一種基于位置-力的番茄采摘末端執行機構的控制系統
1.本實用新型屬于農業智能機器人技術領域，具體涉及一種基于位置-力的番茄采摘末端執行機構的控制系統。
背景技術：
2.番茄是全球生產和消費最為廣泛的蔬菜之一。作為鮮食蔬菜，番茄采摘期較短，一般番茄采摘在40-50天左右。近幾十年來，中國農業自動化裝備技術高速發展，但在采摘自動化作業裝備方面，發展的不盡人意，我國人口老齡化的問題更加劇了番茄人工采摘的困難。
3.為了加快采摘自動化設備的發展，中國機器人大賽中設立采摘機器人子項目。末端執行器作為番茄采摘機器人的一部分，在采摘過程中扮演著重要角，末端執行器抓取效率的高低決定了采摘作業時間的長短。為了使末端執行器操作精準、快捷，我們設計了與末端執行機構匹配的控制系統。
技術實現要素：
4.本實用新型所要解決的技術問題便是針對上述現有技術的不足，提供一種基于位置-力的番茄采摘末端執行機構的控制系統，它能夠提高末端執行機構的抓取效率及降低抓取損傷率，提高機器人采摘競賽的完成度。
5.本實用新型所采用的技術方案是：一種基于位置-力的番茄采摘末端執行機構的控制系統，包括主控器、基座和安裝在基座上的三根機械手指，所述基座中心設置有補光燈和攝像頭，每根所述機械手指包括三個機械指節，每根機械指節安裝一個驅動電機，驅動電機連接電機驅動板，且驅動電機上還安裝有霍爾編碼器，每根指節的內側夾持部均安裝有薄膜壓力傳感器，所述主控器分別與補光燈、攝像頭、電機驅動板、霍爾編碼器和薄膜壓力傳感器連接。
6.作為優選，所述機械指節包括連接殼體和連接件，所述連接殼體底部固定安裝有驅動電機，驅動電機的驅動軸伸入連接殼體內并連接有蝸輪，蝸輪上嚙合有與其匹配的蝸桿，蝸桿的兩端通過軸承固定在連接殼體內，且蝸桿的兩端端部分別穿出連接殼體與連接件一端的兩側固定連接，所述電機驅動板固定安裝在連接殼體內，霍爾編碼器安裝在驅動電機上。
7.作為優選，所述連接件的內側壁為夾持部，并在夾持部的表面安裝有薄膜壓力傳感器。
8.作為優選，所述薄膜壓力傳感器兩側分別設有卡接固定塊，兩個卡接固定塊卡接在連接件的兩側。
9.本實用新型的有益效果在于：
10.(1)設置補光燈和攝像頭，能對待采摘番茄精準捕捉，從而實現精準定位，提高采摘效率及采摘成功率；
11.(2)設置薄膜壓力傳感器，能控制抓取力度，從而減小抓取造成的損傷；
12.(3)每個機械指節分別采用一個驅動電機控制，并通過霍爾編碼器采集驅動電機轉速，能更好地控制機械手指，使機械手指的抓取姿勢與番茄外輪廓高度擬合，進一步提高采摘效率及采摘成功率。
13.本實用新型通過精準定位，準確抓取，有效提高了采摘的效率及采摘的成功率，同時降低了采摘的損傷率。
附圖說明
14.圖1為本實用新型的系統框圖；
15.圖2為本實用新型的結構示意圖；
16.圖3為本實用新型機械指節的結構示意圖。
17.圖中：1、主控器；2、基座；3、機械指節；4、補光燈；5、攝像頭；6、驅動電機；7、薄膜壓力傳感器；8、卡接固定塊；31、連接殼體；32、連接件；33、蝸輪；34、蝸桿。
具體實施方式
18.下面將結合附圖及具體實施例對本實用新型作進一步詳細說明。
19.實施例
20.如圖1、圖2和圖3所示，本實施例提供的基于位置-力的番茄采摘末端執行機構的控制系統，包括主控器1、基座2和安裝在基座2上的三根機械手指，三根機械手指均勻分布在基座2圓周上；
21.所述主控器1可安裝在基座2上，也可安裝在其他支撐結構上，主控器1的安裝位置不會影響主控器1對本實用新型的控制；
22.所述基座2中心開有放置凹槽，放置凹槽內固定安裝有補光燈4和攝像頭5；
23.每根所述機械手指包括三個機械指節3，所述機械指節3包括采用塑料制成的連接殼體31和連接件32，連接殼體31內為空腔，并在相對的兩側壁中心上安裝支撐軸承，支撐軸承內安裝有貫穿連接殼體31兩側的蝸桿34，連接殼體31內蝸桿34處嚙合有與其匹配的蝸輪33，連接殼體31底部與蝸輪33對應處固定安裝有驅動電機6，驅動電機6的驅動軸穿入連接殼體31內與蝸輪33固定連接，所述連接殼體31內還安裝有用于控制驅動電機6工作的電機驅動板，驅動電機6上還安裝有檢測驅動電機6轉速的霍爾編碼器；主控器1通過電機驅動板控制驅動電機6工作，驅動電機6帶動蝸輪33旋轉，