伸缩板，10补光单元，11kinect传感器，12侧立板，13限位开关，14电热丝供电器，15进气孔，16l型安装板。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，本发明的保护范围并不局限于下述的具体实施方式。

本发明设计的一种电热切割式草莓采摘机械手末端执行器利用电热切断果梗，草莓果梗切断处受热凝结，能够有效防止失水，通过多传感器信息融合实时获取、感知工作环境及草莓信息，确保在不损伤草莓的前提下，完成对准果实、靠近果梗、电热切割和收获果实工作过程，实现草莓的全程自动化收获作业。

参见图1和图2所示，一种电热切割式草莓采摘机械手末端执行器，是由步进电机1、滚珠丝杠2、滑轨3、螺母滑块4、气缸5、临时收纳袋6、左电热丝刀片7、右电热丝刀片8、末端伸缩板9、补光单元10、kinect传感器11、侧立板12、限位开关13、电热丝供电器14、进气孔15和l型安装板16组成的，其特征是：所述步进电机1通过l型安装板16安装在滑轨3左端，所述滚珠丝杠2一端与步进电机1连接，另一端与侧立板12连接，所述侧立板12安装在滑轨3右端，所述螺母滑块4设置于滚珠丝杠2上，底部安装于滑轨3上，所述气缸5安装在螺母滑块4上，所述末端伸缩板9左端与气缸5轴连接，右端与左电热丝刀片7和右电热丝刀片8连接，所述kinect传感器11安装在末端伸缩板9左端圆盘上，所述补光单元10成圆周安装在末端伸缩板9左端圆盘上，所述限位开关13安装在滑轨3的两端，所述电热丝供电器14安装在气缸5上，所述进气孔15在气缸5一侧，所述临时收纳袋6安装在末端伸缩板9下部。

参见图2所示，优选地，所述左电热丝刀片7和右电热丝刀片8夹角为30°，且内部都嵌有电热丝。

参见图2所示，优选地，所述临时收纳袋6内表面附有10mm的软硅胶材料。

参见图2所示，具体地，所述电热丝供电器14为左电热丝刀片7和右电热丝刀片8供电。

为了帮助理解本发明的上述基本实施方式，参照图3至图6进行工作过程说明，本发明一种电热切割式草莓采摘机械手末端执行器的工作过程包括对准果实、靠近果梗、电热切割和收获果实，其详细工作过程为：kinect传感器11拍摄草莓图像，确定成熟草莓空间坐标位置，步进电机1通过滚珠丝杠2控制气缸5左右移动，完成对准果实过程；进气孔15工作，气缸5轴伸出，末端伸缩板9带动左电热丝刀片7和右电热丝刀片8前进，完成靠近果梗过程；电热丝供电器14为左电热丝刀片7和右电热丝刀片8供电，同时左电热丝刀片7和右电热丝刀片8缓慢前进，果梗在电热刀片下切断，完成电热切割过程；果梗切断的草莓落入临时收纳袋6中，气缸5缩回，同时滚珠丝杠2带动气缸5向右运动，完成收获果实过程。

以上结合附图详细描述了本发明的具体实施方式，需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。