CN107567815A - 一种气囊式柑橘采摘机械手末端执行器及采摘方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种气囊式柑橘采摘机械手末端执行器及采摘方法，涉及农业采摘机器人领域，是由气囊筒、气囊进气孔、刀片对接件、一号旋转气缸、气囊、二号旋转气缸、切割刀片、机械臂连接件和波纹管收纳箱组成的，其特征是：所述气囊筒与机械臂连接件连接，所述刀片对接件安装在一号旋转气缸轴上，所述二号旋转气缸安装在气囊筒侧壁横板上，所述切割刀片安装在二号旋转气缸轴上，所述波纹管收纳箱与气囊筒下端连接，本发明采用气囊夹持柑橘，双刀片切割果柄的采摘方式，完成对准果实、靠近气囊夹持、刀片对接件接触果柄和切割刀片切断果柄工作过程，解决了柑橘采摘果柄过长和夹持易损伤的技术难题，实现了柑橘采摘自动化。
Description
技术领域
本发明涉及农业采摘机器人领域，具体地，涉及一种气囊式柑橘采摘机械手末端执行器及采摘方法。
背景技术
柑橘果树带刺，目前我国果农在采摘柑橘时，习惯用普通果剪采摘并且用手辅助，自己不仅容易受伤而且容易造成果柄过长，从而使得果实在堆积或运输时互伤果皮，从而使柑橘破损，造成柑橘汁液流出，缩短了柑橘的保存时间，而且随着我国城镇化发展和人老龄化问题日趋严重，劳动力短缺，研究柑橘采摘机械手实现柑橘自动化收获作业日趋重要。
柑橘采摘机器人的机械手末端执行器是安装在机械臂前端，直接与柑橘相接触，是采摘的关键执行部分。机械手末端执行器能否准确的抓取果实，实现果实果柄分离，能否自适应柑橘果实的柔嫩性，决定了果实采摘的效率和成功率，因此需要一种气囊式柑橘采摘机械手末端执行器及采摘方法，而目前这种气囊式柑橘采摘机械手末端执行器市场上是没有的。
发明内容
针对上述现有技术中的缺陷，本发明提供一种气囊式柑橘采摘机械手末端执行器及采摘方法，克服现有柑橘手工采摘效率低、机械化程度低的缺陷，本发明采用气囊夹持柑橘，双刀片切割果柄的采摘方式，解决了柑橘采摘果柄过长和夹持易损伤的技术难题。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：
一种气囊式柑橘采摘机械手末端执行器，是由气囊筒、气囊进气孔、刀片对接件、一号旋转气缸、气囊、二号旋转气缸、切割刀片、机械臂连接件和波纹管收纳箱组成的，其特征是：所述气囊筒与机械臂连接件连接，所述气囊进气孔设置在气囊筒侧壁上，所述刀片对接件安装在一号旋转气缸轴上，所述一号旋转气缸安装在气囊筒侧壁横板上，所述气囊设置在气囊筒内壁上，气囊有四个，均布在气囊筒内壁，所述二号旋转气缸安装在气囊筒侧壁横板上，所述切割刀片安装在二号旋转气缸轴上，所述波纹管收纳箱与气囊筒下端连接。
优选地，所述气囊筒内壁间距离为80mm，上端与刀片对接件间距为10mm。
优选地，所述刀片对接件成V型开口，开口角度为15°，开口深度为12mm，切割刀片宽度为10mm。
优选地，所述波纹管收纳箱内壁粘附有10mm的软硅胶材料。
