这项创新涉及一种用于采摘草莓的自动化设备，属于农业机械技术范畴，详细说明了一种能够区分草莓软硬程度并适应其形状变化的专门用于白草莓采摘的机器人及其工作流程。
背景技术：
近些年白草莓的栽培范围持续扩大，白草莓的收获状况也跟着变得复杂。老式的手工收获难以准确判断白草莓的成熟程度，并且需要投入很多的时间和人力，给白草莓的种植行业造成了明显的资源消耗问题。
白草莓的色泽在整个发育过程中变化不大，因此无法通过观察颜色来判断其是否成熟，而依靠人工判断白草莓的成熟状况缺乏统一依据，容易受到个人判断的影响，这就需要许多具备丰富采摘经验的工人参与其中，目前大多数草莓采摘设备的机械臂在操作时，难以适应白草莓的形态，在采摘过程中容易对其娇嫩的果实造成破坏。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本方案提出一种具备软硬双重判别能力的形态自适应白草莓采摘装置及其操作流程，该装置能够精准判断物体的软硬属性，并凭借创新的结构构思和材料配置赋予机械手形态自适应特性，可对白草莓实施软硬辨别、择优采摘与妥善保存，本方案通过精巧的结构设计使机械臂能够匹配白草莓的轮廓，在作业时最大限度减少对果实的损伤，采用一种柔韧度高的感应装置用于测量压力和形变，从而完成对白草莓软硬程度的识别。
2、本发明采用的技术方案是：
3、一、一种可软硬识别的形状自适应白草莓采摘机器人：
4、白草莓采摘机器人包括摘取机构，用于白草莓的采摘。
白草莓采摘设备设有感应单元，该单元负责获取白草莓的质地判断信息，感应单元被安装在取果部件上。
白草莓采摘机器人设有储存装置，用于存放由拾取部件采集的白色果实。
白草莓采摘机器人设有移动装置，该装置用来搭载摘取部件和存放部件，同时负责整个机器人的位移功能。
白草莓采摘机器人设有控制单元，该单元负责接收传感单元传递的软硬判定信息，同时向取果部件和行走部件发出指令，用以指导取果部件执行摘取动作，并控制行走部件的位移，控制单元设置在行走部件上，其与行走部件、取果部件以及传感单元均实现电气连接。传感单元采集判定白草莓质地硬度的数据，随后将判定数据通报给管理单元，管理单元依据判定数据调控取果装置执行白草莓的采摘作业。
该装置的取用单元由机械臂和机械手构成，机械臂的基座固定在移动单元的顶部前方，机械臂的末梢安装机械手，传感单元设置在机械手上；机械臂配备电机ⅰ、电机ⅱ、电机ⅲ、电机ⅳ、电机ⅴ，并包含三个梯形连杆结构和旋转盘，电机ⅰ的主体装置在移动单元的顶面前方，电机ⅰ的输出端垂直朝上并同步对接到水平放置的旋转盘的底面中心，电机ⅱ借助第一支架在旋转盘的顶面中心水平固定，电机ⅱ的主体及其输出端在第一支架上水平铰接；三个梯形连杆结构依次连接，电机ⅱ和电机ⅴ分别水平铰接在第一梯形连杆结构的根部和第三梯形连杆结构的尖端，电机ⅲ和电机ⅳ分别水平铰接在三个相连的梯形连杆结构的连接点，所有电机的输出端相互平行且均与电机ⅰ垂直；电机ⅱ的主体和输出端与第一支架的铰接位置分别连接第一梯形连杆结构根部两侧，电机ⅱ的输出端同步对接第一梯形连杆结构的根部；电机ⅲ的主体和输出端在第一梯形连杆结构与第二梯形连杆结构的连接点两侧水平铰接，电机ⅲ的输出端同步对接第二梯形连杆结构的根部；电机ⅳ的主体和输出端在第二梯形连杆结构与第三梯形连杆结构的连接点两侧水平铰接，电机ⅳ的输出端同步对接第三梯形连杆结构的根部；电机ⅴ的主体和输出端在第三梯形连杆结构的末端两侧铰接，机械手安装在电机ⅴ上；所有电机与电控单元电性连接。
这个机械装置包含电机ⅵ、两根摇杆、滚珠丝杠装置、丝杠螺母、两个柔性抓手、两个底座以及第二安装架，电机ⅵ设置在第二安装架里面，电机ⅵ的输出轴指向摘取机构的末梢并且与电机的输出轴成直角，电机ⅵ的输出轴同时连接到滚珠丝杠装置的丝杠的一头，滚珠丝杠装置的丝杠的另一头配有丝杠螺母，电机ⅵ的输出轴和丝杠的中心轴处在同一条直线上；两个柔性抓手相对排列，两个柔性抓手的根部靠近的一边铰接在丝杠螺母的两侧，两根摇杆的一端分别铰接在第二安装架的两侧，两根摇杆的另一端分别铰接在两个柔性抓手的根部远离的一边，两根摇杆位于丝杠螺母的两侧；传感模块由两个传感片组成，两个传感片分别安装在两个柔性抓手正对的两侧手腹面并且相对排列；电机ⅵ和两个传感片都通过电线连接到控制模块。
