CN108551883A - 一种采摘机器人末端执行器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种采摘机器人末端执行器，包括：气动手指、左U型手指护刀架、右U型手指护刀架、左刀片、左弹簧夹板、右刀片以及右弹簧夹板。利用气动手指驱动一对弹簧夹板对向平移，依靠弹性夹住果梗后，两手指继续平移带动固联在两手指上的刀片闭合，从而切断果梗，本发明具有结构紧凑、简洁、通用性强、成本低等优点。

Description

一种采摘机器人末端执行器

技术领域

本发明属于农业果蔬自动化采摘设备技术领域，尤其涉及一种采摘机器人末端执行器。

背景技术

近年来，农业果蔬采摘机器人逐渐成为机器人领域研究开发的热点，其相关技术在国内外已取得不少成果，但大部分停留在实验室研发阶段，由于农业果蔬采摘机器人的研发过程中，对末端执行器的研制要求较高，因此采摘机器人距离实用化、商品化还存在很大差距。

直至目前，采摘机器人末端执行器的采摘方式主要有两种：动作掰拧式和刀割切断式。动作掰拧式设计相应机构先对果实进行夹持抓牢，再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，其作业的对象要求果柄易于与果枝分离，同时需要严格控制好夹持果实的力的大小，否则极易损伤果实。刀割切断式主要是利用电机驱动圆锯刀或剪刀动作直接将果梗割断，这种方法传动机构方案和控制传感系统往往比较冗繁，从而增加了系统控制的难度和机构的复杂性，增加了成本。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种采摘机器人末端执行器。为了对披露的实施例的一些方面有一个基本的理解，下面给出了简单的概括。该概括部分不是泛泛评述，也不是要确定关键/重要组成元素或描绘这些实施例的保护范围。其唯一目的是用简单的形式呈现一些概念，以此作为后面的详细说明的序言。

本发明采用如下技术方案：

在一些可选的实施例中，提供一种采摘机器人末端执行器，包括：气动手指，所述气动手指的两个夹爪上分别设置左U型手指护刀架及右U型手指护刀架；所述左U型手指护刀架的夹持面上设置左刀片，左弹簧夹板通过弹簧与所述左U型手指护刀架的夹持面连接；所述右U型手指护刀架的夹持面上设置与所述左刀片对应的右刀片以及与所述左弹簧夹板对应的右弹簧夹板，所述右弹簧夹板通过弹簧与所述右U型手指护刀架的夹持面连接。

在一些可选的实施例中，所述的一种采摘机器人末端执行器，还包括：机械臂对接件，所述气动手指通过螺钉固定在所述机械臂对接件上。

在一些可选的实施例中，所述的一种采摘机器人末端执行器，还包括：视觉传感器，所述视觉传感器通过螺钉紧固在所述气动手指本体下方的中间位置处。

在一些可选的实施例中，所述的一种采摘机器人末端执行器，还包括：设置在所述气动手指的滑轨上的左防护盖及右防护盖，所述左防护盖套设在所述左U型手指护刀架的外部，所述右防护盖套设在所述右U型手指护刀架的外部。

在一些可选的实施例中，所述左弹簧夹板的前端延伸并向所述左U型手指护刀架一侧弯曲形成左外延板，所述右弹簧夹板的前端延伸并向所述右U型手指护刀架一侧弯曲形成右外延板。

本发明所带来的有益效果：只利用一个气缸的一次活塞伸缩运动即可实现对果梗的夹持与切断，动力来源于气压驱动，动作迅速、器件重量轻，动作幅度与作用力均方便选型与设定，可省掉多种成本较高的控制夹持力的力学传感器和控制刀片伸缩的行程位置开关，简化了控制结构，降低了成本和控制难度结构，因此具有小巧紧凑、重量轻、效率高及控制简单的优点；弹簧夹板结构保证果梗夹持可靠且耐用，刀片结构切断果柄后双指可继续夹持下段果梗，将果实放置收集装置中，防止果实断梗后跌落而受到损伤；通用性强，可以应用于采摘草莓、番茄、苹果等多种果蔬；智能程度高，利用视觉传感器进行果实位置的图像采集，从而提升避障性。

