【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及煙葉采摘，具體涉及一種智能煙葉采摘機械手及其采摘方法。
技術介紹
1、煙草是我國重要經濟作物，種植面積超100萬公頃，主要分布在云南、貴州、湖南等丘陵地區。煙葉收獲過程包括采收、烘烤以及產后處理三個環節，采收效果的好壞直接影響到產后分級時煙葉的品質。因此，先進的煙葉采收作業機械是保證煙葉品質的關鍵。我國煙草采收的機械化相對落后，煙葉采收一直處于人工作業階段，主要與我國的煙葉種植模式、煙草種植農藝要求、種煙區分布和烤煙的要求等相聯系。目前煙葉收獲主要以人工為主，勞動強度極大，現有煙葉收獲裝備存在破損率高、適應性差等問題，煙葉機械化收獲處于無機可用和無機適用的現狀，制約了煙草產業的健康穩定發展。
2、目前，煙葉機械化采摘方式主要分為以下幾種：①柔性機械拍打式，如公布號為cn117678421的專利文獻：是利用旋轉的柔性刀片拍打煙葉使其脫落，可連續作業，采摘效率高，缺點是破損率極高；②夾持梳刷式，如公布號為cn116235697的專利文獻：是利用對稱布置的夾具將煙株莖稈包圍，上端的梳脫裝置自下而上移動將煙葉梳脫下來，該方式破損率低，但作業效率低；③煙葉采摘機器人，如公開號為cn221127986的專利文獻：是以履帶底盤作為驅動基座跨單壟作業，利用工業機器人作為執行裝置，對成熟煙葉進行精確的單次單片采摘，該采摘方式破損率極低，但采摘效率同樣極低。
3、因此，針對人工采摘勞動強度大，現有機械裝備存在破損率高、適應性差、效率低等問題，開發一種新型的煙葉采摘裝置及采摘方式對提高煙葉生產效率、推進煙草產業的
技術實現思路
1、針對現有技術存在的上述問題，本專利技術的目的是提供一種采摘效率高、破損率低、適應性強的智能煙葉采摘機械手，還提供一種利用上述機械手采摘煙葉的方法。
2、為解決現有技術的不足之處，本專利技術采用了如下技術方案：
3、一種智能煙葉采摘機械手，包括裝設于移動載體上的機械臂，所述機械臂的末端裝設有雙目攝像頭和末端執行器，機械臂通過上位機進行控制，并能通過編程智能控制所述雙目攝像頭進行路徑規劃，配合末端執行器的開合來執行作業路徑的往復動作，所述末端執行器包括驅動電機、連接模組、煙葉切割機械爪以及防刮滾珠機械爪，所述煙葉切割機械爪和防刮滾珠機械爪呈上下平行布置，且均通過所述連接模組與所述驅動電機的輸出軸相連由其驅動同時做張開和閉合動作，兩組機械爪閉合工作時能形成環抱煙桿的兩個同心圓，上方的煙葉切割機械爪形成的切割圓大于煙桿的外周，下方的防刮滾珠機械爪形成的防刮圓始終能與煙桿的外周相接觸；
4、工作時，所述雙目攝像頭精準定位煙桿位置，并將位置信息傳送至上位機，機械臂根據所述位置信息精準地將末端執行器移動至定位處，并閉合兩組機械爪將煙桿環抱在所述同心圓內，機械臂帶動防刮滾珠機械爪向上移動時，煙葉切割機械爪由下至上切割煙葉。
5、作為上述技術方案的進一步改進：
6、所述驅動電機通過一法蘭盤與所述機械臂的末端接口處相連，所述雙目攝像頭置于驅動電機的缸體上方并與所述法蘭盤緊固連接，雙目攝像頭裝有攝像頭的一側面向所述煙葉切割機械爪。
7、所述煙葉切割機械爪包括兩組相對布置的半圓形割刀模組，所述半圓形割刀模組包括半圓形割刀和設有半圓形安裝面的刀座，所述割刀通過多個割刀固定螺釘貼合裝設于所述刀座的半圓形安裝面上，割刀朝上的一端開刃，所述煙葉切割機械爪在閉合工作時，兩組半圓形割刀之間圍合成所述切割圓，割刀始終不與煙桿外周接觸。
8、所述防刮滾珠機械爪包括兩組相對布置的半圓形滾珠模組，所述半圓形滾珠模組包括設有半圓形安裝槽的滾珠座以及多個滾珠，多個所述滾珠通過伸縮彈簧串聯在一起并裝設于滾珠座的半圓形安裝槽內，所述伸縮彈簧的兩端分別通過一滾珠固定螺栓裝設于半圓形安裝槽的兩端，所述防刮滾珠機械爪在閉合工作時，兩組伸縮彈簧上的滾珠圍合成能自動伸縮的滾珠環，滾珠環的內側形成所述的防刮圓，使各滾珠始終與煙桿外周保持接觸。
