CN114946539A

CN114946539A - 一种自适应无损双孢菇采摘机械手及其采摘方法

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Publication number: CN114946539A
Application number: CN202210482838.3A
Authority: CN
Inventors: 黄铭森; 张成龙; 张东辉; 王胜山; 李洪昌; 万雨洁; 张涛; 高芳; 杨宏图
Original assignee: Changzhou Vocational Institute of Mechatronic Technology
Current assignee: Changzhou Vocational Institute of Mechatronic Technology
Priority date: 2022-05-05
Filing date: 2022-05-05
Publication date: 2022-08-30

Abstract

本发明提供了一种自适应无损双孢菇采摘机械手及其采摘方法，属于农业工程领域。解决了现有设备对种植密度大的双孢菇采摘困难以及采摘成功率低、易损伤问题。它包括折弯组件和自适应采摘爪，折弯组件包括驱动步进电机、弧形驱动外齿轮和弧形轨道；自适应采摘爪包括直线电机、滑槽安装座、仿形罩、滑动组件和手爪组件，仿形罩与待采蘑菇菌盖接触并产生自适应形变，驱动步进电机的输出轴带动弧形驱动外齿轮转动，从而带动弧形轨道和自适应采摘爪转动实现对待采蘑菇的弯折动作，直线电机的输出轴的伸出或缩回带动滑动组件运动从而带动手爪组件抓取或释放待采蘑菇。本发明所述的一种自适应无损双孢菇采摘机械手适用于双孢菇的采摘。

Description

一种自适应无损双孢菇采摘机械手及其采摘方法

技术领域

本发明创造属于农业工程领域，尤其是涉及一种自适应无损双孢菇采摘机械手及其采摘方法。

背景技术

双孢蘑菇是目前世界上栽培最广、消费量最大的一种食用菌，具有很好的经济价值和社会效益。自上世纪90年代起，通过引进、吸收国外先进设备及技术工艺，我国双孢菇企业逐渐转向规模化、工厂化、智能化生产。在新型生产模式下，双孢菇工厂中的大部分工序已实现自动化生产。在双孢菇的收获环节中，面向罐头加工市场的双孢菇已实现高效的机械化收割，然而供应鲜菇市场的双孢菇采摘仍主要依靠人工完成。传统人工采摘方式劳动强度高、作业效率低，伴随着近年来人力资源短缺及人力成本上升等问题，该方式已无法适应现代双孢菇生产需求。结合当前社会现状及双孢菇产业发展情况，双孢菇采摘机器人的研发及应用已成为该产业的迫切需求。

为解决上述问题，纪伟茜等人发明了一种仿人手的可回转柔性蘑菇采摘机械手爪(实用新型专利，一种仿人手的可回转柔性蘑菇采摘机械手爪，申请号：CN202121405313.7)，该装置主要包括手指拉线回转机构，手爪旋转机构，采用的手指拉线回转机构及手爪旋转机构在共同协作下，可以实现褐蘑菇的无损采摘，避免菇盖与根茎分离，但是其蘑菇抓取手爪无法适应丛生蘑菇的情况，仅适用于单个蘑菇的采摘。卫群宗等人发明了一种食用菌工厂化种植蘑菇采摘机器人(实用新型专利，一种食用菌工厂化种植蘑菇采摘机器人，申请号：CN202121199852.X)，该采摘机器人采用蘑菇采摘小车对应第一个蘑菇种植床的一对轨道一端上面放置，通过中心控制模块对不同品种的蘑菇设置不同的蘑菇直径为采摘对象完成后，通过中心控制模块启动蘑菇采摘小车，升降轴电动导轨自动沿纵向轴电动导轨运行至的后端，纵向导轨行走机构自动带动纵向轴电动导轨运行至第一排、第二排的位置进行成熟蘑菇的采摘、收集，与上一专利相同，该方式仅适用于蘑菇单个生长时的情况。卢伟等人发明了一种适用于多层菇床作业的蘑菇采摘机器人(发明专利，一种适用于多层菇床作业的蘑菇采摘机器人，申请号：CN201910488814.7)，该机器人包括移动升降平台、伸缩导轨伸展平台、采摘机械手臂，能够根据采摘需求自主进行升降，但是其采摘终端采用SRT柔性夹爪，该手爪可自适应蘑菇形状，可在采摘过程中有效降低菇体损伤，但是该手爪体积较大，在丛生蘑菇环境中，无法避免对目标蘑菇邻域蘑菇的损伤。

双孢菇在整个生长周期中具有多次采摘期，且前1-3次出菇时密度较高，蘑菇之间依靠较为紧密。双孢菇的另一特征是处于同一出菇期蘑菇的成熟度并不一致，在人工采摘过程中，采摘工人需要首先判断蘑菇的成熟度后，选择成熟蘑菇进行采摘，未成熟的蘑菇则留待下次采摘。

