專利名稱：果蔬采摘設(shè)備及果蔬采摘方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)設(shè)備，特別是涉及一種果蔬采摘設(shè)備及果蔬采摘方法。
背景技術(shù)：
水果、蔬菜(果蔬)采摘是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一個重要的環(huán)節(jié)，具有季節(jié)性強(qiáng)、勞動強(qiáng)度大、費用高等特點，且其在一定程度上決定了水果、蔬菜的產(chǎn)量及成本。傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)采摘工作基本都是依靠人工完成，這種采摘方式的局限性主要有兩個方面一方面大規(guī)模地使用勞動力會給果蔬帶來極高的成本，據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)表明，國內(nèi)某些果蔬采摘費用占到了生產(chǎn)成本的5(Γ70%，這一不足會隨著人口的老齡化愈加明顯；另一方面果蔬的成熟期有嚴(yán)格的季節(jié)性限制，采摘任務(wù)必須在規(guī)定的時間內(nèi)完成，作業(yè)勞動強(qiáng)度大，作業(yè)質(zhì)量難以保證。因此，研制果蔬采摘機(jī)器人，滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模化、多樣化和精確化的需求，降低工人勞動強(qiáng)度和生產(chǎn)成本，提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量具有重要的意義。果蔬采摘設(shè)備在這種背景下得到了較快的發(fā)展，國內(nèi)外的相關(guān)科研機(jī)構(gòu)都投入了大量的資源進(jìn)行了相關(guān)的研究，并研制了相關(guān)的果蔬采摘設(shè)備。傳統(tǒng)的果蔬采摘設(shè)備對果蔬的適應(yīng)性很差，大多數(shù)設(shè)備只針對某一種果蔬，或者需要更換不同的傳感器和執(zhí)行器來應(yīng)對不同的果蔬，設(shè)備成本很高。

發(fā)明內(nèi)容
基于此，有必要針對傳統(tǒng)果蔬采摘設(shè)備對果蔬適應(yīng)性很差的問題，提供一種適應(yīng)性較強(qiáng)的果蔬采摘設(shè)備。一種果蔬采摘設(shè)備，包括智能驅(qū)動裝置，以及由智能驅(qū)動裝置驅(qū)動的多自由度機(jī)械臂，還包括`采摘裝置，包括柔性殼體、磁流變液以及線圈，所述柔性殼體的內(nèi)腔中填充有磁流變液，所述磁流變液可發(fā)生磁流變效應(yīng)，所述柔性殼體與所述多自由度機(jī)械臂連接，所述線圈繞設(shè)于柔性殼體上，所述線圈與外接電源電連接 '及控制裝置，與所述外接電源電連接，所述控制裝置通過控制所述線圈的電流，控制所述磁流變液的磁流變過程，使所述柔性殼體包覆并持拿所述果蔬。在其中一實施方式中，所述柔性殼體上分布有力學(xué)傳感器陣列，所述力學(xué)傳感器陣列實時檢測所述柔性殼體與所述果蔬表面之間的壓力數(shù)據(jù)，并反饋給所述控制裝置，所述控制裝置根據(jù)所述壓力數(shù)據(jù)實時調(diào)節(jié)所述磁流變液的磁流變過程。在其中一實施方式中，所述控制裝置包括微處理器、DDS信號源、DA數(shù)模轉(zhuǎn)換單元、乘法器以及AD模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，所述AD模數(shù)轉(zhuǎn)換單元接收所述力學(xué)傳感器陣列反饋來的所述柔性殼體與所述果蔬表面之間的壓力數(shù)據(jù)，所述微處理器將所述壓力數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的果蔬損傷最小應(yīng)力對比，根據(jù)對比結(jié)果所述微處理器控制所述DDS信號源產(chǎn)生頻率可控的交流信號，并控制所述DA數(shù)模轉(zhuǎn)換單元產(chǎn)生電壓可變的直流信號，所述交流信號以及所述直流信號經(jīng)所述乘法器產(chǎn)生頻率、幅值可控的交流信號源，所述交流信號源經(jīng)濾波放電處理得到可流入所述線圈的基本交流信號，所述基本交流信號用于產(chǎn)生磁場，所述磁場控制所述磁流變液的磁流變過程。在其中一實施方式中，所述控制裝置還包隔離單元，所述微處理器可產(chǎn)生脈寬可調(diào)的PWM信號，所述隔離單元通過所述PWM信號控制所述基本交流信號流入線圈的時間。在其中一實施方式中，所述微處理器根據(jù)所述壓力數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的果蔬損傷最小應(yīng)力對比的對比結(jié)果采用PID閉環(huán)反饋算法調(diào)節(jié)所述基本交流信號的頻率、幅值以及PWM信號的占空比。在其中一實施方式中，所述采摘裝置還包括磁芯，所述磁芯由所述柔性殼體包覆。還提供一種果蔬采摘方法。一種果蔬采摘方法，包括以下步驟

