[发明专利]一种气动果实采摘机器人及控制方法

权利要求书

1.一种气动果实采摘机器人，其特征在于，包括采摘车(1)、旋转机构(2)、采摘机械臂和控制系统；

所述的采摘机械臂采用多根气动肌肉(4)组合驱动方式，由上臂(3)、前臂(5)和末端夹持手(7)串联组成，手臂之间通过转动副连接形成三个关节，每个关节处安装有角度传感器(6)，用于测量关节旋转角度，多根气动肌肉(4)采用对称拮抗式的布置方式带动各个关节在竖直平面内转动，整个采摘机械臂安装在采摘车(1)上的旋转机构(2)上，增加了采摘机械臂在水平方向的自由度，采摘车(1)前端安装有主摄像头(8)，用于采集果实图像，且主摄像头(8)上安装有测距传感器，用于测量果实位置；

所述的控制系统包括计算机和单片机，用于对图像数据和传感器数据的接收处理及采摘机器人的运动规划和控制。

2.根据权利要求1所述的一种气动果实采摘机器人，其特征在于，所述的旋转机构(2)安装在采摘车(1)内部，上表面固定采摘机械臂的底座，通过步进电机驱动，能够带动采摘机械臂在水平面内360°转动。

3.根据权利要求1所述的一种气动果实采摘机器人，其特征在于，还包括上支撑板(9)、下支撑板(17)、大连杆(10)和小连杆(11)，所述的末端夹持手(7)采用气动肌肉(4)驱动，上支撑板(9)和下支撑板(17)通过四根支撑柱(19)连接，气动肌肉(4)安装在上支撑板(9)和大连杆(10)之间，两个小连杆(11)的一端与和大连杆(10)的两端铰接，另一端分别和一个夹持板(16)通过转动副连接，夹持板(16)内固定的滑块(12)限制其只能沿导轨(13)移动，左右两个夹持板(16)之间通过弹簧(18)连接，在气动肌肉(4)放气过程中利用弹力松开夹持板(16)，在下支撑板(17)上安装有从摄像头(14)，同样带有测距传感器，和主摄像头(8)配合完成果实的采摘工作。

4.根据权利要求3所述的一种气动果实采摘机器人，其特征在于，夹持板(16)内侧上贴有防护垫(15)保护果实不受损伤。

5.根据权利要求3所述的一种气动果实采摘机器人，其特征在于，气动肌肉(4)的充放气是通过单片机输出PWM波控制高速开关阀(23)开关实现的，压缩气体来源于气泵(20)，气泵(20)连接气动三联件(21)和减压阀(22)，然后接高速开关阀(23)构成气动肌肉(4)的气路，高速开关阀(23)和气动肌肉(4)之间安装有气压传感器(24)用于测量气动肌肉(4)内部压力。

6.权利要求3至5中任一项所述的一种气动果实采摘机器人的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

i:首先通过控制系统控制采摘机器人移动到要采摘的果树前面，使采摘机械臂正对于果树；

ii:采摘车(1)前端安装的主摄像头(8)采集果树的图像，控制系统中的计算机识别在当前图像内的所有果实，规划采摘路径；

iii:控制机械臂到当前采摘的果实附近，利用从摄像头(14)微调机械臂，并根据从摄像头(14)中的图像判断果实成熟度，从而控制末端夹持手(7)的夹持力度；

iv:当前位置的果实采摘完毕，移动采摘机器人到下一位置，重复步骤ii和iii。

7.根据权利要求6所述的一种气动果实采摘机器人的控制方法，其特征在于，所述的控制流程步骤ii中，主摄像头(8)能够上下转动，确保当前位置的果实都处于拍摄范围内，所规划的采摘路径是从左到右的S型路径，确保高的采摘效率。

8.根据权利要求7所述的一种气动果实采摘机器人的控制方法，其特征在于，所述的控制流程步骤iii中，果实成熟度是通过从摄像头(14)中果实颜色的深浅判断的，末端夹持手(7)的夹持力度通过控制气动肌肉(4)内部气压的大小改变。