CN117616993A - 一种猕猴桃采摘末端执行器 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种猕猴桃采摘末端执行器，该猕猴桃采摘末端执行器包括剪切机构，夹持机构，升降机构，传感器系统。传感器系统包括红外传感器、压力传感器和霍尔传感器。工作时，机械臂在先将末端执行器送到猕猴桃适宜采摘区域，当末端执行器通过红外传感器识别出果实位置时，机械臂停止移动，夹持机构在升降机构的作用下以预设的夹持力范围在适当区域夹持果实，接着剪切机构剪切果柄完成果柄无损分离，完成上述动作后，机械臂远离果实，升降机构复位，结束一个单果采摘。本发明通过剪切机构可以实现果柄无损分离，降低果实采摘过程损坏率，通过升降机构调节手爪在适当位置夹持果实，提高了果实采摘效率。

Description

一种猕猴桃采摘末端执行器

技术领域

本发明涉及果实的采摘领域，具体涉及一种猕猴桃采摘末端执行器。

背景技术

猕猴桃营养价值极为丰富，被誉为“水果之王”，在国内外均具有非常高的市场需求。人工采摘的收获方式劳动强度大，采摘效率较低。因此，研究猕猴桃采摘机器人具有重要意义。果实无损采摘是猕猴桃采摘机器人的关键技术之一，主要靠采摘机末端执行器来保证，末端执行器作为果实分离的执行工具，需要将农艺特点与机械结构相结合，需要考虑采摘力的大小，棚架振动幅度，是否残留果柄，采摘成功率等因素。

现有猕猴桃采摘机器人的末端执行器，多采用旋拧的方式进行果柄分离，主要存在两个主要问题：果实跌落和果实损伤。旋拧式末端执行器进行果实采摘的过程中，由于分离动作的幅度较大，会造成棚架振动和果实跌落损伤，这种收获方法会对猕猴桃果实造成较大的损伤，影响其商业价值，同时对于后期的储存和运输会有负面影响。因此，设计一种结构简单、应用性强、能够降低果实损伤概率及能够提高果实采摘效率的猕猴桃采摘末端执行器，对于猕猴桃产业的发展具有重要的现实意义。

发明内容

针对上述现有技术中存在的问题与不足，本发明的目的在于提供一种猕猴桃果实采摘末端执行器，其采摘方式简单，易控制，可以提高采摘效率及降低采摘过程果实损坏率。

本发明的目的是通过以下技术方案实现：

一种猕猴桃采摘末端执行器包括机械装置和传感系统。所述机械装置包括剪切机构、夹持机构、升降机构、传感器系统、上板、底板、侧板和后板。所述剪切机构固定在末端执行器上板与侧板内测，所述升降机构固定在末端执行器底板与上板内测，所述夹持机构固定在末端执行器后板内测。

所述剪切机构包括轴承，六角螺钉，剪切机构底板、剪切刀片、支撑柱、标准直齿轮、锥齿轮、剪切步进电机，所述支撑柱上端通过六角螺钉与上板固定，下端通过六角螺钉与剪切底板固定，所述的轴承两端通过六角螺钉分别安装在上板和剪切机构底板上，直齿轮和剪切刀片安装在轴承上，剪切刀片通过六角螺钉固定在直齿轮上，直齿轮相互啮合，所述的锥齿轮一个安装在右侧靠近末端执行器侧板的轴承上，另一个锥齿轮安装在剪切步进电机上，所述步进电机安装在末端执行器侧板外侧，两个锥齿轮相互啮合。

所述夹持机构包括滚珠丝杠Ⅰ、六连接杆、夹持固定板、六角螺钉、电机座、丝杠滑块、夹持步进电机、机械手爪。其中所述夹持步进电机固定在后板，所述夹持固定板通过六角螺钉与后板固定，所述六连接件通过六角螺钉与夹持固定板固定，所述滚珠丝杠Ⅰ与六连接杆相连接，滚珠丝杠Ⅰ末端通过电机座与夹持步进电机连接，六连接杆前端通过六角螺钉与机械手爪固定连接，机械手爪由弧形平板和支撑柱组成，结构为“合抱式”仿生弧面形，所述丝杠滑块安装在夹持固定板上，对六连接杆进行限位。

所述升降机构包括滑轨、滚珠丝杠Ⅱ、联轴器、固定架、升降步进电机。其中所述固定架通过六角螺钉固定在下板上平面上，联轴器安装在固定架内部，所述导轨上端与上板固定连接，下端与固定架固定连接，所述滚珠丝杠Ⅱ上端与上板固定连接，下端与联轴器固定连接，所述升降步进电机固定在下板下平面上，电机轴通过联轴器与滚珠丝杠Ⅱ连接。

所述传感器系统包括红外传感器、压力传感器和霍尔传感器。所述压力传感器安装在机械手爪的内侧，所述红外传感器安装在夹持固定板前端机械手爪正下方平行位置。所述霍尔传感器安装在滚珠丝杠Ⅰ与电机座接触处。