为了上述以及相关的目的，一个或多个实施例包括后面将详细说明并在权利要求中特别指出的特征。下面的说明以及附图详细说明某些示例性方面，并且其指示的仅仅是各个实施例的原则可以利用的各种方式中的一些方式。其它的益处和新颖性特征将随着下面的详细说明结合附图考虑而变得明显，所公开的实施例是要包括所有这些方面以及它们的等同。

附图说明

图1是本发明一种采摘机器人末端执行器的结构示意图；

图2是本发明的采摘机器人末端执行器在拆掉左防护盖及右防护盖后的结构示意图；

图3是本发明左弹簧夹板、右弹簧夹板、左U型手指护刀架及右U型手指护刀架的连接示意图。

具体实施方式

以下描述和附图充分地示出本发明的具体实施方案，以使本领域的技术人员能够实践它们。其他实施方案可以包括结构的、逻辑的、电气的、过程的以及其他的改变。实施例仅代表可能的变化。除非明确要求，否则单独的部件和功能是可选的，并且操作的顺序可以变化。一些实施方案的部分和特征可以被包括在或替换其他实施方案的部分和特征。本发明的实施方案的范围包括权利要求书的整个范围，以及权利要求书的所有可获得的等同物。

如图1至3所示，在一些说明性的实施例中，提供一种采摘机器人末端执行器，包括：气动手指1、左U型手指护刀架4、右U型手指护刀架11、左刀片3、右刀片8、弹簧5、左弹簧夹板6、右弹簧夹板7、机械臂对接件12、视觉传感器10、左防护盖2及右防护盖9。

气动手指1通过螺钉固定在机械臂对接件12上，机械臂对接件12的后部加工预留有与采摘机械臂腕部连接的螺纹安装孔。左U型手指护刀架4及右U型手指护刀架11通过螺钉旋紧固定设置在气动手指1的两个夹爪1a上。

左U型手指护刀架4的夹持面开设刀片安装槽，左刀片3设置在刀片安装槽内，左U型手指护刀架4的夹持面是指面向右U型手指护刀架11的一面。左弹簧夹板6通过弹簧5与左U型手指护刀架4的夹持面连接，具体的，左弹簧夹板6固定在左U型手指护刀架4、气动手指1左右平移手指对应位置的安装孔内。

右U型手指护刀架11的夹持面开设刀片安装槽，右刀片8设置在刀片安装槽内，右U型手指护刀架11的夹持面是指面向左U型手指护刀架4的一面。右弹簧夹板7通过弹簧5与右U型手指护刀架11的夹持面连接，具体的，右弹簧夹板7固定在右U型手指护刀架11、气动手指1左右平移手指对应位置的安装孔内。其中，左刀片3与右刀片8的位置相对应，可相互交接，以保证果梗能被完全切割，并且实现了两交接刀片截断果柄的动作，保证了割断果梗的成功率和延长刀片寿命。左弹簧夹板6与右弹簧夹板7的位置相对应。

弹簧5两端分别固定压牢在左弹簧夹板6、右弹簧夹板7与左U型手指护刀架4、右U型手指护刀架11之间，以保证果梗夹持后不会攒动，同时左刀片3、右刀片8能够有效割断果梗并夹住剩余果梗在机器人的带动下将果实放入收集筐。实际采摘作业时，本发明的采摘机器人末端执行器在采摘机械臂的带动下逐渐接近目标果梗，最终果梗被所述左弹簧夹板6、右弹簧夹板7夹持，弹簧5继续压缩，直到气动手指1的左右平移手指完全闭合，即左刀片3、右刀片8相互交接切断果梗。