蝸輪33再帶動蝸桿34旋轉；連接件32包括一個條形的連接塊，連接塊的一端固定安裝有呈u型的連接支架，u型的連接支架的兩端內壁分別與蝸桿34的兩端固定連接，蝸桿34的旋轉可帶動連接件32繞連接殼體31轉動；位于首端的機械指節3的連接殼體31固定安裝在基座2邊沿，連接件32的連接塊端部與中部機械指節3的連接殼體31底面固定連接，中部機械指節3的連接件32的連接塊的端部與尾端機械指節3的連接殼體31底面固定連接，位于尾端的機械指節3的連接件32的連接塊端部成型有夾持塊；所述連接件32的連接塊內側壁為夾持面，在夾持面和夾持塊上均安裝有薄膜壓力傳感器7，所述薄膜壓力傳感器7采用fsr406電阻式壓敏傳感器；
24.所述主控器1分別與補光燈4、攝像頭5、電機驅動板、霍爾編碼器和薄膜壓力傳感器7連接。
25.本實用新型工作過程：通過機器人移動檢測到待采摘植株，然后通過攝像頭5在預先設定好的范圍內檢測成熟番茄，在機器人競賽中，番茄的成熟度通過顏進行判斷，檢測到成熟番茄后，機器人的機械臂控制末端執行機構靠近成熟番茄，并通過攝像頭5對番茄進行圖像捕捉，主控器1根據攝像頭5捕捉的圖像，向每根機械指節3的電機驅動板發出指令，每個電機驅動板根據主控器1發出的指令對每個驅動電機6進行單獨控制，從而調整三個機械手指的抓取姿勢，使其與待采摘番茄外輪廓擬合，然后在控制機械手指合攏，在控制機械手指動作時，通過霍爾編碼器檢測驅動電機6的轉速，反饋至主控器1，便于主控器1更精準的控制機械手指；合攏過程中通過每個薄膜壓力傳感器7檢測夾持力度，避免夾持力過大造成番茄受損，在競賽中通過番茄模型中的壓力傳感器感知夾持壓力，得到預設最大壓力后向主控器1反饋信號，主控器1控制電機停止抓取動作，抓取完成后通過機器人的機械臂用力完成脫離植株。
26.以上所述僅是本實用新型優選的實施方式，但本實用新型的保護范圍并不局限于此，任何基于本實用新型所提供的技術方案和發明構思進行的改造和替換都應涵蓋在本實用新型的保護范圍內。
技術特征：
1.一種基于位置-力的番茄采摘末端執行機構的控制系統，其特征在于：包括主控器(1)、基座(2)和安裝在基座(2)上的三根機械手指，所述基座(2)中心設置有補光燈(4)和攝像頭(5)，每根所述機械手指包括三個機械指節(3)，每根機械指節(3)安裝一個驅動電機(6)，驅動電機(6)連接電機驅動板，且驅動電機(6)上還安裝有霍爾編碼器，每根指節的內側夾持部均安裝有薄膜壓力傳感器(7)，所述主控器(1)分別與補光燈(4)、攝像頭(5)、電機驅動板、霍爾編碼器和薄膜壓力傳感器(7)連接。2.根據權利要求1所述的一種基于位置-力的番茄采摘末端執行機構的控制系統，其特征在于：所述機械指節(3)包括連接殼體(31)和連接件(32)，所述連接殼體(31)底部固定安裝有驅動電機(6)，驅動電機(6)的驅動軸伸入連接殼體(31)內并連接有蝸輪(33)，蝸輪(33)上嚙合有與其匹配的蝸桿(34)，蝸桿(34)的兩端通過軸承固定在連接殼體(31)內，且蝸桿(34)的兩端端部分別穿出連接殼體(31)與連接件(32)一端的兩側固定連接，所述電機驅動板固定安裝在連接殼體(31)內，霍爾編碼器安裝在驅動電機(6)上。3.根據權利要求2所述的一種基于位置-力的番茄采摘末端執行機構的控制系統，其特征在于：所述連接件(32)的內側壁為夾持部，并在夾持部的表面安裝有薄膜壓力傳感器(7)。4.根據權利要求3所述的一種基于位置-力的番茄采摘末端執行機構的控制系統，其特征在于：所述薄膜壓力傳感器(7)兩側分別設有卡接固定塊(8)，兩個卡接固定塊(8)卡接在連接件(32)的兩側。
技術總結
本實用新型公開了一種基于位置-力的番茄采摘末端執行機構的控制系統，包括主控器、基座和安裝在基座上的三根機械手指，所述基座中心設置有補光燈和攝像頭，每根所述機械手指包括三個機械指節，每根機械指節安裝一個驅動電機，驅動電機連接電機驅動板，且驅動電機上還安裝有霍爾編碼器，每根指節的內側夾持部均安裝有薄膜壓力傳感器，所述主控器分別與補光燈、攝像頭、電機驅動板、霍爾編碼器和薄膜壓力傳感器連接。本實用新型通過精準定位，準確抓取，有效提高了采摘的效率及采摘的成功率，同時降低了采摘的損傷率。時降低了采摘的損傷率。時降低了采摘的損傷率。
