專利名稱：果蔬采摘設備及果蔬采摘方法
技術領域：
本發明涉及農業設備，特別是涉及一種果蔬采摘設備及果蔬采摘方法。
背景技術：
水果、蔬菜(果蔬)采摘是農業生產中的一個重要的環節，具有季節性強、勞動強度大、費用高等特點，且其在一定程度上決定了水果、蔬菜的產量及成本。傳統的農業采摘工作基本都是依靠人工完成，這種采摘方式的局限性主要有兩個方面一方面大規模地使用勞動力會給果蔬帶來極高的成本，據相關數據表明，國內某些果蔬采摘費用占到了生產成本的5(Γ70%，這一不足會隨著人口的老齡化愈加明顯；另一方面果蔬的成熟期有嚴格的季節性限制，采摘任務必須在規定的時間內完成，作業勞動強度大，作業質量難以保證。因此，研制果蔬采摘機器人，滿足農業生產規模化、多樣化和精確化的需求，降低工人勞動強度和生產成本，提高勞動生產率和產品質量具有重要的意義。果蔬采摘設備在這種背景下得到了較快的發展，國內外的相關科研機構都投入了大量的資源進行了相關的研究，并研制了相關的果蔬采摘設備。傳統的果蔬采摘設備對果蔬的適應性很差，大多數設備只針對某一種果蔬，或者需要更換不同的傳感器和執行器來應對不同的果蔬，設備成本很高。

發明內容
基于此，有必要針對傳統果蔬采摘設備對果蔬適應性很差的問題，提供一種適應性較強的果蔬采摘設備。一種果蔬采摘設備，包括智能驅動裝置，以及由智能驅動裝置驅動的多自由度機械臂，還包括`采摘裝置，包括柔性殼體、磁流變液以及線圈，所述柔性殼體的內腔中填充有磁流變液，所述磁流變液可發生磁流變效應，所述柔性殼體與所述多自由度機械臂連接，所述線圈繞設于柔性殼體上，所述線圈與外接電源電連接 '及控制裝置，與所述外接電源電連接，所述控制裝置通過控制所述線圈的電流，控制所述磁流變液的磁流變過程，使所述柔性殼體包覆并持拿所述果蔬。在其中一實施方式中，所述柔性殼體上分布有力學傳感器陣列，所述力學傳感器陣列實時檢測所述柔性殼體與所述果蔬表面之間的壓力數據，并反饋給所述控制裝置，所述控制裝置根據所述壓力數據實時調節所述磁流變液的磁流變過程。在其中一實施方式中，所述控制裝置包括微處理器、DDS信號源、DA數模轉換單元、乘法器以及AD模數轉換單元，所述AD模數轉換單元接收所述力學傳感器陣列反饋來的所述柔性殼體與所述果蔬表面之間的壓力數據，所述微處理器將所述壓力數據與預設的果蔬損傷最小應力對比，根據對比結果所述微處理器控制所述DDS信號源產生頻率可控的交流信號，并控制所述DA數模轉換單元產生電壓可變的直流信號，所述交流信號以及所述直流信號經所述乘法器產生頻率、幅值可控的交流信號源，所述交流信號源經濾波放電處理得到可流入所述線圈的基本交流信號，所述基本交流信號用于產生磁場，所述磁場控制所述磁流變液的磁流變過程。在其中一實施方式中，所述控制裝置還包隔離單元，所述微處理器可產生脈寬可調的PWM信號，所述隔離單元通過所述PWM信號控制所述基本交流信號流入線圈的時間。在其中一實施方式中，所述微處理器根據所述壓力數據與預設的果蔬損傷最小應力對比的對比結果采用PID閉環反饋算法調節所述基本交流信號的頻率、幅值以及PWM信號的占空比。在其中一實施方式中，所述采摘裝置還包括磁芯，所述磁芯由所述柔性殼體包覆。還提供一種果蔬采摘方法。一種果蔬采摘方法，包括以下步驟

提供上述的果蔬采摘裝置；所述智能驅動裝置驅動所述多自由度機械臂將所述采摘裝置推送到被采摘果蔬位置；所述柔性殼體包覆被采摘果蔬；所述控制裝置控制線圈的電流，所述磁流變液發生磁流變效應；所述切斷所述被采摘果蔬的梗；所述控制裝置斷開線圈的電流，所述磁流變液發生磁流變效應，所述被采摘果蔬從所述柔性殼體內脫離。在其中一實施方式中，所述控制裝置控制線圈的電流，所述磁流變液發生磁流變效應的步驟還包括產生基本交流信號，并通入所述線圈產生磁場；測量所述柔性殼體與所述果蔬表面之間的壓力數據；判斷所述壓力數據是否大于預設的果蔬損傷最小應力，如果所述壓力數據大于所述預設的果蔬損傷最小應力，則發出預警，需要重新產生基本交流信號；如果所述壓力數據小于所述預設的果蔬損傷最小應力，則切斷被采摘果蔬的梗。在其中一實施方式中，所述控制裝置控制線圈的電流，所述磁流變液發生磁流變效應的步驟還包括當所述柔性殼體與所述果蔬表面之間的壓力數據小于所述預設的果蔬損傷最小應力的時候，進行PID閉環反饋算法修改控制量，調節所述基本交流信號的頻率、幅值以及PWM信號的占空比，重新產生基本交流信號；所述PID閉環反饋算法為
權利要求
