CN108401682A - 一种球状果实采摘机器人末端执行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种球状果实采摘机器人末端执行器，其包括气缸、连接杆、执行器主体、切割机构、辅助采摘机构和果实收集机构。本发明的执行器通过气缸活塞的伸缩操控果实切割机构摘取球状果实，设备结构简单，操作方便，并且可以使采摘下来的果实自动进入存储箱进行储存，摘取效率高，节约了人力和劳动时间。

Description

一种球状果实采摘机器人末端执行器

技术领域

本发明涉及机器人及其应用技术领域，具体涉及一种球状果实采摘机器人的末端执行器。

背景技术

当前，果蔬采摘机器人在果实摘取中的应用日益广泛，对提高农业生产的效率，节约人力劳动发挥了重要作用。而作为其核心部件的末端执行器，在果蔬采摘机器人的正常运转中起到了不可替代的作用。末端执行器通常安装在机器人的机械臂末端，在工作时，首先将末端执行器移至相应工作点，再由其进一步执行相应的作业任务。

就球状果实的摘取而言，比如番茄、苹果等果实的摘取，现有的果实采摘机器人的末端执行器通常采取利用刀片切断果实果梗的方式，来实现摘取果实的目的。然而，其存在结构复杂，操作过程繁琐，且摘取后的果实存放不便等缺陷，导致果实摘取效率低，需要额外耗费人力进行存放，限制了果蔬采摘机器人的应用。

发明内容

本发明目的在于针对现有技术中果蔬采摘机器人的末端执行器结构复杂，操作繁琐，采摘后的果实存放不便等缺陷，提供一种球状果实采摘机器人末端执行器，其结构简单，操作方便，且便于放置摘取下来的果实，极大提高了果实的摘取和存放效率。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种球状果实采摘机器人末端执行器，包括气缸、连接杆、执行器主体和切割机构；

其中，所述执行器主体包括圆柱形壳体、连接板、推杆、推板和第二支撑圆环；所述切割机构包括切割杆组件；

所述连接杆的一端与所述气缸的活塞连接，另一端与所述推杆连接；

所述圆柱形壳体一侧的底面开口，另一侧的底面与所述连接板连接；所述连接板中心开设第一通孔，所述推杆未连接连接杆的一端穿过第一通孔，进入所述圆柱形壳体内部，并与推板连接；所述圆柱形壳体外侧面开设第二圆槽，所述第二圆槽与所述圆柱形壳体同轴，所述第二圆槽内设置第二支撑圆环；

所述切割杆组件包括第一切割杆、第一固定块和刀片；所述第一切割杆的一端沿垂直于杆体的方向依次连接第一固定块和刀片，另一端为自由端；所述第一固定块的形状、尺寸可根据实际需要进行选择；所述圆柱形壳体的侧面自开口的底面一侧向连接所述连接板的一侧沿轴向开设切割缺口；所述第一切割杆的自由端放置于所述切割缺口内，并且所述刀片朝向所述圆柱形壳体中心轴的方向放置，以便于切断果梗。

所述第一切割杆的自由端与第一连接块的一端连接，所述第一连接块的另一端通过第一连接件与所述推板连接；所述第一连接块的形状和尺寸可根据实际需要进行选择；较佳地，所述第一切割杆与第一连接块为一体成型结构；所述第一连接件可为本领域常规的可用于连接的部件；所述第一连接件与第一连接块之间通过铰接方式连接；所述第一连接件与所述推板之间可通过本领域常规连接方式进行连接，较佳的为铰接；所述第一连接块上开设第二通孔，所述第二支撑圆环穿过所述第二通孔，以便限定所述切割杆的位置。

较佳地，所述切割缺口的数量为2个，所述两个切割缺口的长度相等且相对于所述圆柱形壳体的中心轴对称设置；所述切割杆组件数量为2个，所述两个切割杆组件的第一切割杆的自由端分别置于所述两个切割缺口内；所述两个切割杆组件的结构、尺寸及连接方式均相同。

