一种应用垄作式草莓采摘机器人的采摘方法

本发明属于农业机械，具体涉及一种应用垄作式草莓采摘机器人的采摘方法。

背景技术：

1、草莓在世界大部分地区广泛种植，到2022年，我国草莓总产量位居世界第一。草莓作为一种高营养作物，深受消费者喜爱，但生产成本高，人工成本大，同时草莓采摘周期短，如果不及时采摘，就会过熟而不能食用，会增加果农的负担。而且，我国在自动采摘和机械化种植方面处于世界中游，主要是人工采摘。这是草莓种植者最大的成本，也是巨大的运营不确定性。

2、为了提高草莓采摘效率，降低草莓采摘成本，加速草莓种植业发展，提高果农的经济效益，迫切需要研制草莓采摘机器人来解决这些问题。

技术实现思路

1、本发明主要为了克服草莓采摘效率低，草莓采摘成本高的不足，提供了一种应用垄作式草莓采摘机器人的采摘方法。

2、本发明是通过以下技术方案实现的：

3、一种应用垄作式草莓采摘机器人的采摘方法，该方法采用一种垄作式草莓采摘机器人，包括车架和设置在车架上的行走机构、采摘装置、收集框、超声波传感器ⅰ、超声波传感器ⅱ、姿态传感器、openmv摄像头和主控器；

4、所述行走机构，用于控制机器人行走；

5、所述采摘装置，用于对草莓进行采摘；采摘装置包括直角坐标系机械臂和剪切器，剪切器安装在直角坐标系机械臂上，直角坐标系机械臂用于带动剪切器运动至目标位置，剪切器用于对草莓柄进行勾取、夹持、剪切；

6、所述收集框，用来收集采摘到的草莓；

7、所述超声波传感器ⅰ，用来检测采摘机器人与垄的位置关系，用于实现跨垄作业；

8、所述超声波传感器ⅱ，用来检测采摘机器人侧边与垄侧面的距离；

9、所述姿态传感器，用于实时检测采摘机器人行走方向；

10、所述openmv摄像头，用来识别机器人行走过程中经过的成熟的红色草莓并判断待采摘的目标红色草莓与采摘装置的剪切器之间的实时距离信息；

11、所述主控器作为机器人的核心控制单元，与所述超声波传感器ⅰ、超声波传感器ⅱ、姿态传感器、openmv摄像头以及行走机构和采摘装置连接，主控器根据超声波传感器ⅰ、超声波传感器ⅱ、姿态传感器、openmv摄像头的检测数据来控制行走机构和采摘装置动作，完成对垄上的草莓采摘工作；

12、应用所述垄作式草莓采摘机器人的采摘方法如下：

13、步骤一：当垄作式草莓采摘机器人开始工作时，首先在垄端侧向垂直于垄的方向移动，当超声波传感器ⅰ检测到垄端时，机器人停止移动，向沿着垄长度方向移动；机器人在垄上移动过程中，主控器实时根据超声波传感器ⅱ的检测数据判断与垄侧的距离并及时调整行走机构，避免行走机构误伤草莓；

14、步骤二：当openmv摄像头识别到成熟红色草莓时，主控器控制机器人停止移动；

15、步骤三：主控器控制采摘装置开始动作，主控器根据openmv摄像头实时检测的红色草莓目标与剪切器之间的距离信息，控制直角坐标系机械臂带动剪切器运动至待采摘的目标红色草莓的采摘位置；

16、步骤四：主控器控制剪切器的剪切舵机带动动刀顺时针转动与定刀闭合，对草莓果柄进行勾取、夹持、剪切，剪切后继续夹持住草莓果柄，通过操纵直角坐标系机械臂将剪切器运动至收集框位置，然后剪切舵机带动动刀逆时针转动与定刀分离，将草莓果放入收集框内；

17、步骤五：主控器控制机器人继续移动至下一个红色草莓位置并按照步骤四完成采摘，直到完成整条垄的采摘工作；

18、步骤六：当机器人离开垄时，继续向垂直于垄的方向移动，当超声波传感器ⅰ检测到下一个垄端时，机器人停止，向沿着这条新垄长度方向移动，然后重复上述步骤二～步骤五，完成对这条新垄的采摘工作。