1.一種果蔬采摘設備，包括智能驅動裝置，以及由智能驅動裝置驅動的多自由度機械臂，其特征在于，還包括采摘裝置，包括柔性殼體、磁流變液以及線圈，所述柔性殼體的內腔中填充有磁流變液，所述磁流變液可發生磁流變效應，所述柔性殼體與所述多自由度機械臂連接，所述線圈繞設于柔性殼體上，所述線圈與外接電源電連接；及控制裝置，與所述外接電源電連接，所述控制裝置通過控制所述線圈的電流，控制所述磁流變液的磁流變過程，使所述柔性殼體包覆并持拿所述果蔬。
2.根據權利要求1所述的果蔬采摘設備，其特征在于，所述柔性殼體上分布有力學傳感器陣列，所述力學傳感器陣列實時檢測所述柔性殼體與所述果蔬表面之間的壓力數據， 并反饋給所述控制裝置，所述控制裝置根據所述壓力數據實時調節所述磁流變液的磁流變過程。
3.根據權利要求2所述的果蔬采摘設備，其特征在于，所述控制裝置包括微處理器、 DDS信號源、DA數模轉換單元、乘法器以及AD模數轉換單元，所述AD模數轉換單元接收所述力學傳感器陣列反饋來的所述柔性殼體與所述果蔬表面之間的壓力數據，所述微處理器將所述壓力數據與預設的果蔬損傷最小應力對比，根據對比結果所述微處理器控制所述 DDS信號源產生頻率可控的交流信號，并控制所述DA數模轉換單元產生電壓可變的直流信號，所述交流信號以及所述直流信號經所述乘法器產生頻率、幅值可控的交流信號源，所述交流信號源經濾波放電處理得到可流入所述線圈的基本交流信號，所述基本交流信號用于產生磁場，所述磁場控制所述磁流變液的磁流變過程。
4.根據權利要求3所述的果蔬采摘設備，其特征在于，所述控制裝置還包隔離單元，所述微處理器可產生脈寬可調的PWM信號，所述隔離單元通過所述PWM信號控制所述基本交流信號流入線圈的時間。
5.根據權利要求3所述的果蔬采摘設備，其特征在于，所述微處理器根據所述壓力數據與預設的果蔬損傷最小應力對比的對比結果采用PID閉環反饋算法調節所述基本交流信號的頻率、幅值以及PWM信號的占空比。
6.根據權利要求1所述的果蔬采摘設備，其特征在于，所述采摘裝置還包括磁芯，所述磁芯由所述柔性殼體包覆。
7.一種果蔬采摘方法，包括以下步驟提供如權利要求廣6任意一項所述的果蔬采摘裝置；所述智能驅動裝置驅動所述多自由度機械臂將所述采摘裝置推送到被采摘果蔬位置；所述柔性殼體包覆被采摘果蔬；所述控制裝置控制線圈的電流，所述磁流變液發生磁流變效應；所述切斷所述被采摘果蔬的梗；所述控制裝置斷開線圈的電流，所述磁流變液發生磁流變效應，所述被采摘果蔬從所述柔性殼體內脫離。
8.根據權利要求7所述的果蔬采摘方法，其特征在于，所述控制裝置控制線圈的電流， 所述磁流變液發生磁流變效應的步驟還包括產生基本交流信號，并通入所述線圈產生磁場；測量所述柔性殼體與所述果蔬表面之間的壓力數據；判斷所述壓力數據是否大于預設的果蔬損傷最小應力，如果所述壓力數據大于所述預設的果蔬損傷最小應力，則發出預警，需要重新產生基本交流信號；如果所述壓力數據小于所述預設的果蔬損傷最小應力，則切斷被采摘果蔬的梗。
9.根據權利要求8所述的果蔬采摘方法，其特征在于，所述控制裝置控制線圈的電流， 所述磁流變液發生磁流變效應的步驟還包括當所述柔性殼體與所述果蔬表面之間的壓力數據小于所述預設的果蔬損傷最小應力的時候，進行PID閉環反饋算法修改控制量，調節所述基本交流信號的頻率、幅值以及PWM 信號的占空比，重新產生基本交流信號；所述PID閉環反饋算法為
10.根據權利要求7所述的果蔬采摘方法，其特征在于，所述控制裝置控制線圈的電流，所述磁流變液發生磁流變效應的步驟還包括判斷所述柔性殼體與所述果蔬表面之間的壓力數據是否正常，如果所述壓力數據正常，則切斷被采摘果蔬的梗；如果所述壓力數據異常，則所述控制裝置復位初始化。
全文摘要
一種果蔬采摘設備包括智能驅動裝置、由智能驅動裝置驅動的多自由度機械臂、采摘裝置以及控制裝置。采摘裝置包括柔性殼體以及持拿端，柔性殼體的內腔中填充有磁流變液，該柔性殼體通過持拿端與多自由度機械臂連接，控制裝置利用磁流變效應控制采摘裝置中磁流變液的磁流變過程，使所述柔性殼體與果蔬相適應。上述果蔬采摘設備，利用磁流變效應，使采摘裝置在采摘時與果蔬外形相適應，提高了對果蔬的適應能力。還提供一種果蔬采摘方法。
文檔編號A01D46/00GK103039197SQ20121057226
公開日2013年4月17日 申請日期2012年12月25日 優先權日2012年12月25日
發明者宮凱, 曾德文, 王剛, 李抱樸, 張琦, 廖京生 申請人:中國科學院深圳先進技術研究院