一种新型草莓采摘移动机器人的制作方法

本发明涉及农业机器人，尤其涉及一种草莓采摘移动机器人。

背景技术：

随着科学技术的发展，采摘机器人在农业领域的应用已经越来越广泛，采摘机器人的使用不仅能够减轻农民的劳动强度，更能提高作业效率，因此，越来越多的研究者对采摘机器人进行研究。如美国harvestcroorobotics公司研发的草莓采摘机器人，通过六个硅爪采摘的草莓被旋转到皮策轮的顶端放在采集杯中，输送到设备的中心位置进行1秒检测，合格的草莓被包装。中国专利申请号：201320440171.7，名称为“一种草莓采摘机器人”，公开了一种双目视觉相机实现草莓分辨，上海交通大学和中国农业大学的草莓采摘机器人的视觉系统是基于ccd摄像机采集的彩色图像进行果实检测，上述机器人需建有一个采摘支持数据库，包括成熟果实、未成熟果实、花等数据信息，系统复杂。然而农业机器人的使用者多数主体是农民，因此要求农业机器人具有较高的智能型、可靠性并且操作简单。

技术实现要素：

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种新型草莓采摘移动机器人，能够实现对草莓自动进行感知和识别分析，精确采摘成熟草莓。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种新型草莓采摘移动机器人，包括底板、机械手、传感器组件、限位开关组件、行走机构、动力机构和控制系统；

所述机械手包括手臂组件、手爪组件和电气动剪柄组件，所述手臂组件安装于底板上，所述手爪组件安装于所述手臂组件上，所述动力机构驱动手臂组件控制手爪组件沿x轴方向和z轴方向运动；

所述手爪组件包括手爪摆杆机构、第二气缸和第二气缸活塞，所述手爪摆杆机构包括位于第二气缸活塞一侧的第一手指、第一摆杆和第一连杆，以及分布于第二气缸活塞另一侧的第二手指、第二摆杆、第二连杆和固定于第二气缸活塞前端的销钉槽轴，所述第二手指、第二摆杆和第二连杆与第一手指、第一摆杆和第一连杆分别关于第二气缸活塞一一对称分布，所述第一手指的一端与第一摆杆的一端铰接，所述第一摆杆的另一端与机械手支座铰接，所述机械手支座固定于手臂组件上，所述第一摆杆的中心与第一连杆的一端铰接，所述第一连杆的另一端与固定于第二气缸活塞前端的销钉槽轴一侧以圆柱销钉高副连接，所述第二气缸安装于所述机械手支座内；所述销钉槽轴的另一端穿过设置在机械手支座上的套筒内；所述第二手指的一端与第二摆杆的一端铰接，所述第二摆杆的另一端与机械手支座铰接，所述第二摆杆的中心与第二连杆的一端铰接，所述第二连杆另一端与所述第二气缸活塞固定的销钉槽轴另一侧以圆柱销钉高副连接。

所述电气动剪柄组件安装于所述手爪组件的上方，包括剪刀、第一气缸、第一气缸活塞、第一摇杆、第二摇杆、支撑杆，所述剪刀的第一手柄的尾端与第一摇杆铰接，所述剪刀的第二手柄的尾端与第二摇杆的一端铰接，所述第一摇杆和第二摇杆的另一端均与机械手支座铰接，所述支撑杆的一端与所述剪刀的刀口铰接处铰接，所述支撑杆的另一端垂直固定于所述第一气缸活塞上，所述第一气缸的一端固定在机械手支座上表面的安装块上；

所述传感器组件安装于所述手爪组件下方，包括超声波传感器、颜色传感器、第一丝杆与第一丝杆螺母，所述第一丝杆螺母与所述第一丝杆螺纹连接，所述颜色传感器安装于所述第一丝杆螺母上，所述超声波传感器安装于所述颜色传感器，所述动力机构驱动第一丝杆旋转，使得所述第一丝杆螺母沿x轴方向移动；

所述限位开关组件包括六个限位开关，六个所述限位开关分别安装在所述手爪组件沿x轴方向、z轴方向运动的极限位置以及所述传感器组件沿x轴方向运动的极限位置；

所述行走机构用于使底板沿y轴方向运动，并安装于底板的底面；

所述控制系统包括控制器，所述控制器与所述传感器组件、限位开关组件和动力机构电连接，所述控制器接收传感器组件和限位开关组件的传递的信号，并控制动力机构以控制机械手和传感器组件的动作和位置。

