(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210695143.3 (22)申请日 2022.06.20 (71)申请人 上海第二工业大 学 地址 201209 上海市浦东 新区金海路23 60 号 (72)发明人 杨淑珍　张景敏　陈浩　 (74)专利代理 机构 上海正旦专利代理有限公司 31200 专利代理师 王洁平 (51)Int.Cl. A01G 18/70(2018.01) G01D 21/02(2006.01) (54)发明名称 一种可判别采摘状态的智能蘑菇采摘末端 执行器 (57)摘要 本发明公开了一种可判别采摘状态的智能 蘑菇采摘末端执行器； 其包括采摘执行机构、 扭 矩传感器、 角度传感器和压力传感器等结构。 本 发明通过对生长姿态各异蘑菇及采摘力难度不 同蘑菇进行采摘策略研究， 设计了旋转功能和推 动功能结合的结构， 可适应不同生长倾斜角度的 蘑菇采摘； 并提供了旋转采摘方式、 推动采摘等 多种采摘方式， 可实现对蘑菇的分类采摘； 进一 步地， 提出一种采摘状态智能判别方法可实现对 旋转及推动采摘状态的监测和判别。 本发明可有 效的提升蘑菇采摘末端执行器的智能化水平并 提高无损采摘成功率。 本发明同样适用于褐菇、 草菇等具有类似培 育方式的食用菌的采摘。 权利要求书1页 说明书5页 附图6页 CN 115176648 A 2022.10.14 CN 115176648 A 1.一种可判别采摘状态的智能蘑菇采摘末端执行器， 其特征在于， 其包括采摘执行机 构 （1） 、 扭矩传感器 （2） 、 角度传感器 （3） 和压力传感器组 （4） ； 其中： 采摘执行机构 （1） 包含 吸盘金具 （9） 、 柔性吸盘 （18） 、 摆杆 （12） 、 推动电机 （14） 、 推动丝 杆滑台 （7） 、 旋转电机 （13） 、 小 齿轮 （15） 和大齿轮 （17） ； 柔性吸盘 （18） 通过抽负压吸住蘑菇， 其安装在吸盘金具 （9） 的末端； 吸盘金具 （9） 的上 部套设滑套 （8） ， 滑套 （8） 和推动丝杆滑台 （7） 上的滑块相连； 摆杆 （12） 水平设置， 扭矩传感 器 （2） 套在吸盘金具 （9） 上后嵌套在摆 杆 （12） 的孔内， 摆 杆 （12） 的两端和安装在大齿轮固定 块 （10） 上的大齿轮 （17） 固定连接， 大齿轮 （17） 和 小齿轮 （15） 啮合， 小齿轮 （15） 安装在旋转 电机 （13） 的电机输出轴上； 工作时， 旋转电机 （13） 驱动小齿轮 （15） 转动带动大齿轮固定块 （10） 、 大齿轮 （17） 和摆杆 （12） 一起旋转运动， 以此实现对目标蘑菇的单向旋转或者正反转 旋转采摘动作； 推动电机 （14） 驱动推动丝杆滑台 （7） 上的滑 块做水平方向的前后运动， 带动 滑套 （8） 移动， 进而带动吸盘金具 （9） 上的柔性吸盘 （18） 摆动， 以此实现对目标蘑菇的推动 或往复推动采摘动作； 扭矩传感器 （2） 为环形， 其套在吸盘金具 （9） 上， 同时嵌套在摆杆 （12） 的孔 内， 扭矩传感 器 （2） 用于在旋转采摘时对蘑菇受到的旋转扭矩的大小进 行检测； 角度传感器 （3） 安装在 摆 杆 （12） 的侧壁， 用于测量推动或往复推动采摘时柔性吸盘 （18） 的推动角度大小； 压力传感 器组 （4） 安装在柔 性吸盘 （18） 上， 用于测量目标蘑菇 表面与吸盘的接触力。 2.根据权利要求1所述的蘑菇采摘末端执行器， 其特征在于， 压力传感器组 （4） 包括3个 薄膜压力 传感器， 其均匀间隔分布在柔性吸盘 （18） 上， 基于卡尔曼滤波融合算法融合3个压 力传感器的信号 获得接触压力， 以克服布置单个压力 传感器容易造成压力收集不充分导致 局部由于 压力过大造成蘑菇的损伤。 3.一种基于权利要求1所述的可判别采摘 状态的智能蘑菇采摘末端执行器的蘑菇采摘 状态判别方法， 其特征在于： 根据不同采摘方式在采摘过程中相应采摘参数是否出现相应 的变化趋势， 是否出现突变转折点， 以此判别采摘状态； 采摘方式包括单向旋转或正反转旋 转采摘方式、 推动或往复推动采摘方式； 采摘参数包括接触压力、 旋转扭矩和推动角度。 4.