CN107852959A - 一种猕猴桃采摘机器人的末端执行器 - Google Patents

一种猕猴桃采摘机器人的末端执行器 Download PDF

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CN107852959A
CN107852959A CN201711343272.1A CN201711343272A CN107852959A CN 107852959 A CN107852959 A CN 107852959A CN 201711343272 A CN201711343272 A CN 201711343272A CN 107852959 A CN107852959 A CN 107852959A
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CN201711343272.1A
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Inventor
傅隆生
邬宏
李�瑞
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Northwest A&F University
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Northwest A&F University
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01D—HARVESTING; MOWING
    • A01D46/00—Picking of fruits, vegetables, hops, or the like; Devices for shaking trees or shrubs
    • A01D46/24—Devices for picking apples or like fruit

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  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
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Abstract

一种猕猴桃采摘机器人的末端执行器，由采摘手、通气管、微调装置、风机、旋转工作杆、旋转轴和竖直伸缩杆组成。整个末端执行器通过竖直伸缩杆固定于机器人的工作平台之上，旋转工作杆通过旋转轴与竖直伸缩杆固定，风机处于密闭空间之内与微调装置连接并位于旋转工作杆之上，通气管连通风机与采摘手。采摘手由食指、中指、和无名指构成，由热塑性塑料通过3D打印机制造，自然状态时伸直，充气后弯曲。该末端执行器结构简单；多向柔性应变传感器的使用让整个过程灵活、快速，增加了采摘效率；通过采摘手三手指的配合可有效解决毗邻果实分离问题，设置特殊气体通道，充气后使柔性材料弯曲，实现单个果实稳定抓取、无损采摘。