优选地，所述手臂组件包括第三丝杆、第三丝杆螺母、第二丝杆、第二丝杆螺母、t型块、连轴节、手臂支架、第一立柱、第二立柱、支撑柱；

所述动力机构包括第二电机、第三电机、第四电机、定轴轮系和齿轮箱；

所述t型块固定于支撑柱的顶端，所述第一立柱和第二立柱分别位于t型块的两侧，所述第一立柱的底端固定于底板上，第一立柱的另一端穿过连轴节后固定于t型块上，所述第二立柱的底端固定于底板上，第二立柱的另一端穿过手臂支架后固定于t型块上，所述手臂支架的前端与连轴节固定连接；

所述定轴轮系设置在t型块上，包括五个依次啮合的齿轮，五个齿轮排成一条直线，第一齿轮和第三齿轮分别固定套装在第三电机和第四电机的电机轴上；

所述第三丝杆竖直设置在底板的上方，所述第三丝杆与第三丝杆螺母螺纹连接，第五齿轮固定套装在所述第三丝杆的一端，所述第三丝杆的另一端可转动地安装在底板上，第三丝杆螺母与手臂支架固定连接；

所述齿轮箱安装在手臂支架的后端，所述第二电机的电机轴与齿轮箱的输入端连接，所述齿轮箱的输出端与第二丝杆的一端连接，所述第二丝杆的另一端可转动地安装于手臂支架上，所述第二丝杆螺母与所述第二丝杆螺纹连接，所述机械手支座的一端穿过连轴节，并与第二丝杆螺母固定连接，所述机械手支座可随着第二丝杆螺母与底板一起沿y轴方向运动。

优选地，所述动力机构还包括第一电机，所述第一电机固定于机械手支座上，所述第一电机的电机轴与第一丝杆的一端连接。

优选地，所述机械手支座上设有led灯。

优选地，所述行走机构包括分布于底板底面的多个车轮，每两个位于底板两侧的车轮(20)形成一排；所述动力机构还包括第五电机和第六电机，所述第五电机和第六电机分别驱动底板最前排的两个车轮运动。

优选地，还包括电磁阀、打气装置和储气罐，所述电磁阀包括电磁阀a、电磁阀b、电磁阀c和电磁阀d，所述储气罐的一端与电磁阀a的通气孔连通，电磁阀a与第一气缸的进气口连通，所述第一气缸的出气口与电磁阀b连通，电磁阀b的通气孔与储气罐连通；电磁阀c的通气孔与气管连通并与储气罐保持通气，电磁阀c与第二气缸的进气口连通，第二气缸的出气口与电磁阀d连通，电磁阀d的通气孔与储气罐保持通气；

所述动力机构还包括第七电机，所述打气装置包括皮带轮、折杆和活塞杆；所述第七电机的电机轴与中轴连接，所述中轴通过皮带与皮带轮连接，所述皮带轮与折杆的一端固定连接，所述折杆的另一端插入活塞杆下端的孔里，活塞杆与储气罐上的气动活塞固定连接。

优选地，所述控制系统包括一个robo主控制器、两个robo子控制器和一台计算机，所述计算机上装有草莓采摘程序，所述草莓采摘程序通过usb串口下载到“1+2”模式耦合的三个robo控制器，三个robo控制器分别通过针状数据线互相连接，所述第一电机、第二电机、第三电机、第四电机分别连接robo主板的m1、m2、m3、m4输出端口；

六个限位开关分别为第一～第六限位开关，第一限位开关和第二限位开关分别位于第三丝杆的最底端和最顶端，第三限位开关和第四限位开关分别位于第二丝杆的最前端和最后端，第五限位开关和第六限位开关分别位于第一丝杆的最前端和最后端，第一～第六限位开关分别连接robo主板的数字输入口i5、i4、i3、i8、i6和i7，超声波传感器和颜色传感器分别连接robo主板的数字输入口i1和i2；第五电机、第六电机、第七电机和led灯分别连接第一robo子控制器上的em1、em2、em3、em4输出端口；电磁阀a、电磁阀b、电磁阀c和电磁阀d分别连接第二robo子控制器上的m1、m2、m3、m4输出端口。

一种新型草莓采摘移动机器人的控制方法，采用多线程编程，通过编写robopro主程序调用子程序，包括以下步骤：

步骤一：采摘机器人初始复位：主程序开始，第三电机、第四电机逆时针转动，用一个判断模块，查询第二限位开关的状态，对输入口i4进行设置，使得机械手手臂组件垂直运动到z轴最高处位置，第二限位开关触发，第三电机、第四电机停止，第三丝杆螺母到达初始位置；然后第二电机顺时针转动，用一个判断模块，查询第三限位开关的状态，对输入口i3进行设置，使得手臂组件运动到x轴最右端，第三限位开关触发，第二电机停止，接着控制第二电机逆时针转动，第二丝杆螺母到达初始位置，第二电机停止；然后控制第一电机逆时针转动，用一个判断模块，查询第五限位开关的状态，对输入口i6进行设置。到指定的位置，当传感器组件运动到最前方，第五限位开关触发，第一电机停止，传感器组件到达初始工作位置；

