一种基于位置-力的番茄采摘末端执行机构的控制系统
1.本实用新型属于农业智能机器人技术领域，具体涉及一种基于位置-力的番茄采摘末端执行机构的控制系统。
背景技术：
2.番茄是全球生产和消费最为广泛的蔬菜之一。作为鲜食蔬菜，番茄采摘期较短，一般番茄采摘在40-50天左右。近几十年来，中国农业自动化装备技术高速发展，但在采摘自动化作业装备方面，发展的不尽人意，我国人口老龄化的问题更加剧了番茄人工采摘的困难。
3.为了加快采摘自动化设备的发展，中国机器人大赛中设立采摘机器人子项目。末端执行器作为番茄采摘机器人的一部分，在采摘过程中扮演着重要角，末端执行器抓取效率的高低决定了采摘作业时间的长短。为了使末端执行器操作精准、快捷，我们设计了与末端执行机构匹配的控制系统。
技术实现要素：
4.本实用新型所要解决的技术问题便是针对上述现有技术的不足，提供一种基于位置-力的番茄采摘末端执行机构的控制系统，它能够提高末端执行机构的抓取效率及降低抓取损伤率，提高机器人采摘竞赛的完成度。
5.本实用新型所采用的技术方案是：一种基于位置-力的番茄采摘末端执行机构的控制系统，包括主控器、基座和安装在基座上的三根机械手指，所述基座中心设置有补光灯和摄像头，每根所述机械手指包括三个机械指节，每根机械指节安装一个驱动电机，驱动电机连接电机驱动板，且驱动电机上还安装有霍尔编码器，每根指节的内侧夹持部均安装有薄膜压力传感器，所述主控器分别与补光灯、摄像头、电机驱动板、霍尔编码器和薄膜压力传感器连接。
6.作为优选，所述机械指节包括连接壳体和连接件，所述连接壳体底部固定安装有驱动电机，驱动电机的驱动轴伸入连接壳体内并连接有蜗轮，蜗轮上啮合有与其匹配的蜗杆，蜗杆的两端通过轴承固定在连接壳体内，且蜗杆的两端端部分别穿出连接壳体与连接件一端的两侧固定连接，所述电机驱动板固定安装在连接壳体内，霍尔编码器安装在驱动电机上。
7.作为优选，所述连接件的内侧壁为夹持部，并在夹持部的表面安装有薄膜压力传感器。
8.作为优选，所述薄膜压力传感器两侧分别设有卡接固定块，两个卡接固定块卡接在连接件的两侧。
9.本实用新型的有益效果在于：
10.(1)设置补光灯和摄像头，能对待采摘番茄精准捕捉，从而实现精准定位，提高采摘效率及采摘成功率；
11.(2)设置薄膜压力传感器，能控制抓取力度，从而减小抓取造成的损伤；
12.(3)每个机械指节分别采用一个驱动电机控制，并通过霍尔编码器采集驱动电机转速，能更好地控制机械手指，使机械手指的抓取姿势与番茄外轮廓高度拟合，进一步提高采摘效率及采摘成功率。
13.本实用新型通过精准定位，准确抓取，有效提高了采摘的效率及采摘的成功率，同时降低了采摘的损伤率。
附图说明
14.图1为本实用新型的系统框图；
15.图2为本实用新型的结构示意图；
16.图3为本实用新型机械指节的结构示意图。
17.图中：1、主控器；2、基座；3、机械指节；4、补光灯；5、摄像头；6、驱动电机；7、薄膜压力传感器；8、卡接固定块；31、连接壳体；32、连接件；33、蜗轮；34、蜗杆。
具体实施方式
18.下面将结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步详细说明。
19.实施例
20.如图1、图2和图3所示，本实施例提供的基于位置-力的番茄采摘末端执行机构的控制系统，包括主控器1、基座2和安装在基座2上的三根机械手指，三根机械手指均匀分布在基座2圆周上；
21.所述主控器1可安装在基座2上，也可安装在其他支撑结构上，主控器1的安装位置不会影响主控器1对本实用新型的控制；
22.所述基座2中心开有放置凹槽，放置凹槽内固定安装有补光灯4和摄像头5；