19、在上述技术方案中，所述直角坐标系机械臂有2个，对称布置在车架两侧，每个直角坐标系机械臂包括竖向丝杆滑台机构、横向直流电动推杆、推杆滑台连接件、上行程开关和下行程开关，所述竖向丝杆滑台机构竖向固定在车架上，所述推杆滑台连接件安装在竖向丝杆滑台机构的滑台上，并且所述横向直流电动推杆固定在所述推杆滑台连接件上；所述上行程开关固定在所述丝杆滑台机构顶部，下行程开关固定在所述丝杆滑台机构底部。

20、在上述技术方案中，剪切器包括刀座、动刀、定刀、剪切舵机和动刀缓冲块，其中，定刀固定设置在刀座上，剪切舵机安装在刀座上，动刀设置在定刀一侧并与剪切舵机的输出轴连接，通过剪切舵机带动动刀旋转，实现与定刀离合动作；所述定刀的内侧面设置有刀刃槽，在动刀的内侧面设置有刀刃，定刀和动刀闭合时，刀刃插入刀刃槽中，完成剪切；在动刀的内侧设置有弹簧缓冲块，弹簧缓冲块的作用是：一是起到动刀与定刀闭合时缓冲作用；二是动刀与定刀闭合过程中，弹簧缓冲块会先将草莓果柄夹持在弹簧缓冲块和定刀之间，然后完成对草莓果柄的剪断，保证剪切效果；三是当动刀与定刀完全闭合后，被剪断的草莓果柄能够被夹持在弹簧缓冲块和定刀之间，确保草莓果不会掉落，以便后续通过操纵直角坐标系机械臂将剪断的草莓果带到收集框进行卸料；动刀的外端内侧位置还设置有导向钩，用于动刀与定刀闭合时对草莓果柄进行勾取进入动刀与定刀之间以及防止闭合过程中草莓果柄脱离动刀和定刀。

21、在上述技术方案中，所述收集框有2个，固定在车架底部两侧位置。

22、在上述技术方案中，所述超声波传感器ⅰ有2个，安装在车架两侧的正前方位置。

23、在上述技术方案中，所述超声波传感器ⅱ有2个，分别安装在车架底部两侧，并且超声波传感器ⅱ的检测方向朝向车架的内侧。

24、在上述技术方案中，所述行走机构有4套，分别独立固定在车架底部的四角位置。

25、在上述技术方案中，所述行走机构包括转向舵机、转向舵机支座、推力球轴承、轮架、直流电机、直流电机架、驱动轴和轮子，所述转向舵机支座固定在车架上，所述轮架位于转向舵机支座下方，转向舵机固定在转向舵机支座上并通过转向联轴器将其输出轴与轮架的轴相连，轮架的轴与轮架是固定连接的，轮架的轴上设置有推力球轴承，通过推力球轴承安装在车架上；通过转向舵机驱动轮架旋转，实现转向；所述直流电机通过直流电机架横向固定在轮架外侧，驱动轴通过深沟球轴承安装在轮架上，并且深沟球轴承下面都固定有深沟球轴承卡座，轮子固定安装在驱动轴上，直流电机输出轴通过驱动联轴器与驱动轴输入端相连，通过直流电机驱动轮子旋转，实现行走。

26、本发明的优点和有益效果为：

27、本发明采用四轮独立驱动、独立转向行走机构，根据实际需求，可实现直行、转弯、斜行、横移等功能，使得草莓采摘机器人有更强的适应能力与灵活性，机器人两侧分别固定一套直角坐标机械臂，跨垄作业时摄像头识别到需要采摘的草莓时，机器人停止行走并对识别到的草莓进行采摘，并放入收集框中。本发明能有效节省劳动力，提高草莓采收环节的自动化水平。

技术特征：

1.一种应用垄作式草莓采摘机器人的采摘方法，其特征在于：该方法采用一种垄作式草莓采摘机器人，该机器人包括车架和设置在车架上的行走机构、采摘装置、收集框、超声波传感器ⅰ、超声波传感器ⅱ、姿态传感器、openmv摄像头和主控器；

2.根据权利要求1所述的应用垄作式草莓采摘机器人的采摘方法，其特征在于：所述直角坐标系机械臂有2个，对称布置在车架两侧，每个直角坐标系机械臂包括竖向丝杆滑台机构、横向直流电动推杆、推杆滑台连接件、上行程开关和下行程开关，所述竖向丝杆滑台机构竖向固定在车架上，所述推杆滑台连接件安装在竖向丝杆滑台机构的滑台上，并且所述横向直流电动推杆固定在所述推杆滑台连接件上；所述上行程开关固定在所述丝杆滑台机构顶部，下行程开关固定在所述丝杆滑台机构底部。

