一种蔬果采摘机器人及其控制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于农业机械技术领域，具体涉及一种蔬果采摘机器人，本发明还涉及一种蔬果采摘机器人及其控制方法。
【背景技术】
[0002]采摘技术是蔬果产品生产中的重要环节，且劳动密集型强，再加上时令的要求，保证作业质量成为关键问题。我国是多类型水果蔬菜种植大国，但是浪费比较严重。除储存、运输等方面问题外，采摘效率不高则占有主要因素。而导致这一因素的原因就是采摘机械不成熟。
[0003]随着计算机和自动控制技术的迅速发展，农业机械将进入高度自动化和智能化时代。蔬果种植业的发展将进一步推动农用机械市场的需求。
[0004]现有的采摘技术以手工采摘为主，并借助部分传统的手工工具及现代半自动手工工具。现有的蔬果采摘机械主要集中于果实采摘机械手和单一的机械采摘手臂。现有的人工采摘技术劳动量大，效率低，且具有一定的危险性；机械手臂需人工搬运，采摘效率低；采摘环境的非结构化给采摘带来困难；果实的识别率、定位精度低；果实的损伤率较大。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种蔬果采摘机器人及其控制方法，解决了现有技术中存在的采摘种类单一、工作效率低及劳动量大的问题。
[0006]本发明的另一目的是提供一种蔬果采摘机器人及其控制方法。
[0007]本发明所采用的第一技术方案是，一种蔬果采摘机器人及其控制方法，包括行走机构，行走机构上设置有底座，底座的前后两端均设置有储物篮，底座上设置有执行机构、识别系统、第一驱动机构、第二驱动机构和控制器，控制器通过导线分别连接有识别系统、第一驱动机构和第二驱动机构。
[0008]本发明的特点还在于：
[0009]执行机构包括依次连接的机械臂、小臂、手腕和手指，机械臂与底座活动连接；执行机构至少设置有2个，每个执行机构上设置有一个第一驱动机构；第一驱动机构通过导线分别与机械臂、小臂、手腕和手指相连接。
[0010]手指包括剪刀和夹持机构；剪刀的前端为剪刀刃，剪刀的后端通过液压缸与手腕相连接，夹持机构的前端设置有两个夹钳，两个夹钳设置于剪刀刃下方，夹钳通过铰链与液压缸相连接；夹持机构通过螺纹联接固定在手腕的前端。
[0011]手腕包括回转缸体，回转缸体的两端分别设置有回转缸前盖和回转缸后盖，回转缸体内设置有旋转缸体，旋转缸体内设置有活塞杆，活塞杆穿过回转缸前盖与小臂相连接；回转缸后盖固定连接有第四转向定子，第四转向定子依次活动连接有第三转向定子、第二转向定子和第一转向定子；回转缸后盖和活塞杆之间设置有密封圈。
[0012]识别系统包括传感器和图像识别分析仪；传感器和图像识别分析仪分别通过导线与控制器相连接；传感器设置有两个，传感器分别设置于剪刀的两侧，图像识别分析仪安装在控制器处。
[0013]行走机构包括履带，履带内设置有驱动轮，驱动轮上设置有第二驱动机构；第二驱动机构为液压传动机构。
[0014]行走机构为四轮机构或者机械腿机构。
[0015]本发明所采用的第二技术方案是，一种蔬果采摘机器人及其控制方法，采用上述的蔬果采摘机器人，具体按照以下步骤实施：
[0016]步骤1、初始化，将蔬果采摘机器人初始化；
[0017]步骤2、蔬果采摘机器人通过行走机构行走于蔬果园里，识别系统通过传感器对果实进行扫描，搜集果实的成熟程度、外形和果实的位置信息，并将果实的成熟程度、外形和果实的位置信息传递给图像识别分析仪，图像分析仪接收到传感器发出的信号并进行数字成像，对果实的成熟度、外形和位置进行分析，将分析结果传递给控制器；
[0018]步骤3、控制器通过第一驱动机构控制执行机构进行果实采摘，具体为：第一驱动机构控制机械臂进行伸缩，以准确达到果实目标的位置，防止损坏果实，在对果实定位后，第一驱动机构控制手腕以调整手指在空中的姿态；之后，第一驱动机构控制夹持机构夹持住果实，并用剪刀对果实进行采摘；
[0019]步骤4、手指将米摘后的果实放入储物篮内，完成米摘任务。
[0020]本发明的有益效果是：本装置应用融合仿生机器人多传感器，自动行走和多自由度的特点，不同于其它机械手臂固定模式。可实现多个机械臂同时运动（伸缩、升降），一个机械手臂确定采摘位置，其它机械臂对该位置的信号自动屏蔽；整体的定向移动不需过多人为操作；小臂及加持部分可多角度的自由旋转和自由扩张。
