CN115474513B - 一种采摘装置、末端执行器、采摘机架与采摘方法 - Google Patents

Abstract

为使自动化蘑菇采摘机器人适应高密度蘑菇采摘环境，实现高品质双孢菇自动化采摘，本发明提供了一种采摘装置、末端执行器、采摘机架与采摘方法。实现了蘑菇的自动定位，避开相邻蘑菇进行目标的切割采摘，以及蘑菇梗的切割分离，结构简单高效，易于投入生产。

Description

一种采摘装置、末端执行器、采摘机架与采摘方法

技术领域

本发明涉及蘑菇自动采摘技术领域，具体而言，涉及一种一种采摘装置、末端执行器、采摘机架与采摘方法。

背景技术

双孢蘑菇是世界性栽培和消费的菇类，而双孢菇产业的发展中，实现高品质双孢菇自动化采摘是亟待解决的技术难题。

中国专利公开了一种仿人手的可回转柔性蘑菇采摘机械手爪，其专利号为CN202121405313.7，该专利公开了一种蘑菇采摘机械手，该机械手可以进行转动与加持工作，该方案机械手具有三个手指，手指的间距、相对位置、圆心等无法调整，且手指宽大。在应用到采摘时，因无法控制插入位置，在蘑菇密度大，互相触碰时，采摘一个蘑菇将同时破坏多个相邻蘑菇，造成经济损失。

中国专利公开了基于机器视觉的蘑菇自动采摘系统及方法，其专利号为CN201710257060.5，该专利公开了气动蘑菇采摘机械手结构，并通过气动装置切断蘑菇梗。应用到采摘时，该气动装置灵敏度不足，而且菇床的培养基上方有泥土层，通过该方案采下的蘑菇会包裹泥土，损伤菇床的结构，并且采收的结果并不清洁，需要后续的切根工作。该专利还公开了一种基于机器视觉的蘑菇自动采摘系统，通过图像处理生成菇床结构图像并确认采摘位置，该技术对算力要求很高，并且相机分辨率高，图像出现形变时会严重影响定位。而在蘑菇培养的潮湿环境中，难以长期保证镜头清洁无水滴，此类相机设备的维护也难以通过普通农业人员完成。

中国专利公开了一种无损采摘机器人手爪，其申请号为CN202011532354.2。该专利公开了一种食用菌采摘机械手抓，该机械手可以通过旋转调整采摘外径，但该旋转方案只能适应蘑菇的大小差异化采摘，在应用到采摘时，无法准确控制插入位置，在蘑菇密度大的应用环境无法通过程序控制躲避相邻蘑菇。

中国专利公开了一种蘑菇柔性采摘车用机械手末端执行器，其专利号为CN202010438050.3，该方案通过气囊配合维持蘑菇的柔性加持固定，但气囊的位置在框架上，与机械手的连接方式明显没有考虑到蘑菇密度带来的影响，造成该装置在实际使用中甚至难以靠近层层叠叠的目标。

中国专利公开了一种羊肚菌剪，其申请号为CN202210718179.9，该方案通过一个单片刀片实现对羊肚菌的菌柄进行切断，该方案需要人工，并非自动化方案，同时，该方案剪刀深度不足，在该深度切割会保留一部分菌柄根部，该根部在菌柄切断后会留在原地，在此位置将不会产生新的菌伞，降低了整体收获效率。

中国专利公开了一种食用菌采摘装置，其专利号为CN201820334155.2，该方案通过刀片实现对食用菌的采摘，其具有同样的问题，切割深度不足，遗留的菌柄处不会产生新的菌伞。于此同时，该方案的执行器体积巨大，无法有效应对高密度的蘑菇采摘情况。

中国专利公开了一种采摘机器人，其专利号为CN202220094082.0，该方案的采摘小车通过一个传送带将结果送到外侧，带有泥土的蘑菇洁净度降低，还需要后续的分拣工序，分拣工序会进一步对蘑菇造成损伤。

中国专利公开了智能采摘机器人，其专利号为CN202122386125.0，该专利公开了切根方法，并通过两条传送带将蘑菇梗与蘑菇传输到外侧，由两个外侧的存放槽跟随采摘小车收集成品。其弊端在于机械部件严重过多，外侧的存放槽跟随行动成本过高并且难以维修，此外，蘑菇与菇梗同侧进出，微小的偏差既会出现装错的结果。该专利还公开了采摘小车的换层提升装置。该专利没有涉及一种电缆处理装置，电缆装置是该装置的技术难点，采摘小车需要在轨道上与层间行走，其电缆拉伸长度长，且需要转向。

