枸杞采摘机械手机械结构设计与系统设计

　　摘要：随着枸杞种植业发展，研制智能化的枸杞采摘机械很有必要。文章在分析枸杞的果实特征和采摘环境后，设计一种新的枸杞采摘机械手，实验证明，该机械手可对枸杞果实进行准确采摘，节省人工成本，提高枸杞种植业的生产力。

　　关键词：枸杞； 采摘； 机械手； 设计；

　　作者简介：  李金彦（1982-），男，宁夏同心人，讲师，研究方向：机器人智能控制。；

　　基金： 宁夏高等学校科学研究项目（NGY2017271）； 宁夏教育厅大学生创新创业项目（2018-26）； 2018年宁夏教育厅实训中心项目（2018-3）；

　　1、枸杞采摘机械手机械结构设计

　　枸杞采摘机械手主要由基座、固定片、第一手指、第二手指、第三手指、套筒、缓冲弹簧、套座、第一驱动连杆、第二驱动连杆、视觉相机、压力传感器组成。

　　基座设置在固定片下端；固定片连接在基座上端两侧；第一手指一端与套座铰连接，第一手指中下部与固定片一侧铰连接；第二手指一端与套座铰连接，第二手指中下部与固定片另一侧铰连接；第三手指一端与套座铰连接，第三手指中下部与固定片另一侧铰连接；套筒设置在基座上端，套筒位于固定片内侧；缓冲弹簧设置在套筒内部；套座连接在缓冲弹簧顶端；第一驱动连杆设置在套筒两侧，第一驱动连杆一端与套筒滑动连接，第一驱动连杆另一端与第二驱动连杆中部铰连接；第二驱动连杆一端与固定片下部铰连接；视觉相机固定在套筒顶面；压力传感器设置在第一手指侧部；枸杞采摘机械手基座呈圆柱状，基座顶端与缓冲弹簧固定连接；基座起到支撑作用，通过基座可以将机械手组装到采摘机械上。枸杞采摘机械手基座如图1所示[1].

图1 枸杞采摘机械手基座

　　1.基座；2.固定片；6.套筒；13.条形孔

　　枸杞采摘机械手固定片呈Y型，固定片顶端与第一手指连接处向内弯曲，通过固定片将手指进行限位，各手指与固定片铰连接。枸杞采摘机械手俯视图如图2所示[2].

　　枸杞采摘机械手第一手指位于第二手指和第三手指之间，第一手指、第二手指和第三手指呈弯曲状，第一手指、第二手指和第三手指相互捏合。各手指采用仿真设计，模拟实际手指，采摘过程中夹持效果较好[3].

　　2、枸杞采摘机械手控制系统设计

　　枸杞采摘机械手的视觉相机设置在套筒顶面，位于第二手指和第三手指一侧，与单片机连接。视觉相机采用工业智能相机，属于现有技术，通过视觉相机对枸杞进行识别，采摘位置准确。枸杞采摘机械手压力传感器连接到单片机，压力传感器传输压力信号到单片机。压力传感器属于现有技术，通过压力传感器控制手指的夹持力度，防止枸杞果实夹破或掉落。枸杞采摘机械手套座呈U型，套座下端与缓冲弹簧固定连接。套座不仅起固定手指的作用，而且与缓冲弹簧连接，缓冲弹簧通过驱动连杆进行驱动。枸杞采摘机械手套筒两侧设有条形孔，套筒通过条形孔与第一驱动连杆滑动连接。第一驱动连杆上下滑动，带动弹簧压缩或伸展，进而带动套座上下移动，实现手指的张开与捏合。枸杞采摘机械手第二驱动连杆连接了步进电机，步进电机连接到单片机，并在单片机的控制下实现动力输出[4].

图2 枸杞采摘机械手俯视图

　　2.固定片；3.第一手指；4.第二手指；5.第三手指；11.视觉相机；12.压力传感器

　　3、结束语

　　该采摘机械手通过现有的单片机和工业相机技术实现智能控制，并且采用仿真设计，使其结构合理，采摘效率高，移动过程中果实不易掉落，有效解放了劳动力，降低了采摘成本。

　　参考文献

　　[1]曹林，张爱玲。我国枸杞产业发展的现状阶段与趋势分析[J].林业资源管理，2015（2）：4-8+30.
　　[2]李伟。宁夏回族自治区优质枸杞产业发展影响因素及对策研究[D].北京：北京林业大学，2015.
　　[3]黄浩乾。采摘机械手的设计及其控制研究[D].南京：南京农业大学，2010.
　　[4]郭伟斌。除草机器人设计与控制[D].南京：南京林业大学，2008.