复位光电开关23和与该开关23连接的 第三关节光电开关挡片21，当该关节转动时，挡片21将光线挡住，关节会一直转动，直至 挡片21没有把光挡住为止；第三关节转动轴22通过第二连接臂24与第四关节转动轴27 连接；在第三关节电机20内设有第三关节谐波减速器；
[0035]第四关节转动轴27做垂直于水平面的旋转运动，其运动角度范围为180°，最大 运动速度为60°/s;第四关节转动轴27通过第四关节动力传送带4与第四关节电机25连 接，其一端设有用于控制旋转关节的转动角度和时间的第四关节复位光电开关28和与该 开关28连接的第四关节光电开关挡片26,当该关节转动时，挡片26将光线挡住，关节会一 直转动，直至挡片26没有把光挡住为止；转动轴27左侧设有第四关节机械挡块5,防止机 械手转动过多的角度，第四关节转动轴27通过第三连接臂3与气动剪刀手2连接；通过第 四关节转动轴27的转动，控制气动剪刀手2在三维空间中灵活伸缩并采摘果实。
[0036] 第二关节转动轴9与第三关节转动轴22之间连接臂的长为380mm，第三关节转动 轴22至第四关节转动轴27之间的连接臂长为330mm;整个关节转动轴的最大展开半径为 850mm;整体直立高度为1050mm。
[0037] 第一关节电机、第二关节电机7、第三关节电机20和第四关节电机25分别与关节 电气系统连接，其内部设置有失电制动器和谐波减速器，由直流伺服电机驱动，分别控制每 个关节转动轴运动，其供电电源和功率分别为24v和400w，其中：各关节均由直流伺服电机 连接行星减速器或谐波减速器驱动。所述关节电气系统由直流电机、编码器、制动器和光电 开关相连组成。
[0038] 所述气动剪刀手2由气泵和与气泵连接的可张开、闭合的剪刀手构成，剪刀手内 设有采摘刀片1，刀片1下设有缓冲垫，气动剪刀手通过气泵进气管口与气动系统连接，利 用气动系统带来的压力瞬间剪断果实果柄，并夹住果柄末端，回收到果篮中。
[0039] 所述图像采集装置为CXD摄像机29,利用CXD摄像机29获取果实的图像，并传送 至智能控制系统，对所获取的果实图像进行图像分析，以识别当前果实是否成熟，如成熟则 采摘；同时，CCD摄像机29还可以实时反馈采摘工作是否完成，提高了采摘的准确率。
[0040] 所述智能控制系统和图像采集装置是利用双目视觉系统进行检测，通过视觉处理 获取的果实的成熟程度及其三维坐标，同时将得到的目标果实的三维坐标传递到智能控制 系统并控制剪刀手机构执行采摘工作。
[0041] 所述传动机构采用同步齿形带传动，带的厚度小，单位长度的质量小，节省了空间 且允许的线速度较高。
[0042] 参照图2,本发明柔性机械手每个关节运动规划的程序流程是：
[0043] 步骤201 :初始化机械臂及PC端；
[0044] 步骤202 :判断CAN总线接收中断标志是否为1，不是则等待；
[0045] 步骤202 :若CAN总线接收中断标志为1，则判断关节角度是否接收完，若不是，返 回202步；
[0046] 步骤203 :若关节的角度接收完，则规划从非工作状态初始位姿到工作状态初始 位姿的轨迹；
[0047] 步骤204 :通过CAN总线发送上一步所规划的运动参数，机械臂进行复位运动；
[0048] 步骤205 :获取目标点坐标；
[0049] 步骤206 :规划工作状态初始位姿到目标点的轨迹；
[0050] 步骤207 :通过CAN总线发送上一步所规划的运动参数，机械臂执行指令，运动至 目标点；
[0051] 步骤208 :控制手抓抓取目标点的果实；
[0052] 步骤209 :规划目标点到放置点的运动轨迹；