综上所述，蘑菇采摘机器人需要解决末端执行器的大小问题以适应高密度采摘环境；此外，控制末端执行器的机械手需要能够自由调整旋转半径以及每个末端执行器的位置；在切割型采摘装置上，采摘深度不足会影响该位置长出下一个菇伞；在蘑菇采摘后需要一个切根步骤来防止泥土影响蘑菇产品质量；图像处理系统容易受到环境干扰等问题。

发明内容

为了解决现有技术蘑菇采摘机器人末端执行器大小与位置适应程度无法适应高密度采摘需求的问题，提供了一种采摘装置，包括至少两组采摘手指装置；多组采摘手指装置上，驱动装置驱动采摘手指围绕同一个中心作圆周运动，采摘手指执行蘑菇采摘动作。

作为优选，驱动装置，包括电机托架，旋转控制电机设置在电机托架的一端，采摘手指导轨设置在电机托架下，导轨在主动齿轮的一面带有齿，与主动齿轮配合。 该装置包括多个采摘手指导轨，每个采摘手指导轨上分别固定有采摘手指，随采摘手指导轨的转动而移动。

每个采摘手指导轨分别具有对应的驱动装置，不同的采摘手指装置分别转动，不互相干涉。其具体位置并不局限于相对布置，任何不干涉的布置均可以实现功能。 采摘装置调整采摘手指装置时，旋转控制电机带动主动齿轮转动，带动导轨转动，导轨带动采摘手指运动到制定位置。在转动期间，旋转控制电机位置不变，采摘手指位置改变。此方法固定的采摘手指在不与其他采摘手指干涉时可以分别随采摘手指导轨超过360度自由转动。

作为优选，所述电机托架远离旋转控制电机的一端设置有两个导轮；旋转控制电机输出轴上的主动齿轮与导轮夹紧采摘手指导轨。该导轮用于使该装置更平稳运转。

作为优选，采摘手指上包括推杆电机，推杆电机的输出螺杆配合螺母，螺母固定连接在滑块上。滑块与轨道滑动连接，在滑块的远离螺母的一段设置有末端执行器，末端执行器完成对蘑菇的采摘。采摘工作时，推杆电机的输出轴，通过螺母驱动滑块在轨道上移动，调整末端执行器的位置，使末端执行器能够分别自由改变旋转半径和在圆周上的位置。

为了解决现有技术蘑菇采摘机器人末端执行器大小与位置适应程度无法适应高密度采摘需求的问题，提供了一种末端执行器，包括一级推杆与二级推杆，一级推杆铰接在一级推杆支座上。二级推杆铰接在一级推杆远离一级推杆支座的一端。二级推杆的一端受动力装置驱动，中段与一级推杆铰接，二级推杆在铰接处弯曲一个角度，使动力装置在非工作位置时，一级推杆的杆体与二级推杆远离一级推杆一端的杆体的夹角接近180度。 二级推杆远离与动力装置连接处的一端带有刀头。在采摘工作位置时，二级推杆上的刀头与其在圆周相对的一个或多个刀头咬合。一级推杆上设有柔性结构。通过多个推杆结构，实现了末端执行器切割端的形状变化，直接通过刀头在菇床土壤下层切断蘑菇梗的效果，柔性结构稳定抓起被采下的蘑菇。

作为优选，所述的动力装置为推力电磁铁，二级推杆的一端铰接在推力电磁铁的输出端上，推力电磁铁在无动作时，一级推杆的杆体与二级推杆远离一级推杆一端的杆体的在一条直线上，夹角接近180度。推力电磁铁动作时，二级推杆上的刀头与其在圆周相对的一个或多个刀头咬合，在咬合时推力电磁铁抵达最远动作位置。使用推力电磁铁在有限的空间内施放较大的力，推力电磁铁具有非工作与工作位置，在非工作位置时其保持二级推杆位置，在到达最远工作位置时，动力电磁铁无法继续前进，使二级推杆上的刀头在咬合时没有惯性碰撞，提高了装置的寿命，并使结构简单，缩小了末端执行器的大小。