一种气囊式柑橘采摘机械手末端执行器的采摘方法，包括如下步骤：对准果实、靠近气囊夹持、刀片对接件接触果柄和切割刀片切断果柄，其详细工作过程为：气囊放气，一号旋转气缸和二号旋转气缸旋转，使刀片对接件位于气囊筒下侧，切割刀片位于气囊筒上侧，机械臂经路径规划将机械手末端执行器送至柑橘果实的正下方10cm处，完成对准果实过程；机械手末端执行器慢慢沿柑橘轴线方向靠近果实，直至整个果实进入气囊筒夹持区域，气囊进气孔充气，气囊筒内壁上的四个气囊膨胀将果实夹持住，完成靠近气囊夹持过程；一号旋转气缸逆时针转动，带动刀片对接件慢慢靠近果柄，完成刀片对接件接触果柄过程；二号旋转气缸顺时针快速转动，切割刀片快速冲向果柄，将果柄切断并切入刀片对接件中，完成切割刀片切断果柄过程，最后气囊放气，采摘后的柑橘果实滑落到波纹管收纳箱中。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明设计的一种气囊式柑橘采摘机械手末端执行器及采摘方法利用多关节机械臂，通过多传感器信息融合实时获取、感知工作环境及柑橘信息，确保在不损伤柑橘的前提下，完成对准果实、靠近气囊夹持、刀片对接件接触果柄和切割刀片切断果柄工作过程，本发明采用气囊夹持柑橘，双刀片切割果柄的采摘方式，解决了柑橘采摘果柄过长和夹持易损伤的技术难题。
(1)本发明采用气囊对柑橘果实进行夹持，能够自适应柑橘外轮廓形状，保证无损采摘；
(2)本发明采用双刀片切割，刀片对接件首先提供支点，稳定果柄，切割刀片快速切割，能够提高切断果柄效率和成功率；
(3)本发明的波纹管收纳箱内壁粘附有10mm的软硅胶材料，柑橘滑落不会损伤果皮。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
下列附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，其与下述的具体实施方式一起用于解释本发明，但本发明的保护范围并不局限于下述附图及具体实施方式。在附图中：
图1为本发明的整体结构等轴测图；
图2为本发明的机械手末端执行器三维结构示意图；
图3为本发明采摘步骤的对准果实工作状态示意图；
图4为本发明采摘步骤的靠近气囊夹持工作状态示意图；
图5为本发明采摘步骤的刀片对接件接触果柄工作状态示意图；
图6为本发明采摘步骤的切割刀片切断果柄工作状态示意图。
图中：1气囊筒，2气囊进气孔，3刀片对接件，4一号旋转气缸，5气囊，6二号旋转气缸，7切割刀片，8机械臂连接件，9波纹管收纳箱。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，本发明的保护范围并不局限于下述的具体实施方式。
本发明设计的一种气囊式柑橘采摘机械手末端执行器及采摘方法利用多关节机械臂，通过多传感器信息融合实时获取、感知工作环境及柑橘信息，确保在不损伤柑橘的前提下，完成对准果实、靠近气囊夹持、刀片对接件接触果柄和切割刀片切断果柄工作过程，本发明采用气囊夹持柑橘，双刀片切割果柄的采摘方式，解决了柑橘采摘果柄过长和夹持易损伤的技术难题。
参见图1和图2所示，一种气囊式柑橘采摘机械手末端执行器，是由气囊筒1、气囊进气孔2、刀片对接件3、一号旋转气缸4、气囊5、二号旋转气缸6、切割刀片7、机械臂连接件8和波纹管收纳箱9组成的，其特征是：所述气囊筒1与机械臂连接件8连接，所述气囊进气孔2设置在气囊筒1侧壁上，所述刀片对接件3安装在一号旋转气缸4轴上，所述一号旋转气缸4安装在气囊筒1侧壁横板上，所述气囊5设置在气囊筒1内壁上，气囊5有四个，均布在气囊筒1内壁，所述二号旋转气缸6安装在气囊筒1侧壁横板上，所述切割刀片7安装在二号旋转气缸6轴上，所述波纹管收纳箱9与气囊筒1下端连接。
参见图2所示，优选地，所述气囊筒1内壁间距离为80mm，上端与刀片对接件3间距为10mm。