本发明所达到的效果为：

1)本发明针对“旋拧式”、“拉扯式”采摘末端执行器在果梗分离时果梗容易造成果实损坏的问题，在末端执行器内部设置了一种剪切机构，用于手爪抓取果实后对果梗进行剪切分离，降低了果梗分离时果实损伤率。

2)本发明在夹持机构中设有升降装置，可以调节机械手爪夹持果实的位置，以适应不同大小形状果实的夹持需求，避免因夹持果实不充分造成果实脱落。

3)本发明机械手爪采用双手“合抱式”结构，在采摘果实时可以更好地包裹果实，避免果实在夹持过程被手爪损坏。

4)本发明结构简单，使用方便，降低了猕猴桃在采摘过程中的棚架振动幅度和果实跌落损伤的可能性，提高了猕猴桃自动采摘效率和成功率。

附图说明

图1为本发明的采摘末端执行器结构示意图；

图2为本发明的剪切机构示意图；

图3为本发明的夹持机构示意图；

图4为本发明的升降机构立体示意图；

图5为本发明的采摘方法的流程示意图；

图中零件名称与附图编号的对应关系为：

1-上板；2-后板；3-底板；4-升降机构；5-侧板；6-夹持机构；7-剪切机构；8-剪切步进电机；9-轴承；10-六角螺钉；11-支撑柱；12-剪切机构底板；13-剪切刀片；14-标准直齿轮；15-锥齿轮；16-夹持步进电机；17-夹持固定板；18-丝杠滑块；19-红外传感器；20-六连接杆；21-机械手爪；22-滚珠丝杠Ⅰ；23-霍尔传感器；24-滑轨；25-固定架；26-升降步进电机；27-联轴器；28-滚珠丝杠Ⅱ；

具体实施方式：

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“内”、“中”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“设置”、“连接”、“固定”应做广义理解。例如，“连接”可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

一种猕猴桃采摘末端执行器包括机械装置和传感系统。所述机械装置包括剪切机构、夹持机构、升降机构、传感器系统、上板、底板、侧板和后板。所述剪切机构7固定在末端执行器上板1与侧板5内测，所述升降机构4固定在末端执行器底板3与上板1内测，所述夹持机构6固定在末端执行器后板2内测。

所述剪切机构7包括轴承9、六角螺钉10、剪切机构底板12、剪切刀片13、支撑柱11、标准直齿轮14、锥齿轮15和剪切步进电机8，其中所述支撑柱11上端通过六角螺钉10与上板1固定，下端通过六角螺钉10与剪切机构底板12固定，所述的轴承9两端通过六角螺钉 10分别安装在上板1和剪切机构底板12上，直齿轮14和剪切刀片13安装在轴承9上，剪切刀片13通过六角螺钉10固定在直齿轮14上，直齿轮14相互啮合，所述的锥齿轮15一个安装在右侧靠近末端执行器侧板5的轴承9上，另一个锥齿轮15安装在剪切步进电机8上，所述剪切步进电机8安装在末端执行器侧板5外侧，两个锥齿轮15相互啮合。

所述夹持机构6包括滚珠丝杠Ⅰ22、六连接杆20、夹持固定板25、六角螺钉10、丝杠滑块18、夹持步进电机16、机械手爪21，其中所述夹持步进电机16固定在后板2外侧，所述夹持固定板25通过六角螺钉10与后板2固定，所述六连接件20通过六角螺钉10与夹持固定板25固定，所述滚珠丝杠Ⅰ22与六连接杆20相连接，滚珠丝杠Ⅰ22末端通过电机座与夹持步进电机16连接，六连接杆20前端通过六角螺钉10与机械手爪21固定连接，机械手爪21由弧形平板和支撑柱组成，结构为“合抱式”仿生弧面形，所述丝杠滑块安18装在夹持固定板25上，对六连接杆20进行限位。

所述升降机构4包括滑轨24、滚珠丝杠Ⅱ28、联轴器27、固定架25、升降步进电机26，其中所述固定架25通过六角螺钉10固定在底板3上平面上，联轴器27安装在固定架25内部，所述导轨24上端与上板1固定连接，下端与固定架25固定连接，所述滚珠丝杠Ⅱ28上端与上板1固定连接，下端与联轴器27固定连接，中间与夹持固定板25连接，通过滚珠丝杠Ⅱ28的旋转可带动夹持固定板25上下移动，所述升降步进电机26固定在底板3下平面上，电机轴通过联轴器27与滚珠丝杠Ⅱ28连接。

所述传感器系统包括红外传感器19、压力传感器和霍尔传感器23。所述压力传感器安装在机械手爪21的内侧，所述红外传感器19安装在夹持固定板17前端机械手爪21正下方平行位置。所述霍尔传感器23安装在滚珠丝杠Ⅰ22与电机座接触处。