步骤二：完成初始准备工作：电磁阀a、电磁阀b、电磁阀c和电磁阀d断电，手爪组件保持第一手指和第二手指合拢，第七电机启动，开始打气，第五电机和第六电机顺时针转动，车轮滚动使底板前进10cm，进入草莓生长区；

步骤三：由上至下搜索草莓：启动第三电机和第四电机顺时针转动，机械手手臂组件垂直运动到草莓区，插入超声波传感器面板u1，调用子程序“超声波下”，通过超声波传感器进行目标锁定，插入颜色传感器面板co，基于颜色传感器进行颜色判断，实现草莓识别；颜色传感器识别寻找到目标，则停止第三电机和第四电机，运行子程序“颜色下”，未识别到则保持机械手手臂组件向下移动，用一个判断模块，查询第一限位开关的状态，对输入口i5进行设置，当第三丝杆螺母向下移动到最底部时，压住第一限位开关，第三电机和第四电机停止；跳出子程序“超声波下”，子程序“颜色下”，进入主程序；

步骤四：机器人移动：启动第五电机、第六电机顺时针转动，车轮滚动，进入未识别过的草莓生长区；

步骤五：由下至上搜索草莓：启动第三电机和第四电机逆时针转动，第三丝杆螺母向上移动，使得机械手手臂组件垂直运动到草莓区，插入超声波传感器面板u1，调用子程序“超声波上”，通过超声波传感器感进行目标锁定，插入颜色传感器面板co，基于颜色传感器进行颜色判断，实现草莓识别；颜色识别寻找到目标，则停止第三电机和第四电机，运行子程序“颜色上”，未识别到则保持机械手手臂组件向上移动，用一个判断模块，查询第二限位开关的状态，对输入口i4进行设置，当第三丝杆螺母向上移动到最顶部时，压住第二限位开关，第三电机和第四电机停止，完成一个循环的草莓搜寻；跳出子程序“超声波上”，子程序“颜色上”，进入主程序；

步骤六：重复步骤二至五，如此往复循环，直至采摘移动机器人驶出草莓生长区后结束；

所述子程序“超声波下”的具体步骤如下：

s1：创建与主程序相同的超声波传感器面板u1，第三电机停止，超声波传感器距离草莓小于3cm时，第二电机顺时针启动，使手爪组件沿x轴右移，传感器组件后退，拉大传感器组件与草莓区之间的距离，继续校对超声波传感器与草莓的距离，若还是小于3cm，则第二电机顺时针启动，直至距离大于3cm；

s2：第二电机逆时针转动，手爪组件前进，判断超声波传感器与草莓的距离是否为3cm～4cm之间，若否，则第二电机逆时针转动，直至超声波传感器与草莓的距离为3cm～4cm；

s3：第三电机和第四电机顺时针运行，机械手向下移动，结束；

所述子程序“颜色下”的具体步骤如下：

a1：创建与主程序相同的颜色传感器面板co，白天关闭led灯，夜间打开led灯，当颜色传感器测的数值>1000(红色)时，由子程序“颜色下”回到主程序；当颜色传感器测的数值<1000(红色)时，关闭电磁阀，停止第三电机和第四电机；第一电机顺时针旋转，用一个判断模块，查询第六限位开关的状态，对输入口i7进行设置，到指定的位置，第六限位开关触发，第一电机停止，第一丝杆螺母到达第一丝杆的最后端，传感器组件停止工作

a2：第三电机和第四电机顺时针启动，使机械手下降，到达草莓正前方后停止第三电机和第四电机；

a3：第二电机逆时针启动，手爪组件前进，使草莓处在机械手抓取范围以后停止第二电机；

a4：电磁阀c开，电磁阀d关，使机械手在气体推动下第一手指和第二手指合拢抓取红草莓；

a5：第二电机顺时针启动，使手爪组件后退，将红草莓的绿果柄拉出绷紧；

a6：电磁阀a开，电磁阀b关，剪刀合拢剪去绿果柄，然后电磁阀a关，电磁阀b开，保持两秒，剪刀打开，重复循环两次，确保绿果柄被剪断；

a7：第二电机顺时针启动，手爪组件后退到识别位置；

a8：电磁阀c关，电磁阀d开，第一手指和第二手指张开将红草莓果实放下后，关闭电磁阀d；

a9：第一电机逆时针转动，用一个判断模块，查询第五限位开关的状态，对输入口i6进行设置。到指定的位置，第五限位开关触发，第一电机停止，第三丝杆螺母回到最前端，传感器组件到达工作位置；

