CN118168447A - 一种基于弯曲度传感器的苹果果径大小分级方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于弯曲度传感器的苹果果径大小分级方法及系统，该方法通过将弯曲度传感器的电阻值与柔性手指的弯曲角度相对应，估算出苹果的直径，并计算出平均果径，从而能够根据弯曲度传感器位置的对称性和苹果的形状来分配苹果。本发明在柔性手指上安装弯曲度传感器，弯曲度传感器能够通过接触苹果表面直接测量苹果的果径大小，显著提高分级的准确率并减少环境变量带来的影响，从而提高苹果分级的准确性；通过与柔性手指对应的舵机的设置，使每个手指之间都是独立动作的，便于实现柔性手指的单独控制设置；通过连接板的设置，便于使用机械手带动柔性手指移动到抓取位置，从而苹果提高机械化程度。
Description
技术领域
本发明涉及采摘领域，尤其涉及到苹果果径大小分级的技术领域，具体是指一种基于弯曲度传感器的苹果果径大小分级方法及系统。
背景技术
苹果分级过程中，通常采用图像处理技术对苹果大小进行分类。然而，此方法依赖于稳定的环境条件，且难以准确识别苹果的三维形状，尤其是在苹果相互遮挡或因光照不均而产生阴影时。
此外，二维图像难以捕获苹果的全面尺寸，影响分级准确性。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种基于弯曲度传感器的苹果果径大小分级方法及系统，在柔性手指上安装弯曲度传感器，弯曲度传感器能够通过接触苹果表面直接测量苹果的果径大小，显著提高分级的准确率并减少环境变量带来的影响，从而提高苹果分级的准确性。
本发明是通过如下技术方案实现的，一种基于弯曲度传感器的苹果果径大小分级方法，包括以下步骤：
a、对弯曲度传感器进行标定，将弯曲度传感器的电阻值与柔性手指的弯曲角度相对应；
b、使用均带有弯曲度传感器的若干柔性手指夹住苹果，压力传感器将弯曲度变化数据传送并记录到微控制器里；
c、通过柔性手指弯曲成一定弧度时内切于苹果的假想圆周，估算出苹果的直径，公式表示为：
，
其中，D 是苹果的直径，L 是弯曲部分的长度，θ是通过弯曲度传感器计算得到的柔性手指弯曲的角度；
d、计算平均果径，如果每个传感器得到一个直径估计值，则平均直径/>通过加权平均得出，加权可以根据弯曲度传感器位置的对称性和苹果的形状来分配，公式表示为：
，
其中对应第i个弯曲度传感器的加权系数，/>对应于每个传感器得出的苹果直径。
本方案在使用时，在柔性手指上安装弯曲度传感器，弯曲度传感器能够通过接触苹果表面直接测量苹果的果径大小，显著提高分级的准确率并减少环境变量带来的影响，从而提高苹果分级的准确性。
作为优选，在步骤a中，取若干个已知尺寸且尺寸不一的圆柱体，在柔性手指弯曲抓取圆柱体的过程中，记录每个传感器在完全展开手指未弯曲时，以及完全弯曲手指紧贴圆柱体表面时的电阻值，通过电阻值与角度的对照表，将弯曲度传感器的电阻值与柔性手指的弯曲角度相对应。
本优选方案在使用时，通过不同大小的圆柱体来模拟不同大小的苹果，从而模拟对不同大小苹果的抓取。
作为优选，系统包括与若干个周向排布的所述柔性手指铰接的底座、设置在底座上且带动柔性手指顶至苹果上的驱动装置，所述弯曲度传感器设置在柔性手指与苹果接触的侧面上。本优选方案通过底座和驱动装置的设置，便于实现柔性手机抓取苹果。
作为优选，所述驱动装置包括与柔性手指对应设置的舵机、设置在舵机输出轴上的主动齿轮，以及与所述主动齿轮啮合且设置在手指连接件上的从动齿轮，所述柔性手指可拆卸连接在手指连接件上，所述手指连接件铰接在所述底座上。