发明内容

有鉴于此，本发明创造旨在提出一种自适应无损双孢菇采摘机械手及其采摘方法，以解决现有设备对种植密度大的双孢菇采摘困难以及采摘成功率低、易损伤问题，本申请利用摩擦力与折弯动作实现蘑菇的仿人采摘，可应用于丛生、高密度蘑菇，且可在采摘过程中避免对邻域蘑菇的损伤。

为达到上述目的，本发明创造的技术方案是这样实现的：

一种自适应无损双孢菇采摘机械手，包括折弯组件和自适应采摘爪，所述折弯组件包括驱动步进电机、弧形驱动外齿轮和弧形轨道，所述弧形驱动外齿轮设置在驱动步进电机的输出轴上，所述弧形驱动外齿轮与弧形轨道上的弧形内齿条啮合；所述自适应采摘爪包括直线电机、滑槽安装座、仿形罩、滑动组件和手爪组件，所述直线电机安装在弧形轨道的下端，所述直线电机安装在滑槽安装座的上端，所述仿形罩安装在滑槽安装座的底端，所述滑动组件设置在滑槽安装座内，所述手爪组件与滑动组件连接且设置在滑槽安装座的周侧，所述仿形罩与待采蘑菇接触并产生自适应形变，驱动步进电机的输出轴带动弧形驱动外齿轮转动，从而带动弧形轨道和自适应采摘爪转动实现对待采蘑菇的弯折动作，直线电机的输出轴的伸出或缩回带动滑动组件运动从而带动手爪组件抓取或释放待采蘑菇。

更进一步的，所述自适应采摘爪还包括直线电机安装座，所述滑动组件包括第一限位座、第二限位座和滑动座，直线电机固定安装在直线电机安装座的前端，所述直线电机安装座下端与滑槽安装座的上端固定连接，所述滑槽安装座内部设有滑槽腔体，且在滑槽安装座周向上开设有四个直槽，所述第一限位座、第二限位座和滑动座均安装在滑槽安装座的滑槽腔体内，第一限位座和第二限位座分别固定在滑槽腔体的上端及下端，所述滑动座设置在第一限位座与第二限位座之间且能在滑槽腔体内沿其轴线上下滑动，所述滑动座上设有伸出轴，所述伸出轴末端伸出对应的直槽与直线电机的输出轴固定连接。

更进一步的，所述手爪组件包括三个第一连架杆、三个第二连架杆、三个连杆、三个曲杆和三个薄壁手爪，所述第一限位座、第二限位座和滑动座的周向上分别设有三个铰接耳，第一限位座的三个铰接耳分别与三个第一连架杆的一端铰接，第二限位座的三个铰接耳分别与三个第二连架杆的一端铰接，三个第二连架杆的另一端分别与三个连杆的一端铰接，三个连杆的另一端分别与三个第二连架杆的另一端铰接，三个第一连架杆中间铰接点分别与三个曲杆的一端铰接，三个曲杆的另一端分别与滑动座周向上的三个铰接耳铰接，三个薄壁手爪的上端分别与三个连杆固定连接，每个薄壁手爪的下端各固定安装有一个橡胶垫；当直线电机的输出轴伸出时，通过滑动座带动三组第一连架杆、第二连架杆及连杆运动，从而带动三组薄壁手爪和橡胶垫向下运动，实现对蘑菇的抓取。

更进一步的，所述滑槽腔体开设在滑槽安装座的上部，所述滑槽安装座下端为弧形底，在弧形底上设有多个气孔，当仿形罩安装在滑槽安装座下端时，仿形罩上表面与弧形底形成一个带有气孔的开放空间，当仿形罩接触蘑菇时，仿形罩根据菌盖表面形状发生形变，开放空间中的多余空气从气孔中排出，当仿形罩离开蘑菇时，空气可从气孔再次进入，使仿形罩复原。

更进一步的，所述仿形罩包括套管和薄橡胶套，所述薄橡胶套固定在套管的一端，薄橡胶套能在接触蘑菇菌盖上表面时根据菌盖上表面形状自适应的改变形状，所述套管上设有第一安装孔，通过第一安装孔实现仿形罩与所述滑槽安装座下端的固定连接。

更进一步的，所述滑槽安装座从上至下分别设有直线电机安装座安装孔、第一限位座安装孔、第二限位座安装孔和仿形罩安装孔，所述第一限位座和第二限位座的周向上设有多个用于限位座与滑槽安装座连接的限位座安装孔。

更进一步的，在连架杆的两端设有连架杆铰接孔，在连架杆的中间设有中间铰接孔；在连杆的两端设有连杆铰接孔，所述连杆一侧设有用于连接薄壁手爪的薄壁手爪安装座，所述曲杆呈L型，在曲杆两端设有曲杆铰接孔。

更进一步的，所述薄壁手爪由薄壁金属制成，当自适应采摘爪采摘较大蘑菇时，能自适应产生弹性形变，实现对蘑菇的抓取，所述薄壁手爪的上端设有用于与连杆的薄壁手爪安装座连接的第二安装孔，所述薄壁手爪下端设有橡胶垫安装面，在橡胶垫安装面上安装橡胶垫，所述橡胶垫设有弧形接触面。