所述子程序“超声波上”的具体步骤如下：

f1：创建与主程序相同的超声波传感器面板u1，第三电机停止，超声波传感器距离草莓小于3cm时，第二电机顺时针启动，使手爪组件沿x轴右移，传感器组件后退，拉大传感器组件与草莓区之间的距离，继续校对超声波传感器与草莓的距离，若还是小于3cm，则第二电机顺时针启动，直至距离大于3cm；

f2：第二电机逆时针转动，手爪组件前进，判断超声波传感器与草莓的距离是否为3cm～4cm之间，若否，则第二电机逆时针转动，直至超声波传感器与草莓的距离为3cm～4cm；

f3：第三电机和第四电机逆时针运行，机械手向上移动，结束；

所述子程序“颜色上”的具体步骤如下：

b1：创建与主程序相同的颜色传感器面板co，白天关闭led灯，夜间打开led灯，当颜色传感器测的数值>1000(红色)时，由子程序“颜色上”回到主程序；当颜色传感器测的数值<1000(红色)时，关闭电磁阀(19)，停止第三电机和第四电机；第一电机顺时针旋转，用一个判断模块，查询第六限位开关的状态，对输入口i7进行设置，到指定的位置，第六限位开关触发，第一电机停止，第一丝杆螺母到达第一丝杆的最后端，传感器组件停止工作

b2：第三电机和第四电机顺时针启动，使机械手下降，到达草莓正前方后停止第三电机和第四电机；

b3：第二电机逆时针启动，手爪组件前进，使草莓处在机械手抓取范围以后停止电机m2；

b4：电磁阀c开，电磁阀d关，使机械手在气体推动下第一手指和第二手指合拢抓取红草莓；

b、5：第二电机顺时针启动，使手爪组件后退，将红草莓的绿果柄拉出绷紧；

b6：电磁阀a开，电磁阀b关，剪刀合拢剪去绿果柄，然后电磁阀a关，电磁阀b开，保持两秒，剪刀打开，重复循环两次，确保绿果柄被剪断；

b7：第二电机顺时针启动，手爪组件后退到识别位置；

b8：电磁阀c关，电磁阀d开，第一手指和第二手指张开将红草莓果实放下后，关闭电磁阀d；

b9：第一电机逆时针转动，用一个判断模块，查询第五限位开关的状态，对输入口i6进行设置，到指定的位置，第五限位开关触发，第一电机停止，第三丝杆螺母回到最前端，传感器组件到达工作位置。

本发明的有益效果:

1)本发明所述的一种新型草莓采摘移动机器人是具有感知、识别、采摘能力的智能机械收获系统，控制器与超声波传感器、颜色传感器连接，通过超声波传感器接收端在前方3～4cm内感知有果实时触发信号，颜色传感器完成颜色识别，实现了果实空间的初步定位和有效的识别，通过草莓采摘控制方法控制机器人的运动，能够自动完成草莓采摘。

2)本发明的气动机械手运动更加自如，本发明的有效可行的多线程算法，在非线性情况下更加实用。

3)本发明结构优化、高智能型、操作方便、准确率高，易于推广使用。

附图说明

图1为本发明所述一种新型草莓采摘移动机器人的结构示意图。

图2为本发明所述机械手的局部放大示意图。

图3为本发明所述一种新型草莓采摘移动机器人的局部示意图。

图4为本发明所述气缸手爪摆杆机构抓取草莓示意图。

图5为本发明所述气动剪刀组合机构示意图。

图6为本发明所述主程序流程框图。

图7为本发明所述子程序“超声波下”流程框图。

图8为本发明所述子程序“颜色下”流程框图。

图9为本发明所述子程序“超声波上”流程框图。

图10为本发明所述子程序“颜色上”流程框图。

图中：1.打气装置；2.储气罐；3.底板；4.第一电机；5.限位开关；6.超声波传感器；7.颜色传感器；8.机械手；9.剪刀；10.气动装置；11.机械手支座；12.第三丝杆螺母；13.定轴轮系；14.第二丝杆；15.齿轮箱，16.第二电机，17.第三电机，18.第三丝杆，19.电磁阀，20.车轮；21.第四电机；22.第二丝杆螺母；23.第一丝杆；24.第一丝杆螺母；25.第一气缸；26.第一气缸活塞；27-1.第一摆杆；27-2.第二摆杆；28-1第一连杆；28-2.第二连杆；29-1.第一手指；29-2.第二手指；30.第五电机；31.第六电机；32.第二气缸；33.第二气缸活塞；34.支撑杆；35.第七电机；36.皮带轮；37.折杆；38.输气孔；39.活塞杆；40.中轴；41.气动活塞；42.第一摇杆；43.第二摇杆；44.第一立柱；45.第二立柱；46.t型块；47.联轴节；48.手臂支架；49.支撑柱。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1所示，本发明所述的一种新型草莓采摘移动机器人，包括底板3、机械手8、传感器组件、限位开关组件、行走机构、动力机构、控制系统、电磁阀19、打气装置1和储气罐2。

