1.一种垄作草莓人机协作采摘系统,其特征在于:包括穿戴式采摘装置(1)、摆臂式悬挂机构(2)、自动驾驶平台(3)以及控制盒(4);自动驾驶平台(3)包括自主行走底盘、坐姿调节椅、顶棚(307)以及两个前置收集箱(306);坐姿调节椅安装在自主行走底盘上,自主行走底盘用于带动坐姿调节椅沿草莓垄行走,坐姿调节椅用于调节果农的坐姿;两个前置收集箱(306)分别安装在自主行走底盘的左右两侧上;在坐姿调节椅后侧的自主行走底盘上安装有L形顶棚架(303),且L形顶棚架(303)的水平框架位于坐姿调节椅的上方;顶棚(307)固定在L形顶棚架(303)的水平框架上;摆臂式悬挂机构(2)安装在顶棚(307)上,穿戴式采摘装置(1)悬吊在摆臂式悬挂机构(2)的下端上,用于采摘草莓,由摆臂式悬挂机构(2)调节穿戴式采摘装置(1)的悬吊位置;控制盒(4)安装在自动驾驶平台(3)上,在控制盒(4)内设置有控制器;自主行走底盘、坐姿调节椅、穿戴式采摘装置(1)以及摆臂式悬挂机构(2)均由控制器驱动控制;
摆臂式悬挂机构(2)包括摆臂(201)、柔绳(212)、柔绳收放单元以及摆臂驱动单元;柔绳收放单元包括收放机构以及传感机构;摆臂驱动单元包括摆臂驱动电机(204)以及主动齿轮(205);摆臂(201)的中部铰接在顶棚(307)上;在摆臂(201)的前端安装有改向滑轮(211);收放机构安装在摆臂(201)上;柔绳(212)的一端绕设在收放机构上,由收放机构收放柔绳(212);柔绳(212)的另一端向下贯穿摆臂(201)的前端,且柔绳(212)按压在改向滑轮(211)上;在穿戴式采摘装置(1)的下撑杆(122)的下侧设置有一个悬吊环槽(124);在悬吊环槽(124)上旋转式安装有悬吊环(125);传感机构的上端悬吊在柔绳(212)的下端上,传感机构的下端通过球铰关节(223)安装在悬吊环(125)上,用于监测柔绳(212)上的拉力;主动齿轮(205)旋转式安装在摆臂(201)的后端上;摆臂驱动电机(204)用于驱动主动齿轮(205)旋转;在顶棚(307)的上侧面上固定有与主动齿轮(205)相啮合的弧形齿条(206);在顶棚(307)的上侧面上固定有按压在摆臂(201)后端上的弧形压轨(203);收放机构由控制器驱动;在控制盒(4)内设置有与控制器电连接的摆动驱动电路;摆动驱动电路与摆臂驱动电机(204)电连接,控制器通过摆动驱动电路驱动摆臂驱动电机(204)旋转;
传感机构包括伸缩管(213)、伸缩杆(214)以及伸缩弹簧(221);在伸缩杆(214)的上端上设置有一个绳环(219);柔绳(212)的下端系扣在绳环(219)上;伸缩管(213)的上端封闭;
伸缩杆(214)的下端插装在伸缩管(213)的封闭端上;在伸缩杆(214)的插装端上同轴固定有柱塞杆(215);在伸缩管(213)上沿长度方向设置有长条孔(224);在柱塞杆(215)上设置有通过长条孔(224)伸出的连接块(217);在伸缩管(213)的上侧环绕式固定有上侧支撑环(216);在连接块(217)上固定有环绕伸缩管(213)的下侧支撑环(222);伸缩弹簧(221)套设在伸缩管(213)上,且伸缩弹簧(221)弹性支撑在上侧支撑环(216)与下侧支撑环(222)之间;在伸缩管(213)的上端安装有与控制器电连接的上接触开关(218);在伸缩管(213)的下端安装有与控制器电连接的下接触开关(220);伸缩管(213)的下端安装在球铰关节(223)上;当向下拉扯悬吊环(125)直至伸缩弹簧(221)压缩到极限时,柱塞杆(215)挤压上接触开关(218);当上抬悬吊环(125)直至柱塞杆(215)到达伸缩管(213)内的最下端时,柱塞杆(215)挤压下接触开关(220);当柱塞杆(215)挤压上接触开关(218)时,控制器控制收放机构释放柔绳(212),当柱塞杆(215)挤压下接触开关(220)时,控制器控制收放机构收紧柔绳(212)。
