本申請(qǐng)涉及農(nóng)業(yè)設(shè)備，尤其涉及一種具有氣吸功能的小米辣采摘機(jī)及其工作方法。

背景技術(shù)：

1、云南是中國(guó)辣椒三大主要種植區(qū)之一，小米辣作為云南特色辣椒產(chǎn)品，在云南獨(dú)特的地域氣候條件具有獨(dú)特風(fēng)味，是云南各民族飲食習(xí)慣中不可缺少的調(diào)料。

2、與蓬勃發(fā)展的小米辣產(chǎn)業(yè)相比，云南小米辣生產(chǎn)機(jī)械化技術(shù)非常落后。經(jīng)實(shí)地調(diào)研，僅有耕整地實(shí)現(xiàn)了部分機(jī)械化，其他生產(chǎn)過程全部采用傳統(tǒng)的手工操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)效率低。云南小米辣結(jié)果期長(zhǎng)，其采摘環(huán)節(jié)為從8月份中旬到11月中下旬分批采收，是最費(fèi)時(shí)和費(fèi)力的環(huán)節(jié)，約占整個(gè)作業(yè)過程作業(yè)量的40％。伴隨著農(nóng)業(yè)人口的減少以及勞動(dòng)力成本的增加，嚴(yán)重影響小米辣的及時(shí)采收，制約了其產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為解決或部分解決相關(guān)技術(shù)中存在的問題，本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N具有氣吸功能的小米辣采摘機(jī)及其工作方法，通過使用四軸機(jī)械臂與簡(jiǎn)易末端執(zhí)行器使控制項(xiàng)目變少，同時(shí)難度也減少，在確保精度的同時(shí)，速度有了很大的提高。

2、本申請(qǐng)?zhí)峁┮环N具有氣吸功能的小米辣采摘機(jī)，包括末端執(zhí)行器1、輸送軟管2、機(jī)械臂3、驅(qū)動(dòng)裝置4、收集箱5、旋渦風(fēng)機(jī)6、小車7、機(jī)器視覺模塊、機(jī)器控制模塊；所述的機(jī)械臂3和收集箱5安裝在小車7上，驅(qū)動(dòng)裝置4驅(qū)動(dòng)配合安裝在機(jī)械臂3上，機(jī)械臂3的頂端安裝有用于采摘小米辣的末端執(zhí)行器1，末端執(zhí)行器1通過輸送軟管2與收集箱5連通，收集箱5上安裝有旋渦風(fēng)機(jī)6，旋渦風(fēng)機(jī)6通過收集箱5連通輸送軟管2，機(jī)器視覺模塊和機(jī)器控制模塊電性連接并安裝在小車7上，末端執(zhí)行器1、驅(qū)動(dòng)裝置4分別與機(jī)器控制模塊電性連接。

3、可選的，在一些方案中，所述的機(jī)械臂3包括第一機(jī)械臂31、第二機(jī)械臂32、第三機(jī)械臂33、第四機(jī)械臂34、底座35，驅(qū)動(dòng)裝置4包括第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)41、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)42、第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)43、第四驅(qū)動(dòng)電機(jī)44，底座15安裝在小車7上，第四機(jī)械臂34通過第四驅(qū)動(dòng)電機(jī)44驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在底座35上，第三機(jī)械臂33通過第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)43驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在第四機(jī)械臂34上，第二機(jī)械臂32通過第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)42驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在第三機(jī)械臂33上，第一機(jī)械臂31通過第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)41驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在第二機(jī)械臂32上，末端執(zhí)行器1安裝在第一機(jī)械臂31的端部。

