CN101066022A - 一种直线电机驱动的采摘机器人末端执行器 - Google Patents

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Abstract

一种直线电机驱动的采摘机器人末端执行器,涉及采摘机器人领域。其由手指、橡胶、连杆和曲柄、齿轮、双面齿条、直线电机定子、直线电机动子、气囊、推板、末端执行器壳体、真空发生器、吸盘、固定夹等组成。吸盘、齿条和推板与直线电机的动子固定,通过直线电机动子的直线运动,同时带动吸盘的前进和后退,以吸住果实并拉动果实后退,从果束中分离;带动齿轮和曲柄的转动,经过平行四杆机构传动,使手指张开和合拢以抓住果实;带动推板前进,压缩气囊,将果实附近的叶子吹开,从而避免叶子对果实的遮挡和对末端执行器采摘动作的干扰。本发明只需一个电机带动而完成果实的采摘,结构简单紧凑,精度高,运动平滑可靠。

Description

一种直线电机驱动的采摘机器人末端执行器
技术领域
本发明涉及采摘机器人领域,特别涉及一种直线电机驱动的采摘机器人末端执行器。
背景技术
果实采摘机器人末端执行器一般由手指机构完成抓取,再通过剪切机构或扭转动作使果实分离。在采摘过程中,常常由于多个果实成束生长,手指难以顺利抓取,且容易碰伤相邻果实;同时,由于叶子的遮挡,采摘机器人往往难以发现果实,并对采摘动作造成干扰。现有采摘机器人末端执行器,难以有效处理以上问题,使果实采摘成功率受到很大影响。如台湾国立中兴大学李芳繁等开发的柑橘采摘机器人末端执行器(采摘柑橘果实机器手臂之研制.农业机械学刊,1999,8(3):1-8.)仅能通过一个直流电机带动,完成三个手指的开合;而日本冈山大学N.Kondo等开发的番茄采摘机器人末端执行器(End-Effectors for Tomato HarvestingRobot.Artificial Intelligence Review 12:11-25,1998.),通过增加一个吸盘使目标果实与果束分离,但必须增加相应的直流电机和齿轮齿条机构带动,增加了机构的复杂性和控制难度,且仍无法处理叶子的遮挡问题。
发明内容
为了克服现有采摘方法和装置的不足,本发明提供一种直线电机驱动的采摘机器人末端执行器,利用直线电机驱动实现果实的采摘。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:吸盘、齿条和推板依次固定于直线电机的动子上,通过直线电机动子的直线运动,同时驱动吸盘吸附装置、手指开合装置和气囊吹气装置。直线电机驱动吸盘吸附装置,带动吸盘的前进和后退,以吸住果实并拉动果实后退,从果束中分离;直线电机驱动手指开合装置,带动齿轮和曲柄的转动,经过平行四杆机构传动,使手指张开和合拢以抓住果实;直线电机驱动气囊吹气装置,带动推板前进,压缩气囊,将果实附近的叶子吹开,从而避免叶子对果实的遮挡和对末端执行器采摘动作的干扰。
本发明的有益效果是,只需一个电机带动而完成果实的采摘,结构简单紧凑,精度高,运动平滑可靠。
附图说明
图1为直线电机驱动的采摘机器人末端执行器主视图,图2为直线电机驱动的采摘机器人末端执行器俯视图。
图中1.手指,2.连杆,3.曲柄,4.齿轮,5.双面齿条,6.直线电机定子,7.直线电机动子,8.气囊,9.推板,10.壳体,11.真空发生器,12.齿轮,13.连杆,14.曲柄,15.手指,16.橡胶,17.吸盘,18.橡胶。
具体实施方式
如图1、图2所示,该直线电机驱动的采摘机器人末端执行器由直线电机驱动,直线电机的定子(6)与壳体(10)固定,直线电机的动子(7)相对直线电机定子(6)做直线运动。直线电机动子(7)由前往后依次固联吸盘(17)、双面齿条(5)和推板(9),以分别带动吸盘吸附装置、气囊吹气装置和手指开合机构。
其中吸盘吸附装置中,吸盘(17)通过真空软管与真空发生器(11)相连,由真空发生器(11)产生真空负压,使吸盘(17)产生吸力;直线电机动子(7)直线运动可以带动吸盘(17)直线前进和后退。
气囊吹气装置中,气囊(8)与壳体(10)固定,并经吹气管与推板相联,当直线电机动子(7)带动并通过固联于其上的推板(9)直线前进时,压缩气囊(8)吹出气体;直线电机动子(7)带动推板(9)直线后退时,气囊(8)由大气压作用而自动充气。
手指开合装置包括完全对称的两部分,分别带动两手指张开与合拢。其中一部分由手指(1)、连杆(2)、曲柄(3)、齿轮(4)、橡胶(18)、壳体(10)组成,对称部分由手指(15)、连杆(13)、曲柄(14)、齿轮(12)、橡胶(16)、壳体(10)组成;其中双面齿条(5)分别与齿轮(4)和齿轮(12)相连。
以其中的一部分为例,曲柄(3)与齿轮(4)固联,齿轮(4)由壳体(10)支承,并与双面齿条(5)连接,由其带动做定轴转动,曲柄(3)随齿轮(4)转动;曲柄(3)与手指(1)铰连,连杆(2)两端分别与壳体(10)和手指(1)铰连,手指(1)上贴有橡胶(18)。曲柄(3)、壳体(10)、连杆(2)、手指(1)构成平行四边形机构。当直线电机动子(7)带动与直线电机定子(6)固定的双面齿条(5)做直线运动时,双面齿条(5)推动齿轮(4)转动,并带动曲柄(3)转动,经过平行四杆机构传动,使手指(1)张开或合拢。
果实采摘时,当末端执行器达到靠近果实位置,直线电机启动,使直线电机动子(7)相对于直线电机定子(6)做直线运动,并带动与直线电机定子(6)固定的双面齿条(5)、吸盘(17)和推板(9)同时向前运动。双面齿条(5)同时推动齿轮(4)和齿轮(12)转动,并带动手指(1)和手指(15)张开,平行四杆机构保证手指(1)和手指(15)始终保持平行;同时推板(9)压缩气囊(8),使气囊(8)吹气,将果实附近的叶子吹开,从而避免叶子对果实的遮挡和对末端执行器采摘动作的干扰;此时真空发生器(11)打开,使吸盘(17)产生吸力;当吸盘(17)接触并吸住果实后,直线电机反向,直线电机动子(7)向后运动,带动手指(1)和(15)合拢,此时气囊(8)自动恢复并充满气体;当手指(1)和(15)抓住果实后,直线电机停止,并由机械手带动末端执行器转动,将果梗扭断,从而完成果实的采摘。