23.每根所述机械手指包括三个机械指节3，所述机械指节3包括采用塑料制成的连接壳体31和连接件32，连接壳体31内为空腔，并在相对的两侧壁中心上安装支撑轴承，支撑轴承内安装有贯穿连接壳体31两侧的蜗杆34，连接壳体31内蜗杆34处啮合有与其匹配的蜗轮33，连接壳体31底部与蜗轮33对应处固定安装有驱动电机6，驱动电机6的驱动轴穿入连接壳体31内与蜗轮33固定连接，所述连接壳体31内还安装有用于控制驱动电机6工作的电机驱动板，驱动电机6上还安装有检测驱动电机6转速的霍尔编码器；主控器1通过电机驱动板控制驱动电机6工作，驱动电机6带动蜗轮33旋转，蜗轮33再带动蜗杆34旋转；连接件32包括一个条形的连接块，连接块的一端固定安装有呈u型的连接支架，u型的连接支架的两端内壁分别与蜗杆34的两端固定连接，蜗杆34的旋转可带动连接件32绕连接壳体31转动；位于首端的机械指节3的连接壳体31固定安装在基座2边沿，连接件32的连接块端部与中部机械指节3的连接壳体31底面固定连接，中部机械指节3的连接件32的连接块的端部与尾端机械指节3的连接壳体31底面固定连接，位于尾端的机械指节3的连接件32的连接块端部成型有夹持块；所述连接件32的连接块内侧壁为夹持面，在夹持面和夹持块上均安装有薄膜压力传感器7，所述薄膜压力传感器7采用fsr406电阻式压敏传感器；
24.所述主控器1分别与补光灯4、摄像头5、电机驱动板、霍尔编码器和薄膜压力传感器7连接。
25.本实用新型工作过程：通过机器人移动检测到待采摘植株，然后通过摄像头5在预先设定好的范围内检测成熟番茄，在机器人竞赛中，番茄的成熟度通过颜进行判断，检测到成熟番茄后，机器人的机械臂控制末端执行机构靠近成熟番茄，并通过摄像头5对番茄进行图像捕捉，主控器1根据摄像头5捕捉的图像，向每根机械指节3的电机驱动板发出指令，每个电机驱动板根据主控器1发出的指令对每个驱动电机6进行单独控制，从而调整三个机械手指的抓取姿势，使其与待采摘番茄外轮廓拟合，然后在控制机械手指合拢，在控制机械手指动作时，通过霍尔编码器检测驱动电机6的转速，反馈至主控器1，便于主控器1更精准的控制机械手指；合拢过程中通过每个薄膜压力传感器7检测夹持力度，避免夹持力过大造成番茄受损，在竞赛中通过番茄模型中的压力传感器感知夹持压力，得到预设最大压力后向主控器1反馈信号，主控器1控制电机停止抓取动作，抓取完成后通过机器人的机械臂用力完成脱离植株。
26.以上所述仅是本实用新型优选的实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何基于本实用新型所提供的技术方案和发明构思进行的改造和替换都应涵盖在本实用新型的保护范围内。
技术特征：
1.一种基于位置-力的番茄采摘末端执行机构的控制系统，其特征在于：包括主控器(1)、基座(2)和安装在基座(2)上的三根机械手指，所述基座(2)中心设置有补光灯(4)和摄像头(5)，每根所述机械手指包括三个机械指节(3)，每根机械指节(3)安装一个驱动电机(6)，驱动电机(6)连接电机驱动板，且驱动电机(6)上还安装有霍尔编码器，每根指节的内侧夹持部均安装有薄膜压力传感器(7)，所述主控器(1)分别与补光灯(4)、摄像头(5)、电机驱动板、霍尔编码器和薄膜压力传感器(7)连接。2.根据权利要求1所述的一种基于位置-力的番茄采摘末端执行机构的控制系统，其特征在于：所述机械指节(3)包括连接壳体(31)和连接件(32)，所述连接壳体(31)底部固定安装有驱动电机(6)，驱动电机(6)的驱动轴伸入连接壳体(31)内并连接有蜗轮(33)，蜗轮(33)上啮合有与其匹配的蜗杆(34)，蜗杆(34)的两端通过轴承固定在连接壳体(31)内，且蜗杆(34)的两端端部分别穿出连接壳体(31)与连接件(32)一端的两侧固定连接，所述电机驱动板固定安装在连接壳体(31)内，霍尔编码器安装在驱动电机(6)上。3.根据权利要求2所述的一种基于位置-力的番茄采摘末端执行机构的控制系统，其特征在于：所述连接件(32)的内侧壁为夹持部，并在夹持部的表面安装有薄膜压力传感器(7)。4.根据权利要求3所述的一种基于位置-力的番茄采摘末端执行机构的控制系统，其特征在于：所述薄膜压力传感器(7)两侧分别设有卡接固定块(8)，两个卡接固定块(8)卡接在连接件(32)的两侧。
技术总结
本实用新型公开了一种基于位置-力的番茄采摘末端执行机构的控制系统，包括主控器、基座和安装在基座上的三根机械手指，所述基座中心设置有补光灯和摄像头，每根所述机械手指包括三个机械指节，每根机械指节安装一个驱动电机，驱动电机连接电机驱动板，且驱动电机上还安装有霍尔编码器，每根指节的内侧夹持部均安装有薄膜压力传感器，所述主控器分别与补光灯、摄像头、电机驱动板、霍尔编码器和薄膜压力传感器连接。本实用新型通过精准定位，准确抓取，有效提高了采摘的效率及采摘的成功率，同时降低了采摘的损伤率。时降低了采摘的损伤率。时降低了采摘的损伤率。