进一步地，所述连接杆与所述推杆之间通过连接盖进行连接；所述连接盖的结构与连接方式可为本领域常规使用的连接盖的结构和链接方式。

进一步地，所述圆柱形壳体的外侧面设置多个连接鼻；所述连接鼻沿所述圆柱形壳体的轴向跨过所述第二圆槽，将所述第二支撑圆环限制在所述第二圆槽内，防止第二支撑圆环从第二圆槽内滑出，从而提高本发明装置运行的稳定性；所述连接鼻可为本领域常规使用的连接鼻，其形状和尺寸可根据实际需要进行选择。

较佳地，所述执行器主体还包括弹簧，所述弹簧的两端分别连接推板和连接板，且套接于推杆上，以便对推板起到缓冲和保护作用，进而提高本发明执行器运行的稳定性。

作为对本发明的进一步优化，所述切割杆组件还包括第二切割杆，所述第二切割杆设置于所述第一切割杆和所述第一固定块之间，所述第二切割杆两端分别与所述第一切割杆和所述第一固定块连接；所述第二切割杆的宽度大于所述第一切割杆的宽度；

进一步地，本发明所述球状果实采摘机器人末端执行器还包括辅助采摘机构，所述辅助采摘机构包括第一辅助杆、第二辅助杆、第二固定块和辅助板；所述第一辅助杆的一端连接第二辅助杆，另一端为自由端；所述第二辅助杆的宽度大于所述第一辅助杆的宽度；所述第二辅助杆未连接第一辅助杆的一端沿垂直于杆体的方向依次连接第二固定块和辅助板，所述第二固定块的形状和尺寸可根据实际需要进行选择；所述第一辅助杆与所述第一切割杆的长度相等，所述第二辅助杆的长度与所述第二切割杆的长度相等；

所述圆柱形壳体的侧面自开口的底面一侧向连接所述连接板的一侧沿轴向开设辅助缺口；所述辅助缺口的长度与所述切割缺口相等；当所述切割缺口数量为2个时，所述辅助缺口与所述两个切割缺口的距离相等；所述第一辅助杆的自由端置于所述辅助缺口内，并且所述辅助板朝向所述圆柱形壳体中心轴的方向放置；所述第一辅助杆的自由端与第二连接块的一端连接，所述第二连接块的另一端通过第二连接件与所述推板连接；所述第二连接块的形状和尺寸可根据实际需要进行选择；较佳地，所述第一辅助杆与第二连接块为一体成型结构；所述第二连接件可为本领域常规的可用于连接的部件，较佳地，所述第二连接件的结构和尺寸均与所述第一连接件相同；所述第二连接件与第二连接块之间通过铰接方式连接；所述第二连接件与所述推板之间可通过本领域常规连接方式进行连接，较佳的为铰接；所述第二连接块上开设辅助通孔，所述第二支撑圆环穿过所述辅助通孔，以便限定所述辅助杆的位置；

本发明中，所述第一切割杆、第二切割杆、第一辅助杆、第二辅助杆的宽度根据实际摘取果实的情况确定，既要保证摘取后的果实进入第二切割杆和第二辅助杆构成的空间内不掉落，又要使果实能够从第一辅助杆和第一切割杆之间的间隙掉落。

进一步地，本发明还包括果实收集机构；所述果实收集机构包括支撑杆、存储箱、输送管、连接弯管、承接器；所述支撑杆的一端与所述存储箱的顶部连接，另一端与第一支撑圆环连接；所述第一支撑圆环套设于第一圆槽内，能够在所述第一圆槽内转动但不会滑出，从而确保当执行器主体位置发生变动时，支撑杆、存储箱等组件仍能保持竖直，便于果实收集；所述第一圆槽开设于所述圆柱形壳体的外侧面，与所述圆柱形壳体同轴，且位于所述第二圆槽与所述连接板之间；所述输送管的一端与所述存储箱靠近所述切割机构的侧面相连接，所述输送管的另一端向所述切割机构所在的方向倾斜，并与所述连接弯管的一端连接，所述连接弯管的另一端与所述承接器的底部连接；所述承接器位于所述切割机构的下方，具体的位置可根据实际采摘情况确定，以便于收集果实为宜；所述承接器可为现有技术中常规使用的底部开孔的可用于承接的容器，较佳地，所述承接器顶部的横截面为圆形，以增大承接面积，确保在实际操作中果实能够顺利落入承接器。