[0053] 步骤210 :通过CAN总线发送上一步所规划的运动参数，机械臂执行指令，运动至 放置点；
[0054] 步骤211 :规划放置点到工作状态初始位姿的轨迹；
[0055] 步骤212 :通过CAN纵向发送上一步所规划的运动参数，机械臂执行指令，恢复到 初始位姿。
[0056] 由图3可知轻型臂逆运动学计算方法，肩部2关节、肘部1关节、腕部2关节，各连杆 姿态之间关系为R5=RA(?)Ry (?)Ry (?)Ry (?)Rz (%)，式中R5轻型臂末端的姿态（即抓取工具
【主权项】
1. 一种用于检测果实成熟度及采摘的柔性机械手，其特征是：包括从上至下顺序连接 的气动剪刀手机构、旋转机构、光电机构和传动机构，在气动剪刀手机构上设置有图像采集 装置，图像采集装置与智能控制系统连接。
2. 根据权利要求1所述的柔性机械手，其特征是：所述旋转机构包括能水平、垂直自由 旋转的关节转动轴、与关节转动轴连接的关节电机和旋转臂，关节电机与光电机构、关节电 气系统连接，剪刀手机构与关节转动轴连接。
3. 根据权利要求1所述的柔性机械手，其特征是：所述关节转动轴从下至上分为第一 关节转动轴、第二关节转动轴、第三关节转动轴和第四关节转动轴，其中： 第一关节转动轴平行于水平面做旋转运动，运动角度范围为180°，最大运动速度为 60。 /s ; 第二关节转动轴做垂直于水平面的旋转运动，运动角度范围为120°，最大运动速度为 60。 /s ; 第三关节转动轴做垂直于水平面的旋转运动，运动角度范围为120°，最大运动速度为 60。 /s ; 第四关节转动轴做垂直于水平面的旋转运动，运动角度范围为180°，最大运动速度为 60。 /s ; 第二关节转动轴与第三关节转动轴之间的连接臂长为380mm，第三关节转动轴至第四 关节转动轴之间的臂长为330mm ;整个关节转动轴的最大展开半径为850mm ;整体直立高度 为 1050mm。
4. 根据权利要求1所述的柔性机械手，其特征是：所述关节电机分别与每个关节转动 轴连接，其内部设置有失电制动器和减速器，由直流伺服电机驱动，分别控制每个关节转动 轴运动，其供电电源和功率分别为24v和400w，其中：各关节均由直流伺服电机连接行星减 速器或谐波减速器驱动。
5. 根据权利要求1所述的柔性机械手，其特征是：所述关节电气系统由直流电机、编码 器、制动器和光电开关相连组成。
6. 根据权利要求1所述的柔性机械手，其特征是：所述剪刀手机构由气动系统和与气 动系统连接的可张开、闭合的剪刀手构成，剪刀手内设有采摘刀片，刀片下设有缓冲垫。
7. 根据权利要求1所述的柔性机械手，其特征是：所述图像采集装置为CCD摄像机。
8. 根据权利要求1所述的柔性机械手，其特征是：所述光电机构分别安装在每个关节 的转动轴上。
9. 根据权利要求1所述的柔性机械手，其特征是：所述传动机构采用同步齿形带传动。
【专利摘要】本发明公开了一种用于检测果实成熟度及采摘的柔性机械手，其特征是包括从上至下顺序连接的气动剪刀手机构、旋转机构、光电机构和传动机构，在气动剪刀手机构上设置有图像采集装置，图像采集装置与智能控制系统连接。本发明结构简单、自动化程度高，适用性广、移植性强。本系统能广泛适用于果蔬的采摘和回收，具有广阔的前景。
【IPC分类】G01N21-00, A01D46-24
【公开号】CN104584780
【申请号】CN201510035992
【发明人】伍锡如, 孙贤刚, 党选举, 吴军, 黄国明, 张向文, 叶松, 彭智勇, 刘金霞
【申请人】桂林电子科技大学
【公开日】2015年5月6日
【申请日】2015年1月23日