更进一步的，所述折弯组件还包括电机安装座、限位平垫，拉压传感器和盖板，所述驱动步进电机安装在电机安装座后侧，所述盖板安装在电机安装座的前端，所述弧形轨道上设有多个弧形槽，弧形槽具有一定的圆心角α，所述电机安装座上设有多组对称布置的立柱，对称立柱中心线夹角为γ，多组立柱均带设有台阶形成用于安装弧形轨道的限位平面，所述弧形轨道通过弧形槽、限位平垫、盖板和紧固件共同限制安装在电机安装座的限位平面上，所述弧形轨道下端固定安装有拉压传感器，所述拉压传感器下端与直线电机安装座上端固定连接。

本发明创造的另一目的在于提出一种基于如上述所述的一种自适应无损双孢菇采摘机械手的双孢菇采摘方法，具体包括如下步骤：

S1、将自适应无损双孢菇采摘机械手通过外围设备移动至待采蘑菇正上方，根据待采蘑菇的折弯方向，将机械手通过外围设备旋转至适宜的折弯方向；

S2、通过外围设备将自适应无损仿生双孢菇采摘机械手竖直向下移动，待仿形罩接触蘑菇菌盖表面且拉压传感器的压力信号达到预设值后，启动驱动步进电机；

S3、驱动步进电机通过驱动外齿轮带动弧形轨道、自适应采摘爪和待采蘑菇绕蘑菇根部旋转；

S4、持续对驱动步进电机通电，直至自适应采摘爪轴线相对竖直位置夹角的变化量达到所需角度时，此时默认蘑菇已被采下；

S5、对直线电机通电，直线电机输出轴伸出，并经由滑动座带动三组第一连架杆、连杆、第二连架杆和薄壁手爪运动，使橡胶垫在蘑菇周向上三点包围蘑菇菌盖，实现对蘑菇的抓取；

S6、通过外围设备将无损双孢菇采摘机械手及已采获蘑菇向上提升，同时反转驱动步进电机使弧形轨道返回初始位置；

S7、通过外围设备将无损双孢菇采摘机械手及已采获蘑菇移动至后续工作部件，待后续工序结束后，将机械手移动至蘑菇收集盒正上方并将薄壁手爪缩回，蘑菇在重力作用下落入蘑菇收集箱中。

与现有技术相比，本发明创造所述的一种自适应无损双孢菇采摘机械手及其采摘方法的有益效果是：

(1)本发明采用的弧形轨道圆心位于蘑菇根部与培养土连接处，当弧形轨道被驱动旋转时，仿形罩与蘑菇菌盖表面的摩擦力可作为蘑菇折弯动作的弯矩，实现人工蘑菇采摘中的折弯动作，这种利用摩擦力以及折弯进行的采摘具有较高的采摘成功率且对蘑菇菌体损伤小。

(2)本发明采用的仿形罩可以根据不同尺寸、形状的蘑菇菌盖进行自适应调整，可有效加大仿形罩与蘑菇菌盖的接触面积，可大大提高采摘成功率。

(3)本发明采用的薄壁手爪由薄壁金属制成，具备较高的弹性形变能力，当使用本发明抓取较大的蘑菇时，薄壁手爪可自适应形变，实现对大尺寸蘑菇的抓取，同时对蘑菇菌体损伤也较低。

(4)本发明可实现对丛生、高密度蘑菇的采摘，现有发明一般采用SRT柔性抓夹进行采摘，但是对于高密度的蘑菇，SRT抓夹无法探入蘑菇丛中抓取菌盖，因此无法顺利进行采摘。在现实人工采摘作业中，一般采取从蘑菇丛外围开始采摘的方法，本发明亦是如此，可以通过外围设备实现本发明的旋转，在选定适宜的折弯方向后对待采蘑菇进行折弯，使用本发明进行循环作业，可以实现蘑菇丛生、高密度蘑菇的采摘。

(5)在选择适宜采摘方向后，需要将采摘机械手的折弯方向调整至与采摘方向相同，由于本发明采用的弧形轨道为对称式，因此，相对于单侧轨道，本发明可以至多减少一般的采摘机械手折弯方向调整时间。