参见图2所示，优选地，所述刀片对接件3成V型开口，开口角度为15°，开口深度为12mm，切割刀片7宽度为10mm。
参见图1所示，优选地，所述波纹管收纳箱9内壁粘附有10mm的软硅胶材料。
为了帮助理解本发明的上述基本实施方式，参照图3至图6进行工作过程说明，本发明一种气囊式柑橘采摘机械手末端执行器的采摘方法，包括如下步骤：对准果实、靠近气囊5夹持、刀片对接件3接触果柄和切割刀片7切断果柄，其详细工作过程为：气囊5放气，一号旋转气缸4和二号旋转气缸6旋转，使刀片对接件3位于气囊筒1下侧，切割刀片7位于气囊筒1上侧，机械臂经路径规划将机械手末端执行器送至柑橘果实的正下方10cm处，完成对准果实过程；机械手末端执行器慢慢沿柑橘轴线方向靠近果实，直至整个果实进入气囊筒1夹持区域，气囊5进气孔充气，气囊筒1内壁上的四个气囊膨胀将果实夹持住，完成靠近气囊5夹持过程；一号旋转气缸4逆时针转动，带动刀片对接件3慢慢靠近果柄，完成刀片对接件3接触果柄过程；二号旋转气缸6顺时针快速转动，切割刀片7快速冲向果柄，将果柄切断并切入刀片对接件3中，完成切割刀片7切断果柄过程，最后气囊5放气，采摘后的柑橘果实滑落到波纹管收纳箱9中。
以上结合附图详细描述了本发明的具体实施方式，需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种气囊式柑橘采摘机械手末端执行器，其特征是：是由气囊筒、气囊进气孔、刀片对接件、一号旋转气缸、气囊、二号旋转气缸、切割刀片、机械臂连接件和波纹管收纳箱组成的，其特征是：所述气囊筒与机械臂连接件连接，所述气囊进气孔设置在气囊筒侧壁上，所述刀片对接件安装在一号旋转气缸轴上，所述一号旋转气缸安装在气囊筒侧壁横板上，所述气囊设置在气囊筒内壁上，气囊有四个，均布在气囊筒内壁，所述二号旋转气缸安装在气囊筒侧壁横板上，所述切割刀片安装在二号旋转气缸轴上，所述波纹管收纳箱与气囊筒下端连接。
2.根据权利要求1所述的一种气囊式柑橘采摘机械手末端执行器，其特征是：所述气囊筒内壁间距离为80mm，上端与刀片对接件间距为10mm。
3.根据权利要求1所述的一种气囊式柑橘采摘机械手末端执行器，其特征是：所述刀片对接件成V型开口，开口角度为15°，开口深度为12mm，切割刀片宽度为10mm。
4.根据权利要求1所述的一种气囊式柑橘采摘机械手末端执行器，其特征是：所述波纹管收纳箱内壁粘附有10mm的软硅胶材料。
5.根据权利要求1所述的一种气囊式柑橘采摘机械手末端执行器的采摘方法，其特征是：包括如下步骤：
1)对准果实
气囊放气，一号旋转气缸和二号旋转气缸旋转，使刀片对接件位于气囊筒下侧，切割刀片位于气囊筒上侧，机械臂经路径规划将机械手末端执行器送至柑橘果实的正下方10cm处，完成对准果实过程；
2)靠近气囊夹持
机械手末端执行器慢慢沿柑橘轴线方向靠近果实，直至整个果实进入气囊筒夹持区域，气囊进气孔充气，气囊筒内壁上的四个气囊膨胀将果实夹持住，完成靠近气囊夹持过程；
3)刀片对接件接触果柄
一号旋转气缸逆时针转动，带动刀片对接件慢慢靠近果柄，完成刀片对接件接触果柄过程；
4)切割刀片切断果柄
二号旋转气缸顺时针快速转动，切割刀片快速冲向果柄，将果柄切断并切入刀片对接件中，完成切割刀片切断果柄过程，最后气囊放气，采摘后的柑橘果实滑落到波纹管收纳箱中。
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