有益效果：本发明的球状果实采摘机器人末端执行器通过气缸活塞的伸缩操控切割机构摘取球状果实，设备结构简单，操作方便，摘取效率高；通过增设辅助摘取机构和果实收集机构，可以使采摘下来的果实自动进入存储箱进行储存，提高了采摘的自动化程度，进一步提升了采摘和存放果实的工作效率，节约了人力和劳动时间；通过在推板和连接板之间设置弹簧，可以对推板起到缓冲和保护作用，从而提高了本发明执行器运行的稳定性；连接鼻的设置，将第二支撑圆环限制在第二圆槽内，防止其从第二圆槽内滑出，有利于提高本发明装置的稳定性。

附图说明

附图1是本发明的球状果实采摘机器人末端执行器的整体结构主视图；

附图2是本发明的球状果实采摘机器人末端执行器主体部分的剖视图；

附图3是本发明的切割机构和辅助摘取机构的左视图；

附图4是本发明切割杆组件的结构示意图；

附图5是附图2的I部放大图；

图1~5中：1-气缸，2-连接杆，3-第一连接盖，4-第二连接盖，5-推杆，6-圆柱形壳体，7-连接板，8-第一通孔，9-推板，10-第一连接件，11-第二连接件，12-第一圆槽，13-第二圆槽，14-第一支撑圆环，15-支撑杆，16-存储箱，17-输送管，18-连接弯管，19-承接器，20-第二支撑圆环，21-第一连接块，22-第一切割杆，23-第二切割杆，24-第一固定块，25-刀片，26-第二连接块，27-第二通孔，28-第一辅助杆，29-第二辅助杆，30-第二固定块，31-辅助板，32-切割缺口，33-弹簧，34-连接鼻。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的技术方案做进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明所述内容后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“左”、“右”，均指附图1中的方向。

本发明中使用到的标准零件均市售可得，异形件根据说明书和附图的记载均可进行订制，各个零件的具体连接方式均采用现有技术中成熟的螺栓、铆钉、焊接、粘贴等常规手段，在此不再详述。

实施例：如图1~5所示，一种球状果实采摘机器人末端执行器，包括气缸1、连接杆2、执行器主体、切割机构和果实收集机构。

其中，所述执行器主体包括圆柱形壳体6、连接板7、推杆5、推板9、弹簧33和第二支撑圆环20；所述切割机构包括切割杆组件；所述切割杆组件的数量为2个，所述两个切割杆组件的结构、尺寸、连接方式均相同。

所述连接杆2的右端与气缸1的活塞连接，左端与第一连接盖3连接；所述推杆5的右端与第二连接盖4连接；所述第一连接盖3和第二连接盖4通过螺栓进行连接。

所述圆柱形壳体6左侧的底面开口，右侧与所述连接板7连接；所述连接板7的中心开设第一通孔8，所述推杆5的左端穿过第一通孔8，进入所述圆柱形壳体6的内部，并与推板9连接；所述弹簧33的两端分别连接推板9和连接板7，且套接于推杆5上，以便对推板5起到缓冲和保护作用，进而提高本发明执行器运行的稳定性。

所述圆柱形壳体6的外侧面开设第二圆槽13，所述第二圆槽13与所述圆柱形壳体6同轴，所述第二圆槽13内设置第二支撑圆环20；所述圆柱形壳体6的外表面设置多个连接鼻34；所述连接鼻34沿所述圆柱形壳体6的轴向跨过所述第二圆槽13，将所述第二支撑圆环20限制在所述第二圆槽13内，防止第二支撑圆环20从第二圆槽13内滑出，从而提高本发明装置运行的稳定性；所述连接鼻34可为本领域常规使用的连接鼻，其形状和尺寸可根据实际需要进行选择。

