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全自动草莓采摘蜘蛛车

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  摘 要:该论文研究一种全自动草莓采摘蜘蛛车,包括柔性草莓采摘器;柔性草莓采摘器包括底座,底座上沿周向设置至少三个结构相同的四连杆机构;四连杆机构由主臂、指段、副臂、底座依次铰接而成;指段的末端向下延伸成为夹持端,三个指段的夹持端相向设置;主臂上端铰接在底座上,副臂与底座之间设置弹性张紧装置;主臂与底座之间设置拉绳驱动装置;在柔性草莓采摘器的底座上设置底座上盖,底座上盖连接三个移动自由度的机械臂,底座上盖作为机械臂的动平台,机械臂的静平台上的驱动电机与控制器连接。可以自动行走并移动、自动识别成熟草莓并确定距离,夹持端可以同步柔性合攏与令张开,也作为缓冲装置防止夹坏草莓且成本低廉。
  关键词:草莓;蜘蛛车;全自动
  1 背景技术:
  国内草莓种植面积和产量有逐年增加的趋势,但是由于采摘环节落后的人工作业方式,制约了草莓种植业的发展。目前有相关研究针对我国常见的温室里高垄畦作栽培的草莓,初步建立了草莓采摘机器人实验系统,在草莓果实目标识别、提取、定位、采摘机器人及手爪等方面的研究取得了一定成果。还有跨垄作业4个自由度的草莓收获机器人设备。该机器人采用两个俯视地面的CCD摄像机获取草莓的图像,计算出草莓的方位,用激光传感器测量机械手爪到草莓的距离;采用气动机械手爪抓取草莓果柄,并用剪切式切刀切断果柄。但这仅仅只是一个草莓采收实验装置,体积比较庞大,且没有驱动装置,成本高,无法进行大规模、产业化应用。
  草莓采摘器即草莓采摘机械手末端执行器,是用来采摘草莓的机构。草莓的外表比较脆弱,采摘时候容易损伤。为了解决这个问题,常使用的办法是设置柔性爪子或者采用刚柔混合机构。这种机构往往比较复杂,而且成本高、控制复杂。
  2 主要内容:
  一种全自动草莓采摘蜘蛛车,包括柔性草莓采摘器;柔性草莓采摘器包括底座,底座上沿周向设置至少三个结构相同的四连杆机构;四连杆机构由主臂、指段、副臂、底座依次铰接而成;指段的末端向下延伸成为夹持端,三个指段的夹持端相向设置;主臂上端较接在底座上,副臂与底座之间设置弹性张紧装置;主臂与底座之间设置拉绳驱动装置;在柔性草莓采摘器的底座上设置底座上盖,底座上盖 连接三个移动自由度的机械臂,底座上盖作为机械臂的动平台,机械臂的静平台上的驱动电机与控制器连接。
  四连杆机构的较接点之间依次连线组成平行四边形,使夹持端运动过程中只平移、角度不变,三个夹持端构成平夹状态。
  拉绳驱动装置指:每个主臂与底座铰接处设置销轴,销轴的主臂上设置主臂绳孔,销轴对应的底座上设置底座绳孔,底座绳孔到销轴的距离与主臂绳孔到销孔的距离相同;在底座上设置转动盘,在主臂绳孔、底座绳孔,转动盘之间设置绳子,绳子的一端固定在转动盘上,另一端顺时针或逆时针依次穿过底座绳孔、主臂绳孔最后固定,将三个主臂与对应的底座通过绳子串联在一起;驱动装置驱动转动盘转动带动绳子收紧使夹持端向内合拢。
  转动盘为舵机带动的舵盘,绳子两端相隔18 0度固定在舵盘上。
  弹性张紧装置为扭簧,扭簧中心设置在副臂与底座的较接轴上,扭簧一端设置在 副臂上,扭簧另一端设置在底座连接对应四连杆机构的副臂与主臂的侧边上。
  弹性张紧装置为一端设置在副臂上、另一端设置在销轴上的弹性绳或者压缩弹簧。
  底座的底部外表面设置摄像头和超声波测距器,所述摄像头和超声波测距器均与控制器连接。
  底座上盖上固定电机,电机输出轴通过底座中心轴位置且与底座固定。
  机械臂的静平台设置在行走机构上,行走机构包括四个轮子和其上支架并驱动机构。
  3市场应用:
  采摘器上设置摄像头自动识别,设置超声定位装置确定位置,可以自动识别成熟草莓并确定距离;副臂与底座之间设置弹性张紧装置,主臂与底座之间设置拉绳驱动装置,使夹持端可以同步柔性合拢与张开,也作为缓冲装置防止夹坏 草莓且成本低廉。夹持端为平夹装置,防止夹漏且控制简单;旋转电机带动底座旋转,可以拧掉夹持住的草莓。采摘器设置在delta机械臂和行走装置上,可以自动行走并移动。具有一定的应用前景。
  参考文献
  [1] 李冲冲,马晓录,郭永刚,等. 一种跨垄式草莓采摘车的设计[J]. 机械研究与应用,2018(3):149 - 151.
  [2] 吴晓云,高照全,李志强,等. 国内外草莓生产现状与发展趋势[J]. 北京农业职业学院学报,2016,30(2):21 -26.
  [3] 杨冀,覃晓涛,王忠萍,等. 新型草莓采摘机的设计与应用[J]. 南方农机,2018(2):38.
  作者简介:裴雷(1997-),男,汉族,郑州大学机械工程学院2016级学生
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