CN106472006B - 果蔬采摘机器人的末端执行器 - Google Patents

Abstract

一种果蔬采摘机器人的末端执行器，包括抓取系统、切割系统、传感系统、外壳等，抓取系统是利用五个高速旋转的橡胶滚筒在高速旋转带有巨大摩擦力而将水果拽到执行器内腔，实现抓取水果的动作；切割系统是丝杆驱动菱形框架前后伸缩移动，推动电磁机构和锯片前后伸缩移动，使用电磁机构高速反复驱动锯齿刀片对枝条进行切割；传感系统由压力传感器、微型视觉传感器等组成，在抓取果实、切割果柄的过程中起到连接动作和控制过程的作用。本发明用新颖的抓取、传动、切割方式，简单可靠，大幅提高智能采摘机器人的采摘速度，控制难度及成本低。可满足球状采摘机器人的需要，对提高果实采摘机器人采摘速度及对该类型机器人的实用化和商品化大有裨益。

Description

果蔬采摘机器人的末端执行器

技术领域

本发明涉及一种果蔬采摘机器人的末端执行器，属于机械技术领域。

背景技术

柑橘属这类水果亩产量数量较大采摘更需要耗费巨大的人力，目前世界上没有什么方法或农业机械能够有效的解决这一问题。现有两种末端执行器，一种为利用腕关节的两个垂直方向上的转动来模拟人掰拧果柄的动作，另一种为两半球形夹盖夹取水果后，利用旋转刀片切割。两种执行器分别有无法连续采摘、易破坏果实表面不利于存储和抓取准确率低的缺点，且两种方法皆无法实现对果实连续的采摘作业，无法应付生长密度高的柑橘属这类水果的采摘。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术不足，提供一种果蔬采摘机器人的末端执行器。

本发明所述末端执行器结构包括：抓取系统、切割系统、传感控制系统、外壳四部分。

所述抓取系统包括电动机、直齿圆柱齿轮、橡胶滚筒I、直齿圆锥齿轮轴I、直齿圆锥齿轮轴II、橡胶滚筒II、橡胶滚筒III、橡胶滚筒IV、涡轮、涡轮轴、齿形链、蜗杆、小滚筒轴I、橡胶滚筒V、滚筒连接套、小滚筒轴II；安装于抓取系统电动机轴上的直齿圆柱齿轮与直齿圆锥齿轮轴I啮合，直齿圆锥齿轮轴I与直齿圆锥齿轮轴II啮合，同时直齿圆锥齿轮与蜗杆后端的直齿圆锥齿轮啮合，蜗杆与涡轮轴上涡轮啮合，涡轮轴经齿形链可驱动小滚筒轴I与小滚筒轴II，五个滚筒连接套分别安装于直齿圆锥齿轮轴I、直齿圆锥齿轮轴II、蜗杆、小滚筒轴I与小滚筒轴II上，五个橡胶滚筒分别与其滚筒连接套固连；抓取系统电动机经直齿圆柱齿轮啮合驱动直齿圆锥齿轮轴I旋转，直齿圆锥齿轮轴I分别经齿轮传动驱动直齿圆锥齿轮轴II与蜗杆进行旋转，蜗杆啮合涡轮轴驱动齿形链来带动小滚筒轴I和小滚筒轴II旋转，如此，驱动五个橡胶滚筒向中心旋转，五个橡胶滚筒利用旋转及其对果蔬表皮的高摩擦力将果实抓取至末端执行器内部。

所述切割系统包括切割系统电动机、丝杆螺母机构、固定支架、菱形机构、切割器、锯片、电磁机构；切割系统电动机转轴上装有丝杆，丝杆与螺母组成丝杆螺母机构，菱形机构一端分别由转动销连接于固定支架与螺母上，菱形机构另一端分别由转动销与滑动槽连接于切割器，切割器上装有电磁机构与能够小幅度往复运动的锯片；切割系统电动机带动丝杆，使得螺母向前移动，伸展菱形机构，使得切割器向前推进，切割器上的电磁机构驱动锯片进行快速的往复锉动，从而将抓取系统抓取的果实的枝条剧断。