4、可選的，在一些方案中，所述的末端執(zhí)行器1末端執(zhí)行器1包括外框體13、步進(jìn)電機(jī)14、絲桿15、雙目相機(jī)17、第一舵機(jī)18、夾持裝置19、移動(dòng)平臺(tái)20、剪切裝置21、導(dǎo)軌22、軸承23，外框體13安裝在第一機(jī)械臂31的端部，絲桿15沿外框體13的前后方向轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在外框體13內(nèi)，其兩端通過軸承23與外框體13前后壁面的中部軸向固定轉(zhuǎn)動(dòng)連接，絲桿15的后端連接有步進(jìn)電機(jī)14，外框體13內(nèi)腔的左右兩側(cè)設(shè)置有與絲桿15平行的導(dǎo)軌22，移動(dòng)平臺(tái)20滑動(dòng)安裝在導(dǎo)軌22上，并與絲桿15螺紋連接，夾持裝置19安裝在移動(dòng)平臺(tái)20上，外框體13內(nèi)腔的后側(cè)底部開設(shè)有吸果口16，吸果口16通過輸送軟管2與收集箱5連通，夾持裝置19為兩個(gè)對(duì)稱布置的夾持塊，兩個(gè)夾持塊的相對(duì)面設(shè)置有弧形槽，夾持裝置19的前端安裝有剪切裝置21，剪切裝置21安裝在移動(dòng)平臺(tái)20的一端，保證剪切裝置21能夠剪切到果柄，兩個(gè)夾持塊中的一個(gè)與移動(dòng)平臺(tái)20固定連接，另一個(gè)通過移動(dòng)平臺(tái)20內(nèi)開設(shè)的滑動(dòng)槽48與移動(dòng)平臺(tái)20滑動(dòng)連接，且滑動(dòng)安裝的夾持塊外側(cè)的移動(dòng)平臺(tái)20上安裝有第一舵機(jī)18，滑動(dòng)安裝的夾持塊與第一舵機(jī)18通過連接桿49連接，雙目相機(jī)17安裝在外框體13上。

5、可選的，在一些方案中，所述的剪切裝置21包括第一剪切刀24、第二剪切刀25、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)26、第二舵機(jī)27、剪切平臺(tái)28組成，安裝的夾持塊外側(cè)的移動(dòng)平臺(tái)20上安裝有連接板45，剪切平臺(tái)28固定在連接板45上，第一剪切刀24和第二剪切刀25均通過其尾部設(shè)置的齒盤轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在剪切平臺(tái)28上，且兩個(gè)齒盤嚙合安裝，第一剪切刀24和第二剪切刀25形成的平面處于夾持裝置19的前端，保證第一剪切刀24和第二剪切刀25能夠剪切到果柄，第二剪切刀25與曲柄搖桿機(jī)構(gòu)26的一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)26的另一端與第二舵機(jī)27連接，第二舵機(jī)27固定安裝在剪切平臺(tái)28上。

6、可選的，在一些方案中，所述的收集箱5的前側(cè)通過箱鉸鏈51安裝有箱門52，箱門52上設(shè)置有把手53，收集箱5內(nèi)腔分設(shè)為辣椒收集箱54和設(shè)備放置箱55，機(jī)器控制模塊安裝在設(shè)備放置箱55內(nèi)，辣椒收集箱54的側(cè)壁上開設(shè)有收果口56，收果口56通過輸送軟管2與吸果口16連通，辣椒收集箱54的側(cè)壁上還連通安裝有旋渦風(fēng)機(jī)6，旋渦風(fēng)機(jī)6和辣椒收集箱54的連通處設(shè)置有護(hù)罩57。

7、所述的具有氣吸功能的小米辣采摘機(jī)的工作方法的具體步驟為：

8、將小車7移動(dòng)到指定位置；

9、機(jī)械臂3上的雙目相機(jī)17開始工作，采用“eyes-in-hand”雙目相機(jī)17實(shí)時(shí)識(shí)別小米辣的果實(shí)，把果實(shí)的信息傳輸給機(jī)器控制模塊，通過機(jī)器控制模塊控制整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)動(dòng)力裝置；

