CN115362839B - 番茄去枝末端执行器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及机器人领域。技术方案是：番茄去枝末端执行器，其特征在于：该执行器包括机架、与机架固定的电机、设置在机架上的两条夹臂、带有刀片的两个四边形机构、传递电机动力分别驱动四边形机构运动使得刀片开合以及两条夹臂反向转动的传动机构；所述两条夹臂平行布置，夹臂的横截面为圆缺形，刀片闭合时两条夹臂同时转过一定角度使得夹臂的间距减小；所述传动机构包括可转动地定位在机架中的两条蜗杆、固定在蜗杆上且互相啮合的两个传动齿轮、分别与蜗杆啮合的两个蜗轮；所述两条夹臂分别与两条蜗杆同轴连接，电机输出轴与其中一条蜗杆同轴连接。该执行器应能对番茄的枝条进行切割和夹持，并具有整体结构紧凑、工作平稳、效率高的特点。

Description

番茄去枝末端执行器

技术领域

本发明涉及机器人领域，具体是一种去番茄枝机器人的末端执行器。

背景技术

番茄在生长期间难免会长出杈枝，这些杈子不仅不能正常开花结果，还会消耗大量的养分，影响果实生长，需要及时剪掉。剪杈枝去老叶，对减少植株营养消耗、促进结果以及提高品质起着重要的作用。同时，在番茄采摘机器人作业时，过多枝叶的遮挡也会影响采摘点的获取。

目前，关于番茄去枝末端的研究较少。现有的去枝末端执行器只能实现枝条的切割，对无法对切割后的残枝进行处理，需要通过人工收集方式对枝条进行回收，不仅降低了生产效率，还增大了生产成本。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术中的不足，提供一种番茄去枝末端执行器，该执行器应能对番茄的枝条进行切割和夹持，并具有整体结构紧凑、工作平稳、效率高且经济效益好的特点。

本发明的技术方案是：

番茄去枝末端执行器，其特征在于：该执行器包括机架、与机架固定的电机、设置在机架上的两条夹臂、带有刀片的两个四边形机构、传递电机动力分别驱动四边形机构运动使得刀片开合以及两条夹臂反向转动的传动机构；所述两条夹臂平行布置，夹臂的横截面为圆缺形，刀片闭合时两条夹臂同时转过一定角度使得夹臂的间距减小；所述传动机构包括可转动地定位在机架中的两条蜗杆、固定在蜗杆上且互相啮合的两个传动齿轮、分别与蜗杆啮合的两个蜗轮；所述两条夹臂分别与两条蜗杆同轴连接，电机输出轴与其中一条蜗杆同轴连接，两个蜗轮分别与两个四边形机构的转轴连接。

所述四边形机构中，第一连杆与第二连杆可转动地定位在机架上，第三连杆可转动地定位在第一连杆与第二连杆上；所述刀片与第三连杆固定。

所述电机通过电机支架与机架固定；所述电机输出轴通过联轴器与其中一条蜗杆同轴连接；所述第一连杆的转轴与蜗轮同轴连接。

所述夹臂为圆柱体，夹臂上设有与夹臂中轴线平行的夹持面，夹持面与夹臂中轴线的距离小于夹臂的半径。

所述夹臂的前端设有连接夹持面的圆弧面。

所述刀片通过夹具与第三连杆固定；所述第三连杆上设有插槽，夹具的后部设有伸入插槽的插柄，夹具的前部设有用于安装刀片的卡口。

所述机架包括支撑架与托台；所述支撑架包括两个平行布置的支撑板以及与两个支撑板固定的底板。

所述蜗轮、蜗杆、第一连杆、第二连杆可转动地定位在支撑架上。

所述传动齿轮可转动地定位在托台上。

本发明的有益效果是：

1、本发明提出的一种番茄去枝末端执行器，可以同时驱动刀片进行切割以及夹臂夹持枝条，结构设计巧妙，在夹住番茄枝条的同时进行切割动作，提高了枝条切割的成功率，同时通过增加刀片的长度以及在夹臂前端增加圆弧面设计，减少了对控制精度的要求，确保枝条完全落在刀片的切割范围内，并能引导较大直径的枝条进入夹臂中，进一步提高了切割的成功率；

2、本发明的夹臂能够对需切割的枝条进行夹持，方便后续自动化收集枝条，避免枝条随意散落在地面，降低了生产成本，夹臂前端的圆弧面形成喇叭形开口，有利于准确抓取枝条；

3、本发明通过齿轮带动夹臂以及蜗杆同速转动，有利于枝条的夹持，还通过蜗轮蜗杆带动四边形机构运动，保证了两刀片在同一平面内进行等速开闭，避免了因刀片闭合时出现错位而导致枝条无法完全切断的问题；

4、本发明安装在去枝机器人机械臂的末端，不仅保证了去枝的成功率，而且方便了后续自动化收集枝条，提高了末端执行器工作的效率，同时还具有设计巧妙、整体结构紧凑、可靠性高、工作平稳、效率高、经济效益好的特点，可以普遍应用于农业智能去枝机器人领域。