作为优选，所述的动力装置为一种行程可控的驱动装置，例如固定轴丝杆电机或齿轮齿条上下驱动装置，二级推杆的一端铰接在行程可控的驱动装置的输出端上，输出端带动二级推杆，二级推杆带动一级推杆，输出端的位置控制二级推杆与一级推杆的夹角大小，所述的柔性结构为柔性压感垫，该装置采摘蘑菇的步骤包括：

S1.二级推杆顶部插入蘑菇之间的空隙位置；

S2.在插入空隙后，采摘手指下降，同时行程可控的驱动装置向下动作，使二级推杆贴合蘑菇转动；

S3.采摘手指下降的同时，二级推杆持续贴合蘑菇转动；

S4.采摘手指下降到蘑菇梗切割位置，二级推杆与相对位置的一个或多个二级推杆咬合，切断蘑菇梗；

S5. 推杆电机旋转，通过螺母将滑块前推，直至柔性压感垫与蘑菇接触，同时行程可控的驱动装置向上运动，避免二级推杆受力变形，柔性压感垫处的压力达到抓住蘑菇的判定时，采摘手指上升，将切下的蘑菇抓出。

通过柔性压感垫与行程可控的驱动装置，使整个装置全电动，该方案不需要气管，行程可控的驱动装置配合一级与二级推杆，使运动更精准的符合被采摘蘑菇的外形轮廓，更准确的完成采摘动作。此外，通过柔性压感垫，达到了加持压力可控的技术效果。其中，固定轴丝杆电机是一种一体化的驱动装置，整体更稳定，方便组装；齿轮齿条上下驱动装置是电机与传动装置的组合，更方便调节与维护，同时对泥土与潮湿环境有更好的耐性。

作为优选，所述的刀头上设置有锯齿，每个刀头的锯齿与其他与其咬合的刀头配合，在采摘工作位置时，咬合刀头上的锯齿互相咬合。多齿咬合的设计减小了所需刀头的大小，并同时降低了刀头磨损后的问题，还提高了工作效率，

作为优选，所述的夹角在默认位置时在正负偏离60度以下调整。更好适应不同菌盖的形状，插入角度。

作为优选，所述的柔性结构为采摘手指气囊，在默认状态时，气囊不充气，在夹持状态时，气囊充气施力。不同于常见的柔性结构，气囊结构在非使用时不占体积，仅在使用时打开，减小了末端执行器的大小。气囊压力可控，也防止了夹持压力使蘑菇受损。

为了解决现有技术蘑菇采摘机器人在蘑菇采难以防止泥土影响蘑菇产品质量的问题，提供了一种采摘机架，包括采摘小车与立体菇床，采摘小车包括小车机架，架设在立体菇床中的机架导轨上，在工作时处在机架上的菌床上方；小车机架上设有蘑菇采摘平台，以及柔性手指装置，还设置有传输装置，柔性手指装置将蘑菇从蘑菇采摘平台移动到传输装置上。

作为优选，所述的蘑菇采摘平台，包括采摘手指运动平台，采摘装置设置在采摘手指运动平台上，对蘑菇进行采摘。采摘手指运动平台上设置有旋臂，通过旋转将采摘装置从垂直变为水平。通过旋转，采摘手指运动平台将采下的蘑菇传递给柔性手指装置。

作为优选，柔性手指装置包括柔性手指与蘑菇梗剪切装置。柔性手指接过采下的蘑菇后，移动到蘑菇梗剪切装置将蘑菇梗和蘑菇留在不同的传输皮带上。该方式简单有效的完成了蘑菇梗的切割与分离，得到更优质的产品。

作为优选，传输装置包括第一蘑菇输送皮带、第一蘑菇梗输送皮带,设置在小车机架内，从小车机架边缘到内侧依次设有第一蘑菇梗输送皮带，第一蘑菇输送皮带。第一蘑菇梗输送皮带的长度超过第一蘑菇传输皮带。第一蘑菇梗输送皮带对接到第二蘑菇梗传输皮带，输送皮带向远离第一蘑菇输送皮带的方向延伸，第二蘑菇梗传输皮带对接到小车机架外的输送皮带。第一蘑菇输送皮带对接到第二蘑菇传输皮带，输送皮带向远离第一蘑菇梗输送皮带方向延伸，第二蘑菇传输皮带对接到小车机架外的输送皮带；输送皮带设置在立体菇床上，与集料斗对接。该方案避免了产品与废料同侧输出，降低了污染产品的可能，相对于现有技术CN202122386125.0还简化了机械结构。