2.根据权利要求1所述的垄作草莓人机协作采摘系统,其特征在于:自主行走底盘包括U形支架(301)以及两个履带行走机构;
两个履带行走机构的分别安装在U形支架(301)的两个竖直板的外侧面上,且两个履带行走机构由控制器协调控制;在U形支架(301)水平板的前侧边缘上设置有一个与控制器电连接的脚踏操纵杆(304);两个前置收集箱(306)分别安装在U形支架(301)两个竖直板的前侧面上;L形顶棚架(303)的竖直框架下端固定在U形支架(301)水平板的后侧边缘上。
3.根据权利要求2所述的垄作草莓人机协作采摘系统,其特征在于:坐姿调节椅包括控制面板(5)、座板(315)、滑移板(311)、滑移驱动机构、两个臂部托板(317)以及两个支撑臂(316);
在U形支架(301)水平板的上侧面上纵向设置有两根滑轨(309);在滑移板(311)的四个顶角处均设置有与对应侧滑轨(309)滑动配合的滑移座(310);滑移驱动机构安装在U形支架(301)的水平板上,用于驱动滑移板(311)纵向滑移,且滑移驱动机构由控制器驱动控制;
电动升降杆(312)的下端安装在滑移板(311)上,座板(315)安装在电动升降杆(312)的上端上,且电动升降杆(312)与控制器电连接;两个支撑臂(316)分别安装在座板(315)的左右两侧边缘上;在两个支撑臂(316)上均安装有剪叉升降结构;在每个支撑臂(316)上均设置有驱动剪叉升降结构做剪叉运动的电动推杆,且两个电动推杆均与控制器电连接;两个臂部托板(317)分别安装在两个剪叉升降结构上,由剪叉升降结构带动臂部托板(317)进行升降;控制面板(5)安装在其中一个臂部托板(317)的上侧面上,且控制面板(5)与控制器电连接。
4.根据权利要求1所述的垄作草莓人机协作采摘系统,其特征在于:穿戴式采摘装置(1)包括腕部接板(131)、握柄(132)、上侧对接杆(134)、上撑杆(121)、下撑杆(122)、采摘头以及两个锁紧带(133);
腕部接板(131)旋转式安装在上侧对接杆(134)的上端上,上侧对接杆(134)的下端对接在上撑杆(121)的上端上;两个锁紧带(133)的一端固定在腕部接板(131)的一侧长边上;
在腕部接板(131)的另一侧长边上设置有锁扣孔;两个锁紧带(133)的另一端用于锁扣在锁扣孔上;握柄(132)安装在上侧对接杆(134)上;在握柄(132)上安装有与控制器电连接的按钮开关;下撑杆(122)的上端插装在上撑杆(121)的下端上,在上撑杆(121)的下端上安装有一个用于锁紧下撑杆(122)的锁紧螺母(123);采摘头安装在下撑杆(122)的下端上,用于采摘草莓;摆臂式悬挂机构(2)的下端活动安装在下撑杆(122)上。
5.根据权利要求4所述的垄作草莓人机协作采摘系统,其特征在于:采摘头包括定剪体、V形动剪体(1121)以及剪切驱动机构;
定剪体由V形上壁板(1111)以及V形下壁板(1112)构成;V形上壁板(1111)的两个上边缘分别固在V形下壁板(1112)的两个上边缘上,且V形上壁板(1111)与V形下壁板(1112)之间存在V型槽腔;在V形上壁板(1111)的两个上边缘上以及V形下壁板(1112)的两个上边缘上均排布有多个位置相对应的定剪体槽口(1115);V形上壁板(1111)短于V形下壁板(1112);在V形下壁板(1112)的一侧V形边缘上固定有固定端盖(1114);下撑杆(122)的下端固定在固定端盖(1114)上;在V形上壁板(1111)与固定端盖(1114)相邻的V形边缘上固定有隔板(1113);V形动剪体(1121)贯穿式插装在V型槽腔上;在V形动剪体(1121)的两个上边缘上均排布有与各个定剪体槽口(1115)位置相对应的多个动剪体槽口(1123);在V形动剪体(1121)的两个V形边缘上均固定有挡板(1122);剪切驱动机构安装在固定端盖(1114)与挡板(1122)之间,用于驱动V形动剪体(1121)沿V型槽腔来回移动;剪切驱动机构由控制器驱动控制。
