CN108848936A - 一种圆状果蔬采摘机器人末端执行器及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种圆状果蔬采摘机器人末端执行器及其实现方法。圆状果蔬采摘机器人末端执行器包括圆状果蔬限位壳体、电机‑限位壳体连接架、直流电机、挡板、圆锯片、电机‑接杆连接杆、接杆。圆状果蔬限位壳体能对果蔬的位置进行限制并将果梗引导到由直流电机、电机‑接杆连接杆以及接杆形成的切割系统的切割范围内，进行采摘作业。本发明具有机械结构简单紧凑，适用范围广，容错率高的优点。

Description

一种圆状果蔬采摘机器人末端执行器及其实现方法

技术领域

本发明涉及农业机械领域，特别涉及一种圆状果蔬采摘机器人末端执行器及其实现方法。

背景技术

中国是一个农业大国，每年果蔬产量巨大。果蔬的采摘期普遍较短，而我国果蔬采摘的自动化程度很低，大部分采摘工作都由人工完成。人工采摘的成本高、作业效率低下、劳动强度高，特别是对于种植面积大且挂果率高的果蔬采摘，例如番茄、圆椒、柑橘等等，需要投入更多的劳动力来完成采摘工作。但目前我国越来越多的农业劳动力逐渐转移到其他产业，劳动力资源不足的问题日益严峻，若果蔬成熟后不能及时采摘，势必会造成一定的经济损失。在农业劳动力不断减少的情况下，果蔬采摘机器的发展，可以提高劳动效率、降低生产力，是今后我国在农业领域发展的必然选择。

在果蔬采摘方面，很大一部分果蔬可以采用同样的机器，只需要更换不同的末端执行器即可，故末端执行器设计的好坏，很大程度上决定了采摘机器的采摘水平。发明专利“球形果蔬采摘末端执行器”(公开号为CN104365278B)，其由机架、驱动传动机构、导套机构、切断机构、抓取机构组成；工作原理是通过电机正转，带动安装在传动轴上的绞盘正转，拉动绳克服弹簧作用力向左运动，抓取机构和切断机构同时执行抓取和切断动作；它具有结构较简便，夹持和剪断同时进行的优点；但是，由于剪断机构张开幅度太小，不能很好地保证果梗能够准确地位于剪断机构中，使得采摘失败的比率会大幅增大，可是，若通过高精度的识别和控制来弥补这一缺陷，又势必会使机器制造成本大幅增加，适用性不强。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种圆状果蔬采摘机器人末端执行器，降低果蔬采摘的难度，提高果蔬采摘的效率。

本发明的另一目的在于提供一种上述圆状果蔬采摘机器人末端执行器的实现方法。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种圆状果蔬采摘机器人末端执行器，包括圆状果蔬限位壳体1、电机-限位壳体连接架2、直流电机3、挡板4、圆锯片5、电机-接杆连接杆6、接杆7；圆状果蔬限位壳体1为末端执行器主体，起到采摘并限制果蔬移动范围的作用，其余零件的连接都基于此圆状果蔬限位壳体1；电机-限位壳体连接架2通过螺栓连接固定直流电机3，并通过螺栓连接圆状果蔬限位壳体1；挡板4位于电机-接杆连接杆6和接杆7的上方，通过螺钉固定于圆状果蔬限位壳体1上，其作用是防止电机-接杆连接杆6和接杆7直接与所采摘果蔬发生碰撞；圆锯片5通过螺纹连接与接杆7相连，其作用是切断所采摘果蔬的果梗；电机-接杆连接杆6的首端与接杆7连接，电机-接杆连接杆6的尾端与直流电机3相连；接杆7的首端与圆锯片5连接，接杆7的尾端与电机-接杆连接杆6连接。

圆状果蔬限位壳体1的上端设置有用于导引果梗的V形槽，是大范围光滑过渡的V字形结构；圆状果蔬限位壳体1的底部设置有1个以上圆状通孔，用于与导果管9通过扎带8进行连接。

一种圆状果蔬采摘机器人末端执行器的实现方法，是采用上述圆状采摘机器人末端执行器作为执行机构，包括下述步骤：

(1)采摘机器人在识别定位到目标果实的所在位置后，控制圆状果蔬采摘机器人末端执行器到达目标果实的下方，机械手缓缓上抬，使圆状果蔬采摘机器人末端执行器从下方靠近目标果实；

(2)圆状果蔬限位壳体套住目标果实，使目标果实被限制在圆状果蔬限位壳体内，由于圆状果蔬限位壳体采用大范围光滑过渡的V字形结构，因此在圆状果蔬采摘机器人末端执行器的上抬过程中，目标果实的果梗在其果实自身重力的作用下自动滑入V字形结构中并被导引到圆锯片的上方，进入圆锯片的切割范围内；

(3)圆锯片在直流电机的带动下高速转动，产生切削目标果实果梗的切削力，目标果实果梗在其自身果实重力和圆锯片切削力的共同作用下被切断。

本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：

(1)本发明的结构较为简洁紧凑，成本较低，适合产业化推广；

(2)本发明可以实现基于识别果实方法的果梗切削，可靠性高；

(3)本发明的普适性强，可适用于多种圆状果蔬的采摘；

(4)本发明的容错率较高，V字形壳体结构在套住果蔬的情况下可自动定位到果梗并将果梗导引到圆锯片的切割范围内进行切割，故可允许视觉定位和机械定位较大的定位误差。

附图说明

图1为本发明圆状果蔬采摘机器人末端执行器的结构示意图。

图2为本发明圆状果蔬采摘机器人末端执行器的俯视图。

图3为本发明圆状果蔬采摘机器人末端执行器与导果管的连接示意图。

图4为本发明圆状果蔬采摘机器人末端执行器在西红柿采摘机器人上的连接示意图。

图5为本发明的圆状果蔬限位壳体的结构示意图。

图6为本发明的电机-限位壳体连接架的结构示意图。

图7为本发明的挡板的结构示意图。

其中，1、圆状果蔬限位壳体；2、电机-限位壳体连接架；3、直流电机；4、挡板；5、圆锯片；6、电机-接杆连接杆；7、接杆；8、扎带；9、导果管。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