动力机构包括第一电机4、第二电机16、第三电机17、第四电机21、第五电机30、第六电机31、第七电机35、定轴轮系13和齿轮箱15。

如图2所示，机械手包括手臂组件、手爪组件和电气动剪柄组件，手臂组件包括第三丝杆18、第三丝杆螺母12、第二丝杆14、第二丝杆螺母22、t型块46、连轴节47、手臂支架48、第一立柱44、第二立柱45、支撑柱49。

如图1所示，t型块46固定于支撑柱49的顶端，第一立柱44和第二立柱45分别位于t型块46的两侧，第一立柱44的底端固定于底板3上，第一立柱44的另一端穿过连轴节47后固定于t型块46上，第二立柱45的底端固定于底板3上，第二立柱45的另一端穿过手臂支架48后固定于t型块46上，手臂支架48的前端与连轴节47固定连接。

定轴轮系13设置在t型块46上，包括五个依次啮合的齿轮，五个齿轮排成一条直线，第一齿轮和第三齿轮分别固定套装在第三电机17和第四电机21的电机轴上。第三丝杆18竖直设置在底板3的上方，并通过支撑柱49和t型块46支撑，第三丝杆18与第三丝杆螺母12螺纹连接，第五齿轮固定套装在所述第三丝杆18的一端，所述第三丝杆18的另一端可转动地安装在底板3上，第三丝杆螺母12与手臂支架48固定连接。

齿轮箱15安装在手臂支架48的后端，第二电机16的电机轴与齿轮箱15的输入端连接，齿轮箱15的输出端与第二丝杆14的一端连接，第二丝杆14的另一端可转动地安装于手臂支架48上，第二丝杆螺母22与所述第二丝杆14螺纹连接，机械手支座11的一端穿过连轴节47，并与第二丝杆螺母22固定连接，所述机械手支座11可随着第二丝杆螺母22与底板3一起沿y轴方向运动。

如图3和图4所示，所述手爪组件包括手爪摆杆机构、第二气缸32和第二气缸活塞33，所述手爪摆杆机构包括位于第二气缸活塞33一侧的第一手指29-1、第一摆杆27-1和第一连杆28-1，以及分布于第二气缸活塞33另一侧的第二手指29-2、第二摆杆27-2、第二连杆28-2和固定于第二气缸活塞33前端的销钉槽轴。所述第二手指29-2、第二摆杆27-2和第二连杆28-2与第一手指29-1、第一摆杆27-1和第一连杆28-1分别关于第二气缸活塞33一一对称分布，所述第一手指29-1的一端与第一摆杆27-1的一端铰接，所述第一摆杆27-1的另一端与机械手支座11铰接，所述机械手支座11固定于手臂组件上，所述第一摆杆27-1的中心与第一连杆28-1的一端铰接，所述第一连杆28-1的另一端与固定于第二气缸活塞33前端的销钉槽轴一侧以圆柱销钉高副连接，所述第二气缸32安装于所述机械手支座11内；所述销钉槽轴的另一端穿过设置在机械手支座11内的套筒内，形成移动副，所述第二手指29-2的一端与第二摆杆27-2的一端铰接，所述第二摆杆27-2的另一端与机械手支座11铰接，所述第二摆杆27-2的中心与第二连杆28-2的一端铰接，所述第二连杆28-2另一端与所述第二气缸活塞33固定的销钉槽轴另一侧以圆柱销钉高副连接。

如图4所示，手爪组件运动时分三种状态：

如图4a所示，手指未碰到草莓或茎叶，构件n＝6，低副pl＝6，高副ph＝2；

如图4b所示，一个手指碰到草莓或茎叶，在图4a所示状态下，结构上增加1构件、增加1铰链、增加1高副，此时n＝7，pl＝7，ph＝3；

如图4c所示，两个手指碰到茎叶，在图4a所示状态下，结构上增加2构件、增加2铰链、增加2高副，此时n＝8，pl＝8，ph＝4。

手爪组件的平面自由度在以上三种状态下均等于1，f＝3(n－1)－2pl－ph＝1。

如图2和图5所示，电气动剪柄组件安装于所述手爪组件的上方，包括剪刀9、第一气缸25、第一气缸活塞26、第一摇杆42、第二摇杆43、支撑杆34，所述剪刀9的第一手柄9-1的尾端与第一摇杆42铰接，所述剪刀9的第二手柄9-2的尾端与第二摇杆43的一端铰接，所述第一摇杆42和第二摇杆43的另一端均与机械手支座11铰接，所述支撑杆34的一端与所述剪刀9的刀口铰接处铰接，所述支撑杆34的另一端垂直固定于所述第一气缸活塞26上，第一气缸26的伸缩，带动剪刀9的刀口张开与闭合。所述第一气缸25的一端固定在机械手支座11上表面的安装块上，手爪组件与电气动剪柄组件沿x轴方向同步运动。