本优选方案在使用时，每个柔性手指通过对应设置的舵机来进行动作，因此每个手指之间都是独立动作的，便于实现柔性手指的单独控制。
作为优选，所述底座的底面上螺栓连接有与机械臂连接的连接板。本优选方案通过连接板的设置，便于使用机械手带动柔性手指移动到抓取位置，从而苹果提高机械化程度。
作为优选，所述手指连接件通过螺栓与所述柔性手指连接。本优选方案通过螺栓的设置，便于柔性手指在底座上拆装。
作为优选，所述底座的顶面上设有支撑苹果的底托。本优选方案通过底托的设置，便于支撑起苹果。
本发明的有益效果为：在柔性手指上安装弯曲度传感器，弯曲度传感器能够通过接触苹果表面直接测量苹果的果径大小，显著提高分级的准确率并减少环境变量带来的影响，从而提高苹果分级的准确性；通过与柔性手指对应的舵机的设置，使每个手指之间都是独立动作的，便于实现柔性手指的单独控制设置；通过连接板的设置，便于使用机械手带动柔性手指移动到抓取位置，从而苹果提高机械化程度。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为弯曲度传感器的连接示意图；
图3为弯曲度传感器标定示意图：
图4为本系统移动到作业位置时的示意图；
图5为柔性手指完全夹紧苹果时的示意图；
图6为苹果果径计算的示意图；
图中所示：
1、弯曲度传感器，2、手指连接件，3、舵机，4、卡槽，5、底座，6、柔性手指，7、底托，8、主动齿轮，9、连接板，10、苹果，11、采集电路板，12、信号传输端口。
具体实施方式
为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
参照附图1-6，本发明一种基于弯曲度传感器1的苹果果径大小分级方法及系统，本系统包括3D打印的底座5，底座5的底面上开设有螺孔，螺孔内螺纹连接有与机械臂上连接板9螺纹连接的螺栓，底座5上还开设有四个用于安置舵机3的卡槽4，四个卡槽4沿周向均匀排布。
底座5通过铰接轴铰接有与卡槽4对应设置的手指连接件2，手指连接件2通过螺栓可拆卸连接向上延伸的柔性手指6，四个柔性手指6沿周向均匀排布，舵机3输出轴上设有主动齿轮8，主动齿轮8啮合有固接在铰接轴上的从动齿轮，所述铰接轴固接在手指连接件2上。
所述底座5的顶面上设有支撑苹果的底托7。
弯曲度传感器1设置在柔性手指6的内侧面上，即柔性手指6与苹果接触的侧面上，弯曲传感器是一种测量弯曲角度或偏转量的装置，通常，Flex 传感器是由种可变电阻组成的，覆盖在Flex 传感器的表面，对弯曲做出反应。不同的弯曲角度会改变传感器的电阻值，根据传感器的阻值变化即可判断弯曲角度，弯曲度传感器1连接有数据采集电路板，数据采集电路板上设置有信号传输端口。
特别的，柔性手指6与夹取物接触的侧面可以根据实际夹取物的外形进行选择，例如附图4和5中，在抓取苹果时，对应的面既可以为平面，也可以为于苹果适配的曲面。
一种基于弯曲度传感器的苹果果径大小分级方法，包括以下步骤：
a、对弯曲度传感器进行标定，首先使用圆柱体来模拟苹果，取若干个已知尺寸且尺寸不一的圆柱体，在柔性手指弯曲抓取圆柱体的过程中，记录每个传感器在完全展开，即手指未弯曲时，以及完全弯曲，即手指紧贴圆柱体表面时的电阻值，通过电阻值与角度的对照表，将弯曲度传感器的电阻值与柔性手指的弯曲角度相对应；
b、将底座通过连接板连接到机械臂输出端上，使用电脑端控制机械臂，缓慢控制机械手移动到作业位置；