为了解决现有技术蘑菇采摘机器人图像处理系统容易受到环境干扰等问题，提供了一种基于结构光相机的蘑菇采摘方法，包括：

S1，结构光相机扫描菇床，取得扫描结果；

S2，处理器通过扫描结果，生成菇床的3D数据；

S3，通过机器学习算法得到蘑菇位置，并计算没有蘑菇的位置；

S4，处理器确定采摘对象；

S5，处理器计算插入位置，与插入后移动轨迹；

S6，采摘手指分别插入没有蘑菇的位置，并通过移动轨迹移动到采摘位置；

S7，采摘手指完成蘑菇采摘；

该方法在复杂情况下也避免了对非采摘目标的蘑菇造成损伤，同时允许了单个采摘手指完成复杂的轨迹运动。相比现有技术CN201710257060.5，成本低，使用的算力低，并且维护更为方便，不易出错。

附图说明

图1为本发明立体菇床侧视图；

图2为本发明立体菇床正视图；

图3为本发明采摘小车的侧视图；

图4为本发明采摘小车的正视图；

图5为本发明采摘小车的俯视图；

图6为本发明采摘机械手支架俯视图；

图7为本发明采摘机械手支架正视图与局部放大图；

图8为本发明采摘机械手默认位置；

图9为本发明采摘机械手工作位置；

图10为本发明采摘机械手侧视图；

图11为本发明柔性机械手正视图；

图12为本发明结构光扫描仪示意图；

图13为本发明结构光扫描结果示意图；

图14为本发明结构光扫描3D图像示意图；

图15为本发明采摘机械手插入位置避障方法示意图；

图16为本发明采摘机械手插入位置调整方法示意图；

图17为本发明另一种采摘机械手侧视图；

图18-21为本发明另一种实施方式示意图；

其中，101.主动链轮、102.轴承座、103.提升减速机、104.链条、105.集料斗、106.输送皮带、107.立体菇床、108.被动链轮、109.采摘小车提升托架、110.机架导轨、111.动力电缆自动收放装置、201.第二蘑菇梗输送皮带、202.第二蘑菇输送皮带、203.小车机架、204.柔性手指、205.采摘手指运动平台、206.采摘手指、207.机架上的菌床、208.蘑菇梗剪切装置、209.第一蘑菇输送皮带、210.第一蘑菇梗输送皮带、301.采摘手指导轨、302.电机托架、303.旋转控制电机、304.导轮、305.采摘手指装置、306.主动齿轮、307.采摘手指、401.推杆电机、402.支架、403.轨道、404.滑块、405.推力电磁铁、406.一级推杆支座、407.蘑菇、408.二级推杆、409.一级推杆、410.螺母、306.主动齿轮、411.采摘手指气囊、412.第一刀头、413.第二刀头、414. 齿轮齿条上下驱动装置、415.固定轴丝杆电机、416.柔性压感垫、501.底板、502.电机、503.轴承座、504.左右旋丝杆、505.滑块、506.气囊、507.手指、508.蘑菇、509.第一导杆、510.滑块、511.第二导杆、512.第一丝杆电机、513.第二丝杆电机、601.结构光发生装置、602.相机、603.被扫描的蘑菇、604.结构光、605.结构光相机、606.第一扫描结果、607.有蘑菇的位置、608.第二扫描结果、609.图像拼接处、610.没有蘑菇的位置、701.采摘手指移动轨迹、702.采摘手指目标位置、703.采摘手指默认位置、704.采摘目标、705.非采摘目标蘑菇、706.调整后半径、707.滑块移动后位置、708.调整前半径、709. 采摘手指初始位置。

具体实施方式

如图1与图2所示，蘑菇生长区包括立体菇床107，采用铝合金型材或黑色金属管材焊接组装，每一蘑菇生长床层，设置有两条输送皮带106，以及机架导轨110，输送皮带106与机架导轨110从立体菇床107的一端延伸到另一端。

还设置有采摘小车的提升托架109，包括在立体菇床107上端的提升减速机103，轴承座102，主动链轮101，还包括在立体菇床107下端的被动链轮108；

在立体菇床106上还设置有集料斗105，采摘小车提升托架109，其中集料斗105与小车提升托架109设置在不同侧。

主动链轮101与被动链轮108之间设置有链条104；

采摘小车托架109与集料斗105分别由其对应的链条104带动。

集料斗105分为两个，分别接收输两条送皮带106输送的物料，分别为成品蘑菇与蘑菇废弃梗。

立体菇床的采摘小车提升托架109側设置有动力电缆自动收放装置111，动力电缆通过动力电缆自动收放装置111，连接到采摘小车提升托架109上的转向机构，接入采摘小车，立体菇床107上还设置有对应的导线挂钩，保持导线位置稳定。