(6)本发明配备拉压传感器，可通过检测压力信号控制动作开启或结束，另外拉压传感器还可以实现蘑菇的在线称重，实现蘑菇的在线分级，可为蘑菇全自动化采摘提供基础。

附图说明

构成本发明创造的一部分的附图用来提供对本发明创造的进一步理解，本发明创造的示意性实施例及其说明用于解释本发明创造，并不构成对本发明创造的不当限定。在附图中：

图1为本发明创造实施例所述的一种自适应无损双孢菇采摘机械手的轴测图；

图2为本发明创造实施例所述的一种自适应无损双孢菇采摘机械手的自适应采摘爪轴测图；

图3为本发明创造实施例所述的一种自适应无损双孢菇采摘机械手的弯折组件的轴测图；

图4为本发明创造实施例所述的自适应采摘爪的主视图；

图5为本发明创造实施例所述的自适应采摘爪的左视图；

图6为本发明创造实施例所述的自适应采摘爪的俯视图；

图7为本发明创造实施例所述的滑槽安装座的轴测图；

图8为本发明创造实施例所述的滑槽安装座的剖视图；

图9为本发明创造实施例所述的滑槽安装座的俯视图；

图10为本发明创造实施例所述的仿形罩的轴测图；

图11为本发明创造实施例所述的仿形罩的剖视图；

图12为本发明创造实施例所述的直线电机安装座的轴测图；

图13为本发明创造实施例所述的限位座的轴测图；

图14为本发明创造实施例所述的滑动座的轴测图；

图15为本发明创造实施例所述的连架杆的轴测图；

图16为本发明创造实施例所述的连杆的轴测图；

图17为本发明创造实施例所述的曲杆的轴测图；

图18为本发明创造实施例所述的薄壁手爪的轴测图；

图19为本发明创造实施例所述的橡胶垫的结构示意图；

图20为本发明创造实施例所述的电机安装座的主视图；

图21为本发明创造实施例所述的电机安装座的左视图；

图22为本发明创造实施例所述的弧形轨道的主视图；

图23为本发明创造实施例所述的弧形轨道的左视图；

图24为本发明创造实施例所述的一种自适应无损双孢菇采摘机械手的采摘示意图；

图25为丛生蘑菇中待采成熟蘑菇折弯方向示意图；

图26为本发明创造实施例所述的一种自适应无损双孢菇采摘机械手通过外围设备根据待采成熟蘑菇折弯方向调整其折弯方向的示意图；

图27为本发明创造实施例所述的一种自适应无损双孢菇采摘机械手下行靠近待采蘑菇的示意图；

图28为本发明创造实施例所述的一种自适应无损双孢菇采摘机械手下行靠近待采蘑菇的剖面图；

图29为本发明创造实施例所述的一种自适应无损双孢菇采摘机械手接触待采蘑菇的示意图(仿形罩已接触菌盖并发生形变)；

图30为本发明创造实施例所述的一种自适应无损双孢菇采摘机械手接触待采蘑菇的剖面图(仿形罩已接触菌盖并发生形变)；

图31是本发明创造实施例所述的一种自适应无损双孢菇采摘机械手进行折弯动作的示意图；

图32是本发明创造实施例所述的一种自适应无损双孢菇采摘机械手完成折弯动作后抓取蘑菇的示意图；

图33是本发明创造实施例所述的一种自适应无损双孢菇采摘机械手完成折弯动作后抓取蘑菇的剖面图。

附图标记说明：

1、自适应采摘爪；1-1、直线电机安装座；1-2、直线电机；1-3、滑槽安装座；1-3-1、滑槽腔体；1-3-2、直槽；1-3-3、气孔；1-3-4、弧形底；1-3-5、直线电机安装座安装孔；1-3-6、第一限位座安装孔；1-3-7、第二限位座安装孔；1-3-8、仿形罩安装孔；1-4、仿形罩；1-4-1、套管；1-4-2、薄橡胶套；1-4-3、第一安装孔；1-5、第一限位座；1-5-1、限位座安装孔；1-5-2、限位座铰接耳；1-6、第二限位座；1-7、滑动座；1-7-1、伸出轴；1-7-2、滑动座铰接耳；1-8、第一连架杆；1-8-1、连架杆铰接孔；1-8-2、中间铰接孔；1-9、第二连架杆；1-10、连杆；1-10-1、连杆铰接孔；1-10-2、薄壁手爪安装座；1-11、曲杆；1-11-1、曲杆铰接孔；1-12、薄壁手爪；1-12-1、橡胶垫安装面；1-12-2、第二安装孔；1-13、橡胶垫；1-13-1、弧形接触面；2、折弯组件；2-1、驱动步进电机；2-2、电机安装座；2-3、驱动外齿轮；2-4、弧形轨道；2-5、限位平垫；2-6、拉压传感器；2-7、盖板；2-8、立柱；2-9、弧形槽；2-10、弧形内齿条。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明创造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创造一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明创造中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明创造保护的范围。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明创造的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明创造不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

如图1-图33所示，一种自适应无损双孢菇采摘机械手，包括折弯组件2和自适应采摘爪1，所述折弯组件2包括驱动步进电机2-1、弧形驱动外齿轮2-3和弧形轨道2-4，所述弧形驱动外齿轮2-3设置在驱动步进电机2-1的输出轴上，所述弧形驱动外齿轮2-3与弧形轨道2-4上的弧形内齿条2-10啮合；所述自适应采摘爪1包括直线电机1-2、滑槽安装座1-3、仿形罩1-4、滑动组件和手爪组件，所述直线电机1-2安装在弧形轨道2-4的下端，所述直线电机1-2安装在滑槽安装座1-3的上端，所述仿形罩1-4安装在滑槽安装座1-3的底端，所述滑动组件设置在滑槽安装座1-3内，所述手爪组件与滑动组件连接且设置在滑槽安装座1-3的周侧，所述仿形罩1-4与待采蘑菇菌盖接触并产生自适应形变，驱动步进电机2-1的输出轴带动弧形驱动外齿轮2-3转动，从而带动弧形轨道2-4和自适应采摘爪1转动实现对待采蘑菇的弯折动作，直线电机1-2的输出轴的伸出或缩回带动滑动组件运动从而带动手爪组件抓取或释放待采蘑菇。