10、機(jī)械臂的末端執(zhí)行器1到達(dá)三位坐標(biāo)的位置，慢慢靠近小米辣，當(dāng)小米辣進(jìn)入夾持裝置19中時(shí)，此時(shí)舵機(jī)18開始工作控制夾持塊的夾緊；

11、夾持裝置19夾緊完畢，剪切裝置21開始工作，剪切掉小米辣的果柄，使小米辣的果實(shí)分離；

12、夾持裝置19往后退，當(dāng)退回到吸果口16上方時(shí)，夾持裝置19松開，小米辣果實(shí)被吸入收集箱內(nèi)；

13、夾持裝置19退回初始狀態(tài)，準(zhǔn)備下一次采摘。

14、可選的，在一些方案中，所述的雙目相機(jī)17和機(jī)器控制模塊的具體配合過程為：采用“eyes-in-hand”雙目相機(jī)17實(shí)時(shí)識(shí)別小米辣的果實(shí)，把果實(shí)的信息傳輸給上位機(jī)jetsonxavier?nx上，通過上位機(jī)可以生成實(shí)時(shí)的小米辣的三維坐標(biāo)，再將三維坐標(biāo)通過串口通信傳輸給stm32f103系列的單片機(jī)，用單片機(jī)控制整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)動(dòng)力裝置。

15、本申請(qǐng)?zhí)峁┑募夹g(shù)方案可以包括以下有益效果：

16、本申請(qǐng)根據(jù)小米辣的生長(zhǎng)特性來設(shè)計(jì)，小米辣植株高度為70-120cm，所設(shè)計(jì)的第一機(jī)械臂的長(zhǎng)度為30cm，第二機(jī)械臂的長(zhǎng)度為50cm，第三機(jī)械臂的長(zhǎng)度為30cm，第四機(jī)械臂的長(zhǎng)度為15cm左右，這樣機(jī)械臂能夠覆蓋整株小米辣；機(jī)械臂各軸的協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)非常重要，特別是在進(jìn)行精細(xì)操作時(shí)，使用適當(dāng)?shù)目刂扑惴ê蛙浖泶_保機(jī)械臂的平穩(wěn)和精確運(yùn)動(dòng)，同時(shí)考慮加入傳感器和視覺系統(tǒng)來實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和調(diào)整機(jī)械臂的動(dòng)作，通過使用四軸機(jī)械臂與簡(jiǎn)易末端執(zhí)行器使控制項(xiàng)目變少，同時(shí)難度也減少，在確保精度的同時(shí)，速度有了很大的提高。