采摘小车的提升装置，通过提升减速机103驱动主动链轮101转动，轴承座设置在提升减速机103传动轴上，支撑传送轴稳定转动，主动链轮101带动链条104，链条104带动小车托架109或集料斗105的上下位置移动。两条输送皮带106分别输送成品蘑菇与蘑菇废弃梗至集料斗中。

动力电缆自动收放装置111通过收放电缆，维持电缆上的张力恒定，保持装置电缆位置稳定。

如图3、4、5所示，采摘小车包括小车机架203，小车机架203架设在机架导轨110上，在工作时处在机架上的菌床207上方。在小车机架203上设置有采摘手指运动平台205，还设置有柔性手指204。第一蘑菇输送皮带209、第一蘑菇梗输送皮带210,设置在小车机架203内，从小车机架边缘到内侧依次设有第一蘑菇梗输送皮带210，第一蘑菇输送皮带209。第一蘑菇梗输送皮带210的长度超过第一蘑菇传输皮带209。

第一蘑菇梗输送皮带210对接到第二蘑菇梗传输皮带201，输送皮带向远离第一蘑菇输送皮带209的方向延伸，第二蘑菇梗传输皮带对接到小车机架203外的输送皮带106。第一蘑菇输送皮带209对接到第二蘑菇传输皮带202，输送皮带向远离第一蘑菇梗输送皮带210方向延伸，第二蘑菇传输皮带对接到小车机架203外的输送皮带106.

第一蘑菇梗输送皮带210与第一蘑菇输送皮带209之间设置有蘑菇梗剪切装置209.

采摘手指206设置在采摘手指运动平台205上。

工作时，采摘小车203通过机架导轨110在机架上的菌床207上方移动，当小车移动到采摘目标位置时，通过采摘手指运动平台205，将采摘手指206运动到目标位置，采摘手指206按照预定的程序采摘蘑菇。

采摘手指206完成蘑菇采摘后，通过旋转，将蘑菇传递给柔性手指204，柔性手指204将蘑菇移动到蘑菇梗剪切装置208位置，由蘑菇梗剪切装置208将蘑菇剪切为蘑菇与蘑菇梗两部分。其中蘑菇梗落入第一蘑菇梗传输皮带210位置，蘑菇落入第一蘑菇传输皮带209位置。

蘑菇梗由第一蘑菇梗传输皮带210传输到第二蘑菇梗传输皮带201后，传递至采摘平台203外的输送皮带106。

蘑菇由第一蘑菇传输皮带209传输到第二蘑菇传输皮带202后，传递至采摘平台203外的输送皮带106。蘑菇梗与蘑菇传输皮带不相同。

两条输送皮带106将蘑菇梗与蘑菇分别送至对应的集料斗105中.

如图6、7所示

采摘装置包括两组采摘手指装置305；采摘手指装置305包括采摘手指，采摘手指固定设置在采摘手指导轨301上，采摘手指导轨301设置在电机托架下，旋转控制电机303设置在电机托架302的一端，电机托架302的另一端设置有两个导轮304，旋转控制电机303输出轴上的主动齿轮306与导轮304夹紧采摘手指导轨301。采摘手指导轨301在主动齿轮的一面带有齿，与主动齿轮306配合。

不同的采摘手指装置305分别转动，不互相干涉，电机托架302连接在采摘手指运动平台205上。其具体位置并不局限于相对布置，任何不干涉的布置均可以实现功能。

采摘装置调整采摘手指装置时，旋转控制电机303带动主动齿轮306转动，带动采摘手指导轨301转动，采摘手指导轨301带动采摘手指307运动到制定位置。在转动期间，旋转控制电机303位置不变，采摘手指301位置改变。此方法固定的采摘手指307在不与其他采摘手指干涉时可以分别随采摘手指导轨301超过360度自由转动。