9、所述連接模組包括固定支架以及活動支架，所述固定支架包括兩件呈上下平行且間隔布置的u型架，所述u型架的底板固定裝設于驅動電機的缸體靠輸出軸側的端部上，上層u型架的兩側板和下層u型架的兩側板分別與一連接耳片活動鉸接，上層的兩個連接耳片的另一端分別通過兩個連接螺栓裝設于相應的刀座上，下層的兩個連接耳片的另一端分別通過兩個連接螺栓裝設于相應的滾珠座上。
10、所述活動支架包括工字型連接盤，其通過中心設置的螺紋孔套設于驅動電機的輸出軸上并位于u型固定支架的空間內，連接盤的頂部兩端以及底部兩端均鉸接一活動連桿，頂部的活動連桿與對應刀座上的所述連接耳片可轉動鉸接，底部的活動連桿與對應滾珠座上的所述連接耳片可轉動鉸接，控制所述驅動電機的輸出軸正反轉即能驅動連接盤前進或后退，以帶動連接耳片繞與活動連桿和u型架側板之間的鉸接點轉動，使兩組機械爪同時張開或閉合；所述驅動電機的輸出軸上于其末端和連接盤之間裝設有限位塊，調節所述限位塊在輸出軸上的相對位置即能調節兩組機械爪的開合角度。
11、所述刀座和滾珠座的頂部和底部均設有一件所述的連接耳片，刀座以及滾珠座上均開設有兩個上下貫通的通孔，連接耳片上對應位置也開設有兩個通孔，兩件連接耳片之間通過所述連接螺栓穿設于所述通孔內緊固連接，所述活動連桿以及u型架的側板端部均分別夾設于相對應的兩件連接耳片之間并鉸接連接。
12、所述半圓形安裝槽的寬度大于滾珠的直徑，深度小于滾珠的直徑，伸縮彈簧伸縮時，滾珠能在半圓形安裝槽內移動，所述移動的范圍為邊界大圓與邊界小圓的直徑差，所述邊界大圓為各滾珠位于半圓形安裝槽的底部時，與各滾珠內側相切形成的圓，此時伸縮彈簧處于拉伸狀態，相鄰滾珠相互遠離；所述邊界小圓為各滾珠靠近半圓形安裝槽的開口處時，與各滾珠內側相切形成的圓，此時伸縮彈簧處于收縮狀態，相鄰滾珠相互靠近。
13、上下兩件所述u型架的底板呈一體連接板結構，所述一體連接板的中部設有避讓孔用于穿出所述驅動電機的輸出軸。
14、作為一種總的技術構思，本專利技術還提供一種上述的智能煙葉采摘機械手的采摘方法，具體包括以下步驟：
15、初始位置：為停機狀態，智能煙葉采摘機械手處于收攏狀態；
16、路徑規劃與位置識別過程：為執行作業的第一階段，所述機械臂通過雙目攝像頭的精準識別，自主規劃一條行進路徑，避免行進過程損傷煙葉；
17、機械爪合攏過程：為抓取環節，兩組機械爪到達通過規劃的指定位置后，迅速合攏完成對煙桿的環抱；
18、執行采摘過程：為智能煙葉采摘機械手自下而上豎直位移的過程，所述位移的高度由雙目攝像頭提供的成熟煙葉數量決定，兩組機械爪在到達指定高度后停止位移并張開；
19、復位過程：完成采摘過程后，所述智能煙葉采摘機械手退回到初始位置，等待執行下一個采摘過程。
20、與現有技術相比，本專利技術具有以下有益效果：
21、1.本專利技術中，末端執行器采本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種智能煙葉采摘機械手，包括裝設于移動載體（6）上的機械臂（3），所述機械臂（3）的末端裝設有雙目攝像頭（1）和末端執行器（2），機械臂（3）通過上位機進行控制，并能通過編程智能控制所述雙目攝像頭（1）進行路徑規劃，配合末端執行器（2）的開合來執行作業路徑的往復動作，其特征在于，所述末端執行器（2）包括驅動電機（2-1）、連接模組（2-2）、煙葉切割機械爪（2-3）以及防刮滾珠機械爪（2-4），所述煙葉切割機械爪（2-3）和防刮滾珠機械爪（2-4）呈上下平行布置，且均通過所述連接模組（2-2）與所述驅動電機（2-1）的輸出軸相連由其驅動同時做張開和閉合動作，兩組機械爪閉合工作時能形成兩個環抱煙桿（4）的同心圓，上方的煙葉切割機械爪（2-3）形成的切割圓大于煙桿（4）的外周，下方的防刮滾珠機械爪（2-4）形成的防刮圓始終能與煙桿（4）的外周相接觸；