传感器组件安装于所述手爪组件下方，包括超声波传感器6、颜色传感器7、第一丝杆23与第一丝杆螺母24，所述第一丝杆螺母24与所述第一丝杆23螺纹连接，所述颜色传感器7安装于所述第一丝杆螺母24上，所述超声波传感器6安装于所述颜色传感器7，第一电机4的电机轴与第一丝杆23的一端连接，驱动第一丝杆23旋转，使得所述第一丝杆螺母24沿x轴方向移动，带动传感器组件沿x轴方向移动，第一电机4固定于机械手支座11上。

限位开关组件包括六个限位开关5，六个所述限位开关5分别安装在所述手爪组件沿x轴方向、z轴方向运动的极限位置以及所述传感器组件沿x轴方向运动的极限位置。

行走机构包括分布于底板3底面的八个车轮20，每两个位于底板3两侧的车轮20形成一排，一共四排；所述动力机构还包括第五电机30和第六电机31，所述第五电机30和第六电机31分别驱动底板3最前排的两个车轮20运动。

所述电磁阀19包括电磁阀a、电磁阀b、电磁阀c和电磁阀d，所述储气罐2的一端与电磁阀a的通气孔连通，电磁阀a与第一气缸25的进气口连通，所述第一气缸25的出气口与电磁阀b连通，电磁阀b的通气孔与储气罐2连通，电磁阀a和电磁阀b控制第一气缸25的进气与出气；电磁阀c的通气孔与气管连通并与储气罐2保持通气，电磁阀c与第二气缸32的进气口连通，第二气缸32的出气口与电磁阀d连通，电磁阀d的通气孔与储气罐2保持通气，电磁阀c和电磁阀d控制第二气缸32的进气与出气。

打气装置1包括皮带轮36、折杆37和活塞杆39；所述第七电机35的电机轴与中轴40连接，带动中轴40旋转，中轴40与皮带轮36之间绕有皮带，皮带轮36也随之转动，折杆37一端固定穿过带轮36，所以折杆37也随之转动，由于折杆37弯折端插入于活塞杆39下端的孔里，所以活塞杆39带动气动活塞41上下来回移动，不断打气，气体通过输气孔38进入与储气罐2相连的气管里，再进入储气罐2储存，因为电磁阀19关闭，气缸不漏气。当需要使用时，打开电磁阀19，储气罐2气体输出。

控制系统包括一个robo主控制器、两个robo子控制器和一台计算机，所述计算机上装有草莓采摘程序，所述草莓采摘软件程序通过usb串口下载到三个robo控制器，三个robo控制器分别通过针状数据线互相连接，所述第一电机4、第二电机16、第三电机17、第四电机21分别连接robo主板的m1、m2、m3、m4输出端口；

六个限位开关5分别为第一～第六限位开关，第一限位开关和第二限位开关分别位于第三丝杆18的最底端和最顶端，第三限位开关和第四限位开关分别位于第二丝杆14的最前端和最后端，第五限位开关和第六限位开关分别位于第一丝杆23的最前端和最后端，第一～第六限位开关分别连接robo主板的数字输入口i5、i4、i3、i8、i6和i7，超声波传感器6和颜色传感器7分别连接robo主板的数字输入口i1和i2；第五电机30、第六电机31、第七电机35和led灯分别连接第一robo子控制器上的em1、em2、em3、em4输出端口；电磁阀a、电磁阀b、电磁阀c和电磁阀d分别连接第二robo子控制器上的m1、m2、m3、m4输出端口。

所述控制系统包括控制器，所述控制器与所述传感器组件、限位开关组件和动力机构电连接，控制系统通过控制第一电机4、第二电机16、第三电机17、第四电机21控制机械手的位置，控制系统根据超声波传感器6反馈的信号控制机械手8的运动接近草莓，并通过颜色传感器7将识别到的草莓颜色传输给控制系统，控制系统将草莓红颜色与草莓茎叶、果柄的绿颜色进行判断分配，根据分配结果控制机械手8运动将成熟草莓抓夹，反馈的颜色信号通过控制电磁阀19来控制气动剪刀组合机构剪断草莓绿果柄，然后控制气缸手爪摆杆机构松开机械手夹持的红草莓，实现红草莓的采摘。控制系统通过控制第五电机30、第六电机31的脉冲，分别控制第五电机30、第六电机31的速度，当第五电机30速度＝第六电机31速度，采摘机器人走直线，当第五电机30速度>第六电机31速度，采摘机器人左转，当第五电机30速度<第六电机31速度，采摘机器人右转。