根据权利要求3所述的蘑菇采摘 状态判别方法， 其特征在于： 单向旋转或正反转旋转 采摘方式时的采摘状态判别方法为： 检测采摘过程中作用在蘑菇上的接触压力与旋转扭 矩， 当接触压力迅速达到能够固定蘑菇菇帽的设定阈值， 旋转扭矩处于上升过程时， 表示处 于旋转采摘进行阶段； 采摘进行阶段， 若接触压力达到允许压力， 则表示蘑菇表面要被损 伤； 旋转扭矩到最大值后突然变小、 采摘压力产生瞬间突变时， 表 示菌柄与培养基完成了脱 离， 旋转采摘完成。 5.根据权利要求3所述的蘑菇采摘 状态判别方法， 其特征在于， 推动采摘或往 复推动采 摘时的采摘状态判别方法为： 检测采摘过程中的作用在蘑菇上的接触压力与推动角度， 当 采摘压力迅速达到能够固定蘑菇菇帽的设定阈值并基本保持在该值附近、 推动角度在增大 时， 表示处于采摘推出阶段；  在采摘推出阶段， 若接触压力达到允许压力， 则表示蘑菇表 面 要被损伤； 在推动角度在增大、 接触压力产生瞬间突变区时， 表示菌柄与培养基完成了脱 离， 采摘推出阶段完成； 当推动角度由最大值减小时， 表示处于采摘 返回阶段； 当推动角度 减小到0度时， 往复推动采摘结束， 完成采摘。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115176648 A 2一种可判别采 摘状态的智能蘑菇采 摘末端执行器 技术领域 [0001]本发明涉及 一种采摘状态可判别的智能蘑菇采摘末端执行器， 特别是涉及工厂化 生产中的双孢蘑菇与褐菇的采摘装置， 属于果蔬采摘技 术领域。 背景技术 [0002]目前， 双孢蘑菇的主流生产方式是工厂化生产， 在工厂化生产中， 双孢蘑菇的培育 过程除了采收， 其它过程例如上料、 覆土、 分级、 包装等 都基本实现了机械化、 自动化。 然而， 一方面， 由于双孢蘑菇 生长异构性大， 例如菌种不同会使得双孢蘑菇的生长高度参差不齐、 生长姿态不一， 特别是一些蘑菇生长后会倾斜一定的角度， 此类的蘑菇自动化采摘存在一 定难度。 并且由于蘑菇本身质地脆嫩易损， 在采摘过程中容易由于采摘参数设置或者采摘 方式的不合理造成大量的机械采摘损伤， 需要提供多种采摘方式来适应不同生长状态的双 孢蘑菇以及对 采摘过程中的采摘参数进行检测并智能判别采摘的状态。 发明内容 [0003]为了解决以上的技术问题， 本发明提供一种可判别采摘状态的智能蘑菇采摘末端 执行器本发 明针对蘑菇自动化采摘的两种采摘方式： 旋转采摘和推动采摘， 其中： 旋转采摘 是指吸盘 吸住蘑菇后旋转， 使得蘑菇的菌柄与培养土分离， 推动采摘是指吸盘 吸住蘑菇后 推动， 通过菌柄和培养土 之间夹角、 水平位移的变化使得蘑菇的菌柄与培养土分离， 利用智 能蘑菇采摘末端 执行器对在这两种采摘方式下的采摘状态进 行识别， 进而 可以基于采摘状 态判断结果指导采摘过程， 以满足异构蘑菇的多样化无损采摘需求， 有效提高无损采摘成 功率和采摘质量。 [0004]本发明的技 术方案具体介绍如下。 [0005]本发明提供一种可判别采摘状态的智能蘑菇采摘末端执行器， 其包括采摘执行机 构、 扭矩传感器、 角度传感器和压力传感器组； 其中： 采摘执行机构包含吸盘金具、 柔性吸盘、 摆杆、 推动电机、 推动丝杆滑台、 旋转电 机、 小齿轮和大齿轮； 柔性吸盘通过抽负压吸住蘑菇， 其安装在吸盘金具的末端； 吸盘金具的上部套设 滑套， 滑套和推动丝杆滑台上的滑块相连； 摆杆水平设置扭矩传感器套在吸盘金具上后， 嵌 套在摆杆的孔内， 摆杆的两端和安装在大齿轮固定块上 的大齿轮固定连接， 大齿轮和小齿 轮啮合， 小齿轮安装在旋转电机的电机输出轴上； 工作时， 旋转电机驱动小齿轮转动带动大 齿轮固定块、 大齿轮和摆杆一起旋转运动， 以此实现对目标蘑菇的单向旋转或者正反转旋 转采摘动作； 推动电机驱动推动丝杆滑台上的滑 块做水平方向的前后运动， 带动滑套移动， 进而带动吸盘金 具上的柔性吸盘摆动， 以此实现对目标蘑菇的推动或往复推动采摘动作； 扭矩传感器为环形， 其套在吸盘金具上， 同时嵌套在摆杆的孔内， 扭矩传感器用于 在旋转采摘时对蘑菇受到的旋转扭矩的大小进行检测； 角度传感器安装在摆杆的侧 壁， 用 于测量推动或往复推动采摘时柔性吸盘的推动角度大小； 压力传感器组安装在柔性吸盘说　明　书 1/5 页 3 CN 115176648 A 3