CN113853945B - 吸摘式执行器及吸摘控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及果实采摘技术领域，本发明提供一种吸摘式执行器及吸摘控制方法。本发明提供一种吸摘式执行器，包括：吸摘装置和控制系统，其中，吸摘装置包括：吸摘管，吸摘管固定在机械臂上；第一光电传感器和第二光电传感器，第一光电传感器和第二光电传感器分别设置在吸摘管的两端，第一光电传感器和第二光电传感器与控制系统通讯连接；一级收集箱的第一端与吸摘管连接，第二端与风机组件连接；气压传感器设置在一级收集箱内，气压传感器与控制系统通讯连接。本发明提供的吸摘式执行器，利用负压吸力与末端拉扯力这一吸摘方式对果实进行采摘，不会造成果皮损伤，且降低了对负压系统的高要求；实现了自动采摘果实，提高了采摘效率。

Description

吸摘式执行器及吸摘控制方法

技术领域

本发明涉及果实采摘技术领域，尤其涉及一种吸摘式执行器及吸摘控制方法。

背景技术

随着农业自动化进程的快速发展，传统的手工采摘果实劳动强度大、效率低，已无法满足农业现代化的发展需求。

发明内容

本发明提供一种吸摘式执行器及吸摘控制方法，用以解决现有技术中果实人工采摘劳动强度大、效率低的缺陷。

本发明提供一种吸摘式执行器，包括：吸摘装置和控制系统，其中，所述吸摘装置包括：吸摘管，所述吸摘管固定在机械臂上；第一光电传感器和第二光电传感器，所述第一光电传感器和所述第二光电传感器分别设置在所述吸摘管的两端，所述第一光电传感器和所述第二光电传感器与所述控制系统控制系统通讯连接；一级收集箱，所述一级收集箱的第一端与所述吸摘管连接，第二端与风机组件连接；气压传感器，所述气压传感器设置在所述一级收集箱内，所述气压传感器与所述控制系统通讯连接。

根据本发明提供的一种吸摘式执行器，所述吸摘装置还包括：电动阀门，所述一级收集箱的底面设有第一开口，所述电动阀门设置在所述第一开口处，所述电动阀门与所述控制系统电性连接；二级收集箱，所述二级收集箱通过所述电动阀门与所述一级收集箱连接。

根据本发明提供的一种吸摘式执行器，所述吸摘装置还包括计数器，所述计数器设置在所述一级收集箱内，所述计数器与所述控制系统通讯连接。

根据本发明提供的一种吸摘式执行器，所述吸摘装置还包括：第一柔性垫，所述第一柔性垫铺设在所述一级收集箱内，所述第一柔性垫与所述第一开口对应的位置设有第二开口，所述第二开口与所述第一开口的尺寸相同；第二柔性垫，所述第二柔性垫铺设在所述二级收集箱内。

根据本发明提供的一种吸摘式执行器，所述二级收集箱包括：支撑架，所述支撑架与所述电动阀门连接；箱体，所述箱体设置在所述支撑架内，并位于所述电动阀门的下方。

根据本发明提供的一种吸摘式执行器，所述吸摘管包括：吸入部，所述吸入部的第一端呈喇叭口形状；传输部，所述传输部的第一端与所述吸入部的第二端可拆卸连接；连接部，所述连接部的两端分别与所述传输部的第二端和所述一级收集箱连接；其中，所述第一光电传感器设置在所述吸入部与所述传输部的连接处，所述第二光电传感器设置在所述传输部与所述连接部的连接处。

根据本发明提供的一种吸摘式执行器，所述吸入部的第二端与所述传输部的第一端为柔性材质，所述吸入部的第二端与所述传输部的第一端的直径小于所述传输部其余位置的直径。

根据本发明提供的一种吸摘式执行器，所述风机组件包括：风机；进风管，所述进风管的两端分别与所述一级收集箱和所述风机连接，其中，所述进风管与所述一级收集箱连接的位置高于所述连接部与所述一级收集箱连接的位置，所述进风管与所述一级收集箱连接处设置有过滤网。