3.根据权利要求1所述的应用垄作式草莓采摘机器人的采摘方法，其特征在于：剪切器包括刀座、动刀、定刀、剪切舵机和动刀缓冲块，其中，定刀固定设置在刀座上，剪切舵机安装在刀座上，动刀设置在定刀一侧并与剪切舵机的输出轴连接，通过剪切舵机带动动刀旋转，实现与定刀离合动作；所述定刀的内侧面设置有刀刃槽，在动刀的内侧面设置有刀刃，定刀和动刀闭合时，刀刃插入刀刃槽中，完成剪切；在动刀的内侧设置有弹簧缓冲块，弹簧缓冲块的作用是：一是起到动刀与定刀闭合时缓冲作用；二是动刀与定刀闭合过程中，弹簧缓冲块会先将草莓果柄夹持在弹簧缓冲块和定刀之间，然后完成对草莓果柄的剪断，保证剪切效果；三是当动刀与定刀完全闭合后，被剪断的草莓果柄能够被夹持在弹簧缓冲块和定刀之间，确保草莓果不会掉落，以便后续通过操纵直角坐标系机械臂将剪断的草莓果带到收集框进行卸料；动刀的外端内侧位置还设置有导向钩，用于动刀与定刀闭合时对草莓果柄进行勾取进入动刀与定刀之间以及防止闭合过程中草莓果柄脱离动刀和定刀。

4.根据权利要求1所述的应用垄作式草莓采摘机器人的采摘方法，其特征在于：所述收集框有2个，固定在车架底部两侧位置。

5.根据权利要求1所述的应用垄作式草莓采摘机器人的采摘方法，其特征在于：所述超声波传感器ⅰ有2个，安装在车架两侧的正前方位置。

6.根据权利要求1所述的应用垄作式草莓采摘机器人的采摘方法，其特征在于：所述超声波传感器ⅱ有2个，分别安装在车架底部两侧，并且超声波传感器ⅱ的检测方向朝向车架的内侧。

7.根据权利要求1所述的应用垄作式草莓采摘机器人的采摘方法，其特征在于：所述行走机构有4套，分别独立固定在车架底部的四角位置。

8.根据权利要求1所述的应用垄作式草莓采摘机器人的采摘方法，其特征在于：所述行走机构包括转向舵机、转向舵机支座、推力球轴承、轮架、直流电机、直流电机架、驱动轴和轮子，所述转向舵机支座固定在车架上，所述轮架位于转向舵机支座下方，转向舵机固定在转向舵机支座上并通过转向联轴器将其输出轴与轮架的轴相连，轮架的轴与轮架是固定连接的，轮架的轴上设置有推力球轴承，通过推力球轴承安装在车架上；通过转向舵机驱动轮架旋转，实现转向；所述直流电机通过直流电机架横向固定在轮架外侧，驱动轴通过深沟球轴承安装在轮架上，并且深沟球轴承下面都固定有深沟球轴承卡座，轮子固定安装在驱动轴上，直流电机输出轴通过驱动联轴器与驱动轴输入端相连，通过直流电机驱动轮子旋转，实现行走。

技术总结
本发明公开了一种应用垄作式草莓采摘机器人的采摘方法，该方法采用一种垄作式草莓采摘机器人，包括车架和设置在车架上的行走机构、采摘装置、收集框、超声波传感器Ⅰ、超声波传感器Ⅱ、姿态传感器、OpenMV摄像头和主控器；采摘装置包括直角坐标系机械臂和剪切器，直角坐标系机械臂能够带动剪切器运动至目标位置，超声波传感器Ⅰ用来检测采摘机器人与垄的位置关系，超声波传感器Ⅱ用来检测采摘机器人侧边与垄侧面的距离，OpenMV摄像头用来识别机器人行走过程中经过的成熟的红色草莓并判断待采摘的目标红色草莓与采摘装置的剪切器之间的实时距离信息，主控器用于根据各传感器的检测数据来控制行走机构和采摘装置动作，完成对垄上的草莓采摘工作。

技术研发人员：任子昂,李成健,李名博,尹承宇,马腾伟,卫勇,卫泽中,蒋国庆
受保护的技术使用者：天津农学院
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13