所述自适应采摘爪1还包括直线电机安装座1-1，所述滑动组件包括第一限位座1-5、第二限位座1-6和滑动座1-7，直线电机1-2固定安装在直线电机安装座1-1的前端，所述直线电机安装座1-1下端与滑槽安装座1-3的上端固定连接，所述滑槽安装座1-3内部设有滑槽腔体1-3-1，且在滑槽安装座1-3周向上开设有四个直槽1-3-2，其中三个直槽在滑槽安装座1-3的周向上均匀开设，均匀开设的三个直槽用于与手爪组件配合，另一个直槽开设在相邻两个直槽之间，另一个直槽用于与滑动座配合，所述第一限位座1-5、第二限位座1-6和滑动座1-7均安装在滑槽安装座1-3的滑槽腔体1-3-1内，第一限位座1-5和第二限位座1-6分别固定在滑槽腔体1-3-1的上端及下端，所述滑动座1-7设置在第一限位座1-5与第二限位座1-6之间且能在滑槽腔体1-3-1内沿其轴线上下滑动，所述滑动座1-7上设有伸出轴1-7-1，所述伸出轴末端伸出对应的直槽1-3-2(即开设在两个直槽之间的直槽)与直线电机1-2的输出轴固定连接。

所述手爪组件包括三个第一连架杆1-8、三个第二连架杆1-9、三个连杆1-10、三个曲杆1-11和三个薄壁手爪1-12，所述第一限位座1-5、第二限位座1-6和滑动座1-7的周向上分别设有三个铰接耳，其中，限位座上的铰接耳为限位座铰接耳1-5-2，滑动座1-7上的铰接耳为滑动座铰接耳1-7-2，第一限位座1-5的三个铰接耳分别与三个第一连架杆1-8的一端铰接，第二限位座1-6的三个铰接耳分别与三个第二连架杆1-9的一端铰接，三个第二连架杆1-9的另一端分别与三个连杆1-10的一端铰接，三个连杆1-10的另一端分别与三个第二连架杆1-9的另一端铰接，三个第一连架杆1-8中间铰接点分别与三个曲杆1-11的一端铰接，三个曲杆1-11的另一端分别与滑动座1-7周向上的三个铰接耳铰接，三个薄壁手爪1-12的上端分别与三个连杆1-10固定连接，每个薄壁手爪1-12的下端各固定安装有一个橡胶垫1-13；当直线电机1-2的输出轴伸出时，通过滑动座1-7带动三组第一连架杆1-8、第二连架杆1-9及连杆1-10运动，从而带动三组薄壁手爪1-12和橡胶垫1-13向下运动，实现对蘑菇的抓取。

所述滑槽腔体1-3-1开设在滑槽安装座1-3的上部，所述滑槽安装座1-3下端为弧形底1-3-4，在弧形底1-3-4上设有多个气孔1-3-3，当仿形罩1-4安装在滑槽安装座1-3下端时，仿形罩1-4上表面与弧形底1-3-4形成一个带有气孔1-3-3的开放空间，当仿形罩1-4接触蘑菇时，仿形罩1-4根据菌盖表面形状发生形变，开放空间中的多余空气从气孔1-3-3中排出，当仿形罩1-4离开蘑菇时，空气可从气孔1-3-3再次进入，使仿形罩1-4复原。

所述仿形罩1-4包括套管1-4-1和薄橡胶套1-4-2，所述薄橡胶套1-4-2固定在套管1-4-1的一端，薄橡胶套1-4-2能在接触蘑菇菌盖上表面时根据菌盖上表面形状自适应的改变形状，可有效增加薄橡胶套与蘑菇菌盖表面的接触面积，所述套管1-4-1上设有第一安装孔1-4-3，通过第一安装孔1-4-3实现仿形罩1-4与滑槽安装座1-3下端的固定连接。

所述滑槽安装座1-3从上至下分别设有直线电机安装座安装孔1-3-5、第一限位座安装孔1-3-6、第二限位座安装孔1-3-7和仿形罩安装孔1-3-8，所述第一限位座1-5和第二限位座1-6的周向上设有多个用于限位座与滑槽安装座1-3连接的限位座安装孔1-5-1。

在连架杆的两端设有连架杆铰接孔1-8-1，在连架杆的中间设有中间铰接孔1-8-2；在连杆1-10的两端设有连杆铰接孔1-10-1，所述连杆1-10一侧设有用于连接薄壁手爪1-12的薄壁手爪安装座1-10-2，所述曲杆1-11呈L型，在曲杆1-11两端设有曲杆铰接孔1-11-1。