本发明还提供一种吸摘控制方法，包括：驱动风机组件工作，控制电动阀门关闭；检测一级收集箱内的实际气压，当所述实际气压达到目标工作气压时，控制吸摘管移动开始采摘果实；在接收到第一光电传感器发送的第一信号和第二光电传感器发送的第二信号的情况下，控制所述吸摘管继续移动采摘果实；在未接收到所述第一信号的情况下，则控制所述吸摘管继续移动，直至接收到所述第一信号，在未接收到所述第二信号的情况下，则控制所述吸摘管在当前位置做拉扯动作，直至接收到所述第二信号。

根据本发明提供的一种吸摘控制方法，还包括：对进入所述一级收集箱内的果实进行计数，当果实的数量达到阈值时，控制电动阀门打开；当所述一级收集箱内的果实全部进入二级收集箱时，控制所述电动阀门关闭。

本发明提供的吸摘式执行器，通过设置吸摘管和风机组件，利用负压吸力与末端拉扯力这一吸摘方式对果实进行采摘，不会造成果皮损伤，且降低了对负压系统的高要求；通过设置第一光电传感器和第二光电传感器可对是否采摘到果实，以及果实是否进入一级收集箱进行判断，实现了自动采摘果实，降低了果农的劳动强度，提高了采摘效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的吸摘式执行器的吸摘装置的结构示意图；

图2是本发明提供的吸摘控制方法的流程图；

附图标记：

10：吸摘管；        11：吸入部；        12：传输部；

13：连接部；        20：一级收集箱；    21：第一开口；

30：风机组件；      31：进风管；        32：风机；

40：电动阀门；      50：二级收集箱；    51：支撑架；

52：箱体。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

下面结合图1和图2描述本发明的吸摘式执行器及吸摘控制方法。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，吸摘式执行器包括：吸摘装置和控制系统，其中吸摘装置包括：吸摘管10、第一光电传感器、第二光电传感器、一级收集箱20、气压传感器和风机组件30。

具体来说，吸摘管10固定在机器人的机械臂上，在机械臂的带动下吸摘管10可移动至果实附近。吸摘管10的两端分别设置有第一光电传感器和第二光电传感器，用于检测果实是否落入吸摘管10内，具体地，在吸摘管10移动时，若果实被吸入吸摘管10的第一端则触发第一光电传感器发送第一信号至控制系统，此时，吸摘管10在当前位置停止移动，当果实滑动至吸摘管10的第二端时，触发第二光电传感器发送第二信号至控制系统，表明一个果实已经采摘完毕，控制系统控制吸摘管10继续移动至下一个果实的附近。

若在吸摘管10移动过程中，未触发第一光电传感器，则表明没有果实进入吸摘管10，此时，控制系统控制吸摘管10继续靠近果实移动，直至控制系统接收到第一信号，若控制系统未接收到第二信号，则表明果实进入了吸摘管10内但未与果树分离，此时，控制系统控制吸摘管10在当前位置做拉扯运动，以将果实与果树分离，果实在吸摘管10内滑动触发第二信号，表明果实已经采摘成功。

吸摘管10与一级收集箱20连接，采集后的果实进入一级收集箱20内。进一步地，一级收集箱20为封闭容器，其与风机组件30连接，驱动风机组件30可为一级收集箱20提供负压，一级收集箱20内设置有气压传感器，气压传感器用于检测一级收集箱20内的实际气压，当实际气压达到目标工作气压时，控制系统控制机械臂移动，进而带动吸摘管10移动，吸摘管10利用负压吸力与末端拉扯力将果实吸入吸摘管10内。

进一步地，在本发明的一个实施例中，风机组件30可以为进气管31和风机32，进气管31的两端分别与一级收集箱20和风机32连接。

进一步地，控制系统可以为单片机、工控机或PLC。

进一步地，在本发明的实施例中，吸摘式执行器可以采摘苹果、梨、杏以及李子等圆形或椭圆形的果实。

本发明提供的吸摘式执行器，通过设置吸摘管和风机组件，利用负压吸力与末端拉扯力这一吸摘方式对果实进行采摘，不会造成果皮损伤，且降低了对负压系统的高要求；通过设置第一光电传感器和第二光电传感器可对是否采摘到果实，以及果实是否进入一级收集箱进行判断，提高了采摘成功率，实现了自动采摘果实，降低了果农的劳动强度，提高了采摘效率。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，吸摘装置还包括：电动阀门40和二级收集箱50。一级收集箱20的底面设置有第一开口21，用于将果实由一级收集箱20进入到二级收集箱50中。电动阀门40设置在该第一开口21处，电动阀门40与控制系统电性连接。二级收集箱50通过电动阀门40与一级收集箱20连接。

