CN109352673A - 一种水果采摘末端执行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水果采摘末端执行器，包括水果夹持机构和果梗剪切机构，水果夹持机构包括线性模组和手爪，果梗剪切机构由齿轮、弧形齿条、弧形刀片和小电机组成，可从水果正下方接近水果，完成水果夹持、果梗剪切和水果收集操作，且对手爪夹持力进行控制，以达到水果无损采摘的目的。

Description

一种水果采摘末端执行器

技术领域

本发明涉及一种水果采摘末端执行器，可实现易损、易碰伤水果的无损采摘。

背景技术

水果的自动化采摘对于采摘机械手的要求有以下几点：1.实现水果无损采摘；2.采摘成功率高；3.采摘速度快。实现水果的无损采摘对于机械手的末端执行器具有极高的要求，需要对末端执行器的抓持力进行精密的控制，以保护水果不受损伤，实现无损采摘。其次，对于不同的采摘方式，也会对水果造成不同程度的损伤。

目前，采摘机械手的末端执行器多采用两指直接夹取水果并剪断或割断果柄的方式实现采摘，但这类末端执行器的通病就是会对水果造成不同程度的损坏，影响采摘果实质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种新型水果采摘末端执行器，用于易损、易碰伤水果的无损采摘。通过双目立体视觉系统检测水果的位置，并进行路径规划，通过机械臂带动末端执行器接近水果，实现水果夹持和剪断果柄的动作，完成水果采摘。

本发明的目的是这样实现的：一种新型水果采摘末端执行器，包括线性模组、手爪、齿轮、弧形齿条、弧形刀片、压力传感器、距离传感器和小电机，线性模组固设于机械臂上；手爪为双手指，其中一个手指固设于线性模组，另一手指安装在线性模组的滑块上，可随滑块移动，以实现手爪的张开闭合；手指内设置有弧形轨道，弧形齿条可在齿轮带动下沿弧形轨道滑动；弧形刀片固设于弧形齿条顶端；压力传感器粘贴在手指表面，用于检测末端执行器夹持水果时的夹持力；距离传感器安装在线性模组上，用于检测水果是否进入可夹持位置。

线性模组由丝杆、滑块、滚动轴承、联轴器、大电机组成，大电机转动可带动安装在滑块上的手指移动，完成手指的张开、闭合操作。

小电机、齿轮、弧形齿条、弧形刀片配合完成果柄剪切动作。小电机转动带动弧形齿条沿手指内的弧形轨道滑动，固设于弧形齿条顶端的弧形刀片于接合位置剪断果梗，完成水果果梗剪切动作。

采摘机械手的双目立体视觉系统检测到水果位置时，由机械臂带动末端执行器接近水果，距离传感器检测需采摘水果是否进入末端执行器可夹持位置，若进入可夹持位置，大电机转动，带动手爪闭合，同时压力传感器检测水果受到的压力，当水果受压达到预设最小损伤力(不损伤水果，且保证水果不会在重力作用下从手爪滑落的力)时，电机停止转动并保持当前状态，随后小电机转动，带动弧形齿条沿弧形轨道滑动，完成果柄剪切。实现水果无损采摘。

附图说明

图1为本发明末端执行器的结构示意图；

图2为本发明末端执行器的工作状态剖面图；

图3为本发明末端执行器的工作原理图；

图4为本发明末端执行器的控制系统图。

主要元件符号说明

线性模组	1	弧形齿条	8
				滚动轴承	2	弧形刀片	9
丝杆	3	手爪	10
				滑块	4	小电机	11
联轴器	5	压力传感器	12
				大电机	6	距离传感器	13
齿轮	7

具体实施方式

为使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。附图中给出了本发明的若干实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固设于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”、“上”、“下”以及类似的表述只是为了说明的目的，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步详细说明。

请参阅图1至2，一种水果采摘末端执行器，用于水果无损采摘，包括线性模组1、齿轮7、弧形齿条8、弧形刀片9、手爪10、小电机11、压力传感器12、距离传感器13。

所述线性模组1由滚动轴承2、丝杆3、滑块4、联轴器5和大电机6组成，大电机6转动带动丝杆3转动，同时滑块4沿丝杆3滑动。

所述手爪10由两个手指组成，其中一个手指固设于线性模组1一端，另一手指固设于滑块4，可随滑块4运动，以完成夹持和释放水果，手指内设置有弧形轨道，可供弧形齿条8沿手指滑动。

所述小电机11固设于手爪10外表面，且小电机11转动带动齿轮7转动，进一步带动弧形齿条8沿手爪10内设置的弧形轨道运动，两手指内的弧形齿条 8顶端均设置有弧形刀片9，弧形刀片9跟随弧形齿条8转动至接合位置，剪断水果果梗。

所述压力传感器12设置于手爪10表面，用于测量夹持水果时对水果施加的压力。

所述距离传感器13设置于线性导轨1上，用于测量水果是否进入手爪10 可抓取范围。

工作原理：本发明用于水果无损采摘，采摘水果时，通过采摘机器人的双目立体视觉系统检测需要采摘水果的位置，并通过机械臂带动本末端执行器从水果正下方接近水果。此时，距离传感器13测量水果是否进入手爪10可抓取范围，若进入可抓取范围，大电机6转动带动手爪10闭合，完成水果夹持动作，当压力传感器12测得的压力达到预设的水果最小损伤力时，保持手爪10 于当前位置，然后小电机11带动弧形齿条8沿手爪10内的弧形轨道转动至弧形刀片9接合并剪断果梗，完成果梗剪切动作。完成剪切后，小电机11复位，机械臂带动本末端执行器移动至水果收集装置，手爪10释放水果，完成水果采摘动作，若需采摘水果数量不为零，开始下一个水果的采摘动作，若需采摘水果数量为零，各部件复位，结束采摘。

Claims (6)

1.一种水果采摘末端执行器，用于水果无损采摘，包括线性模组(1)、齿轮(7)、弧形齿条(8)、弧形刀片(9)、手爪(10)、小电机(11)、压力传感器(12)和距离传感器(13)。

2.根据权利要求书1所述的一种水果采摘末端执行器，其特征在于：线性模组(1)由滚动轴承(2)、丝杆(3)、滑块(4)、联轴器(5)和大电机(6)组成，大电机(6)转动带动丝杆(3)转动，同时滑块(4)沿丝杆(3)滑动。

3.根据权利要求书1所述的一种水果采摘末端执行器，其特征在于：手爪(10)由两个手指组成，其中一个手指固设于线性模组(1)一端，另一手指固设于滑块(4)，可随滑块(4)运动，以完成夹持和释放水果，手指内设置有弧形轨道，可供弧形齿条(8)沿手指滑动。

4.根据权利要求书1所述的一种水果采摘末端执行器，其特征在于：小电机(11)固设于手爪(10)外表面，且小电机(11)转动带动齿轮(7)转动，进一步带动弧形齿条(8)沿手爪(10)内设置的弧形轨道运动，两手指内的齿条末端均设置有弧形刀片(9)，弧形刀片(9)跟随齿条转动至接合位置，剪断水果果梗。

5.根据权利要求书1所述的一种水果采摘末端执行器，其特征在于：压力传感器(12)设置于手爪(10)表面，用于测量夹持水果时对水果施加的压力。

6.根据权利要求书1所述的一种水果采摘末端执行器，其特征在于：所述距离传感器(13)设置于线性导轨(1)上，用于测量水果是否进入手爪(10)可抓取范围。