2.根據權利要求1所述的智能煙葉采摘機械手，其特征在于，所述驅動電機（2-1）通過一法蘭盤（2-5）與所述機械臂（3）的末端接口處相連，所述雙目攝像頭（1）置于驅動電機（2-1）的缸體上方并與所述法蘭盤（2-5）緊固連接
3.根據權利要求2所述的智能煙葉采摘機械手，其特征在于，所述煙葉切割機械爪（2-3）包括兩組相對布置的半圓形割刀模組，所述半圓形割刀模組包括半圓形割刀（2-3-1）和設有半圓形安裝面的刀座（2-3-3），所述割刀（2-3-1）通過多個割刀固定螺釘（2-3-2）貼合裝設于所述刀座（2-3-3）的半圓形安裝面上，割刀（2-3-1）朝上的一端開刃，所述煙葉切割機械爪（2-3）在閉合工作時，兩組半圓形割刀（2-3-1）之間圍合成所述切割圓，割刀（2-3-1）始終不與煙桿（4）外周接觸。
4.根據權利要求3所述的智能煙葉采摘機械手，其特征在于，所述防刮滾珠機械爪（2-4）包括兩組相對布置的半圓形滾珠模組，所述半圓形滾珠模組包括設有半圓形安裝槽的滾珠座（2-4-1）以及多個滾珠（2-4-2），多個所述滾珠（2-4-2）通過伸縮彈簧（2-4-3）串聯在一起并裝設于滾珠座（2-4-1）的半圓形安裝槽內，所述伸縮彈簧（2-4-3）的兩端分別通過一滾珠固定螺栓（2-4-4）裝設于半圓形安裝槽的兩端，所述防刮滾珠機械爪（2-4）在閉合工作時，兩組伸縮彈簧（2-4-3）上的滾珠（2-4-2）圍合成能自動伸縮的滾珠環，滾珠環的內側形成所述的防刮圓，使各滾珠（2-4-2）始終與煙桿（4）外周保持接觸。
5.根據權利要求4所述的智能煙葉采摘機械手，其特征在于，所述連接模組（2-2）包括固定支架（2-2-1）以及活動支架，所述固定支架（2-2-1）包括兩件呈上下平行且間隔布置的U型架，所述U型架的底板固定裝設于驅動電機（2-1）的缸體靠輸出軸側的端部上，上層U型架的兩側板和下層U型架的兩側板分別與一連接耳片（2-2-5）活動鉸接，上層的兩個連接耳片（2-2-5）的另一端分別通過兩個連接螺栓（2-2-6）裝設于相應的刀座（2-3-3）上，下層的兩個連接耳片（2-2-5）的另一端分別通過兩個連接螺栓（2-2-6）裝設于相應的滾珠座（2-4-1）上。
6.根據權利要求?5?所述的智能煙葉采摘機械手，其特征在于，所述活動支架包括工字型連接盤（2-2-2），其通過中心設置的螺紋孔套設于驅動電機（2-1）的輸出軸上并位于U型固定支架（2-2-1）的空間內，連接盤（2-2-2）的頂部兩端以及底部兩端均鉸接一活動連桿（2-2-4），頂部的活動連桿（2-2-4）與對應刀座（2-3-3）上的所述連接耳片（2-2-5）可轉動鉸接，底部的活動連桿（2-2-4）與對應滾珠座（2-4-1）上的所述連接耳片（2-2-5）可轉動鉸接，控制所述驅動電機（2-1）的輸出軸正反轉即能驅動連接盤（2-2-2）前進或后退，以帶動連接耳片（2-2-5）繞與活動連桿（2-2-4）和U型架側板之間的鉸接點轉動，使兩組機械爪同時張開或閉合；所述驅動電機（2-1）的輸出軸上于其末端和連接盤（2-2-2）之間裝設有限位塊（2-2-3），調節所述限位塊（2-2-3）在輸出軸上的相對位置即能調節兩組機械爪的開合角度。
7.根據權利要求6所述的智能煙葉采摘機械手，其特征在于，所述刀座（2-3-3）和滾珠座（2-4-1）的頂部和底部均設有一件所述的連接耳片（2-2-5），刀座（2-3-3）以及滾珠座（2-4-1）上均開設有兩個上下貫通的通孔，連接耳片（2-2-5）上對應位置也開設有兩個通孔，兩件連接耳片（2-2-5）之間通過所述連接螺栓（2-2-6）穿設于所述通孔內緊固連接，所述活動連桿（2-2-4）以及U型架...