c、驱动舵机，舵机通过主动齿轮和从动齿轮带动手指连接件转动，从而实现柔性手指的转动，通过控制四个舵机转动相应的角度，控制四个柔性手指夹紧苹果，此时，四个舵机停止运行，手指上的压力传感器感受弯曲度变化并记录到微控制器里；
d、通过柔性手指弯曲成一定弧度时内切于苹果的假想圆周，估算出苹果的直径，公式表示为：
，
其中，D 是苹果的直径，L 是弯曲部分的长度，即弯曲度传感器覆盖的部分，θ是通过弯曲度传感器计算得到的柔性手指弯曲的角度；
e、计算平均果径，如果每个传感器得到一个直径估计值，则平均直径/>通过加权平均得出，加权可以根据弯曲度传感器位置的对称性和苹果的形状来分配，公式表示为：
，
其中对应第i个弯曲度传感器的加权系数，/>对应于每个传感器得出的苹果直径。
当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。
Claims (7)
1.一种基于弯曲度传感器的苹果果径大小分级方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、对弯曲度传感器进行标定，将弯曲度传感器的电阻值与柔性手指的弯曲角度相对应；
b、使用均带有弯曲度传感器的若干柔性手指夹住苹果，压力传感器将弯曲度变化数据传送并记录到微控制器里；
c、通过柔性手指弯曲成一定弧度时内切于苹果的假想圆周，估算出苹果的直径，公式表示为：
，
其中，D 是苹果的直径，L 是弯曲部分的长度，θ是通过弯曲度传感器计算得到的柔性手指弯曲的角度；
d、计算平均果径，如果每个传感器得到一个直径估计值 ，则平均直径 /> 通过加权平均得出，加权可以根据弯曲度传感器位置的对称性和苹果的形状来分配，公式表示为：
，
其中 对应第i个弯曲度传感器的加权系数，/>对应于每个传感器得出的苹果直径。
2.根据权利要求1所述的基于弯曲度传感器的苹果果径大小分级方法，其特征在于：在步骤a中，取若干个已知尺寸且尺寸不一的圆柱体，在柔性手指弯曲抓取圆柱体的过程中，记录每个传感器在完全展开，即手指未弯曲时，以及完全弯曲，即手指紧贴圆柱体表面时的电阻值，通过电阻值与角度的对照表，将弯曲度传感器的电阻值与柔性手指的弯曲角度相对应。
3.根据权利要求1或2 所述的用于实现基于弯曲度传感器的苹果果径大小分级方法的系统，其特征在于：包括与若干个周向排布的柔性手指（6）铰接的底座（5）、设置在底座（5）上且带动柔性手指（6）顶至苹果上的驱动装置，所述弯曲度传感器（1）设置在柔性手指（6）与苹果接触的侧面上。
4.根据权利要求3 所述的用于实现基于弯曲度传感器（1）的苹果果径大小分级方法的系统，其特征在于：所述驱动装置包括与柔性手指（6）对应设置的舵机（3）、设置在舵机输出轴上的主动齿轮（8），以及与所述主动齿轮（8）啮合且设置在手指连接件（2）上的从动齿轮，所述柔性手指（6）可拆卸连接在手指连接件（2）上，所述手指连接件（2）铰接在所述底座（5）上。
5.根据权利要求3 所述的用于实现基于弯曲度传感器（1）的苹果果径大小分级方法的系统，其特征在于：所述底座（5）的底面上螺栓连接有与机械臂连接的连接板（9）。
6.根据权利要求4所述的用于实现基于弯曲度传感器（1）的苹果果径大小分级方法的系统，其特征在于：所述手指连接件（2）通过螺栓与所述柔性手指（6）连接。
7.根据权利要求3 所述的用于实现基于弯曲度传感器（1）的苹果果径大小分级方法的系统，其特征在于：所述底座（5）的顶面上设有支撑苹果的底托（7）。
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