具体来说，在果实采摘时，控制系统控制电动阀门40关闭，使一级收集箱20形成封闭容器，当一级收集箱20内的实际气压达到目标工作气压时，机械臂带动吸摘管10移动，吸摘管10靠近果实，靠吸摘管10的负压吸力与末端拉扯力将果实吸入一级收集箱20中，当果实装满一级收集箱20时，控制系统控制电动阀门40打开，果实由第一开口21进入二级收集箱50中。

进一步地，在本发明的一个实施例中，吸摘装置还包括计数器，计数器设置在一级收集箱20内，计数器与控制系统通讯连接。

具体来说，一级收集箱20内设置有计数器，当一级收集箱20内果实的数量达到阈值时，计数器发送信号至控制系统，控制系统控制电动阀门40打开，果实进入二级收集箱50中，然后，控制系统控制电动阀门40关闭，吸摘管10采摘的果实再次进入一级收集箱20内。

本发明实施例提供的吸摘式执行器，通过设置电动阀门和二级收集箱，在果实储存满一级收集箱后，果实自动进入二级收集箱内，不需要人工手动转运一级收集箱内的果实，提高了采摘效率。

进一步地，在本发明的一个实施例中，吸摘装置还包括：第一柔性垫和第二柔性垫，第一柔性垫铺设在一级收集箱20内，第一柔性垫与第一开口21对应的位置设有第二开口，第二开口的尺寸与第一开口21的尺寸相同，以便于果实可以通过第二开口进入二级收集箱50内。第二柔性垫铺设在二级收集箱50内。具体来说，在一级收集箱20内和二级收集箱50内铺设柔性垫，可避免果实在滚动过程中果皮受损。

可选地，第一柔性垫和第二柔性垫可以为橡胶垫或硅胶垫。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，二级收集箱50包括：支撑架51和箱体52。支撑架51与电动阀门40连接，箱体52设置在支撑架51内，并位于电动阀门40的下方。

具体来说，在本实施例中，箱体52放置在支撑架51内，当箱体52内的果实储存满后，无需停机即可将箱体52搬走，更换空的箱体52，可连续作业，提高了果实采摘的效率。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，吸摘管10包括：吸入部11、传输部12和连接部13。吸入部11的第一端呈喇叭口形状，以便于果实进入吸摘管10内，传输部12的第一端与吸入部11的第二端可拆卸连接，连接部13的两端分别与传输部12的第二端和一级收集箱20连接，其中，第一光电传感器设置在吸入部11与传输部12的连接处，第二光电传感器设置在传输部12与连接部13的连接处。

具体来说，吸入部11可有多种口径规格，根据采摘果实的直径不同，可选择不同口径的吸入部11。可选地，吸入部11的口径可以为55-65mm、66-75mm、76-85mm以及86-95mm四种规格。

进一步地，在本实施例中，吸入部11的第二端与传输部12的第一端为柔性材质，如，吸入部11的第二端与传输部12的第一端均为橡胶管或硅胶管，以避免果实表皮损伤，由于吸入部11与传输部12的连接处为柔性材质，可利用柔性材质的特性，将吸入部11第二端和传输部12的第一端直径减小，在负压作用下，使吸入部11的第二端和传输部12的第一端与果实相接触产生作用力。在果实采摘过程中，机械臂带动吸摘管10移动，吸入部11利用负压将果实吸入吸入部11内，果实进入吸入部11后触发第一光电传感器发送第一信号至控制系统，控制系统控制机械臂停留在当前位置，当果实经过传输部12与连接部13的连接处时触发第二光电传感器发送第二信号至控制系统，此时，一个果实采摘完毕，控制系统控制机械臂继续移动带动吸摘管10靠近其他果实。若在采摘管10靠近果实时，未触发第一光电传感器，则表明吸入部11没有采摘到果实，此时，控制系统控制吸摘管10继续靠近果实，直至控制系统接收到第一信号，若控制系统未接收到第二信号，则表明果实虽已进入吸摘管10内，但尚未与果树分离，此时，果实与吸入部11的第二端和传输部12的第一端相接触，吸入部11和传输部12的内壁对果实产生附着力，在控制系统控制吸摘管10在当前位置做拉扯运动时，果实利用该附着力依附在吸入部11和传输部12的内壁，从而能够将果实与果树分离，果实进入一级收集箱20内触发第二光电传感器，此时，控制系统控制吸摘管10继续移动靠近其他的果实。

