CN113940193A - 气动柔性采摘末端执行器和采摘设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种气动柔性采摘末端执行器和采摘设备，包括连接底盘、支架、气囊夹爪、压缩泵、电磁阀、电机支架和编码电机，本发明通过气囊夹爪进行气动夹取，气囊夹爪采用软体材质制成，能够自适应压力变形，接触面积大和受力面积大，从而与果蔬之间的摩擦力大，可以减少采摘过程中果蔬的跌落情况，夹取果蔬时对果蔬呈包裹状态，具有不同果蔬通用性，针对多种形状果蔬都能试下很好的夹取，并且气囊夹爪具有良好的缓冲效果，能够有效的减少过程中发生触碰，也能减少设备以及果蔬的夹取损伤；通过压缩泵和电磁阀对气囊夹爪进行独立充放气，不用外带气源或者单独外接气源，工作时小巧灵活，能够有效地减小机械作业臂的负重。

Description

气动柔性采摘末端执行器和采摘设备

技术领域

本发明涉及果蔬采摘设备技术领域，具体为一种气动柔性采摘末端执行器和采摘设备。

背景技术

我国是一个资源非常丰富的国家，也是一个传统的农业和种植业大国，在我国每年都会有大量的水果和蔬菜产出，这几年随着我国经济的快速发展，我国每年对于水果和蔬菜的需求越来越高，果蔬的采摘传统的方法都是通过人工采摘，但是像柑橘等一些生长高度较高的水果，人工采摘高处果实是相当耗时耗力的一个环节，而且工人需要攀爬到较高的高度，十分的危险，因此出现了各种辅助人工采摘果实的采摘设备，机器采摘设备的主要难点在于末端采摘设备，不仅需要十分牢固的夹取住果蔬，还不能够对果蔬的表面造成损伤。

公开号为CN109479521A提供的一种水果采摘机器人末端执行器，其通过第一驱动单元以及平面连杆机构调节两个主卡爪，让水果在采摘时能被两个主卡爪所围成形状的大小抱住，从而防止水果的掉落，但是主卡爪为传统的刚性机构，不仅容易给果蔬造成损伤，而且对果蔬的包裹性较差，采摘的果蔬容易发生掉落，抓取的效果和通用性不好；其次，该机构在进行工作时，还需要额外安装一些气泵等驱动滑杆等装置，从增大了采摘工作机械作业臂的工作负担。

发明内容

本发明的目的在于提供一种气动柔性采摘末端执行器和采摘设备，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种气动柔性采摘末端执行器，包括连接底盘、支架、气囊夹爪、压缩泵、电磁阀、电机支架和编码电机，其中：

所述连接底盘上安装有至少两组支架，所述支架的上端固定有气囊夹爪，所述气囊夹爪为软体材质制成且外侧设置有褶皱，所述连接底盘下端固定有电磁阀，所述支架上安装有压缩泵，所述压缩泵的充放气孔通过电磁阀和气囊夹爪相连接，所述支架上固定有电机支架，所述电机支架上安装有编码电机，所述编码电机和压缩泵同轴连接，用去驱动压缩泵进行工作对气囊夹爪进行充气。

优选的，所述压缩泵由泵体、压缩筒、排气阀、进气阀、三角形转子、连杆、压缩活塞和固定杆构成，所述泵体的侧壁安装有压缩筒，所述压缩筒上安装有排气阀和进气阀，所述排气阀和进气阀均为单向阀，所述压缩筒内安装有压缩活塞，所述连杆一端固定在压缩活塞上，另一端安装有固定杆，所述三角形转子设置在泵体的中部，且和编码电机同轴连接，所述三角形转子的表面设置有三角形滑动槽，所述固定杆滑动卡在滑动槽内。

优选的，所述编码电机由转动电机和编码器构成，所述编码器和转动电机同轴连接，用于采集转动电机转动参数。

优选的，所述编码器和单片机模块电性连接，用于向单片机模块发送转动电机转动参数，所述单片机模块和电磁阀、转动电机电性连接，用于控制电磁阀和转动电机工作。

优选的，所述气囊夹爪的内侧表面固定有压力传感器，所述压力传感器和单片机模块电性连接，用于测量气囊夹爪夹持果蔬时的表面压力，并将压力数据发送至单片机模块。

优选的，所述单片机模块上集成设置有通讯口，所述单片机模块通过通讯口和上位控制模块进行通讯。

为实现上述目的，本发明还提供一种气动柔性采摘设备，其特征在于：所述气动柔性采摘设备包括采摘手臂机构和末端采摘机构，所述末端采摘机构安装在采摘手臂机构的采摘末端，所述末端采摘机构采用上述的末端执行器。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明通过气囊夹爪进行气动夹取，气囊夹爪采用软体材质，能够自适应压力变形，接触面积大和受力面积大，从而与果蔬之间的摩擦力大，可以减少采摘过程中果蔬的跌落情况，夹取果蔬时对果蔬呈包裹状态，具有不同果蔬通用性，针对多种形状果蔬都能试下很好的夹取，并且气囊夹爪具有良好的缓冲效果，能够有效的减少过程中发生触碰，也能减少设备以及果蔬的夹取损伤；