所述传感控制系统包括压力传感器、微型视觉传感器；压力传感器分别装于大橡胶滚筒与其滚筒连接套之间，微型视觉传感器装于切割器上方；压力传感器用于检测橡胶滚筒的压力，微型视觉传感器用于检测抓取部分是否有果实存在，传感控制系统用于协调抓取系统和切割系统的工作。

本发明的有益效果是：该装置解决了前代果蔬采摘末端执行器无法连续采摘、无法实现对果实连续的采摘作业、无法应付生长密度高的水果、易破坏果实表面不利于存储和抓取准确率低的问题。这款新型机械手能够从各个角度进行对果实的抓取和采摘，且下方能够直接连接收集装置，一边采摘一边收集，大幅度提高采摘速度。该装置实用性高，便于生产加工，成本低，且具有巨大的创新意义，不同于以往的采摘机械手。这款末端执行器，适用于大部分球状果蔬的收割，具有很大的适应性和广阔的应用前景，同时也具有很好的推广价值，对未来新型农业的发展有巨大的意义。

附图说明

图1是本发明的等轴测图，图中：1-外壳，2-抓取系统，3-切割系统；

图2(a)是本发明的抓取系统及切割系统的俯视图，图2(b)是抓取系统的传动部分的轴测图；

图中：4-抓取系统电动机，5-直齿圆柱齿轮，6-直齿圆锥齿轮轴I，7-橡胶滚筒I，8-压力传感器，9-直齿圆锥齿轮轴II，10-橡胶滚筒II，11-橡胶滚筒III，12-橡胶滚筒IV，13-齿形链，14-蜗杆，15-涡轮,16-涡轮轴，17-小滚筒轴I，18-橡胶滚筒V，19-滚筒连接套，20-小滚筒轴II，21-微型视觉传感器；

图3(a)是本发明的切割系统伸展的俯视图，图3(b)是本发明的切割系统压缩的俯视图；

图中：22-切割系统电动机，23-丝杆螺母机构，24-固定支架，25-菱形机构，26-转动销，27-切割器，28-锯片，29-电磁机构；

图4是本发明的采摘工作剖视图；图中：G-果实。

具体实施方式

下面参照附图，对本发明的具体实施作进一步的详细说明。

如图1、图2(a)所示，末端执行器由抓取系统、切割系统、传感控制系统、外壳四部分组成。

抓取系统2主要由抓取系统电动机4、直齿圆柱齿轮5、直齿圆锥齿轮轴I6、橡胶滚筒I7、直齿圆锥齿轮轴II9、橡胶滚筒II10、橡胶滚筒III11、橡胶滚筒IV12、齿形链13、蜗杆14、涡轮15、涡轮轴16、小滚筒轴I17、橡胶滚筒V18、滚筒连接套19、小滚筒轴II20组成；安装于抓取系统电动机4轴上的直齿圆柱齿轮5与直齿圆锥齿轮轴I6啮合，直齿圆锥齿轮轴I6与直齿圆锥齿轮轴II9啮合，同时直齿圆锥齿轮与蜗杆14后端的直齿圆锥齿轮啮合，蜗杆14与涡轮轴16上涡轮15啮合，涡轮轴经齿形链可驱动小滚筒轴I17与小滚筒轴II20，5个滚筒连接套19分别安装于直齿圆锥齿轮轴I6、直齿圆锥齿轮轴II9、蜗杆14、小滚筒轴I17与小滚筒轴II20上，五个橡胶滚筒I7、II10、III11、IV12、V18分别与其滚筒连接套19固连；抓取系统电动机4经直齿圆柱齿轮5啮合驱动直齿圆锥齿轮轴I6旋转，直齿圆锥齿轮轴I6分别经齿轮传动驱动直齿圆锥齿轮轴II9与蜗杆14进行旋转，蜗杆14啮合涡轮轴16驱动齿形链13来带动小滚筒轴I17和小滚筒轴II20旋转，如图4，驱动五个橡胶滚筒向中心旋转，五个橡胶滚筒利用旋转及其对果蔬表皮的高摩擦力将果实抓取至末端执行器内部。