机械臂的各个连接部位借助多个销钉连接。其动力系统包含电机ⅵ和滚珠丝杠组件，该组件能将电机ⅵ的旋转变为线性位移，整个构造可视为一种摇杆滑块系统，整个柔性手爪可看作是活动杆件，依靠各部件的配合运作，能够实现采撷过程中的张开与合拢。该机构的机械臂包含四个基本动作方向，分别是前后移动，左右移动，上下移动，以及围绕垂直轴的转动功能，通过装置上的电机实现机械臂绕垂直轴的转动运动。
该柔性抓手呈直角三角板形态，其一侧直角边构成根部，另一侧直角边形成手部正面并间隔排列；两根柔性抓手的根部直角边靠近端分别与丝杠螺母两侧对称连接，远离端则分别与两根摇杆的另一端相接。
这个柔性抓手采用树脂材料通过3D打印技术制造，其内部沿着手部长度方向布置着多组平行间隔的折纸结构，这些折纸结构的长度方向与抓手的手长方向形成垂直关系，在实际制作过程中，其内部包含9层并排设置的折纸结构。
该传感片由九个电阻应变片、第一弹性体pdms层、压阻薄膜以及第二弹性体pdms层构成，第一弹性体pdms层、压阻薄膜和第二弹性体pdms层依次堆叠排列，九个电阻应变片呈3×3阵列状，间隔相等地分布在第一弹性体pdms层朝向压阻薄膜的表面上，这些电阻应变片所在表面与两个柔性抓手正对的手腹面相贴合，每个电阻应变片均与控制模块实现电气连接。传感模块是一种由薄柔度压力应变传感器组成的阵列，该阵列负责采集白草莓承受的压力变化和形变数据，将压力与形变数据的比例值s传输给控制模块。
这个移动装置具体是一辆带四个轮子的驱动车，存放部件安装在驱动车的顶部靠后位置，存放部件的入口朝向上面。
16、二、一种形状自适应白草莓采摘机器人的采摘方法：
17、方法包括如下步骤：
步骤一：移动机构在控制模块的指挥下，行进到白草莓的附近，控制模块还操作摘取机构的机械手，使电机ⅵ的输出轴转动，由此驱动滚珠丝杠装置的丝杠转动，丝杠螺母沿着丝杠的长度方向，朝着远离电机ⅵ的方向移动，同时机械手的两个柔性抓手相互分离，并执行张开动作。
步骤二：控制单元驱动抓取单元的机械臂电机，使输出轴转动，从而让三个梯形杆件同步转动，并促使机械臂的两个软性夹持器移动到待摘取的白草莓处，确保白草莓处在检测单元的两个感应片之间；控制单元接着驱动抓取单元的电机ⅵ，让输出轴反向转动，带动滚珠丝杠装置的丝杠反向转动，使丝杠螺母沿着丝杠轴向向电机ⅵ侧移动，促使机械臂的两个软性夹持器相互靠近并夹紧待摘取的白草莓，保证白草莓夹在检测单元的两个感应片之间，直到控制单元检测到两个感应片出现信号变化时，停止电机ⅵ。
步骤三开始，控制模块让电机ⅵ的输出轴反向转动到设定圈数，导致两个传感片发生形变，信号随之改变并反馈给控制模块，控制模块通过信号变化了解待摘白草莓的软硬情况，如果软硬不合标准，控制模块就使电机ⅵ的输出轴正向转动，松开夹住的白草莓，然后重复步骤一至三，直到待摘白草莓的软硬达标，控制电机输出轴转动，摘下白草莓并放到存储装置里，接着重复步骤一至三，持续进行白草莓的连续采摘。
步骤三中，每个传感片输出的信号变化包含电阻应变片产生的形变反应和压力感应，这些形变反应和压力感应被传送到控制模块，控制模块针对每个电阻应变片，计算其形变反应和压力感应的软硬比例s，将软硬比例s划分为两个范围，标记为硬，标记为软，当某个传感片的九个电阻应变片的软硬比例s中，有六个或更多属于硬范围，则判定白草莓已成熟，符合采摘标准，当某个传感片的九个电阻应变片的软硬比例s中，少于六个属于硬范围，则判定白草莓未成熟，不符合采摘标准。草莓的软硬程度与其柔度成反比，柔度越高，软硬比值s就越大，表明草莓越成熟，软硬比值s也越高。
22、本发明的有益效果是：
这种柔性抓手采用折纸式构造，通过3d打印技术以树脂材料制成，其内部构造包含多层并行的折叠单元，赋予材料形态调节性能，能够贴合草莓表面的起伏轮廓，从而在采摘时最大限度减少对白草莓的伤害，同时这种形态调节特性也简化了白草莓的获取过程，有助于提升作业效率。
本发明使用一种柔韧性好的传感器，能够同时测量受力和形变情况，借助获取白草莓的形变反应和受力反应数据，可以分辨白草莓的软硬差异，从而实现对其的选择性抓取，防止未成熟的白草莓被摘取，有助于提升白草莓采摘工作的效率，适合用于白草莓的自动化采摘。