附图说明

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明的主视结构示意图(未切割状态、省略机架)。

图3是本发明的主视结构示意图(切割状态)。

图4是本发明的右视结构示意图。

图5是本发明的俯视结构示意图。

图6是本发明的支撑架的立体结构示意图。

图7是本发明的托台的立体结构示意图。

图8是本发明的传动机构的立体结构示意图。

图9是本发明的四边形机构的立体结构示意图。

图10是本发明的夹具的立体结构示意图。

图11是本发明的夹臂的立体结构示意图。

具体实施方式

以下结合说明书附图，对本发明作进一步说明，但本发明并不局限于以下实施例。

如图1所示，番茄去枝末端执行器，包括机架1、电机2、夹臂3、刀片4、四边形机构、传动机构。

如图2和图3所示，电机固定在机架底部，夹臂从机架的上部伸出，两个四边形机构分别设置在机架的左右两侧，每个四边形机构上固定一个刀片，传动机构用于传递电机动力来驱动夹臂反向旋转以及四边形机构摆动。两个四边形机构摆动时带动刀片开合，进而对枝条进行切割。两个夹臂同时进行反向旋转，夹臂的间距随着转动角度的变化而改变，进而实现枝条的向内进给和切断后的夹持，间距增大时，刀片打开，枝条进入夹臂中等待切割或者夹臂释放切断后的枝条(图2)，间距减小时，刀片闭合切断枝条，夹臂夹住枝条(图3)。

所述夹臂可转动地定位在机架上，两条夹臂平行布置。如图11所示，夹臂为圆柱体，夹臂的侧面设有夹持面3.1(夹臂的横截面呈圆缺形)，夹持面平行于夹臂的中轴线，并且夹持面到夹臂中轴线的距离小于夹臂的半径，夹臂的前端还设有圆弧面3.2，圆弧面在夹臂的前端与夹持面之间形成圆弧过渡。

夹持状态时两条夹臂的夹持面相对布置并且互相平行，夹臂的间距大于枝条的外径，两个圆弧面在两条夹臂之间形成前宽后窄的喇叭形开口，便于将外部枝条引入两条夹臂之间；夹紧状态时，两条夹臂同时反向转过一定的角度(至少为90度)，此时，夹臂的间距小于枝条的外径，枝条被夹臂紧紧夹住。

所述四边形机构包括第一连杆11、第二连杆12、第三连杆13。如图9所示，第一连杆的左端通过第一转轴10.1可转动地定位在机架上，第二连杆的左端通过第二转轴10.2可转动地定位在机架上，第三连杆的底端通过第三转轴10.3可转动地定位在第一连杆的右端，第三连杆的中部通过第四转轴10.4可转动地定位在第二连杆的右端，刀片固定在第三连杆的顶端。所述四边形机构为平行四边形机构。

所述刀片通过夹具9与第三连杆固定，第三连杆上设有插槽13.1，夹具的后部设有插柄9.1，插柄伸入插槽中再通过螺栓固定，夹具的前部设有凹口9.1并且凹口中设有刀槽(图中省略)，刀片安装在刀槽中并用螺栓固定。该刀片的长度大于现有的枝条切刀长度，这样就能以降低对于控制精度的要求。四边形机构运动时带动两个刀片在同一平面内开合，确保刀片合上时可以顺利切断枝条。

所述传动机构用于传递电机动力来驱动夹臂转动以及四边形机构运动。所述传动机构包括两个蜗杆5、两个传动齿轮6、两个蜗轮7。

如图8所示，所述蜗杆与蜗轮均可转动地定位在机架中，两个蜗杆的转动轴线平行布置，两个蜗轮的转动轴线平行布置并且垂直于蜗杆的转动轴线，两个蜗杆布置在两个蜗轮的中间，每个蜗杆与一个蜗轮啮合，每个蜗杆的一端与一个传动齿轮同轴连接并且另一端与一条夹臂同轴连接，电机通过联轴器其中一条蜗杆同轴连接，每个蜗轮还与同一侧四边形机构的第一转轴同轴固定，并且蜗轮与第一连杆之间设有加强杆10.5。

所述机架包括上下固定的支撑架与托台。如图6所示，所述支撑架包括两个支撑板1.1以及同时与两个支撑板固定的底板1.2，支撑板的形状为梯形，两个支撑板平行布置，底板垂直布置在两个支撑板之间，底板与支撑板的底部固定。如图7所示，所述托台包括托板1.3以及设置在托板两侧的连接板1.4，托板通过连接板与底板固定，托板平行于底板，托板与底板之间保持一定的间距。

所述电机通过电机支架(图中省略)与托板固定，第一转轴与第二转轴可转动地定位在支撑架的支撑板上，蜗杆可转动地定位在底板上，蜗杆的一端还穿过底板伸入托台中连接传动齿轮，底板上设有供蜗杆穿过的通孔。