所述薄壁手爪1-12由薄壁金属制成，具有较好的弹性形变能力，当自适应采摘爪1采摘较大蘑菇时，能自适应产生弹性形变，实现对蘑菇的抓取，所述薄壁手爪1-12的上端设有用于与连杆1-10的薄壁手爪安装座1-10-2连接的第二安装孔1-12-2，所述薄壁手爪1-12下端设有橡胶垫安装面1-12-1，在橡胶垫安装面1-12-1上安装橡胶垫1-13，所述橡胶垫1-13设有弧形接触面1-13-1，所述弧形接触面与蘑菇菌盖接触，可在接触蘑菇时增大接触面积，降低橡胶垫对蘑菇菌盖的压强、降低对蘑菇菌体的损伤。

折弯组件2还包括电机安装座2-2、限位平垫2-5，拉压传感器2-6和盖板2-7，所述驱动步进电机2-1安装在电机安装座2-2后侧，电机安装座2-2前侧的限位平面上安装弧形轨道2-4，弧形内齿条2-10设置在弧形轨道2-4上，所述盖板2-7安装在电机安装座2-2的前端，所述弧形轨道2-4上设有多个弧形槽2-9，弧形槽2-9具有一定的圆心角α，所述电机安装座2-2上设有多组对称布置的立柱2-8，对称立柱2-8中心线夹角为γ，多组立柱2-8均带设有台阶形成用于安装弧形轨道2-4的限位平面，所述弧形轨道2-4通过弧形槽2-9、限位平垫2-5、盖板2-7和紧固件共同限制安装在电机安装座2-2的限位平面上，所述弧形轨道2-4下端固定安装有拉压传感器2-6，所述拉压传感器2-6下端与直线电机安装座1-1上端固定连接。

立柱2-8限位高度H1大于弧形轨道2-4厚度B1，可以保证弧形轨道2-4在限位平面内的平面运动。所述弧形内齿条分度圆半径等于分度圆至变形后的薄橡胶套弧面长度与蘑菇平均高度之和(图24)，其表达式如下式所示：

R_pe＝L_pe+H_m

式中，R_pe为弧形内齿轮条分度圆半径，L_pe为弧形内齿条至变形后的薄橡胶套弧面的长度，H_m为蘑菇的平均高度。

通过外围设备将自适应无损双孢菇采摘机械手竖直向下移动，自适应采摘爪1接触蘑菇菌盖表面后且拉压传感器2-6的压力信号达到预设值后，启动驱动步进电机2-1，带动驱动外齿轮2-3旋转，所述弧形轨道的弧形内齿条2-10与驱动外齿轮2-3啮合传动，当所述驱动步进电机通电后，可通过所述驱动外齿轮2-3带动弧形轨道以及采摘爪绕分度圆中点O做旋转运动并实现对蘑菇的折弯动作，如图25示意出了折弯方向；

所述拉压传感器2-6可用于检测该传感器下端的受力变化，当蘑菇所受压力达到预设值后，即可启动折弯组件2实现对蘑菇的折弯，所述拉压传感器2-6还可用于蘑菇采摘后的在线称重，实现蘑菇在线分级。

基于上述的一种自适应无损双孢菇采摘机械手的双孢菇的采摘方法，具体包括如下步骤：

S2、通过外围设备将自适应无损仿生双孢菇采摘机械手竖直向下移动，当仿形罩1-4与蘑菇菌盖上表面接触后，仿形罩1-4的薄橡胶套1-4-2根据蘑菇菌盖上表面的形状产生形变，并对蘑菇菌盖表面产生均匀的正压力，待仿形罩1-4接触蘑菇菌盖表面且拉压传感器2-6的压力信号达到预设值后，启动驱动步进电机2-1；

S3、驱动步进电机2-1通过驱动外齿轮2-3带动弧形轨道2-4、自适应采摘爪1和待采蘑菇绕蘑菇根部即O点旋转；这一步骤的原理是通过仿形罩的薄橡胶套与蘑菇表面间的正压力产生切向摩擦力，该摩擦力形成使蘑菇发生绕其O点旋转及使其菌柄与其根系断裂的力矩；

S4、持续对驱动步进电机2-1通电，直至自适应采摘爪1轴线相对竖直位置夹角β达到(α-γ)/2时，此时默认蘑菇已被采下；

S5、对直线电机1-2通电，直线电机1-2输出轴伸出，并经由滑动座1-7带动三组第一连架杆1-8、连杆1-10、第二连架杆1-9和薄壁手爪1-12运动，使橡胶垫1-13在蘑菇周向上三点包围蘑菇菌盖，实现对蘑菇的抓取；

S6、通过外围设备将无损双孢菇采摘机械手及已采获蘑菇向上提升，同时反转驱动步进电机2-1使弧形轨道2-4返回初始位置；

S7、通过外围设备将无损双孢菇采摘机械手及已采获蘑菇移动至后续工作部件，待后续工序结束后，将机械手移动至蘑菇收集盒正上方并将薄壁手爪1-12缩回，蘑菇在重力作用下落入蘑菇收集箱中。