2、本发明通过压缩泵和电磁阀对气囊夹爪进行独立充放气，不用外带气源或者单独外接气源，工作时小巧灵活，能够有效地减小机械作业臂的负重。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明中压缩泵的内部结构示意图；

图3为本发明中三角形转子和压缩活塞的结构示意图；

图4为本发明中编码电机的结构示意图；

图5为本发明中连接底盘和支架的安装结构示意图；

图6为本发明中单片机模块工作的系统结构图。

图中：1连接底盘、2支架、3气囊夹爪、4压缩泵、401泵体、402压缩筒、403排气阀、404进气阀、405三角形转子、406连杆、407压缩活塞、408固定杆、41三角形滑动槽、5电磁阀、6电机支架、7编码电机、701转动电机、702编码器、8压力传感器、9单片机模块、10上位控制模块。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例：

请参阅图1至图6，本发明提供一种技术方案：

一种气动柔性采摘末端执行器，包括连接底盘1、支架2、气囊夹爪3、压缩泵4、电磁阀5、电机支架6和编码电机7，其中：

所述连接底盘1上均匀安装有三组支架2，所述支架2的上端固定有气囊夹爪3，所述气囊夹爪3均匀设置有三个，且内侧表面固定有压力传感器8，所述气囊夹爪3采用硅胶软体材质制成，所述气囊夹爪3外侧设置有褶皱，正常状态下，气囊夹爪3呈张开状态，当夹取时，电磁阀5换位，气囊夹爪3充气，由于外侧存在褶皱，气囊夹爪3充气时向内呈弯曲包裹状态，实现柔性仿生夹取，气囊夹爪3为软体材质，能够自适应压力变形，接触面积大和受力面积大，从而与果蔬之间的摩擦力大，可以减少采摘过程中果蔬的跌落情况，夹取果蔬时对果蔬呈包裹状态，具有不同果蔬通用性，针对多种形状果蔬都能试下很好的夹取，并且气囊夹爪3具有良好的缓冲效果，能够有效的减少过程中发生触碰，也能减少设备以及果蔬的夹取损伤。

所述连接底盘1下端固定有电磁阀5，所述电磁阀5采用二位四通电磁阀，所述支架2上安装有压缩泵4，所述压缩泵4由泵体401、压缩筒402、排气阀403、进气阀404、三角形转子405、连杆406、压缩活塞407和固定杆408构成，所述泵体401的侧壁对称安装有三个压缩筒402，所述压缩筒403上安装有排气阀403和进气阀404，所述排气阀403和进气阀404均为单向阀，排气阀403允许压缩筒403向外排气，进气阀404压缩筒403向其内部进气，所述压缩筒403内安装有压缩活塞407，所述连杆406一端固定在压缩活塞407上，另一端安装有固定杆408，所述三角形转子405设置在泵体401的中部，且和编码电机7同轴连接，所述三角形转子405的表面设置有三角形滑动槽41，所述固定杆408滑动卡在滑动槽41内，所述三角形转子405和三角形滑动槽41的边角均为圆润的弧形，由于三角形滑动槽41各处和压缩筒403的距离不同，当三角形转子405转动时，固定杆408沿着三角形滑动槽41进行滑动，然后通过连杆406带动压缩活塞407在压缩筒402内部进行往复运动，然后即可通过排气阀403喷出气体。

所述压缩泵4的排气阀403通过电磁阀5和气囊夹爪3相连接，通过电磁阀5控制气囊夹爪3充气和排气，所述支架2上固定有电机支架6，所述电机支架6上安装有编码电机7，所述编码电机7由转动电机701和编码器702构成，所述编码器702和转动电机701同轴连接，所述编码电机7和压缩泵4的三角形转子405同轴连接，用去驱动三角形转子405转动对气囊夹爪3进行充气，通过压缩泵4和电磁阀5对气囊夹爪3进行独立充放气，不用外带气源或者单独外接气源，工作时小巧灵活，能够有效地减小机械作业臂的负重。

所述编码器702用于采集转动电机701转动参数，所述编码器702和单片机模块9电性连接，用于向单片机模块9发送转动电机701转动参数，所述压力传感器8和单片机模块9电性连接，用于测量气囊夹爪3夹持果蔬时的表面压力，并将压力数据发送至单片机模块9，所述单片机模块9和电磁阀5、转动电机701电性连接，用于控制电磁阀5和转动电机701工作，单片机模块9采用STM32单片机为核心，整个模块体积较小，能够根据需求放置在需要放置的位置，单片机模块9控制电磁阀5和转动电机701均通过控制电磁阀5和转动电机701的电源电路上的继电器进行控制，单片机模块9内部存储有闭环控制系统，能够通过编码器702和压力传感器8测量的参数，控制电磁阀5和转动电机701，实现针对气囊夹爪3表面压力的负反馈控制，让气囊夹爪3抓取果蔬时施加给果蔬的压力较为合适。

