CN108098801A - 果蔬采摘机器人末端执行器结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种果蔬采摘机器人末端执行器结构，在能够有满足果蔬采摘，保证果蔬捏拿稳定性的前提下，其结构简单、控制难度较小，使得其使用和制造成本较低，适应性较高，适合推广应用，其包括驱动箱，其特征在于：所述驱动箱上设置有至少三个活动指节，所述活动指节周向布置形成收纳腔，所述活动指节分别通过扭簧或者拉簧连接所述驱动箱，所述驱动箱上设置有与所述活动指节对应的驱动装置，所述驱动装置通过键绳连接所述活动指节。

Description

果蔬采摘机器人末端执行器结构

技术领域

本发明涉及机器人及其部件的术领域，具体为一种果蔬采摘机器人末端执行器结构。

背景技术

水果是我们日常生活中不可或缺的重要食物。而水果采摘是农产品生产链中最费力、最耗时的环节之一，采摘作业季节性强、耗时费力、费用高，因此保证果实适时采收、降低收获作业费用是果农增收的重要途径。我国水果采摘自动化程度较低，目前大多采用人工作业，其大环境有待改善。

果蔬采摘机器人末端执行器是直接接触果实的重要部件，通过多个指节的收拢实现果蔬的捏拿，是近年来国内外研究的热点与难点。欧美、日本等国均研制开发了各种果蔬采摘机器人末端执行器，但是其机构复杂度高、控制难度较大，使得其使用和制造成本较高，不适合推广应用，而国内对于果蔬采摘末端执行器的研究正处于发展阶段，如公告号为CN102729256A的发明专利公开的欠驱动采摘机械手末端执行器装置，其包括三个手指，每个手指包括三个指节，通过传动机构实现手指的合拢运动，实现果蔬的采摘，但是传动机构为齿轮传动，手指通过齿轮传动来实现合拢，其结构复杂而且其操控难度较大；如公告号为CN204031841U是发明授权专利公开的一种水果采摘机械手，其手指通过拉绳的牵拉实现手指的合拢，其结构简单，操控性较好，但是由于手柄带动拉绳的活动范围较小，其对果蔬的捏拿的适用范围较小，较难同时适应形状相差悬殊的果蔬的采摘要求，其适应性较低，而且由于拉绳的经常受力会使拉绳出现拉升变形，从而会降低手指对果蔬的捏紧力，从而降低果蔬捏拿的稳定性。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种果蔬采摘机器人末端执行器结构，在能够有满足果蔬采摘，保证果蔬捏拿稳定性的前提下，其结构简单、控制难度较小，使得其使用和制造成本较低，适应性较高，适合推广应用。

一种果蔬采摘机器人末端执行器结构，其包括驱动箱，其特征在于：所述驱动箱上设置有至少三个活动指节，所述活动指节周向布置形成收纳腔，所述活动指节分别通过扭簧或者拉簧连接所述驱动箱，所述驱动箱上设置有与所述活动指节对应的驱动装置，所述驱动装置通过键绳连接所述活动指节。

其进一步特征在于：所述驱动箱上收纳腔外侧布置伸缩型切割装置；

所述驱动装置包括驱动电机，所述驱动电机连接减速器，所述减速器轴连接所述键绳；

所述伸缩型切割装置包括切刀；

所述活动指节内侧设置有压力传感器；

所述驱动箱上对应所述活动指节设置有固定指节，所述活动指节通过扭簧或者拉簧连接所述固定指节；

所述活动指节包括第一活动指节和第二活动指节，所述第一活动指节通过扭簧或者拉簧连接所述固定指节，所述第二活动指节通过扭簧或者拉簧连接所述第一活动指节；

所述第一活动指节、所述第二活动指节和对应的所述固定指节上套装有柔性软管；

所述驱动箱上对应所述收纳腔上设置有吸盘。

本发明的上述结构中，由于在活动指节分别通过扭簧或者拉簧连接所述驱动箱，所述驱动箱上设置有与所述活动指节对应的驱动装置，所述驱动装置通过键绳连接所述活动指节，通过键绳的拉升和扭簧的复位，实现了活动指节对果蔬的采摘，在保证果蔬捏拿稳定性和提高末端执行器结构的适用性的前提下，其结构简单、控制难度较小，使得其使用和制造成本较低，适合推广应用。

附图说明

图1为本发明果蔬采摘机器人末端执行器结构示意图；

图2为本发明果蔬采摘机器人末端执行器结构立体图。

具体实施方式

见图1、图2，一种果蔬采摘机器人末端执行器结构，其包括驱动箱1，驱动箱1上设置有三个活动指节2-1、2-2、2-3，活动指节2-1、2-2、2-3周向布置形成收纳腔3，活动指节2-1、2-2、2-3分别通过扭簧或者拉簧4连接驱动箱1，驱动箱1上设置有与活动指节2-1、2-2、2-3对应的驱动装置5，驱动装置5分别通过键绳6连接活动指节2-1、2-2、2-3，驱动箱1上收纳腔外侧布置伸缩型切割装置7，活动指节2-1、2-2、2-3内侧设置有压力传感器8，通过驱动装置5收紧键绳，较好地克服了键绳的收缩，保证了活动指节的捏拿范围，提高了果蔬捏拿的稳定性，同时提高了末端执行器结构的适用性。