需要说明的是：在本发明的实施例中，吸入部11和连接部13的长度都比较短，所以，当果实进入吸入部11后就会触发第一光电传感器，在果实触发第二光电传感器时，即表明果实已经进入一级收集箱20内。

本发明实施例提供的吸摘式执行器，吸入部与传输部可拆卸连接，可根据果实直径的不同更换不同口径的吸入部，增强了果实采摘机器人的适用性。

如图1所示，在本发明的一个实施例中，风机组件30包括：进风管31和风机32。进风管31的两端分别与一级收集箱20和风机32连接，其中，进风管31与一级收集箱20连接的位置高于连接部13与一级收集箱20连接的位置，进风管31与一级收集箱20连接处设置有过滤网。

具体来说，在本实施例中，风机32转动为一级收集箱20提供负压，当一级收集箱20内的实际气压达到目标工作气压时，吸摘管10开始利用负压采摘果实，在采摘果实的过程中，设置在一级收集箱20与进风管31连接处的过滤网，可将吸入的树叶等杂物阻挡，防止树叶等杂物进入风机32内。

可选地，风机32可以为离心式风机，离心式风机造价低，结构简单，易维护更适合于果园农业生产。

如图2所示，本发明还提供一种吸摘控制方法，具体包括以下步骤：

步骤201：驱动风机组件30工作，控制电动阀门40关闭。

具体来说，一级收集箱20的两端分别连接吸摘管10和风机组件30，一级收集箱20为封闭容器，在风机组件30工作时，关闭电动阀门40，使一级收集箱20内产生负压。

步骤202：检测一级收集箱20内的实际气压，当实际气压达到目标工作气压时，控制吸摘管10移动开始采摘果实。

具体来说，一级收集箱20内设置有气压传感器，气压传感器用于检测一级收集箱20内的气压，当一级收集箱20内的实际气压达到目标工作气压时，气压传感器发送信号至控制系统，控制系统控制机械臂移动，带动吸摘管10移动并靠近果实。

步骤203：在接收到第一光电传感器发送的第一信号和第二光电传感器发送的第二信号的情况下，控制吸摘管10继续移动采摘果实。

具体来说，吸摘管10的两端分别设置有第一光电传感器和第二光电传感器，当果实进入吸摘管10的第一端时，触发第一光电传感器发送第一信号至机器人主体的控制系统，此时，吸摘管10在当前位置停止移动，当果实滑动至吸摘管10的第二端时，触发第二光电传感器发送第二信号至控制系统，表明一个果实已经采摘完毕，控制系统控制吸摘管10继续移动靠近其他果实。

步骤204：在未接收到第一信号的情况下，控制吸摘管10继续移动，直至接收到第一信号，在未接收到第二信号的情况下，则控制吸摘管10在当前位置做拉扯运动，直至接收到第二信号。

具体来说，在吸摘管10靠近果实时，若未触发第一光电传感器，则表明没有果实进入吸摘管10，此时，控制系统控制吸摘管10继续靠近果实，直至控制系统接收到第一信号，若控制系统未接收到第二信号，则表明虽然果实进入了吸摘管10内，但是果实尚未与果树分离，此时，控制系统控制吸摘管10在当前位置做拉扯运动，以将果实与果树分离，分离后的果实进入一级收集箱20内触发第二光电传感器发送第二信号至控制系统，控制系统控制吸摘管10继续移动并靠近其他果实。

本发明实施例提供的吸摘式执行器的实现方法，利用负压吸力与末端拉扯力这一吸摘方式对果实进行采摘，不会造成果皮损伤，且降低了对负压系统的高要求；通过第一光电传感器和第二光电传感器可对是否采摘到果实，以及果实是否进入一级收集箱进行判断，提高了采摘成功率；实现了自动采摘果实，同时，本发明实施例提供的果实采摘的控制方法，不需要果农人工采摘果实，降低了果农的劳动强度，提高了采摘效率。

进一步地，在本发明的一个实施例中，吸摘控制方法还包括：对进入一级收集箱20内的果实进行计数，当果实的数量达到阈值时，控制电动阀门40打开；当一级收集箱20内的果实全部进入二级收集箱50时，控制电动阀门40关闭。