所述两个夹臂、两个蜗轮、两个蜗杆、两个传动齿轮、两个刀片、两个四边形机构均关于末端执行器的中轴线A对称布置。

该末端执行器安装在去枝机器人机械臂的末端，切割枝条时，机械臂带动末端执行器靠近枝条，末端执行器的夹臂开口需要对准枝条，并且末端执行器的刀片需要面向枝条的根部，末端执行器再向前移动以使枝条滑入两条夹臂之间，最后进行切割和夹持。

该末端执行器可同时实现枝条的夹持和刀片的闭合，在执行去枝任务时能够提高枝条切断的成功率，并且在切断的同时夹持住枝条，方便后续的自动化收集，避免了枝条的随意散落。该末端执行器特别适合切割番茄的枝条，对比目前的去枝末端执行器，该末端执行器具有效率高、结构紧凑、经济效益好的特点。

该番茄去枝末端执行器的关键之一在于对番茄枝条进行切割动作，其过程如下：电机启动，通过蜗杆、传动齿轮、蜗轮带动两个四边形机构运动，四边形机构再带动两个刀片以相同速度闭合，完成对枝条的切割。

该番茄去枝末端执行器的关键之二在于通过夹臂对去枝后枝条进行抓取动作，其过程如下：在刀片闭合的同时，两条夹臂反向旋转，由于减小夹臂的间距减小使得枝条被夹臂夹住，同时刀片进行闭合动作将枝条切下，电机停止转动时，夹臂也停止转动并且刚好夹住切下的枝条；不仅保证了刀片对枝条进行准确切割，也便于后续通过机械臂控制实现枝条的自动化收集；后续处理时，电机反向转动，刀片打开，夹臂释放切下的枝条。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (6)

1.番茄去枝末端执行器，其特征在于：该执行器包括机架（1）、与机架固定的电机（2）、设置在机架上的两条夹臂（3）、带有刀片（4）的两个四边形机构、传递电机动力分别驱动四边形机构运动使得刀片开合以及两条夹臂反向转动的传动机构；所述两条夹臂平行布置，夹臂的横截面为圆缺形，刀片闭合时两条夹臂同时转过一定角度使得夹臂的间距减小；所述传动机构包括可转动地定位在机架中的两条蜗杆（5）、固定在蜗杆上且互相啮合的两个传动齿轮（6）、分别与蜗杆啮合的两个蜗轮（7）；所述两条夹臂分别与两条蜗杆同轴连接，电机输出轴与其中一条蜗杆同轴连接；

所述夹臂可转动地定位在机架上，两条夹臂平行布置，夹臂为圆柱体，夹臂的侧面设有夹持面（3.1），夹臂的横截面呈圆缺形，夹持面平行于夹臂的中轴线，并且夹持面到夹臂中轴线的距离小于夹臂的半径，夹臂的前端还设有圆弧面（3.2），圆弧面在夹臂的前端与夹持面之间形成圆弧过渡；

夹持状态时两条夹臂的夹持面相对布置并且互相平行，夹臂的间距大于枝条的外径，两个圆弧面在两条夹臂之间形成前宽后窄的喇叭形开口，便于将外部枝条引入两条夹臂之间；夹紧状态时，两条夹臂同时反向转过一定的角度，此时，夹臂的间距小于枝条的外径，枝条被夹臂紧紧夹住；

所述四边形机构包括第一连杆11、第二连杆12、第三连杆13，第一连杆的左端通过第一转轴（10.1）可转动地定位在机架上，第二连杆的左端通过第二转轴（10.2）可转动地定位在机架上，第三连杆的底端通过第三转轴（10.3）可转动地定位在第一连杆的右端，第三连杆的中部通过第四转轴（10.4）可转动地定位在第二连杆的右端，刀片固定在第三连杆的顶端；

每个蜗轮还与同一侧四边形机构的第一转轴同轴固定。

2.根据权利要求1所述的番茄去枝末端执行器，其特征在于：所述电机通过电机支架与机架固定；所述电机输出轴通过联轴器（8）与其中一条蜗杆同轴连接；所述第一连杆的转轴与蜗轮同轴连接。

3.根据权利要求2所述的番茄去枝末端执行器，其特征在于：所述刀片通过夹具（9）与第三连杆固定；所述第三连杆上设有插槽（13.1），夹具的后部设有伸入插槽的插柄（9.1），夹具的前部设有用于安装刀片的卡口（9.2）。

4.根据权利要求3所述的番茄去枝末端执行器，其特征在于：所述机架包括支撑架与托台；所述支撑架包括两个平行布置的支撑板（1.1）以及与两个支撑板固定的底板（1.2）。

5.根据权利要求4所述的番茄去枝末端执行器，其特征在于：所述蜗轮、蜗杆、第一连杆、第二连杆可转动地定位在支撑架上。

6.根据权利要求5所述的番茄去枝末端执行器，其特征在于：所述传动齿轮可转动地定位在托台上。