一种用于检测果实成熟度及采摘的柔性机械手的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及机械手，特别是一种用于检测果实成熟度及采摘的柔性机械手。
【背景技术】
[0002] 目前，随着电子计算机和自动控制技术的迅速发展、农业高新科技的应用和推广， 农业机器人已经进入到农业生产领域中，并将促进现代农业向着装备机械化、生产智能化 的方向发展。由于果蔬采摘作业的复杂性，采摘自动化程度仍然很低。国内果蔬采摘作业 基本上还是靠手工完成。进入21世纪，世界各国均面临老龄化问题，劳动力不仅成本高， 而且还不容易得到。采摘作业质量的好坏直接影响到果蔬的储存、加工和销售从而最终影 响市场价格和经济效益。果蔬采摘机器人是一类针对水果和蔬菜，可以通过编程来完成采 摘等相关作业任务的具有感知能力的自动化机械收获系统。因此，发展机械化收获技术， 研宄开发果蔬采摘机器人，具有重要的意义。 【实用新型内容】
[0003] 本实用新型的目的是为克服现有技术的不足，而提供一种用于检测果实成熟度及 采摘的柔性机械手。该柔性机械手结构简单，适用性广，能显著的提高生产效率，降低生产 成本。
[0004] 为实现上述目的，本实用新型采取的技术方案为：
[0005] -种用于检测果实成熟度及采摘的柔性机械手，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。
[0006] 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，剪刀手机构通过连接臂与关节 转动轴连接，通过关节转动轴的转动，控制气动剪刀手机构在三维空间中灵活伸缩并采摘 果实。
[0007] 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：
[0008]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;
[0009] 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;
[0010] 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;
[0011] 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;
[0012] 第二关节转动轴与第三关节转动轴之间的臂长为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。
[0013] 所述关节电机分别与每个关节转动轴连接，内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。
[0014] 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。
[0015] 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，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。
[0016] 所述图像采集装置为CCD摄像机，利用CCD摄像机获取果实的图像，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摄像机还可以实时反馈采摘工作是否完成，提高了采摘的准确率。
[0017] 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，从而控制气动剪刀手机构执行采摘工作。
[0018] 所述光电机构分别与每个关节转动轴连接，机械手运动过程中光电开关指示灯会 实时的出现灯亮和熄灭的过程，此过程是防止各个关节偏出旋转角度，导致损坏关节。
[0019] 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。
[0020] 本实用新型柔性机械手可整体安装在移动平台上，以满足机械手在较为崎岖的果 园里灵活移动。
[0021] 本实用新型的优点是：
[0022] 1、结构简单、自动化程度高，适用性广、移动性强。本系统能广泛适用于果蔬的采 摘和回收，具有广阔的前景。
[0023] 2、本实用新型通过与智能控制系统连接，在移动平台上加装一个图像采集装置和 一个剪刀手机构，能够自动检测果实的颜色、大小、形状，然后对获取的图像进行自动处理、 检测和识别，以便提高系统的运行效率，将改变目前采摘果蔬环节全部依靠人工的现状，大 大提高其生产的自动化水平。
[0024] 3、在机械手上面加装一个摄像头，实时反馈采摘情况，提高了采摘的准确率。
【附图说明】
[0025] 图1为本实用新型柔性机械手的结构示意图；
[0026] 图2为机械手每个关节运动规划的程序流程图；
[0027] 图3为机械手的关节结构示意图。
【具体实施方式】
[0028] 下面结合附图和实施例对本实用新型进行阐述，但不是对本【实用新型内容】的限 定。
[0029] 实施例：
[0030] 参照图1，一种用于检测果实成熟度及采摘的柔性机械手，由设置在底座16上、从 下至上顺序串联的传动机构、光电机构、旋转机构、气动剪刀手2和CCD摄像机29组成，底 座16通过螺栓与移动平台连接。
[0031] 旋转机构由能水平、垂直四维度自由旋转的关节转动轴、与关节转动轴连接的关 节电机、光电机构和旋转臂组成，关节转动轴从下至上分为第一关节转动轴17、第二关节转 动轴9、第三关节转动轴22和第四关节转动轴27,各关节转动轴顺序串联，由全直流伺服电 机驱动。其中：
[0032]第一关节转动轴17做平行于水平面做旋转运动，其运动角度范围为180°，最大 运动速度为60° /s ;第一关节转动轴17与第一关节电机相连，在该转动轴17右侧设有用 于控制旋转关节复位的第一关节复位光电开关13和与该开关13连接的第一关节光电开关 挡片14,当该关节转动时，挡片14将光线挡住，关节会一直转动，直至挡片14没有把光挡 住为止；转动轴17左侧设有第一关节机械挡块18,防止机械手转动过多的角度，第一关节 转动轴17下端通过第一连接臂15与底座16连接，上端与第二关节转动轴9扣接；
[0033]第二关节转动轴9做垂直于水平面的旋转运动，其运动角度范围为120°，最大运 动速度为60° /s ;第二关节转动轴9通过第二关节动力传送带19与第二关节电机7连接， 其一侧设有用于控制旋转关节复位的第二关节复位光电开关10和与该开关10连接的第二 关节机械挡片11，转动轴9上设有第二关节机械挡块11，机械挡块11用以防止转动轴超过 转动范围，从而损坏机械手，当该关节转动时，如果光电开关10上的挡片将光线挡住，关节 会一直转动，直至挡片没有把光挡住为止，在第二关节转动轴9下方还设有辅助机械挡块； 保护谐波减速器，避免第二关节机械挡块11与辅助机械挡块相互碰撞，如果碰撞了就说明 转动角度过大；
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