所述切割杆组件包括第一切割杆22、第二切割杆23、第一固定块24和刀片25；所述第二切割杆23的宽度大于所述第一切割杆22的宽度；所述第一切割杆22的一端与所述第二切割杆23的一端连接，所述第一切割杆的另一端为自由端；所述第二切割杆23未连接所述第一切割杆22的一端，沿垂直于杆体的方向，依次连接第一固定块24和刀片25；所述第一固定块24的形状、尺寸可根据实际需要进行选择。

所述圆柱形壳体6的侧面自开口的底面一侧向连接所述连接板7的一侧沿轴向开设切割缺口32；所述切割缺口32的数量为2个，所述两个切割缺口32相对于所述圆柱形壳体6的中心轴对称设置；所述两个切割杆组件的第一切割杆22的自由端分别置于所述两个切割缺口32内，并且所述两个切割杆组件的刀片25均朝向所述圆柱形壳体6中心轴的方向放置，以使得切割时两枚刀片25能够很好地闭合，便于切断果梗。

所述两个相同的切割杆组件的第一切割杆22的自由端分别与两个第一连接块21的一端连接，所述两个第一连接块21的另一端分别通过两个第一连接件10与所述推板9连接；所述第一切割杆22与第一连接块21可为一体成型结构；所述第一连接件10与所述第一连接块21之间通过铰接方式连接；所述第一连接件10与所述推板9通过铰接方式连接；所述两个第一连接块21上均开设第二通孔27，所述第二支撑圆环20穿过所述第二通孔27，以便限定所述切割杆的位置。

所述辅助采摘机构包括第一辅助杆28、第二辅助杆29、第二固定块30和辅助板31；所述第二辅助杆29的宽度大于所述第一辅助杆28的宽度；所述第一辅助杆28的一端连接第二辅助杆29，另一端为自由端；所述第二辅助杆29未连接第一辅助杆28的一端沿垂直于杆体的方向依次连接第二固定块30和辅助板31，所述第二固定块30的形状和尺寸可根据实际需要进行选择；所述第一辅助杆28与所述第一切割杆22的长度相等，所述第二辅助杆29的长度与所述第二切割杆23的长度相等。

所述圆柱形壳体6的侧面自开口的底面一侧向连接所述连接板7的一侧沿轴向开设辅助缺口；所述辅助缺口的长度与所述切割缺口32相等；所述辅助缺口与所述两个切割缺口32的距离相等；所述第一辅助杆28的自由端放置于所述辅助缺口内，并且所述辅助板31朝向所述圆柱形壳体6中心轴的方向放置；所述第一辅助杆28的自由端与第二连接块26的一端连接，所述第二连接块26的另一端通过第二连接件11与所述推板9连接；所述第一辅助杆28与第二连接块26可为一体成型结构；所述第二连接件11的结构和尺寸均与第一连接件10相同；所述第二连接件11与第二连接块26之间通过铰接方式连接；所述第二连接件11与所述推板9之间通过铰接方式进行连接；所述第二连接块26上开设辅助通孔，所述第二支撑圆环20穿过所述辅助通孔，以便限定所述辅助杆的位置。

所述辅助采摘机构的第二固定块30和辅助板31的尺寸应与所述切割机构的第一固定块24和刀片25相契合，如图3所示，以便在切割机构的两枚刀片25切断果梗时，起到辅助作用。

所述第一切割杆22、第二切割杆23、第一辅助杆28、第二辅助杆29的宽度根据实际摘取果实的情况确定，既要保证摘取后的果实进入第二切割杆23和第二辅助杆29构成的空间内不掉落，又要使果实能够从第一辅助杆28和第一切割杆22之间的间隙掉落。

所述果实收集机构包括支撑杆15、存储箱16、输送管17、连接弯管18、承接器19；所述支撑杆15的一端与所述存储箱16的顶部连接，另一端与第一支撑圆环14连接；所述第一支撑圆环14套设于第一圆槽12内，能够在所述第一圆槽12内转动但不会滑出，从而确保当执行器主体位置发生变动时，支撑杆15、存储箱16等组件仍能保持竖直，便于果实收集；所述第一圆槽12开设于所述圆柱形壳体6的外侧面，与所述圆柱形壳体6同轴，且位于所述第二圆槽13与所述连接板7之间；所述输送管17的一端与所述存储箱16靠近所述切割机构的侧面相连接，所述输送管17的另一端向所述切割机构所在的方向倾斜，并与所述连接弯管18的一端连接，所述连接弯管18的另一端与所述承接器19的底部连接；所述承接器19顶部的横截面为圆形，以增大承接面积，确保在实际操作中果实能够顺利落入承接器；所述承接器19位于所述切割机构的下方，具体的位置可根据实际采摘情况确定，以便于收集果实为宜。