17、應(yīng)當(dāng)理解的是，以上的一般描述和后文的細(xì)節(jié)描述僅是示例性和解釋性的，并不能限制本申請(qǐng)。

技術(shù)特征：

1.一種具有氣吸功能的小米辣采摘機(jī)，其特征在于：所述的具有氣吸功能的小米辣采摘機(jī)包括末端執(zhí)行器(1)、輸送軟管(2)、機(jī)械臂(3)、驅(qū)動(dòng)裝置(4)、收集箱(5)、旋渦風(fēng)機(jī)(6)、小車(7)、機(jī)器視覺模塊、機(jī)器控制模塊；所述的機(jī)械臂(3)和收集箱(5)安裝在小車(7)上，驅(qū)動(dòng)裝置(4)驅(qū)動(dòng)配合安裝在機(jī)械臂(3)上，機(jī)械臂(3)的頂端安裝有用于采摘小米辣的末端執(zhí)行器(1)，末端執(zhí)行器(1)通過輸送軟管(2)與收集箱(5)連通，收集箱(5)上安裝有旋渦風(fēng)機(jī)(6)，旋渦風(fēng)機(jī)(6)通過收集箱(5)連通輸送軟管(2)，機(jī)器視覺模塊和機(jī)器控制模塊電性連接并安裝在小車(7)上，末端執(zhí)行器(1)、驅(qū)動(dòng)裝置(4)分別與機(jī)器控制模塊電性連接。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的具有氣吸功能的小米辣采摘機(jī)，其特征在于：所述的機(jī)械臂(3)包括第一機(jī)械臂(31)、第二機(jī)械臂(32)、第三機(jī)械臂(33)、第四機(jī)械臂(34)、底座(35)，驅(qū)動(dòng)裝置(4)包括第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)(41)、第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)(42)、第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)(43)、第四驅(qū)動(dòng)電機(jī)(44)，底座(15)安裝在小車(7)上，第四機(jī)械臂(34)通過第四驅(qū)動(dòng)電機(jī)(44)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在底座(35)上，第三機(jī)械臂(33)通過第三驅(qū)動(dòng)電機(jī)(43)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在第四機(jī)械臂(34)上，第二機(jī)械臂(32)通過第二驅(qū)動(dòng)電機(jī)(42)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在第三機(jī)械臂(33)上，第一機(jī)械臂(31)通過第一驅(qū)動(dòng)電機(jī)(41)驅(qū)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在第二機(jī)械臂(32)上，末端執(zhí)行器(1)安裝在第一機(jī)械臂(31)的端部。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的具有氣吸功能的小米辣采摘機(jī)，其特征在于：所述的末端執(zhí)行器(1)末端執(zhí)行器(1)包括外框體(13)、步進(jìn)電機(jī)(14)、絲桿(15)、雙目相機(jī)(17)、第一舵機(jī)(18)、夾持裝置(19)、移動(dòng)平臺(tái)(20)、剪切裝置(21)、導(dǎo)軌(22)、軸承(23)，外框體(13)安裝在第一機(jī)械臂(31)的端部，絲桿(15)沿外框體(13)的前后方向轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在外框體(13)內(nèi)，其兩端通過軸承(23)與外框體(13)前后壁面的中部軸向固定轉(zhuǎn)動(dòng)連接，絲桿(15)的后端連接有步進(jìn)電機(jī)(14)，外框體(13)內(nèi)腔的左右兩側(cè)設(shè)置有與絲桿(15)平行的導(dǎo)軌(22)，移動(dòng)平臺(tái)(20)滑動(dòng)安裝在導(dǎo)軌(22)上，并與絲桿(15)螺紋連接，夾持裝置(19)安裝在移動(dòng)平臺(tái)(20)上，外框體(13)內(nèi)腔的后側(cè)底部開設(shè)有吸果口(16)，吸果口(16)通過輸送軟管(2)與收集箱(5)連通，夾持裝置(19)為兩個(gè)對(duì)稱布置的夾持塊，兩個(gè)夾持塊的相對(duì)面設(shè)置有弧形槽，夾持裝置(19)的前端安裝有剪切裝置(21)，剪切裝置(21)安裝在移動(dòng)平臺(tái)(20)的一端，保證剪切裝置(21)能夠剪切到果柄，兩個(gè)夾持塊中的一個(gè)與移動(dòng)平臺(tái)(20)固定連接，另一個(gè)通過移動(dòng)平臺(tái)(20)內(nèi)開設(shè)的滑動(dòng)槽(48)與移動(dòng)平臺(tái)(20)滑動(dòng)連接，且滑動(dòng)安裝的夾持塊外側(cè)的移動(dòng)平臺(tái)(20)上安裝有第一舵機(jī)(18)，滑動(dòng)安裝的夾持塊與第一舵機(jī)(18)通過連接桿(49)連接，雙目相機(jī)(17)安裝在外框體(13)上。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的具有氣吸功能的小米辣采摘機(jī)，其特征在于：所述的剪切裝置(21)包括第一剪切刀(24)、第二剪切刀(25)、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(26)、第二舵機(jī)(27)、剪切平臺(tái)(28)組成，安裝的夾持塊外側(cè)的移動(dòng)平臺(tái)(20)上安裝有連接板(45)，剪切平臺(tái)(28)固定在連接板(45)上，第一剪切刀(24)和第二剪切刀(25)均通過其尾部設(shè)置的齒盤轉(zhuǎn)動(dòng)安裝在剪切平臺(tái)(28)上，且兩個(gè)齒盤嚙合安裝，第一剪切刀(24)和第二剪切刀(25)形成的平面處于夾持裝置(19)的前端，保證第一剪切刀(24)和第二剪切刀(25)能夠剪切到果柄，第二剪切刀(25)與曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(26)的一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接，曲柄搖桿機(jī)構(gòu)(26)的另一端與第二舵機(jī)(27)連接，第二舵機(jī)(27)固定安裝在剪切平臺(tái)(28)上。