所述单片机模块9上集成设置有通讯口，所述单片机模块9通过通讯口和上位控制模块10进行通讯，能够通过上位控制模块10控制单片机模块9，进而控制其下位设备，适用性更强。

为实现上述目的，本发明还提供一种气动柔性采摘设备，其中，所述气动柔性采摘设备包括采摘手臂机构和末端采摘机构，所述末端采摘机构安装在采摘手臂机构的采摘末端，所述末端采摘机构采用上述的末端执行器。

本发明的使用原理：在正常状态下，气囊夹爪3呈张开状态，当夹取时，电磁阀5换位，转动电机701工作，带动三角形转子405进行转动，压缩活塞407进行往复运动，排气阀403通过电磁阀5往气囊夹爪3进行充气，进气阀404进气，由于外侧存在褶皱，气囊夹爪3充气时向内呈弯曲包裹状态，将需要采摘的果蔬抓取在三个气囊夹爪3之间；

在进行抓取后，由于气囊夹爪3与果蔬进行接触，表面产生一定的压力，压力传感器8采集该压力的参数，编码器702采集转动电机701的转动参数，单片机模块9通过压力参数和转动参数，控制转动电机701和电磁阀5，让气囊夹爪3抓取果蔬时施加给果蔬的压力较为合适。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (7)

1.一种气动柔性采摘末端执行器，包括连接底盘(1)、支架(2)、气囊夹爪(3)、压缩泵(4)、电磁阀(5)、电机支架(6)和编码电机(7)，其特征在于：

所述连接底盘(1)上安装有至少两组支架(2)，所述支架(2)的上端固定有气囊夹爪(3)，所述气囊夹爪(3)为软体材质制成且外侧设置有褶皱，所述连接底盘(1)下端固定有电磁阀(5)，所述支架(2)上安装有压缩泵(4)，所述压缩泵(4)的充放气孔通过电磁阀(5)和气囊夹爪(3)相连接，所述支架(2)上固定有电机支架(6)，所述电机支架(6)上安装有编码电机(7)，所述编码电机(7)和压缩泵(4)同轴连接，用去驱动压缩泵(4)进行工作对气囊夹爪(3)进行充气。

2.根据权利要求1所述的一种气动柔性采摘末端执行器，其特征在于：所述压缩泵(4)由泵体(401)、压缩筒(402)、排气阀(403)、进气阀(404)、三角形转子(405)、连杆(406)、压缩活塞(407)和固定杆(408)构成，所述泵体(401)的侧壁安装有压缩筒(402)，所述压缩筒(403)上安装有排气阀(403)和进气阀(404)，所述排气阀(403)和进气阀(404)均为单向阀，所述压缩筒(403)内安装有压缩活塞(407)，所述连杆(406)一端固定在压缩活塞(407)上，另一端安装有固定杆(408)，所述三角形转子(405)设置在泵体(401)的中部，且和编码电机(7)同轴连接，所述三角形转子(405)的表面设置有三角形滑动槽(41)，所述固定杆(408)滑动卡在滑动槽(41)内。

3.根据权利要求1所述的一种气动柔性采摘末端执行器，其特征在于：所述编码电机(7)由转动电机(701)和编码器(702)构成，所述编码器(702)和转动电机(701)同轴连接，用于采集转动电机(701)转动参数。

4.根据权利要求3所述的一种气动柔性采摘末端执行器，其特征在于：所述编码器(702)和单片机模块(9)电性连接，用于向单片机模块(9)发送转动电机(701)转动参数，所述单片机模块(9)和电磁阀(5)、转动电机(701)电性连接，用于控制电磁阀(5)和转动电机(701)工作。

5.根据权利要求4所述的一种气动柔性采摘末端执行器，其特征在于：所述气囊夹爪(3)的内侧表面固定有压力传感器(8)，所述压力传感器(8)和单片机模块(9)电性连接，用于测量气囊夹爪(3)夹持果蔬时的表面压力，并将压力数据发送至单片机模块(9)。

6.根据权利要求5所述的一种气动柔性采摘末端执行器，其特征在于：所述单片机模块(9)上集成设置有通讯口，所述单片机模块(9)通过通讯口和上位控制模块(10)进行通讯。

7.一种气动柔性采摘设备，其特征在于：所述气动柔性采摘设备包括采摘手臂机构和末端采摘机构，所述末端采摘机构安装在采摘手臂机构的采摘末端，所述末端采摘机构采用权利要求1-6任一项所述的末端执行器。

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