提供上述的果蔬采摘裝置；所述智能驅(qū)動裝置驅(qū)動所述多自由度機(jī)械臂將所述采摘裝置推送到被采摘果蔬位置；所述柔性殼體包覆被采摘果蔬；所述控制裝置控制線圈的電流，所述磁流變液發(fā)生磁流變效應(yīng)；所述切斷所述被采摘果蔬的梗；所述控制裝置斷開線圈的電流，所述磁流變液發(fā)生磁流變效應(yīng)，所述被采摘果蔬從所述柔性殼體內(nèi)脫離。在其中一實施方式中，所述控制裝置控制線圈的電流，所述磁流變液發(fā)生磁流變效應(yīng)的步驟還包括產(chǎn)生基本交流信號，并通入所述線圈產(chǎn)生磁場；測量所述柔性殼體與所述果蔬表面之間的壓力數(shù)據(jù)；判斷所述壓力數(shù)據(jù)是否大于預(yù)設(shè)的果蔬損傷最小應(yīng)力，如果所述壓力數(shù)據(jù)大于所述預(yù)設(shè)的果蔬損傷最小應(yīng)力，則發(fā)出預(yù)警，需要重新產(chǎn)生基本交流信號；如果所述壓力數(shù)據(jù)小于所述預(yù)設(shè)的果蔬損傷最小應(yīng)力，則切斷被采摘果蔬的梗。在其中一實施方式中，所述控制裝置控制線圈的電流，所述磁流變液發(fā)生磁流變效應(yīng)的步驟還包括當(dāng)所述柔性殼體與所述果蔬表面之間的壓力數(shù)據(jù)小于所述預(yù)設(shè)的果蔬損傷最小應(yīng)力的時候，進(jìn)行PID閉環(huán)反饋算法修改控制量，調(diào)節(jié)所述基本交流信號的頻率、幅值以及PWM信號的占空比，重新產(chǎn)生基本交流信號；所述PID閉環(huán)反饋算法為
權(quán)利要求
1.一種果蔬采摘設(shè)備，包括智能驅(qū)動裝置，以及由智能驅(qū)動裝置驅(qū)動的多自由度機(jī)械臂，其特征在于，還包括采摘裝置，包括柔性殼體、磁流變液以及線圈，所述柔性殼體的內(nèi)腔中填充有磁流變液，所述磁流變液可發(fā)生磁流變效應(yīng)，所述柔性殼體與所述多自由度機(jī)械臂連接，所述線圈繞設(shè)于柔性殼體上，所述線圈與外接電源電連接；及控制裝置，與所述外接電源電連接，所述控制裝置通過控制所述線圈的電流，控制所述磁流變液的磁流變過程，使所述柔性殼體包覆并持拿所述果蔬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的果蔬采摘設(shè)備，其特征在于，所述柔性殼體上分布有力學(xué)傳感器陣列，所述力學(xué)傳感器陣列實時檢測所述柔性殼體與所述果蔬表面之間的壓力數(shù)據(jù)， 并反饋給所述控制裝置，所述控制裝置根據(jù)所述壓力數(shù)據(jù)實時調(diào)節(jié)所述磁流變液的磁流變過程。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的果蔬采摘設(shè)備，其特征在于，所述控制裝置包括微處理器、 DDS信號源、DA數(shù)模轉(zhuǎn)換單元、乘法器以及AD模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，所述AD模數(shù)轉(zhuǎn)換單元接收所述力學(xué)傳感器陣列反饋來的所述柔性殼體與所述果蔬表面之間的壓力數(shù)據(jù)，所述微處理器將所述壓力數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的果蔬損傷最小應(yīng)力對比，根據(jù)對比結(jié)果所述微處理器控制所述 DDS信號源產(chǎn)生頻率可控的交流信號，并控制所述DA數(shù)模轉(zhuǎn)換單元產(chǎn)生電壓可變的直流信號，所述交流信號以及所述直流信號經(jīng)所述乘法器產(chǎn)生頻率、幅值可控的交流信號源，所述交流信號源經(jīng)濾波放電處理得到可流入所述線圈的基本交流信號，所述基本交流信號用于產(chǎn)生磁場，所述磁場控制所述磁流變液的磁流變過程。