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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