一种新型草莓采摘移动机器人的控制方法，所述控制方法采用多线程编程，通过编写robopro主程序调用子程序的方法，如图6所示，包括以下步骤：

步骤一：采摘机器人初始复位：主程序开始，第三电机17、第四电机21均以8转/秒逆时针转动，用一个判断模块，查询第二限位开关的状态，对输入口i4进行设置，使得机械手手臂组件垂直运动到z轴最高处位置，第二限位开关触发，第三电机17、第四电机21停止，第三丝杆螺母12到达初始位置；然后第二电机16以8转/秒顺时针转动4秒，用一个判断模块，查询第三限位开关的状态，对输入口i3进行设置，使得手臂组件运动到x轴最右端，第三限位开关触发，第二电机16停止，接着控制第二电机16以8转/秒逆时针转动，延时4秒后，第二电机16停止，第二丝杆螺母22到达初始位置；然后控制第一电机4以8转/秒逆时针转动，用一个判断模块，查询第五限位开关的状态。对输入口i6进行设置，到指定的位置，当传感器组件运动到最前方，第五限位开关触发，第一电机4停止，传感器组件到达初始工作位置；

步骤二：完成初始准备工作：电磁阀a、电磁阀b、电磁阀c和电磁阀d断电，手爪组件保持第一手指29-1和第二手指29-2合拢，第七电机35启动，开始打气，第五电机30和第六电机31均以8转/秒顺时针转动两秒，车轮20滚动使底板前进10cm，进入草莓生长区；

步骤三：由上至下搜索草莓：启动第三电机17和第四电机21均以5转/秒顺时针转动，机械手手臂组件垂直运动到草莓区，插入超声波传感器面板u1，调用子程序“超声波下”，通过超声波传感器6进行目标锁定，插入颜色传感器面板co，基于颜色传感器7进行颜色判断，实现草莓识别；颜色传感器7识别寻找到目标，则停止第三电机17和第四电机21，运行子程序“颜色下”，未识别到则保持机械手手臂组件向下移动，用一个判断模块，查询第一限位开关的状态，对输入口i5进行设置，当第三丝杆螺母12向下移动到最底部时，压住第一限位开关，第三电机17和第四电机21停止；跳出子程序“超声波下”，子程序“颜色下”，进入主程序；

步骤四：机器人移动：启动第五电机30、第六电机31均以8转/秒顺时针转动2秒，车轮20滚动，进入未识别过的草莓生长区；

步骤五：由下至上搜索草莓：启动第三电机17和第四电机21均以8转/秒逆时针转动，第三丝杆螺母12向上移动，使得机械手手臂组件垂直运动到草莓区，插入超声波传感器面板u1，调用子程序“超声波上”，通过超声波传感器感6进行目标锁定，插入颜色传感器面板co，基于颜色传感器7进行颜色判断，实现草莓识别；颜色识别寻找到目标，则停止第三电机17和第四电机21，运行子程序“颜色上”，未识别到则保持机械手手臂组件向上移动，用一个判断模块，查询第二限位开关的状态，对输入口i4进行设置，当第三丝杆螺母12向上移动到最顶部时，压住第二限位开关，第三电机17和第四电机21停止，完成一个循环的草莓搜寻；跳出子程序“超声波上”，子程序“颜色上”，进入主程序；

步骤六：重复步骤二至五，如此往复循环，直至采摘移动机器人驶出草莓生长区后结束；

如图7所示，所述子程序“超声波下”的具体步骤如下：

s1：创建与主程序相同的超声波传感器面板u1，第三电机17停止，超声波传感器6距离草莓小于3cm时，第二电机16以8转/秒顺时针启动，保持0.2秒，使手爪组件沿x轴右移，传感器组件后退，拉大传感器组件与草莓区之间的距离，继续校对超声波传感器6与草莓的距离，若还是小于3cm，则第二电机16以8转/秒顺时针启动，保持0.2秒，直至距离大于3cm；

s2：第二电机16以8转/秒逆时针转动，手爪组件前进，判断超声波传感器6与草莓的距离是否为3cm～4cm之间，若否，则第二电机16以8转/秒逆时针转动0.2秒，直至超声波传感器6与草莓的距离为3cm～4cm；

s3：第三电机17和第四电机21均以5转/秒顺时针运行0.5秒，机械手向下移动，结束；

如图8所示，所述子程序“颜色下”的具体步骤如下：

a1：创建与主程序相同的颜色传感器面板co，白天关闭led灯，夜间打开led灯，当颜色传感器测的数值>1000红色时，子程序交回到主程序；当颜色传感器测的数值<1000红色时，关闭电磁阀19，停止第三电机17和第四电机21；第一电机4以8转/秒顺时针旋转，用一个判断模块，查询第六限位开关的状态，对输入口i7进行设置，到指定的位置，第六限位开关触发，第一电机4停止，第一丝杆螺母24到达第一丝杆23的最后端，传感器组件停止工作；