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的果蔬采摘設(shè)備，其特征在于，所述控制裝置還包隔離單元，所述微處理器可產(chǎn)生脈寬可調(diào)的PWM信號，所述隔離單元通過所述PWM信號控制所述基本交流信號流入線圈的時間。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的果蔬采摘設(shè)備，其特征在于，所述微處理器根據(jù)所述壓力數(shù)據(jù)與預(yù)設(shè)的果蔬損傷最小應(yīng)力對比的對比結(jié)果采用PID閉環(huán)反饋算法調(diào)節(jié)所述基本交流信號的頻率、幅值以及PWM信號的占空比。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的果蔬采摘設(shè)備，其特征在于，所述采摘裝置還包括磁芯，所述磁芯由所述柔性殼體包覆。
7.一種果蔬采摘方法，包括以下步驟提供如權(quán)利要求廣6任意一項所述的果蔬采摘裝置；所述智能驅(qū)動裝置驅(qū)動所述多自由度機(jī)械臂將所述采摘裝置推送到被采摘果蔬位置；所述柔性殼體包覆被采摘果蔬；所述控制裝置控制線圈的電流，所述磁流變液發(fā)生磁流變效應(yīng)；所述切斷所述被采摘果蔬的梗；所述控制裝置斷開線圈的電流，所述磁流變液發(fā)生磁流變效應(yīng)，所述被采摘果蔬從所述柔性殼體內(nèi)脫離。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的果蔬采摘方法，其特征在于，所述控制裝置控制線圈的電流， 所述磁流變液發(fā)生磁流變效應(yīng)的步驟還包括產(chǎn)生基本交流信號，并通入所述線圈產(chǎn)生磁場；測量所述柔性殼體與所述果蔬表面之間的壓力數(shù)據(jù)；判斷所述壓力數(shù)據(jù)是否大于預(yù)設(shè)的果蔬損傷最小應(yīng)力，如果所述壓力數(shù)據(jù)大于所述預(yù)設(shè)的果蔬損傷最小應(yīng)力，則發(fā)出預(yù)警，需要重新產(chǎn)生基本交流信號；如果所述壓力數(shù)據(jù)小于所述預(yù)設(shè)的果蔬損傷最小應(yīng)力，則切斷被采摘果蔬的梗。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的果蔬采摘方法，其特征在于，所述控制裝置控制線圈的電流， 所述磁流變液發(fā)生磁流變效應(yīng)的步驟還包括當(dāng)所述柔性殼體與所述果蔬表面之間的壓力數(shù)據(jù)小于所述預(yù)設(shè)的果蔬損傷最小應(yīng)力的時候，進(jìn)行PID閉環(huán)反饋算法修改控制量，調(diào)節(jié)所述基本交流信號的頻率、幅值以及PWM 信號的占空比，重新產(chǎn)生基本交流信號；所述PID閉環(huán)反饋算法為
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的果蔬采摘方法，其特征在于，所述控制裝置控制線圈的電流，所述磁流變液發(fā)生磁流變效應(yīng)的步驟還包括判斷所述柔性殼體與所述果蔬表面之間的壓力數(shù)據(jù)是否正常，如果所述壓力數(shù)據(jù)正常，則切斷被采摘果蔬的梗；如果所述壓力數(shù)據(jù)異常，則所述控制裝置復(fù)位初始化。
全文摘要
一種果蔬采摘設(shè)備包括智能驅(qū)動裝置、由智能驅(qū)動裝置驅(qū)動的多自由度機(jī)械臂、采摘裝置以及控制裝置。采摘裝置包括柔性殼體以及持拿端，柔性殼體的內(nèi)腔中填充有磁流變液，該柔性殼體通過持拿端與多自由度機(jī)械臂連接，控制裝置利用磁流變效應(yīng)控制采摘裝置中磁流變液的磁流變過程，使所述柔性殼體與果蔬相適應(yīng)。上述果蔬采摘設(shè)備，利用磁流變效應(yīng)，使采摘裝置在采摘時與果蔬外形相適應(yīng)，提高了對果蔬的適應(yīng)能力。還提供一種果蔬采摘方法。
文檔編號A01D46/00GK103039197SQ20121057226
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者宮凱, 曾德文, 王剛, 李抱樸, 張琦, 廖京生 申請人:中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院