以上公开的本发明创造实施例只是用于帮助阐述本发明。实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明创造仅为所述的具体实施方式。根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明创造的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明创造。

Claims

1.一种自适应无损双孢菇采摘机械手，其特征在于：包括折弯组件(2)和自适应采摘爪(1)，所述折弯组件(2)包括驱动步进电机(2-1)、弧形驱动外齿轮(2-3)和弧形轨道(2-4)，所述弧形驱动外齿轮(2-3)设置在驱动步进电机(2-1)的输出轴上，所述弧形驱动外齿轮(2-3)与弧形轨道(2-4)上的弧形内齿条(2-10)啮合；所述自适应采摘爪(1)包括直线电机(1-2)、滑槽安装座(1-3)、仿形罩(1-4)、滑动组件和手爪组件，所述直线电机(1-2)安装在弧形轨道(2-4)的下端，所述直线电机(1-2)安装在滑槽安装座(1-3)的上端，所述仿形罩(1-4)安装在滑槽安装座(1-3)的底端，所述滑动组件设置在滑槽安装座(1-3)内，所述手爪组件与滑动组件连接且设置在滑槽安装座(1-3)的周侧，所述仿形罩(1-4)与待采蘑菇菌盖接触并产生自适应形变，驱动步进电机(2-1)的输出轴带动弧形驱动外齿轮(2-3)转动，从而带动弧形轨道(2-4)和自适应采摘爪(1)转动实现对待采蘑菇的弯折动作，直线电机(1-2)的输出轴的伸出或缩回带动滑动组件运动从而带动手爪组件抓取或释放待采蘑菇。

2.根据权利要求1所述的一种自适应无损双孢菇采摘机械手，其特征在于：所述自适应采摘爪(1)还包括直线电机安装座(1-1)，所述滑动组件包括第一限位座(1-5)、第二限位座(1-6)和滑动座(1-7)，直线电机(1-2)固定安装在直线电机安装座(1-1)的前端，所述直线电机安装座(1-1)下端与滑槽安装座(1-3)的上端固定连接，所述滑槽安装座(1-3)内部设有滑槽腔体(1-3-1)，且在滑槽安装座(1-3)周向上开设有四个直槽(1-3-2)，所述第一限位座(1-5)、第二限位座(1-6)和滑动座(1-7)均安装在滑槽安装座(1-3)的滑槽腔体(1-3-1)内，第一限位座(1-5)和第二限位座(1-6)分别固定在滑槽腔体(1-3-1)的上端及下端，所述滑动座(1-7)设置在第一限位座(1-5)与第二限位座(1-6)之间且能在滑槽腔体(1-3-1)内沿其轴线上下滑动，所述滑动座(1-7)上设有伸出轴(1-7-1)，所述伸出轴末端伸出对应的直槽(1-3-2)与直线电机(1-2)的输出轴固定连接。

3.根据权利要求2所述的一种自适应无损双孢菇采摘机械手，其特征在于：所述手爪组件包括三个第一连架杆(1-8)、三个第二连架杆(1-9)、三个连杆(1-10)、三个曲杆(1-11)和三个薄壁手爪(1-12)，所述第一限位座(1-5)、第二限位座(1-6)和滑动座(1-7)的周向上分别设有三个铰接耳，第一限位座(1-5)的三个铰接耳分别与三个第一连架杆(1-8)的一端铰接，第二限位座(1-6)的三个铰接耳分别与三个第二连架杆(1-9)的一端铰接，三个第二连架杆(1-9)的另一端分别与三个连杆(1-10)的一端铰接，三个连杆(1-10)的另一端分别与三个第二连架杆(1-9)的另一端铰接，三个第一连架杆(1-8)中间铰接点分别与三个曲杆(1-11)的一端铰接，三个曲杆(1-11)的另一端分别与滑动座(1-7)周向上的三个铰接耳铰接，三个薄壁手爪(1-12)的上端分别与三个连杆(1-10)固定连接，每个薄壁手爪(1-12)的下端各固定安装有一个橡胶垫(1-13)；当直线电机(1-2)的输出轴伸出时，通过滑动座(1-7)带动三组第一连架杆(1-8)、第二连架杆(1-9)及连杆(1-10)运动，从而带动三组薄壁手爪(1-12)和橡胶垫(1-13)向下运动，实现对蘑菇的抓取。

4.根据权利要求2所述的一种自适应无损双孢菇采摘机械手，其特征在于：所述滑槽腔体(1-3-1)开设在滑槽安装座(1-3)的上部，所述滑槽安装座(1-3)下端为弧形底(1-3-4)，在弧形底(1-3-4)上设有多个气孔(1-3-3)，当仿形罩(1-4)安装在滑槽安装座(1-3)下端时，仿形罩(1-4)上表面与弧形底(1-3-4)形成一个带有气孔(1-3-3)的开放空间，当仿形罩(1-4)接触蘑菇时，仿形罩(1-4)根据菌盖表面形状发生形变，开放空间中的多余空气从气孔(1-3-3)中排出，当仿形罩(1-4)离开蘑菇时，空气可从气孔(1-3-3)再次进入，使仿形罩(1-4)复原。

