全自動草莓采摘蜘蛛車

裴雷 沈宇 蘇浩陽

摘 要：該論文研究一種全自動草莓采摘蜘蛛車，包括柔性草莓采摘器；柔性草莓采摘器包括底座，底座上沿周向設置至少三個結構相同的四連桿機構；四連桿機構由主臂、指段、副臂、底座依次鉸接而成；指段的末端向下延伸成為夾持端，三個指段的夾持端相向設置；主臂上端鉸接在底座上，副臂與底座之間設置彈性張緊裝置；主臂與底座之間設置拉繩驅動裝置；在柔性草莓采摘器的底座上設置底座上蓋，底座上蓋連接三個移動自由度的機械臂，底座上蓋作為機械臂的動平臺，機械臂的靜平臺上的驅動電機與控制器連接?？梢宰詣有凶卟⒁苿印⒆詣幼R別成熟草莓并確定距離，夾持端可以同步柔性合攏與令張開，也作為緩沖裝置防止夾壞草莓且成本低廉。

關鍵詞：草莓；蜘蛛車；全自動

1 背景技術：

國內草莓種植面積和產量有逐年增加的趨勢，但是由于采摘環(huán)節(jié)落后的人工作業(yè)方式，制約了草莓種植業(yè)的發(fā)展。目前有相關研究針對我國常見的溫室里高壟畦作栽培的草莓，初步建立了草莓采摘機器人實驗系統(tǒng)，在草莓果實目標識別、提取、定位、采摘機器人及手爪等方面的研究取得了一定成果。還有跨壟作業(yè)4個自由度的草莓收獲機器人設備。該機器人采用兩個俯視地面的CCD攝像機獲取草莓的圖像，計算出草莓的方位，用激光傳感器測量機械手爪到草莓的距離；采用氣動機械手爪抓取草莓果柄，并用剪切式切刀切斷果柄。但這僅僅只是一個草莓采收實驗裝置，體積比較龐大，且沒有驅動裝置，成本高，無法進行大規(guī)模、產業(yè)化應用。

草莓采摘器即草莓采摘機械手末端執(zhí)行器，是用來采摘草莓的機構。草莓的外表比較脆弱，采摘時候容易損傷。為了解決這個問題，常使用的辦法是設置柔性爪子或者采用剛柔混合機構。這種機構往往比較復雜，而且成本高、控制復雜。

2 主要內容：

一種全自動草莓采摘蜘蛛車，包括柔性草莓采摘器；柔性草莓采摘器包括底座，底座上沿周向設置至少三個結構相同的四連桿機構；四連桿機構由主臂、指段、副臂、底座依次鉸接而成；指段的末端向下延伸成為夾持端，三個指段的夾持端相向設置；主臂上端較接在底座上，副臂與底座之間設置彈性張緊裝置；主臂與底座之間設置拉繩驅動裝置；在柔性草莓采摘器的底座上設置底座上蓋，底座上蓋 連接三個移動自由度的機械臂，底座上蓋作為機械臂的動平臺，機械臂的靜平臺上的驅動電機與控制器連接。

四連桿機構的較接點之間依次連線組成平行四邊形，使夾持端運動過程中只平移、角度不變，三個夾持端構成平夾狀態(tài)。

拉繩驅動裝置指：每個主臂與底座鉸接處設置銷軸，銷軸的主臂上設置主臂繩孔，銷軸對應的底座上設置底座繩孔，底座繩孔到銷軸的距離與主臂繩孔到銷孔的距離相同；在底座上設置轉動盤，在主臂繩孔、底座繩孔，轉動盤之間設置繩子，繩子的一端固定在轉動盤上，另一端順時針或逆時針依次穿過底座繩孔、主臂繩孔最后固定，將三個主臂與對應的底座通過繩子串聯(lián)在一起；驅動裝置驅動轉動盤轉動帶動繩子收緊使夾持端向內合攏。

轉動盤為舵機帶動的舵盤，繩子兩端相隔18 0度固定在舵盤上。

彈性張緊裝置為扭簧，扭簧中心設置在副臂與底座的較接軸上，扭簧一端設置在 副臂上，扭簧另一端設置在底座連接對應四連桿機構的副臂與主臂的側邊上。

彈性張緊裝置為一端設置在副臂上、另一端設置在銷軸上的彈性繩或者壓縮彈簧。

底座的底部外表面設置攝像頭和超聲波測距器，所述攝像頭和超聲波測距器均與控制器連接。

底座上蓋上固定電機，電機輸出軸通過底座中心軸位置且與底座固定。

機械臂的靜平臺設置在行走機構上，行走機構包括四個輪子和其上支架并驅動機構。

3市場應用：

采摘器上設置攝像頭自動識別，設置超聲定位裝置確定位置，可以自動識別成熟草莓并確定距離；副臂與底座之間設置彈性張緊裝置，主臂與底座之間設置拉繩驅動裝置，使夾持端可以同步柔性合攏與張開，也作為緩沖裝置防止夾壞 草莓且成本低廉。夾持端為平夾裝置，防止夾漏且控制簡單；旋轉電機帶動底座旋轉，可以擰掉夾持住的草莓。采摘器設置在delta機械臂和行走裝置上，可以自動行走并移動。具有一定的應用前景。

參考文獻

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[3] 楊冀，覃曉濤，王忠萍，等. 新型草莓采摘機的設計與應用[J]. 南方農機，2018（2）：38.

作者簡介：裴雷（1997-），男，漢族，鄭州大學機械工程學院2016級學生