如图8所示，在默认位置时，采摘结构包括推杆电机401，推杆电机401固定在支架402上，推杆电机401的输出螺杆配合螺母410，螺母410固定连接在滑块404上。滑块404与轨道403滑动连接，而滑块404上远离螺母410的一端设置有一级推杆支座406，一级推杆409铰接在一级推杆支座406上。二级推杆408铰接在一级推杆409远离一级推杆支座406的一端。

旋转控制电机303固定在电机托架302上，旋转控制电机303的输出轴连接在主动齿轮306上，主动齿轮306与采摘手指导轨301上的齿配合，带动其转动。

二级推杆408的一端铰接在推力电磁铁405的输出端上，中段与一级推杆409铰接，二级推杆408在铰接处弯曲一个角度，使推力电磁铁405在非输出位时，一级推杆409的杆体与二级推杆408远离一级推杆409一端的杆体的在一条直线上，夹角为180度，

为更好适应不同菌盖的形状，插入角度，在默认位置的夹角在正负偏离60度以下调整。

二级推杆408远离与推力电磁铁405的铰接处的一端带有刀头。一级推杆409上设有采摘手指气囊411。

如图10所示，二级推杆408远离与推力电磁铁405的一段设有第一刀头412，而与其相对的另一个采摘机械手设有第二刀头413。第一刀头412上设有锯齿，第二刀头413上设有与其配合的锯齿，在采摘工作位置时，第一刀头412上的锯齿与第二刀头413上的锯齿咬合。

采摘工作时，推杆电机401的输出轴，通过螺母410驱动滑块404在轨道403上移动，使连接在滑块404上的一级推杆409、二级推杆408、推力电磁铁405组合中，二级推杆408远离推力电磁铁405的刀刃处移动到程序设定的合适位置，由采摘手指运动平台205中的Z轴驱动装置将二级推杆408下降到合适的位置。

推力电磁铁405工作，输出轴向外顶出，推动二级推杆408围绕与一级推杆409的铰接处转动，一级推杆409受力，绕一级推杆支座406转动。

在采摘工作时到达的位置如图9所示，二级推杆408的刀头到达蘑菇407的根部，与对面的二级推杆408刀头配合，切断蘑菇407的菇杆。在切断蘑菇杆后，采摘手指气囊411充气，与对面的采摘手指气囊411配合，稳定抓住蘑菇407。

采摘手指运动平台205中的z轴驱动装置抬升采摘手指，讲蘑菇407采下，并通过Y轴驱动装置将采摘手指与蘑菇407移动到指定位置，等待转接。

如图11所示，柔性夹头包括移动装置，移动装置包括滑块510，滑块501设置在第二导杆511上，第二丝杆电机的丝杆513配合滑块501，组成丝杆滑块驱动模块。

滑块上还设置有第一丝杆电机512,以及第一导杆509，第一丝杆电机512的丝杆与滑块401组成丝杆滑块驱动模块。

在第一导杆509上远离第一丝杆电机512驱动电机的一侧末端设置有底板501。底板上设置有轴承座503，轴承座503上设置有电机502，电机502输出轴连接有左右旋丝杆504，

左右旋丝杆504上，靠近电机502端的螺纹与远离电机502末端的螺纹相反。左右旋丝杆504上设置有两块滑块505中，滑块在底版501上的轨道上滑动，滑块505在电机旋转时滑动方向相反。滑块505上设置有手指507，手指507端部设置有气囊506。

柔性夹头从采摘手指转接蘑菇508时，采摘手指旋转一定角度，避免干预柔性夹头的动作。丝杆电机1工作，驱动底板501移动，将手指507移动到对应位置，使气囊506位置对准蘑菇508，气囊506打开，电机2启动，驱动左右旋丝杆504，带动两块滑块505相互靠近，使手指507通过气囊507夹住蘑菇508,待气囊压力传感器到达指定压力值后，电机502停止，采摘手指松开，第一丝杆电机512复位，第二丝杆电机513工作，将蘑菇送到蘑菇梗剪切装置208处，蘑菇梗切割装置208切割蘑菇梗，蘑菇梗落入蘑菇梗输送皮带，切割后，柔性机械手将成品蘑菇放入蘑菇输送皮带。