[0021]本应用的小臂能自由更换，采摘对象广泛，不仅可以采摘树上的果实，也可采摘较低的植物果实；履带式行走机构带动多个机械臂同时工作，采摘效率高；小臂灵活，动作连续，机械手臂伸张范围大，能适应多种运作环境；多传感器功能及数字成像技术的应用实现了对果实的精确辨别和定位；通过传感器检测控制加持力量，避免损伤果实。
【附图说明】
[0022]图1是本发明蔬果采摘机器人的结构示意图；
[0023]图2是本发明手指的连接关系图；
[0024]图3是本发明手指与其他部件之间的连接关系图；
[0025]图4是本发明手腕的连接关系图；
[0026]图5是本发明控制器的连接关系图。
[0027]图中，1.履带，2.底座，3.储物篮，4.执行机构，5.控制器，6.机械臂，7.第一驱动机构，8.手腕，9.手指，10.剪刀，11.夹持机构，12.传感器，13.图像分析仪，14.第二驱动机构，15.第一转向定子，16.第二转向定子，17.第三转向定子，18.第四转向定子，19.回转缸后盖，20.回转缸体，21.转子，22.回转缸前盖，23.旋转缸，24.密封圈，25.活塞杆，26.驱动轮，27.小臂，28.剪刀刃，29.夹钳，30.识别系统。
【具体实施方式】
[0028]下面结合【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0029]本发明提供一种蔬果采摘机器人及其控制方法，如图1所示，包括履带1，履带1上设置有底座2，底座2的前后两端均设置有储物篮3，底座2上设置有执行机构4、识别系统30、第一驱动机构7、第二驱动机构14和控制器5，控制器5通过导线分别连接有识别系统30、第一驱动机构7和第二驱动机构14。
[0030]其中，执行机构4包括依次连接的机械臂6、小臂27、手腕8和手指9，机械臂6与底座2活动连接，如图2和3所示，手指9包括剪刀10和夹持机构11 ;剪刀10的前端为剪刀刃28，剪刀10的后端通过液压缸与手腕8相连接，夹持机构11的前端设置有两个夹钳29，两个夹钳29设置于剪刀刃28下方，夹钳29通过铰链与液压缸相连接；夹持机构11通过螺纹联接固定在手腕8的前端。
[0031]如图4所示，手腕8包括回转缸体20，回转缸体20的两端分别设置有回转缸前盖22和回转缸后盖19，回转缸体20内设置有旋转缸体23，旋转缸体23内设置有活塞杆25，活塞杆25穿过回转缸前盖22与小臂27相连接；回转缸后盖19固定连接有第四转向定子18，第四转向定子18依次活动连接有第三转向定子17、第二转向定子16和第一转向定子15 ;回转缸后盖19和活塞杆25之间设置有密封圈24。
[0032]如图5所示，识别系统包括通过导线相连接的传感器12和图像识别分析仪13。其中，传感器12共有两个，用来自动辨别果实形状及成熟度，传感器12分别设置于剪刀10的两侧，图像识别分析仪13与传感器12均与控制器5相连接，被安装在蔬果采摘机器人控制器5处。
[0033]行走机构包括履带1，履带1内设置有驱动轮26，驱动轮26上设置有第二驱动机构14 ;第二驱动机构14为液压传动机构。行走机构1也可以采用四轮机构或者机械腿机构。
[0034]第二驱动机构14为液压传动机构，采用马达MAG挖掘机，与驱动轮26相连接并通过螺钉被安装在驱动轮26的内侧。驱动机构7通过导线分别与机械臂6、小臂6、手腕8和履带1相连接。机器人全面采用液压机构，操作方便；多个执行机构同时运动，第一驱动机构确定采摘位置后，屏蔽其他驱动机构对该位置的信号；当一个执行机构4的传感器12接收到信息后反馈给图像识别分析仪13进行分析，并对该执行机构4下达指令进行采摘，其间控制器5对其他执行机构4的传感器12对该位置的信号进行屏蔽。
[0035]控制算法：采用人工势场法算法主要基本思想把机器人在环境中的运动看作一种虚拟人工受力场中的运动，障碍物对机械手臂产生斥力作用，而目标点对机器人则产生引力作用，这两者的合力控制着机械臂的运动、运动方向以及能够达到的位置。
[0036]不同地域，可以替换履带1。平地采用四轮机构，装置简单、速度快；泥泞陡峭的山地采用机械腿机构。
[0037]在上述