一种圆状果蔬采摘机器人末端执行器，如图1、图2所示，包括圆状果蔬限位壳体1、电机-限位壳体连接架2、直流电机3、挡板4、圆锯片5、电机-接杆连接杆6、接杆7；如图5所示，圆状果蔬限位壳体1为末端执行器主体，起到采摘并限制果蔬移动范围的作用，其余零件的连接都基于此圆状果蔬限位壳体1；如图6所示，电机-限位壳体连接架2通过螺栓连接固定直流电机3，并通过螺栓连接圆状果蔬限位壳体1；如图7所示，挡板4位于电机-接杆连接杆6和接杆7的上方，通过螺钉固定于圆状果蔬限位壳体1上，其作用是防止电机-接杆连接杆6与接杆7直接与所采摘果蔬发生碰撞；圆锯片5通过螺纹连接与接杆7相连，位于接杆7的首端，其作用是切断所采摘果蔬的果梗；电机-接杆连接杆6的首端与接杆7连接，电机-接杆连接杆6的尾端与直流电机3相连；接杆7的首端与圆锯片5连接，接杆7的尾端与电机-接杆连接杆6连接。圆状果蔬限位壳体1的上端设置有用于导引果梗的v形槽；圆状果蔬限位壳体1的底部设置有1个以上圆状通孔，用于与导果管9通过扎带8进行连接，如图3所示。

一种基于圆状果蔬采摘机器人末端执行器的实现方法，是采用基于上述圆状采摘机器人末端执行器作为执行机构，如图4所示，将本发明的圆状果蔬采摘机器人末端执行器安装在西红柿采摘机器人上，可以进行西红柿的采摘，包括下述步骤：

(1)采摘机器人在识别定位到目标果实的所在位置后，控制圆状果蔬采摘机器人末端执行器到达目标果实的下方，机械手缓缓上抬，使圆状果蔬采摘机器人末端执行器从下方靠近目标果实；

(2)圆状果蔬限位壳体套住目标果实，使目标果实被限制在圆状果蔬限位壳体内，由于圆状果蔬限位壳体采用大范围光滑过渡的V字形结构，故目标果实的果梗在圆状果蔬采摘机器人末端执行器上抬的过程中，在其果实自身重力的作用下自动滑入V字形结构中并被导引到圆锯片的上方，进入圆锯片的切割范围内；

(3)圆锯片在直流电机的带动下高速转动，产生切削目标果实果梗的切削力，目标果实果梗在其自身果实重力和圆锯片切削力的共同作用下被切断。

类似的，可以将本发明的圆状果蔬采摘机器人末端执行器安装在不同的采摘机器人上。

Claims (3)

1.一种圆状果蔬采摘机器人末端执行器，其特征在于：包括圆状果蔬限位壳体、电机-限位壳体连接架、直流电机、挡板、圆锯片、电机-接杆连接杆、接杆；圆状果蔬限位壳体为末端执行器主体，起到采摘并限制果蔬移动范围的作用，其余零件的连接都基于此圆状果蔬限位壳体；电机-限位壳体连接架通过螺栓连接固定直流电机，并通过螺栓连接圆状果蔬限位壳体；挡板位于电机-接杆连接杆和接杆的上方，通过螺钉固定于圆状果蔬限位壳体上，其作用是防止电机-接杆连接杆和接杆直接与所采摘果蔬发生碰撞；圆锯片通过螺纹连接与接杆相连，其作用是切断所采摘果蔬的果梗；电机-接杆连接杆的首端与接杆连接，电机-接杆连接杆的尾端与直流电机相连；接杆的首端与圆锯片连接，接杆的尾端与电机-接杆连接杆连接。

2.根据权利要求1所述的圆状果蔬采摘机器人末端执行器，其特征在于：圆状果蔬限位壳体的上端设置有用于导引果梗的V形槽，是大范围光滑过渡的V字形结构；圆状果蔬限位壳体的底部设置有1个以上圆状通孔，用于与导果管通过扎带进行连接。

3.一种圆状果蔬采摘机器人末端执行器的实现方法，其特征在于：是采用权利要求1或2所述的圆状采摘机器人末端执行器作为执行机构，包括下述步骤：

(1)采摘机器人在识别定位到目标果实的所在位置后，控制圆状果蔬采摘机器人末端执行器到达目标果实的下方，机械手缓缓上抬，使圆状果蔬采摘机器人末端执行器从下方靠近目标果实；

(2)圆状果蔬限位壳体套住目标果实，使目标果实被限制在圆状果蔬限位壳体内，由于圆状果蔬限位壳体采用大范围光滑过渡的V字形结构，因此在圆状果蔬采摘机器人末端执行器的上抬过程中，目标果实的果梗在其果实自身重力的作用下自动滑入V字形结构中并被导引到圆锯片的上方，进入圆锯片的切割范围内；

(3)圆锯片在直流电机的带动下高速转动，产生切削目标果实果梗的切削力，目标果实果梗在其自身果实重力和圆锯片切削力的共同作用下被切断。