Claims (5)

1.一种直线电机驱动的采摘机器人末端执行器,其特征在于:其由直线电机驱动,直线电机的定子(6)与壳体(10)固定;直线电机动子(7)由前往后依次固联吸盘吸附装置的吸盘(17)、手指开合机构的双面齿条(5)。
2.根据权利要求1所述的直线电机驱动的采摘机器人末端执行器,其特征在于:所述吸盘吸附装置中,吸盘(17)通过真空软管与真空发生器(11)相连,由真空发生器(11)产生真空负压,使吸盘(17)产生吸力;直线电机动子(7)直线运动可以带动吸盘(17)直线前进和后退。
3.根据权利要求1所述的直线电机驱动的采摘机器人末端执行器,其特征在于:所述手指开合装置包括完全对称的两部分,其中一部分由依次连接的手指(1)、连杆(2)、曲柄(3)、齿轮(4)和壳体(10)组成,对称部分由由依次连接的手指(15)、连杆(13)、曲柄(14)、齿轮(12)和壳体(10)依次组成;其中双面齿条(5)分别与齿轮(4)和齿轮(12)相连。
4.根据权利要求3所述的直线电机驱动的采摘机器人末端执行器,其特征在于:所述手指开合装置中手指(1、15)上贴有橡胶(18、16)。
5.根据权利要求1所述的直线电机驱动的采摘机器人末端执行器,其特征在于:设有气囊吹气装置,其中气囊(8)与壳体(10)固定,并经吹气管与固联于直线电机动子上的推板相联。
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