6.根据权利要求5所述的垄作草莓人机协作采摘系统,其特征在于:剪切驱动机构包括电磁吸盘(1131)、衔铁柱(1132)以及复位弹簧(1133);
在固定端盖(1114)上固定有套筒(1135);电磁吸盘(1131)安装在套筒(1135)内,且电磁吸盘(1131)与控制器电连接;衔铁柱(1132)的一端固定在与固定端盖(1114)相邻的挡板(1122)上,另一端插装在套筒(1135)上;复位弹簧(1133)套设在衔铁柱(1132)上,且复位弹簧(1133)弹性支撑在挡板(1122)与套筒(1135)之间。
7.根据权利要求1所述的垄作草莓人机协作采摘系统,其特征在于:收放机构包括收放驱动电机(208)、绕线辊(207)以及锁定机构;锁定机构包括锁定轮(241)、外套管(231)、内套管(234)、锁定套管(235)以及推拉式电磁铁(230);
绕线辊(207)旋转式安装在摆臂(201)的中部,柔绳(212)的一端绕设在绕线辊(207)上;收放驱动电机(208)用于驱动绕线辊(207)旋转;锁定轮(241)同轴式安装在绕线辊(207)上;外套管(231)的一端安装在摆臂(201)上,且锁定轮(241)位于外套管(231)内;外套管(231)的另一端封闭;内套管(234)的一端封闭,且内套管(234)滑动式安装在外套管(231)内;推拉式电磁铁(230)安装在外套管(231)的封闭端上,且推拉式电磁铁(230)与控制器电连接;在得电状态下,推拉式电磁铁(230)的伸缩铁芯回缩;推拉式电磁铁(230)的伸缩铁芯端部伸入外套管(231)后固定在内套管(234)封闭端上;在推拉式电磁铁(230)的伸缩铁芯上套设有一个弹性支撑在外套管(231)的封闭端与内套管(234)的封闭端之间的锁定弹簧(233);在锁定套管(235)的圆周侧面上设置有限位块(239);在内套管(234)的圆周内壁上设置有与限位块(239)相配合的弧形槽(238),使锁定套管(235)在内套管(234)内小幅度旋转;在锁定轮(241)的圆周侧面上设置有多个锁定柱(242);在锁定套管(235)的内壁上设置有两个夹紧轮(240),用于对其中一个锁定柱(242)进行旋转限位;
在控制盒(4)内设置有与控制器电连接的收放驱动电路;收放驱动电路与收放驱动电机(208)电连接,控制器通过收放驱动电路驱动收放驱动电机(208)旋转。
8.根据权利要求1所述的垄作草莓人机协作采摘系统的作业方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤一:采摘前,果农根据需求调节坐姿调节椅;
步骤二:果农根据手臂使用习惯或采摘需求将穿戴式采摘装置(1)穿戴在一侧手臂上,通过摆臂式悬挂机构(2)将穿戴式采摘装置(1)调至舒适的采摘位置;
步骤三:果农驾驶自动驾驶平台(3),使自主行走底盘横跨一个草莓垄,并停在采摘初始端;
步骤四:采摘时,果农驾驶自动驾驶平台(3)前进,同时控制穿戴式采摘装置(1)对垄上草莓设施精准采摘;将采摘的草莓放置在两个前置收集箱(306)内;
当对一个草莓垄上的草莓完成采摘后,若需要继续采摘,则返回步骤二。