具体来说，一级收集箱20内设置有计数器，计数器用于对一级收集箱20内的果实进行计数，当一级收集箱20内的果实数量达到阈值时，计数器发送信号至控制系统，控制系统控制电动阀门40打开，当一级收集箱20内的果实均进入二级收集箱50时，控制系统控制电动阀门40关闭。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种吸摘控制方法，其特征在于，利用吸摘式执行器完成，所述吸摘式执行器包括：吸摘装置和控制系统，所述吸摘装置包括：吸摘管，所述吸摘管固定在机械臂上；第一光电传感器和第二光电传感器，所述第一光电传感器和所述第二光电传感器分别设置在所述吸摘管的两端，所述第一光电传感器和所述第二光电传感器与所述控制系统通讯连接；一级收集箱，所述一级收集箱的第一端与所述吸摘管连接，第二端与风机组件连接；气压传感器，所述气压传感器设置在所述一级收集箱内，所述气压传感器与所述控制系统通讯连接，所述吸摘控制方法包括：

驱动所述风机组件工作，控制电动阀门关闭；

检测所述一级收集箱内的实际气压，当所述实际气压达到目标工作气压时，控制所述吸摘管移动开始采摘果实；

根据所述第一光电传感器发送的第一信号和所述第二光电传感器发送的第二信号的情况下控制所述吸摘管采摘所述果实；

具体地，机械臂带动所述吸摘管移动，直至所述控制系统接收到所述第一信号，若所述控制系统在接收到所述第一信号之后未接收到所述第二信号，则控制所述机械臂带动所述吸摘管在当前位置做拉扯动作，以使所述果实与果树分离，直至所述控制系统接收到所述第二信号。

2.根据权利要求1所述的吸摘控制方法，其特征在于，还包括：

对进入所述一级收集箱内的果实进行计数，当果实的数量达到阈值时，控制电动阀门打开；

当所述一级收集箱内的果实全部进入二级收集箱时，控制所述电动阀门关闭。

3.根据权利要求1所述的吸摘控制方法，其特征在于，所述吸摘装置还包括：

电动阀门，所述一级收集箱的底面设有第一开口，所述电动阀门设置在所述第一开口处，所述电动阀门与所述控制系统电性连接；

二级收集箱，所述二级收集箱通过所述电动阀门与所述一级收集箱连接。

4.根据权利要求3所述的吸摘控制方法，其特征在于，所述吸摘装置还包括计数器，所述计数器设置在所述一级收集箱内，所述计数器与所述控制系统通讯连接。

5.根据权利要求3所述的吸摘控制方法，其特征在于，所述吸摘装置还包括：

第一柔性垫，所述第一柔性垫铺设在所述一级收集箱内，所述第一柔性垫与所述第一开口对应的位置设有第二开口，所述第二开口与所述第一开口的尺寸相同；

第二柔性垫，所述第二柔性垫铺设在所述二级收集箱内。

6.根据权利要求3-5中任一项所述的吸摘控制方法，其特征在于，所述二级收集箱包括：

支撑架，所述支撑架与所述电动阀门连接；

箱体，所述箱体设置在所述支撑架内，并位于所述电动阀门的下方。

7.根据权利要求1所述的吸摘控制方法，其特征在于，所述吸摘管包括：

吸入部，所述吸入部的第一端呈喇叭口形状；

传输部，所述传输部的第一端与所述吸入部的第二端可拆卸连接；

连接部，所述连接部的两端分别与所述传输部的第二端和所述一级收集箱连接；

其中，所述第一光电传感器设置在所述吸入部与所述传输部的连接处，所述第二光电传感器设置在所述传输部与所述连接部的连接处。

8.根据权利要求7所述的吸摘控制方法，其特征在于，所述吸入部的第二端与所述传输部的第一端为柔性材质，所述吸入部的第二端与所述传输部的第一端的直径小于所述传输部其余位置的直径。

9.根据权利要求7所述的吸摘控制方法，其特征在于，所述风机组件包括：

风机；

进风管，所述进风管的两端分别与所述一级收集箱和所述风机连接，其中，所述进风管与所述一级收集箱连接的位置高于所述连接部与所述一级收集箱连接的位置，所述进风管与所述一级收集箱连接处设置有过滤网。

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