5.根据权利要求1所述的一种自适应无损双孢菇采摘机械手，其特征在于：所述仿形罩(1-4)包括套管(1-4-1)和薄橡胶套(1-4-2)，所述薄橡胶套(1-4-2)固定在套管(1-4-1)的一端，薄橡胶套(1-4-2)能在接触蘑菇菌盖上表面时根据菌盖上表面形状自适应的改变形状，所述套管(1-4-1)上设有第一安装孔(1-4-3)，通过第一安装孔(1-4-3)实现仿形罩(1-4)与滑槽安装座(1-3)下端的固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种自适应无损双孢菇采摘机械手，其特征在于：所述滑槽安装座(1-3)从上至下分别设有直线电机安装座安装孔(1-3-5)、第一限位座安装孔(1-3-6)、第二限位座安装孔(1-3-7)和仿形罩安装孔(1-3-8)，所述第一限位座(1-5)和第二限位座(1-6)的周向上设有多个用于限位座与滑槽安装座(1-3)连接的限位座安装孔(1-5-1)。

7.根据权利要求3所述的一种自适应无损双孢菇采摘机械手，其特征在于：在连架杆的两端设有连架杆铰接孔(1-8-1)，在连架杆的中间设有中间铰接孔(1-8-2)；在连杆(1-10)的两端设有连杆铰接孔(1-10-1)，所述连杆(1-10)一侧设有用于连接薄壁手爪(1-12)的薄壁手爪安装座(1-10-2)，所述曲杆(1-11)呈L型，在曲杆(1-11)两端设有曲杆铰接孔(1-11-1)。

8.根据权利要求7所述的一种自适应无损双孢菇采摘机械手，其特征在于：所述薄壁手爪(1-12)由薄壁金属制成，当自适应采摘爪(1)采摘较大蘑菇时，能自适应产生弹性形变，实现对蘑菇的抓取，所述薄壁手爪(1-12)的上端设有用于与连杆(1-10)的薄壁手爪安装座(1-10-2)连接的第二安装孔(1-12-2)，所述薄壁手爪(1-12)下端设有橡胶垫安装面(1-12-1)，在橡胶垫安装面(1-12-1)上安装橡胶垫(1-13)，所述橡胶垫(1-13)设有弧形接触面(1-13-1)。

9.根据权利要求1所述的一种自适应无损双孢菇采摘机械手，其特征在于：所述折弯组件(2)还包括电机安装座(2-2)、限位平垫(2-5)，拉压传感器(2-6)和盖板(2-7)，所述驱动步进电机(2-1)安装在电机安装座(2-2)后侧，所述盖板(2-7)安装在电机安装座(2-2)的前端，所述弧形轨道(2-4)上设有多个弧形槽(2-9)，弧形槽(2-9)具有一定的圆心角α，所述电机安装座(2-2)上设有多组对称布置的立柱(2-8)，对称立柱(2-8)中心线夹角为γ，多组立柱(2-8)均带设有台阶形成用于安装弧形轨道(2-4)的限位平面，所述弧形轨道(2-4)通过弧形槽(2-9)、限位平垫(2-5)、盖板(2-7)和紧固件共同限制安装在电机安装座(2-2)的限位平面上，所述弧形轨道(2-4)下端固定安装有拉压传感器(2-6)，所述拉压传感器(2-6)下端与直线电机安装座(1-1)上端固定连接。

10.基于权利要求1-9中任一项所述的一种自适应无损双孢菇采摘机械手的双孢菇的采摘方法，其特征在于：具体包括如下步骤：

S2、通过外围设备将自适应无损仿生双孢菇采摘机械手竖直向下移动，待仿形罩(1-4)接触蘑菇菌盖表面且拉压传感器(2-6)的压力信号达到预设值后，启动驱动步进电机(2-1)；

S3、驱动步进电机(2-1)通过驱动外齿轮(2-3)带动弧形轨道(2-4)、自适应采摘爪(1)和待采蘑菇绕蘑菇根部旋转；

S4、持续对驱动步进电机(2-1)通电，直至自适应采摘爪(1)轴线相对竖直位置夹角的变化量达到所需角度时，此时默认蘑菇已被采下；

S5、对直线电机(1-2)通电，直线电机(1-2)输出轴伸出，并经由滑动座(1-7)带动三组第一连架杆(1-8)、连杆(1-10)、第二连架杆(1-9)和薄壁手爪(1-12)运动，使橡胶垫(1-13)在蘑菇周向上三点包围蘑菇菌盖，实现对蘑菇的抓取；

S6、通过外围设备将无损双孢菇采摘机械手及已采获蘑菇向上提升，同时反转驱动步进电机(2-1)使弧形轨道(2-4)返回初始位置；

S7、通过外围设备将无损双孢菇采摘机械手及已采获蘑菇移动至后续工作部件，待后续工序结束后，将机械手移动至蘑菇收集盒正上方并将薄壁手爪(1-12)缩回，蘑菇在重力作用下落入蘑菇收集箱中。