CN101066022B - 一种直线电机驱动的采摘机器人末端执行器 - Google Patents

一种直线电机驱动的采摘机器人末端执行器 Download PDF

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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，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 (4)

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所述的一种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所述的一种直线电机驱动的采摘机器人末端执行器，其特征在于：所述手指开合机构包括以双面齿条(5)为对称中心完全对称的两部分，每一部分由手指、连杆、曲柄、齿轮和壳体(10)组成，曲柄与齿轮固联，齿轮由壳体(10)支承，并与双面齿条(5)齿轮啮合，由双面齿条(5)带动做定轴转动，曲柄随齿轮转动；曲柄与手指铰连，连杆两端分别与壳体(10)和手指铰连。
4.根据权利要求3所述的一种直线电机驱动的采摘机器人末端执行器，其特征在于：所述手指开合机构中手指(1、15)上贴有橡胶(18、16)。
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