5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的具有氣吸功能的小米辣采摘機(jī)，其特征在于：所述的收集箱(5)的前側(cè)通過箱鉸鏈(51)安裝有箱門(52)，箱門(52)上設(shè)置有把手(53)，收集箱(5)內(nèi)腔分設(shè)為辣椒收集箱(54)和設(shè)備放置箱(55)，機(jī)器控制模塊安裝在設(shè)備放置箱(55)內(nèi)，辣椒收集箱(54)的側(cè)壁上開設(shè)有收果口(56)，收果口(56)通過輸送軟管(2)與吸果口(16)連通，辣椒收集箱(54)的側(cè)壁上還連通安裝有旋渦風(fēng)機(jī)(6)，旋渦風(fēng)機(jī)(6)和辣椒收集箱(54)的連通處設(shè)置有護(hù)罩(57)。

6.基于權(quán)利要求4或5所述的一種具有氣吸功能的小米辣采摘機(jī)的工作方法，其特征在于：所述的具有氣吸功能的小米辣采摘機(jī)的工作方法的具體步驟為：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種具有氣吸功能的小米辣采摘機(jī)的工作方法，其特征在于：所述的雙目相機(jī)(17)和機(jī)器控制模塊的具體配合過程為：采用“eyes-in-hand”雙目相機(jī)(17)實(shí)時(shí)識(shí)別小米辣的果實(shí)，把果實(shí)的信息傳輸給上位機(jī)(jetson?xavier?nx)上，通過上位機(jī)可以生成實(shí)時(shí)的小米辣的三維坐標(biāo)，再將三維坐標(biāo)通過串口通信傳輸給stm32f103系列的單片機(jī)，用單片機(jī)控制整個(gè)系統(tǒng)的一個(gè)動(dòng)力裝置。

技術(shù)總結(jié)
本申請(qǐng)是關(guān)于一種具有氣吸功能的小米辣采摘機(jī)及其工作方法。所述的具有氣吸功能的小米辣采摘機(jī)包括末端執(zhí)行器、輸送軟管、機(jī)械臂、驅(qū)動(dòng)裝置、收集箱、旋渦風(fēng)機(jī)、小車、機(jī)器視覺模塊、機(jī)器控制模塊；所述的機(jī)械臂和收集箱安裝在小車上，驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)配合安裝在機(jī)械臂上，機(jī)械臂的頂端安裝有用于采摘小米辣的末端執(zhí)行器，末端執(zhí)行器通過輸送軟管與收集箱連通，收集箱上安裝有旋渦風(fēng)機(jī)，旋渦風(fēng)機(jī)通過收集箱連通輸送軟管，機(jī)器視覺模塊和機(jī)器控制模塊電性連接并安裝在小車上，末端執(zhí)行器、驅(qū)動(dòng)裝置分別與機(jī)器控制模塊電性連接。本申請(qǐng)通過使用四軸機(jī)械臂與簡(jiǎn)易末端執(zhí)行器使控制項(xiàng)目變少，同時(shí)難度也減少，在確保精度的同時(shí)，速度有了很大的提高。

技術(shù)研發(fā)人員：王鳳花,張?jiān)浦?張盛,俞科榮,徐強(qiáng),王河棟
受保護(hù)的技術(shù)使用者：昆明理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9