蘑菇的采摘方法：

S1，结构光相机扫描菇床，取得扫描结果

S2，处理器通过扫描结果，生成菇床的3D数据

S3，通过机器学习算法得到蘑菇位置，并计算没有蘑菇的位置

S4，处理器确定采摘对象

S5，处理器计算插入位置，与插入后移动轨迹

S6，采摘手指分别插入没有蘑菇的位置，并通过移动轨迹移动到采摘位置

S7，采摘手指完成蘑菇采摘

结构光相机605如图12所示，由结构光发生装置、相机、构成。相机用于拍摄结构光的点位，由处理器生成扫描图像。

扫描时，结构光604投射到被扫描的蘑菇603，其与物体接触的位置变化，相机602记录结构光604与被扫描的蘑菇603的接触点，通过预设函数计算出扫描图像。

如图13所示，多个并列设置的结构光相机605同时对菇床进行拍摄。其中第一扫描结果606与第二扫描结果608中有图像拼接处609，处理器通过拍摄出的图形特征对多个结构光相机的扫描结果进行图像拼接，合成整个菇床的扫描结果。其中出现特定蘑菇形状的位置被识别为有蘑菇的位置607，而出现特定凹陷的位置被识别为没有蘑菇的位置610。

如图14所示，通过结构光相机在菇床上的移动，处理器根据扫描的内容生成菇床的整体3D模型，其中有蘑菇的位置607与没有蘑菇的位置610在整体3D模型上被确定。

如图15所示，在采摘蘑菇时，采摘目标704难以避免的处于多个非采摘目标蘑菇705的中间，正常的采摘手指默认位置703插入采摘手指会对非采摘目标蘑菇705造成伤害，造成经济损失。因此采摘手指沿采摘手指移动轨迹旋转到采摘手指目标位置702，该位置不存在非采摘目标蘑菇705。在该位置插入则不会造成损伤。

如图16所示，在采摘蘑菇时，容易遇到需要调整距离适应不同大小的目标，或采摘手指需要轨迹复杂的运动达到蘑菇位置。因此通过推杆电机401与滑块404调整半径。通过推杆电机运动将滑块移动到滑块移动后位置707，以此将调整前半径708移动到调整后半径706。

需注意，每个采摘手指固定在一个独立的轨道上，因此其驱动不互相关联，该设置可以在采摘手指插入后进行复杂轨迹的调整，直至其成功抵达目标位置。移动时，因非采摘目标蘑菇705带有一定的弹性，在采摘手指插入后，挤开非采摘目标蘑菇705，抵达预定的采摘位置，不会对非采摘目标蘑菇705造成损伤。其中，采摘手指在预定的采摘位置时，若干个二级推杆408在被推动后可以咬合蘑菇407的菇梗。

实施例2

如图17所示，另一种具体实施方式，包括实施例1中所述的结构，其特征在于另一种采摘手指的结构。采摘手指气囊411改变为柔性压感垫416，其动力装置由推力电磁铁405改为固定轴丝杆电机415。柔性压感垫416设置在一级推杆409远离推杆电机401的一面，包括柔性压感垫与压力传感器。

在机械手夹持蘑菇407时，其夹持力度的判断由压感柔性垫416上的压力传感器获得反馈，进而由固定轴丝杆电机415调整夹持压力，使其能够夹住蘑菇。

而柔性机械手上的气囊506同样换为柔性压感垫。由电机502控制柔性压感垫上的压力。

该方案简化了实施例1中的气动结构，该体系为纯电动。

实施例3

如图18-20所示，另一种具体实施方式，包括实施例2中所述的结构，其特征在于另一种采摘手指的结构。其动力装置改为齿轮齿条上下驱动装置414。齿轮齿条上下驱动装置414中的电机固定在滑块404上，而齿条的一段铰接二级推杆。

应注意，本实施例仅是其中一种实施方案，使用固定轴丝杆电机等行程可控的驱动方式均能执行本方案。

采摘手指采摘蘑菇的方法包括：

S1. 如图18所示，二级推杆408顶部插入蘑菇之间的空隙位置；

S2. 如图19所示，在插入空隙后，采摘手指下降，同时齿轮齿条上下驱动装置414向下动作，使二级推杆408贴合蘑菇407转动；

S3. 如图20所示，采摘手指下降的同时，二级推杆408持续贴合蘑菇407转动；

S4. 如图21所示，采摘手指下降到蘑菇梗切割位置，二级推杆408与对面位置的二级推杆咬合，切断蘑菇梗；

S5. 推杆电机401旋转，通过螺母410将滑块404前推，直至柔性压感垫416与蘑菇407接触，同时齿轮齿条上下驱动装置414向上运动，避免二级推杆408受力变形，柔性压感垫416处的压力达到抓住蘑菇的判定时，采摘手指上升，将切下的蘑菇407抓出。