视觉传感器10通过螺钉紧固在气动手指本体1b下方的中间位置处，使得所获取图像的果实坐标轴与实际采摘点坐标轴对齐，减少后期采摘作业运动控制的纠偏量。

本发明的实际工作流程：初始状态左U型手指护刀架4、右U型手指护刀架11处于张开状态，弹簧5处于拉伸状态，即左刀片3、右刀片8处于原状态。采摘时视觉传感器10捕捉果实三维图像，机器人经图像采集处理分析得到果实质心的视觉坐标系中的坐标，由此得到果梗的位置，然后通过坐标转换得出该果梗位置在机器人坐标系中的位置，并计算出采摘点相应的机器人关节角度反解，通过下位机及关节伺服驱动机械臂各关节联动，带动本发明的采摘机器人末端执行器运动到采摘位置点上。

机器人控制机械臂保持在采摘工作位现有位置和姿态，并控制气动手指1通入相应方向的工作气压的气体后，完成左弹簧夹板6、右弹簧夹板7夹牢果梗动作。然后气动手指1的左右手指压缩弹簧5后，带动左刀片3、右刀片8相交接割断果梗，在此过程中，气动手指1保持通气方向不变，左弹簧夹板6、右弹簧夹板7保持夹持果梗状态。机器人带动本发明的采摘机器人末端执行器运动到果实收集装置处，气动手指1通气方向发生改变，左弹簧夹板6、右弹簧夹板7张开，果实随即落入果实收集装置内，至此，末端执行器完成了对一个果实采摘的全部过程。

左防护盖2及右防护盖9设置在气动手指的滑轨1c上,左防护盖2套设在左U型手指护刀架4的外部，右防护盖9套设在右U型手指护刀架11的外部，左防护盖2及右防护盖9与气动手指1、左U型手指护刀架4、右U型手指护刀架4通过螺栓固定联接。

左弹簧夹板6的前端延伸并向左U型手指护刀架4一侧弯曲形成左外延板61，右弹簧夹板7的前端延伸并向右U型手指护刀架11一侧弯曲形成右外延板71，左外延板61与右外延板71可便于果梗进入左弹簧夹板6与右弹簧夹板7之间。

本领域技术人员还应当理解，结合本文的实施例描述的各种说明性的逻辑框、模块、电路和算法步骤均可以实现成电子硬件、计算机软件或其组合。为了清楚地说明硬件和软件之间的可交换性，上面对各种说明性的部件、框、模块、电路和步骤均围绕其功能进行了一般地描述。至于这种功能是实现成硬件还是实现成软件，取决于特定的应用和对整个系统所施加的设计约束条件。熟练的技术人员可以针对每个特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本公开的保护范围。

Claims (5)

1.一种采摘机器人末端执行器，其特征在于，包括：气动手指，所述气动手指的两个夹爪上分别设置左U型手指护刀架及右U型手指护刀架；所述左U型手指护刀架的夹持面上设置左刀片，左弹簧夹板通过弹簧与所述左U型手指护刀架的夹持面连接；所述右U型手指护刀架的夹持面上设置与所述左刀片对应的右刀片以及与所述左弹簧夹板对应的右弹簧夹板，所述右弹簧夹板通过弹簧与所述右U型手指护刀架的夹持面连接。

2.根据权利要求1所述的一种采摘机器人末端执行器，其特征在于，还包括：机械臂对接件，所述气动手指通过螺钉固定在所述机械臂对接件上。

3.根据权利要求2所述的一种采摘机器人末端执行器，其特征在于，还包括：视觉传感器，所述视觉传感器通过螺钉紧固在所述气动手指本体下方的中间位置处。

4.根据权利要求3所述的一种采摘机器人末端执行器，其特征在于，还包括：设置在所述气动手指的滑轨上的左防护盖及右防护盖，所述左防护盖套设在所述左U型手指护刀架的外部，所述右防护盖套设在所述右U型手指护刀架的外部。

5.根据权利要求4所述的一种采摘机器人末端执行器，其特征在于，所述左弹簧夹板的前端延伸并向所述左U型手指护刀架一侧弯曲形成左外延板，所述右弹簧夹板的前端延伸并向所述右U型手指护刀架一侧弯曲形成右外延板。