实际工作时，调整所述球状果实采摘机器人末端执行器的位置和角度，使得两个切割杆组件处于水平方向，辅助采摘机构位于所述两个切割杆组件的下方；控制气缸1向外推动活塞，带动推杆5左移，进而推动推板9向左运动，使得切割杆组件和辅助采摘机构向外打开；将果实置于第二切割杆23和第二辅助杆29构成的空间内，并使果梗处于两枚刀片25之间的中心位置；控制气缸1向内收缩活塞，使推杆5带动推板9向右移动，进而使得切割杆组件和辅助采摘机构向内聚拢，两枚刀片25闭合，切断果梗，果实落入第二切割杆23和第二辅助杆29构成的空间内；调整球状果实采摘机器人末端执行器的位置和角度，使果实向下滑落，通过第一切割杆22和第一辅助杆28之间的间隙落入承接器19内，进而通过连接弯管18和输送管17，进入存储箱16，完成果实的采摘和存放。

Claims (10)

1.一种球状果实采摘机器人末端执行器，其特征在于，包括气缸（1）、连接杆（2）、执行器主体和切割机构；其中，所述执行器主体包括圆柱形壳体（6）、连接板（7）、推杆（5）、推板（9）和第二支撑圆环（20）；所述切割机构包括切割杆组件；

所述连接杆（2）的一端与所述气缸（1）的活塞连接，另一端与所述推杆（5）连接；

所述圆柱形壳体（6）一侧的底面开口，另一侧的底面与所述连接板（7）连接；所述连接板（7）的中心开设第一通孔（8），所述推杆（5）未连接连接杆（2）的一端穿过所述第一通孔（8），进入所述圆柱形壳体（6）内部，并与推板（9）连接；所述圆柱形壳体（6）外侧面开设第二圆槽（13），所述第二圆槽（13）与所述圆柱形壳体（6）同轴，所述第二圆槽（13）内设置第二支撑圆环（20）；

所述切割杆组件包括第一切割杆（22）、第一固定块（24）和刀片（25）；所述第一切割杆（22）的一端沿垂直于杆体的方向依次连接第一固定块（24）和刀片（25），另一端为自由端；

所述圆柱形壳体（6）的侧面自开口的底面一侧向连接所述连接板（7）的一侧沿轴向开设切割缺口（32）；

所述第一切割杆（22）的自由端放置于所述切割缺口（32）内，并且所述刀片（25）朝向所述圆柱形壳体（6）中心轴的方向放置；

所述第一切割杆（22）的自由端与第一连接块（21）的一端连接，所述第一连接块（21）的另一端通过第一连接件（10）与所述推板（9）连接；所述第一连接件（10）与第一连接块（21）之间通过铰接方式连接；所述第一连接块（21）上开设第二通孔（27），所述第二支撑圆环（20）穿过所述第二通孔（27）。

2.根据权利要求1所述的球状果实采摘机器人末端执行器，其特征在于，所述切割缺口（32）的数量为2个，所述两个切割缺口（32）的长度相等且相对于所述圆柱形壳体（6）的中心轴对称设置；所述切割杆组件数量为2个，所述两个切割杆组件的第一切割杆（22）的自由端分别置于所述两个切割缺口（32）内，所述两个切割杆组件的结构、尺寸及连接方式均相同。