Description

一种猕猴桃采摘机器人的末端执行器
技术领域
本专利涉及果实的采摘领域，具体涉及一种猕猴桃采摘机器人的末端执行器。
背景技术
在果园生产全过程中，果园收获作业是最重要的环节，具有季节性强和劳动密集的特点，劳动力成本占整个生产过程的35%~45%。中国是世界上猕猴桃种植面积最大的国家，但目前靠人工采摘，是猕猴桃种植中最费时费力的环节。因此，研究猕猴桃采摘机器人具有重要意义。猕猴桃具有易损伤、后熟、簇生等特点，采摘时为保证不损伤果实需要进行毗邻果实分离，降低夹持力，同时去除果柄，果实无损采摘是采摘机器人的关键技术之一，主要靠采摘机器人末端执行器来保证。
在Josef F. Christ等人发表的“3D printing of highly elastic strainsensors using polyurethane/multiwall carbon nanotube composites”文章中证明了低成本制造嵌入式和多向柔性应变传感器的可能性，及其在软机器人、柔性电子和健康监测方面的潜在应用。在Cameron -Hohimer等人发表的“3D printed thermoplasticpolyurethane with isotropic material properties”的论文中通过实验证明：空气间隙对塑模样品的UTS有显著影响，与刚性热塑性塑料不同，可以在打印的TPU样品中产生各向同性的机械性能。这种材料可用于3D打印机中，从而构造任意形状的物体。通过特殊设计，能使该物体的形状在充气后发生变化，例如未充气时为直的，充气后弯曲。
基于以上分析，本专利提出一种基于柔性材料的猕猴桃采摘的多手指末端执行器，设置特殊气体通道，充气后使柔性材料弯曲，利用多根手指包围猕猴桃，从而实现果实的采摘。
发明内容
针对猕猴桃的无损采摘，本专利提出了一种猕猴桃采摘机器人的末端执行器。该末端执行器包括采摘手1、通气管2、微调装置3、风机4、旋转工作杆5、旋转轴6和竖直伸缩杆7；末端执行器通过竖直伸缩杆7固定于机器人的工作平台之上，旋转工作杆5通过旋转轴6与竖直伸缩杆7固定，风机4处于密闭空间之内与微调装置3连接并位于旋转工作杆5之上，采摘手1由网格膜11、气流环12、进气口13、弹性绳14、分气口15、手掌16、食指17、中指18和无名指19组成，通气管2连通风机4与采摘手1的进气口13，气流从进气口13进入后可经气流环12上的三个分气口15分别通往固定于手掌16上的食指17、中指18和无名指19，各手指均由热塑性塑料通过3D打印机制造，通过气流对各手指充放气可使采摘手1弯曲变形并完成预设的抓紧与放松功能，为防止猕猴桃8损伤及掉落，在三根手指的内侧通过弹性绳14固定网格膜11。
本专利的优点：该末端执行器结构简单；多向柔性应变传感器的使用让整个过程灵活、快速，增加了采摘效率；通过模拟人手的三根手指的伸直与弯曲及配合可有效解决毗邻果实分离问题，实现单个果实稳定抓取、无损采摘。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本专利进一步详细的说明。
图1是末端执行器结构示意图；
图2是末端执行器工作时结构示意图；
图3是采摘手1的三视图及其仰视图。
具体实施方式
如图1、2、3所示，本专利的一种猕猴桃采摘机器人的末端执行器，该末端执行器包括采摘手1、通气管2、微调装置3、风机4、旋转工作杆5、旋转轴6和竖直伸缩杆7。
具体工作过程：
工作时，基于机器视觉的识别定位系统将采摘手1移至猕猴桃8的正下方，再通过伸缩杆7使末端执行器上升，当采摘手1的中指18触及猕猴桃8时，风机4中的气流由通气管2进入进气口13，再由气流环12上的三个分气口15将气流分别送至食指17、中指18和无名指19，当气流填充各手指时，各手指将完成预设的变形过程，采摘手1的食指17、中指18和无名指19弯曲向上包络猕猴桃8，该动作同时能有效撑开毗邻猕猴桃8，采摘手1的中指18较长不但是为了仿生人手结构，更是采摘过程的实际需要：若各手指高度一致，在弯曲抓紧过程中手指之间会接触挤压，影响对猕猴桃8的抓紧。为防止猕猴桃8触及底部手掌16可能造成损伤，在三根手指的内侧通过弹性绳14固定有一网格膜11，微调装置3在采摘手1抓紧猕猴桃8这个过程中主要是配合采摘手1的移动，当果实夹紧后，旋转工作杆5绕旋转轴6顺时针旋转，由于果柄离层以维管束为主要组织结构，能承受较大的拉应力，但受剪切力作用时易被折断，所以旋转过程中采摘手1的抓紧力能给果柄离层传递一定的剪切力使果实与果柄分离完成采摘。

Claims (1)

1.一种猕猴桃采摘机器人的末端执行器，由采摘手（1）、通气管（2）、微调装置（3）、风机（4）、旋转工作杆（5）、旋转轴（6）和竖直伸缩杆（7）组成；末端执行器通过竖直伸缩杆（7）固定于机器人的工作平台之上，旋转工作杆（5）通过旋转轴（6）与竖直伸缩杆（7）固定，风机（4）处于密闭空间之内与微调装置（3）连接并位于旋转工作杆（5）之上，采摘手（1）由网格膜（11）、气流环（12）、进气口（13）、弹性绳（14）、分气口（15）、手掌（16）、食指（17）、中指（18）和无名指（19）组成，通气管（2）连通风机（4）与采摘手（1）的进气口（13），气流从进气口（13）进入后可经气流环（12）上的三个分气口（15）分别通往固定于手掌（16）上的食指（17）、中指（18）和无名指（19），各手指均由热塑性塑料通过3D打印机制造，通过气流对各手指充放气可使采摘手（1）弯曲变形并完成预设的抓紧与放松功能，为防止猕猴桃（8）损伤及掉落，在三根手指的内侧通过弹性绳（14）固定网格膜（11）。
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