Claims (8)

1.一种采摘装置，其特征在于，包括至少两组采摘手指装置（305）；多组采摘手指装置（305）上，驱动装置驱动采摘手指（307）围绕同一个中心作圆周运动，采摘手指（307）执行蘑菇采摘动作，采摘手指（307）上包括推杆电机（401），推杆电机（401）的输出螺杆配合螺母（410），螺母（410）固定连接在滑块（404）上；滑块（404）与轨道（403）滑动连接，在滑块（404）远离螺母（410）的一端设置有末端执行器，末端执行器完成对蘑菇的采摘；

所述的末端执行器包括一级推杆（409）与二级推杆（408），一级推杆（409）铰接在一级推杆支座（406）上；二级推杆（408）铰接在一级推杆（409）远离一级推杆支座（406）的一端；二级推杆（408）的一端受动力装置驱动，中段与一级推杆（409）铰接，二级推杆（408）在铰接处弯曲一个角度，使动力装置在非工作位置时，一级推杆（409）的杆体与二级推杆（408）远离一级推杆（409）一端的杆体的夹角为180度；二级推杆（408）远离与动力装置连接处的一端带有刀头；在采摘工作位置时，二级推杆（408）上的刀头与其在圆周相对的一个或多个刀头咬合；一级推杆（409）上设有柔性结构。

2.根据权利要求1所述的一种采摘装置，其特征在于，驱动装置包括电机托架（302），旋转控制电机（303）设置在电机托架（302）的一端；采摘手指导轨（301）设置在电机托架（302）下，采摘手指导轨（301）在主动齿轮（306）的一面带有齿，与主动齿轮（306）配合；采摘手指（307）固定在采摘手指导轨（301）上，随采摘手指导轨（301）的转动而移动。

3.根据权利要求2所述的一种采摘装置，其特征在于，所述电机托架（302）远离旋转控制电机（303）的一端设置有两个导轮（304）；旋转控制电机（303）输出轴上的主动齿轮（306）与导轮（304）夹紧采摘手指导轨（301）。

4.根据权利要求1所述的一种采摘装置，其特征在于，所述的动力装置为推力电磁铁（405），二级推杆（408）的一端铰接在推力电磁铁（405）的输出端上，推力电磁铁在无动作时，一级推杆（409）的杆体与二级推杆（408）远离一级推杆（409）一端的杆体的在一条直线上，夹角接近180度；推力电磁铁动作时，二级推杆（408）上的刀头与其在圆周相对的一个或多个刀头咬合，在咬合时推力电磁铁抵达最远动作位置。

5.根据权利要求1所述的一种采摘装置，其特征在于，所述的动力装置为一种行程可控的驱动装置，二级推杆（408）的一端铰接在行程可控的驱动装置的输出端上，输出端带动二级推杆（408），二级推杆（408）带动一级推杆（409），输出端的位置控制二级推杆（408）与一级推杆（409）的夹角大小，所述的柔性结构为柔性压感垫，该装置采摘蘑菇的步骤包括：

S1.二级推杆顶部插入蘑菇之间的空隙位置；

S2.在插入空隙后，采摘手指下降，同时行程可控的驱动装置向下动作，使二级推杆贴合蘑菇转动；

S3.采摘手指下降的同时，二级推杆持续贴合蘑菇转动；

S4.采摘手指下降到蘑菇梗切割位置，二级推杆与相对位置的一个或多个二级推杆咬合，切断蘑菇梗；

S5. 推杆电机旋转，通过螺母将滑块前推，直至柔性压感垫与蘑菇接触，同时行程可控的驱动装置向上运动，避免二级推杆受力变形，柔性压感垫处的压力达到抓住蘑菇的判定时，采摘手指上升，将切下的蘑菇抓出。

6.根据权利要求1所述的一种采摘装置，其特征在于，所述的刀头上设置有锯齿，每个刀头的锯齿与其他与其咬合的刀头配合，在采摘工作位置时，咬合刀头上的锯齿互相咬合。

7.根据权利要求1所述的一种采摘装置，其特征在于，所述的夹角在默认位置时在正负偏离60度以下调整。

8.根据权利要求1所述的一种采摘装置，其特征在于，所述的柔性结构为采摘手指气囊（411），在默认状态时，气囊不充气，在夹持状态时，气囊充气施力。