工作原理：机械臂先将采摘末端执行器送到猕猴桃果树适宜采摘的空间区域，当采摘末端执行器通过红外传感器19检测到果实位置时，机械臂停止移动，升降步进电机23通过带动滚珠丝杠Ⅱ28旋转，来带动与滚珠丝杠Ⅱ28相连接的夹持固定板17在滑轨24上上下移动，以此调节机械手爪21在果实适当的位置处，以手爪21内部压力传感器预设的夹持力范围对果实进行夹持，接着剪切步进电机8通过驱动锥齿轮15啮合转动，来带动固定在轴承9上的直齿轮14啮合转动，以此带动固定在直齿轮14上的剪切刀片13进行转动来剪切果柄，完成上述动作后，机械臂远离果实，升降机构4复位，结束一个单果采摘。

虽然本发明所揭示的实施方式如上，但其内容只是为了便于理解本发明的技术方案而采用的实施方式，并非用于限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭示的核心技术方案的前提下，可以在实施的形式和细节上做任何修改与变化，但本发明所限定保护范围，仍须以所附的权利要求书限定的范围为准。

Claims (5)

1.一种猕猴桃采摘末端执行器包括机械装置和传感系统。所述机械装置包括剪切机构、夹持机构、升降机构、传感器系统、上板、底板、侧板和后板。所述剪切机构7固定在末端执行器上板(1)与侧板(5)内测，所述升降机构(4)固定在末端执行器底板(3)与上板(1)内测，所述夹持机构(6)固定在末端执行器后板(2)内测。

2.根据权利要求1所述的一种猕猴桃采摘末端执行器，其特征在于：所述剪切机构(7)包括轴承(9)、六角螺钉(10)、剪切机构底板(12)、剪切刀片(13)、支撑柱(11)、标准直齿轮(14)、锥齿轮(15)和剪切步进电机(8)，其中所述支撑柱(11)上端通过六角螺钉(10)与上板(1)固定，下端通过六角螺钉(10)与剪切机构底板(12)固定，所述的轴承(9)两端通过六角螺钉(10)分别安装在上板(1)和剪切机构底板(12)上，直齿轮(14)和剪切刀片(13)安装在轴承(9)上，剪切刀片(13)通过六角螺钉(10)固定在直齿轮(14)上，直齿轮(14)相互啮合，所述的锥齿轮(15)一个安装在右侧靠近末端执行器侧板(5)的轴承(9)上，另一个锥齿轮(15)安装在剪切步进电机(8)上，所述剪切步进电机(8)安装在末端执行器侧板(5)外侧，两个锥齿轮(15)相互啮合。

3.根据权利要求1所述的一种猕猴桃采摘末端执行器，其特征在于：所述夹持机构(6)包括滚珠丝杠Ⅰ(22)、六连接杆(20)、夹持固定板(25)、六角螺钉(10)、丝杠滑块(18)、夹持步进电机(16)、机械手爪(21)，其中所述夹持步进电机(16)固定在后板(2)外侧，所述夹持固定板(25)通过六角螺钉(10)与后板(2)固定，所述六连接件(20)通过六角螺钉(10)与夹持固定板(25)固定，所述滚珠丝杠Ⅰ(22)与六连接杆(20)相连接，滚珠丝杠Ⅰ(22)末端通过电机座与夹持步进电机16连接，六连接杆(20)前端通过六角螺钉(10)与机械手爪(21)固定连接，机械手爪(21)由弧形平板和支撑柱组成，结构为“合抱式”仿生弧面形，所述丝杠滑块安(18)装在夹持固定板(25)上，对六连接杆(20)进行限位。

4.根据权利要求1所述的一种猕猴桃采摘末端执行器，其特征在于：所述升降机构(4)包括滑轨(24)、滚珠丝杠Ⅱ(28)、联轴器(27)、固定架(25)、升降步进电机(26)，其中所述固定架(25)通过六角螺钉(10)固定在底板(3)上平面上，联轴器(27)安装在固定架(25)内部，所述导轨(24)上端与上板(1)固定连接，下端与固定架(25)固定连接，所述滚珠丝杠Ⅱ(28)上端与上板(1)固定连接，下端与联轴器(27)固定连接，中间与夹持固定板(25)连接，通过滚珠丝杠Ⅱ(28)的旋转可带动夹持固定板(25)上下移动，所述升降步进电机(26)固定在底板(3)下平面上，电机轴通过联轴器(27)与滚珠丝杠Ⅱ(28)连接。

5.根据权利要求1所述的一种猕猴桃采摘末端执行器，其特征在于：所述传感器系统包括红外传感器(19)、压力传感器和霍尔传感器(23)。所述压力传感器安装在机械手爪(21)的内侧，所述红外传感器(19)安装在夹持固定板(17)前端机械手爪(21)正下方平行位置。所述霍尔传感器(23)安装在滚珠丝杠Ⅰ(22)与电机座接触处。