3.根据权利要求1或2所述的球状果实采摘机器人末端执行器，其特征在于，所述连接杆（2）与所述推杆（5）之间通过连接盖连接。

4.根据权利要求1或2所述的球状果实采摘机器人末端执行器，其特征在于，所述第一连接件（10）与所述推板（9）之间通过铰接方式连接。

5.根据权利要求1或2所述的球状果实采摘机器人末端执行器，其特征在于，所述第一切割杆（22）与第一连接块（21）为一体成型结构。

6.根据权利要求1或2所述的球状果实采摘机器人末端执行器，其特征在于，所述圆柱形壳体（6）的外侧面设置多个连接鼻（34）；所述连接鼻（34）沿所述圆柱形壳体（6）的轴向跨过所述第二圆槽（13），将所述第二支撑圆环（20）限制在所述第二圆槽（13）内。

7.根据权利要求1或2所述的球状果实采摘机器人末端执行器，其特征在于，所述执行器主体还包括弹簧（33），所述弹簧（33）的两端分别连接推板（9）和连接板（7），且套接于推杆（5）上。

8.根据权利要求2所述的球状果实采摘机器人末端执行器，其特征在于，所述切割杆组件还包括第二切割杆（23），所述第二切割杆（23）设置于所述第一切割杆（22）和所述第一固定块（24）之间，所述第二切割杆（23）的两端分别与第一切割杆（22）和第一固定块（24）连接；所述第二切割杆（23）的宽度大于所述第一切割杆（22）的宽度；

所述球状果实采摘机器人末端执行器还包括辅助采摘机构，所述辅助采摘机构包括第一辅助杆（28）、第二辅助杆（29）、第二固定块（30）和辅助板（31）；所述第一辅助杆（28）的一端连接第二辅助杆（29），另一端为自由端；所述第二辅助杆（29）的宽度大于所述第一辅助杆（28）的宽度；所述第二辅助杆（29）未连接第一辅助杆（28）的一端沿垂直于杆体的方向依次连接第二固定块（30）和辅助板（31）；所述第一辅助杆（28）与所述第一切割杆（22）的长度相等，所述第二辅助杆（29）的长度与所述第二切割杆（23）的长度相等；

所述圆柱形壳体（6）的侧面自开口的底面一侧向连接所述连接板（7）的一侧沿轴向开设辅助缺口；所述辅助缺口的长度与所述切割缺口（32）相等；所述辅助缺口与所述两个切割缺口（32）的距离相等；所述第一辅助杆（28）的自由端放置于所述辅助缺口内，并且所述辅助板（31）朝向所述圆柱形壳体（6）中心轴的方向放置；所述第一辅助杆（28）的自由端与第二连接块（26）的一端连接，所述第二连接块（26）的另一端通过第二连接件（11）与所述推板（9）连接；所述第二连接件（11）与第二连接块（26）之间通过铰接方式连接；所述第二连接块（26）上开设辅助通孔，所述第二支撑圆环（20）穿过所述辅助通孔。

9.根据权利要求8所述的球状果实采摘机器人末端执行器，其特征在于，所述第一辅助杆（28）与所述第二连接块（26）为一体成型结构；所述第二连接件（11）的结构和尺寸均与所述第一连接件（10）相同；所述第二连接件（11）与所述推板（9）之间通过铰接方式连接。

10.根据权利要求8或9所述的球状果实采摘机器人末端执行器，其特征在于，其还包括果实收集机构；所述果实收集机构包括支撑杆（15）、存储箱（16）、输送管（17）、连接弯管（18）和承接器（19）；

所述支撑杆（15）的一端与所述存储箱（16）的顶部连接，另一端与第一支撑圆环（14）连接；所述第一支撑圆环（14）套设于第一圆槽（12）内，能够在所述第一圆槽（12）内转动但不会滑出；所述第一圆槽（12）开设于所述圆柱形壳体（6）的外侧面，与所述圆柱形壳体（6）同轴，且位于所述第二圆槽（13）与所述连接板（7）之间；所述输送管（17）的一端与所述存储箱（16）靠近所述切割机构的侧面相连接，所述输送管（17）的另一端向所述切割机构所在的方向倾斜，并与所述连接弯管（18）的一端连接，所述连接弯管（18）的另一端与所述承接器（19）的底部连接；所述承接器（19）位于所述切割机构的下方。