【技術特征摘要】
1.一種智能煙葉采摘機械手，包括裝設于移動載體（6）上的機械臂（3），所述機械臂（3）的末端裝設有雙目攝像頭（1）和末端執行器（2），機械臂（3）通過上位機進行控制，并能通過編程智能控制所述雙目攝像頭（1）進行路徑規劃，配合末端執行器（2）的開合來執行作業路徑的往復動作，其特征在于，所述末端執行器（2）包括驅動電機（2-1）、連接模組（2-2）、煙葉切割機械爪（2-3）以及防刮滾珠機械爪（2-4），所述煙葉切割機械爪（2-3）和防刮滾珠機械爪（2-4）呈上下平行布置，且均通過所述連接模組（2-2）與所述驅動電機（2-1）的輸出軸相連由其驅動同時做張開和閉合動作，兩組機械爪閉合工作時能形成兩個環抱煙桿（4）的同心圓，上方的煙葉切割機械爪（2-3）形成的切割圓大于煙桿（4）的外周，下方的防刮滾珠機械爪（2-4）形成的防刮圓始終能與煙桿（4）的外周相接觸；
2.根據權利要求1所述的智能煙葉采摘機械手，其特征在于，所述驅動電機（2-1）通過一法蘭盤（2-5）與所述機械臂（3）的末端接口處相連，所述雙目攝像頭（1）置于驅動電機（2-1）的缸體上方并與所述法蘭盤（2-5）緊固連接，雙目攝像頭（1）裝有攝像頭的一側面向所述煙葉切割機械爪（2-3）。
3.根據權利要求2所述的智能煙葉采摘機械手，其特征在于，所述煙葉切割機械爪（2-3）包括兩組相對布置的半圓形割刀模組，所述半圓形割刀模組包括半圓形割刀（2-3-1）和設有半圓形安裝面的刀座（2-3-3），所述割刀（2-3-1）通過多個割刀固定螺釘（2-3-2）貼合裝設于所述刀座（2-3-3）的半圓形安裝面上，割刀（2-3-1）朝上的一端開刃，所述煙葉切割機械爪（2-3）在閉合工作時，兩組半圓形割刀（2-3-1）之間圍合成所述切割圓，割刀（2-3-1）始終不與煙桿（4）外周接觸。
4.根據權利要求3所述的智能煙葉采摘機械手，其特征在于，所述防刮滾珠機械爪（2-4）包括兩組相對布置的半圓形滾珠模組，所述半圓形滾珠模組包括設有半圓形安裝槽的滾珠座（2-4-1）以及多個滾珠（2-4-2），多個所述滾珠（2-4-2）通過伸縮彈簧（2-4-3）串聯在一起并裝設于滾珠座（2-4-1）的半圓形安裝槽內，所述伸縮彈簧（2-4-3）的兩端分別通過一滾珠固定螺栓（2-4-4）裝設于半圓形安裝槽的兩端，所述防刮滾珠機械爪（2-4）在閉合工作時，兩組伸縮彈簧（2-4-3）上的滾珠（2-4-2）圍合成能自動伸縮的滾珠環，滾珠環的內側形成所述的防刮圓，使各滾珠（2-4-2）始終與煙桿（4）外周保持接觸。
5.根據權利要求4所述的智能煙葉采摘機械手，其特征在于，所述連接模組（2-2）包括固定支架（2-2-1）以及活動支架，所述固定支架（2-2-1）包括兩件呈上下平行且間隔布置的u型架，所述u型架的底板固定裝設于驅動電機（2-1）的缸體靠輸出軸側的端部上，上層u型架的兩側板和下層u型架的兩側板分別與一連接耳片（2...
【專利技術屬性】
技術研發人員：孫超然，蔣蘋，譚紹輝，趙金輝，楊學軍，李軍政，胡文武，石毅新，
申請(專利權)人：湖南農業大學，
類型：發明
國別省市：
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