a2：第三电机17和第四电机21均以8转/秒顺时针启动，保持三秒，使机械手下降3.5cm，到达草莓正前方后停止第三电机17和第四电机21；

a3：第二电机16以8转/秒逆时针启动，保持7秒，手爪组件前进4.5cm，使草莓处在机械手抓取范围以后停止第二电机16；

a4：电磁阀c开，电磁阀d关，使机械手在气体推动下第一手指29-1和第二手指29-2合拢抓取红草莓；

a5：第二电机16以8转/秒顺时针启动，保持2秒，使手爪组件后退，将红草莓的绿果柄拉出绷紧；

a6：电磁阀a开，电磁阀b关，保持3秒，剪刀9合拢剪去绿果柄，然后电磁阀a关，电磁阀b开，保持两秒，剪刀9打开，重复循环两次，确保绿果柄被剪断；

a7：第二电机16以8转/秒顺时针启动，保持5秒，手爪组件后退到识别位置；

a8：电磁阀c关，电磁阀d开，第一手指29-1和第二手指29-2张开将红草莓果实放下后，关闭电磁阀d；

a9：第一电机4以8转/秒逆时针转动，用一个判断模块，查询第五限位开关的状态。对输入口i6进行设置。到指定的位置，第五限位开关触发，第一电机4停止，第一丝杆螺母24回到最前端，传感器组件到达工作位置；第三电机17和第四电机21均以5转/秒顺时针启动，使机械手向下移动，结束。

如图9所示，所述子程序“超声波上”的具体步骤如下：

f1：创建与主程序相同的超声波传感器面板u1，第三电机17停止，超声波传感器6距离草莓小于3cm时，第二电机16以8转/秒顺时针启动，保持0.2秒，使手爪组件沿x轴右移，传感器组件后退，拉大传感器组件与草莓区之间的距离，继续校对超声波传感器6与草莓的距离，若还是小于3cm，则第二电机16以8转/秒顺时针启动，保持0.2秒，直至距离大于3cm；

f2：第二电机16以8转/秒逆时针转动，手爪组件前进，判断超声波传感器6与草莓的距离是否为3cm～4cm之间，若否，则第二电机16以8转/秒逆时针转动0.2秒，直至超声波传感器6与草莓的距离为3cm～4cm；

f3：第三电机17和第四电机21逆时针运行0.5秒，机械手向上移动，结束；

如图10所示，所述子程序“颜色上”的具体步骤如下：

b1：创建与主程序相同的颜色传感器面板co，白天关闭led灯，夜间打开led灯，当颜色传感器测的数值>1000红色时，子程序交回到主程序；当颜色传感器测的数值<1000红色时，关闭电磁阀19，停止第三电机17和第四电机21；第一电机4以8转/秒顺时针旋转，用一个判断模块，查询第六限位开关的状态，对输入口i7进行设置，到指定的位置，第六限位开关触发，第一电机4停止，第一丝杆螺母24到达第一丝杆23的最后端，传感器组件停止工作。

b2：第三电机17和第四电机21均以8转/秒顺时针启动，保持0.5秒，使机械手下降3.5cm，到达草莓正前方后停止第三电机17和第四电机21；

b3：第二电机16以8转/秒逆时针启动，保持7秒，手爪组件前进4.5cm，使草莓处在机械手抓取范围以后停止电机第二电机16；

b4：电磁阀c开，电磁阀d关，使机械手在气体推动下第一手指29-1和第二手指29-2合拢抓取红草莓；

b5：第二电机16以8转/秒顺时针启动，保持2秒，使手爪组件后退，将红草莓的绿果柄拉出绷紧；停止第二电机16；

b6：电磁阀a开，电磁阀b关，保持3秒，剪刀9合拢剪去绿果柄，然后电磁阀a关，电磁阀b开，保持两秒，剪刀9打开，重复循环两次，确保绿果柄被剪断；

b7：第二电机16以8转/秒顺时针启动，保持5秒，手爪组件后退到识别位置，停止第二电机16；

b8：电磁阀c关，电磁阀d开，保持2秒，第一手指29-1和第二手指29-2张开将红草莓果实放下后，关闭电磁阀d；

b9：第一电机4以8转/秒逆时针转动，用一个判断模块，查询第五限位开关的状态。对输入口i6进行设置。到指定的位置，第五限位开关触发，第一电机4停止，第一丝杆螺母24回到最前端，传感器组件到达工作位置，第三电机17和第四电机21均以8转/秒逆时针启动，使机械手上升，结束。

所述实施例为本发明的优选的实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。