切割系统3主要由切割系统电动机22、丝杆螺母机构23、固定支架24、菱形机构25、转动销26、切割器27、锯片28、电磁机构29组成；切割系统电动机22转轴上装有丝杆，丝杆与螺母组成丝杆螺母机构23，菱形机构25一端分别由转动销连接于固定支架24与螺母上，菱形机构另一端分别由转动销26与滑动槽连接于切割器27，切割器27上装有电磁机构29与能够小幅度往复驱动的锯片28；切割系统电动机22带动丝杆，使得螺母向前移动，伸展菱形机构25，使得切割器27向前推进，切割器27上的电磁机构29驱动锯片28进行快速的往复锉动，从而将抓取系统抓取的果实的枝条剧断。

传感控制系统主要由压力传感器8、微型视觉传感器21组成；压力传感器8分别装于大橡胶滚筒I7、II10、V18与其滚筒连接套19之间，微型视觉传感器21装于切割器27上方；压力传感器8用于检测橡胶滚筒的压力，微型视觉传感器21用于检测抓取部分是否有果实存在于切割范围中，若无则启动切割系统进行切割，若有则控制抓取系统电动机加大扭矩进行抓取，传感控制系统用于协调抓取系统2和切割系统3的工作。

上述实施例仅表达了本发明的一种实施方式，且描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (1)

1.一种果蔬采摘机器人的末端执行器，其特征在于，所述末端执行器结构包括：抓取系统、切割系统、传感控制系统、外壳；

所述抓取系统包括电动机、直齿圆柱齿轮、橡胶滚筒I、直齿圆锥齿轮轴1、直齿圆锥齿轮轴II、橡胶滚筒II、橡胶滚筒III、橡胶滚筒IV、涡轮、涡轮轴、齿形链、蜗杆、小滚筒轴I、橡胶滚筒V、滚筒连接套、小滚筒轴II；安装于抓取系统电动机轴上的直齿圆柱齿轮与直齿圆锥齿轮轴I啮合，直齿圆锥齿轮轴I与直齿圆锥齿轮轴II啮合，同时直齿圆锥齿轮与蜗杆后端的直齿圆锥齿轮啮合，蜗杆与涡轮轴上涡轮啮合，涡轮轴经齿形链可驱动小滚筒轴I与小滚筒轴II，五个滚筒连接套分别安装于直齿圆锥齿轮轴I、直齿圆锥齿轮轴II、蜗杆、小滚筒轴I与小滚筒轴II上，五个橡胶滚筒分别与其滚筒连接套固连；抓取系统电动机经直齿圆柱齿轮啮合驱动直齿圆锥齿轮轴I旋转，直齿圆锥齿轮轴I分别经齿轮传动驱动直齿圆锥齿轮轴II与蜗杆进行旋转，蜗杆啮合涡轮轴驱动齿形链来带动小滚筒轴I和小滚筒轴II旋转，如此，驱动五个橡胶滚筒向中心旋转，五个橡胶滚筒利用旋转及其对果蔬表皮的高摩擦力将果实抓取至末端执行器内部；

所述切割系统包括切割系统电动机、丝杆螺母机构、固定支架、菱形机构、切割器、锯片、电磁机构；切割系统电动机转轴上装有丝杆，丝杆与螺母组成丝杆螺母机构，菱形机构一端分别由转动销连接于固定支架与螺母上，菱形机构另一端分别由转动销与滑动槽连接于切割器，切割器上装有电磁机构与能够小幅度往复运动的锯片；切割系统电动机带动丝杆，使得螺母向前移动，伸展菱形机构，使得切割器向前推进，切割器上的电磁机构驱动锯片进行快速的往复锉动，从而将抓取系统抓取的果实的枝条剧断；

所述传感控制系统包括压力传感器、微型视觉传感器；压力传感器分别装于大橡胶滚筒与其滚筒连接套之间，微型视觉传感器装于切割器上方；压力传感器用于检测橡胶滚筒的压力，微型视觉传感器用于检测抓取部分是否有果实存在，传感控制系统用于协调抓取系统和切割系统的工作。