驱动装置5包括驱动电机9，驱动电机9连接减速器10，减速器轴12连接键绳6，伸缩型切割装置7包括切刀7a。

驱动箱1上对应活动指节2-1、2-2、2-3设置有固定指节11-1、11-2、11-3，活动指节2-1、2-2、2-3分别通过扭簧或者拉簧4连接固定指节11-1、11-2、11-3，由于固定指节11-1、11-2、11-3形成相对固定的收纳腔3，保证了果蔬的收纳放置，有效避免了果蔬在采摘过程中的受力损坏。

活动指节2-1、2-2、2-3包括第一活动指节2a和第二活动指节2b，第一活动指节2a通过扭簧或者拉簧4分别连接固定指节11-1、11-2、11-3，第二活动指节2b通过扭簧或者拉簧4分别连接第一活动指节2a，第一活动指节2a、第二活动指节2b和对应的固定指节11-1、11-2、11-3上设置有键绳滑槽12，限制键绳的活动范围，保证键绳动作的稳定性，由于第一活动指节和第二活动指节的折弯，实现了活动指节的双重折弯，进一步保证了果蔬捏拿的稳定性。

第一活动指节2a、第二活动指节2b和对应的固定指节11-1、11-2、11-3上套装有柔性软管13，不仅可以避免刚性指节对所抓取苹果的表面损伤以及增加摩擦力从而取代在指节内侧置有橡胶材料的方式，而且可以提高末端执行器的柔性和美观度。

驱动箱1上对应收纳腔上设置有吸盘14，保证了果蔬采摘是在末端执行器内的稳定定位，同时缓冲指节对果蔬的冲击。

本实施例中，重要零部件扭簧采用单臂弯曲扭转弹簧，无需润滑、占用空间小、弹性范围广，可往复使用且能提供稳定的性能。

下面结合附图来说明本发明的工作原理：

安置在驱动箱内的驱动电机9正转时，经过减速器10减速，减速轴带动腱绳6向远离指节的方向拉动，使得第一活动指节2a和第二活动指节2b旋转，进而第一活动指节2a和第二活动指节2b弯曲，触碰果实，压力传感器8接触果实并产生压力信号，控制手指直到牢牢抓紧包络苹果，同时，连接第一活动指节2a、第二活动指节2b和固定指节11-1、11-2、11-3上的扭簧被进一步压缩，吸盘14吸住果蔬，缓冲手指对苹果的冲击，伸缩型切刀7a对果梗进行切割；驱动电机9反转时，扭簧4变形减小，在扭簧力的作用下，腱绳6反向运动，指节在扭簧4的驱动下反转，由于腱绳6的连接作用，第一活动指节2a和第二活动指节2b反转受到了一定的缓冲作用，直到手指平稳地达到完全伸直状态，同时，柔性软管13恢复到直线状态，进而保护指节不受损伤。

本发明提供的果蔬采摘机器人末端执行器，指节式手指结构的夹持力较大、包络较为紧凑、张开的范围大并且灵活，因此，夹持过程中的运动精度更高。同时，整体采用三根手指结构，各个手指有两个转动关节，与人的手指类似，这样，自由度与复杂度适中，在保证了必要运动的同时，也便于稳定控制。由于刚性手指适应性较差，本末端执行器的上端第一活动指节、第二活动指节的轴线处在同一个平面上，下端的固定指节与此平面平行安放，并相对第一活动指节、第二活动指节对称安置，这样可以有效增加末端执行器的适应范围，以便抓取多种不同形状的果实。多指节手指采用腱绳牵引的方式，各个手指均由两个单自由度关节串联构成，而每个多指节手指仅用一根腱绳驱动其弯曲运动，在满足抓取要求的同时，整体结构简单，有效减小机构的复杂度，使得制造成本降低。

当然也可以采用其他数量的活动指节，只要是通过驱动装置带动键绳拉动指节弯曲对果蔬进行抓取固定果蔬，实现果蔬的采摘，都是本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种果蔬采摘机器人末端执行器结构，其包括驱动箱，其特征在于：所述驱动箱上设置有至少三个活动指节，所述活动指节周向布置形成收纳腔，所述活动指节分别通过扭簧或者拉簧连接所述驱动箱，所述驱动箱上设置有与所述活动指节对应的驱动装置，所述驱动装置通过键绳连接所述活动指节。

2.根据权利要求1所述的一种果蔬采摘机器人末端执行器结构，其特征在于：所述驱动箱上收纳腔外侧布置伸缩型切割装置。

3.根据权利要求1所述的一种果蔬采摘机器人末端执行器结构，其特征在于：所述驱动装置包括驱动电机，所述驱动电机连接减速器，所述减速器轴连接所述键绳。

4.根据权利要求2所述的一种果蔬采摘机器人末端执行器结构，其特征在于：所述伸缩型切割装置包括切刀。

5.根据权利要求1所述的一种果蔬采摘机器人末端执行器结构，其特征在于：所述活动指节内侧设置有压力传感器。

6.根据权利要求1所述的一种果蔬采摘机器人末端执行器结构，其特征在于：所述驱动箱上对应所述活动指节设置有固定指节，所述活动指节通过扭簧或者拉簧连接所述固定指节。