CN118058084A - 智能采摘系统的前端执行器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及茶叶采摘技术领域，具体涉及一种智能采摘系统的前端执行器，包括：用于采摘的电控夹爪组件、主动杆、从动杆、载物碗、第一同步带齿轮、第二同步带齿轮、同步带、安装在电控夹爪组件上的固定架、安装在固定架上的电机、相机和微型舵机。本发明设有相机和电控夹爪组件来识别与柔和采摘物品，并且电控夹爪组件可以通过安放陶瓷或金属刀具等方式来扩展出剪切功能；同时，本发明设有载物碗，可以方便且快速的收纳采摘下来的物品，并通过微型舵机和电机来控制载物碗快速地将采摘好的物品倾倒到指定的收纳位置。
Description
技术领域
本发明涉及茶叶采摘技术领域，特别涉及一种智能采摘系统的前端执行器。
背景技术
随着经济的持续发展，人们对茶叶的需求越来越大，而在规模化农业生产中，茶叶的采摘收获工作量巨大，而且为了保证产品的质量，必须做到适时采摘，是整个作业中最辛苦的工作。除此之外茶叶采摘质量的好坏还将直接影响到茶叶的后续处理工作，并最终将严重影响到经济效益。为了解决这一系列的问题，茶叶采摘机器人成为了农业科技领域重要的发展对象，并且末端执行器通常被认为是智能采摘系统的核心技术。
采摘和回收茶叶是智能采摘系统必须实现的两大关键动作，即首先通过拉断、扭断及剪切等方法完成茶叶的采摘，然后通过吸取或直接放置等方法完成茶叶的回收。从目前发表的文献来看，采摘茶叶的方式主要有通过剪刀或切刀进行切断，通过机械手拉断等。
然而，现有技术中的智能采摘系统的前端执行器很难满足人们在采摘茶叶时对操作简单、通用性强、成本低廉、采摘及回收迅速的要求。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术的缺陷，提出了一种智能采摘系统的前端执行器。
为实现上述目的，本发明采用以下具体技术方案：
本发明提出的智能采摘系统的前端执行器，包括：用于采摘的电控夹爪组件、主动杆、从动杆、载物碗、第一同步带齿轮、第二同步带齿轮、同步带、安装在电控夹爪组件上的固定架、安装在固定架上的电机、相机和微型舵机；
主动杆的一端固定安装在电机的输出轴上，另一端与载物碗铰连接，主动杆用于带动载物碗绕电机的输出轴转动；
载物碗上靠近从动杆端和第二同步带齿轮固定连接，载物碗用于收纳电控夹爪组件采摘的物品；载物碗的运动初始位置位于电控夹爪组件的下方；
第一同步带齿轮和第二同步带齿轮通过同步带连接；
第一同步带齿轮固定安装在微型舵机的输出轴上，通过同步带和第二同步带齿轮带动载物碗翻转；
从动杆的一端与第一同步带齿轮的端面铰接，另一端与第二同步带齿轮的端面铰接，从动杆用于在不干扰载物碗翻转的前提下承载载物碗；
相机的光轴平行于电控夹爪组件的中轴线；电机的输出轴的中轴线、第一同步带齿轮的中轴线和微型舵机的中轴线重合；主动杆转动时的力臂和从动杆转动时的力臂平行，且与电机的输出轴的中轴线垂直。
优选地，电控夹爪组件上安装有用于固定连接外部组件的法兰。
优选地，载物碗与主动杆的连接段为直杆结构，载物碗与第二同步带齿轮的连接段也为直杆结构，两者的中轴线重合；载物碗的中段为碗状结构。
优选地，电机为行星减速电机。
优选地，电控夹爪组件的采摘端设有用于柔性采摘的塑胶垫片。
本发明能够取得以下技术效果：
本发明设有相机和电控夹爪组件来识别与柔和采摘物品，并且电控夹爪组件可以通过安放陶瓷或金属刀具等方式来扩展出剪切功能；同时，本发明设有载物碗，可以方便且快速的收纳采摘下来的物品，并通过微型舵机和电机来控制载物碗快速地将采摘好的物品倾倒到指定的收纳位置。
附图说明
图1是根据本发明实施例的智能采摘系统的前端执行器的结构示意图。
其中的附图标记包括：法兰1、电控夹爪组件2、主动杆3、载物碗4、微型舵机5、第一同步带齿轮6、固定架7、同步带8、第二同步带齿轮9、电机10、从动杆11、深度相机12。
具体实施方式
在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。在下面的描述中，相同的模块使用相同的附图标记表示。在相同的附图标记的情况下，它们的名称和功能也相同。因此，将不重复其详细描述。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，而不构成对本发明的限制。
下面结合图1对本发明的具体工作方式进行详细说明：
本发明提出一种智能采摘系统的前端执行器，包括：电控夹爪组件2、主动杆3、载物碗4、微型舵机5、第一同步带齿轮6、固定架7、同步带8、第二同步带齿轮9、电机10、从动杆11、深度相机12。
电控夹爪组件2用于采摘物品。电控夹爪组件2上安装有用于固定连接外部组件的法兰1。电控夹爪组件2的采摘端设有用于柔性采摘的塑胶垫片。电控夹爪组件2可与外部智能控制组件相连，一起配合来完成采摘工作。
主动杆3用于带动载物碗4绕电机10的输出轴转动。主动杆3的一端固定安装在电机10的输出轴上，另一端与载物碗4铰连接。
载物碗4用于收纳电控夹爪组件2采摘的物品。载物碗4上靠近从动杆11端和第二同步带齿轮9固定连接。载物碗4的运动初始位置位于电控夹爪组件2的下方，以便于及时收纳电控夹爪组件2采摘的物品。载物碗4的中段为碗状结构，便于收纳。载物碗4与主动杆3的连接段为直杆结构，载物碗4与第二同步带齿轮9的连接段也为直杆结构，两者的中轴线重合，保证了载物碗4在转动时不发生翻转。
微型舵机5用于控制载物碗4绕载物碗4上直杆结构的中轴线做翻转动作。微型舵机5安装在固定架7上。微型舵机5可与外部智能控制组件相连，一起配合来完成载物碗4翻转倾倒的工作。
第一同步带齿轮6通过同步带8和第二同步带齿轮9带动载物碗4翻转。第一同步带齿轮6固定安装在微型舵机5的输出轴上。
固定架7用于承载及固定电机10、相机12和微型舵机5。固定架7安装在电控夹爪组件2上。
同步带8用于传递第一同步带齿轮6的转动力矩。同步带8安装在第一同步带齿轮6和第二同步带齿轮9之间。在本发明的一个实施例中，同步带8选用周长为255mm且宽为6mm的同步带。
第二同步带齿轮9用于带动载物碗4做翻转动作。第二同步带齿轮9通过同步带8与第一同步带齿轮6连接。第二同步带齿轮9上远离从动杆11的端面与载物碗4的一端固定连接。
电机10用于控制载物碗4绕电机10的输出轴的中轴线做转动动作。电机10安装在固定架7上。电机10为行星减速电机。电机10的输出轴的中轴线、第一同步带齿轮6的中轴线和微型舵机5的中轴线重合。电机10可与外部智能控制组件相连，与外部智能控制组件、微型舵机5以及电控夹爪组件2等一起配合来完成采摘、收纳及倾倒等工作。
从动杆11用于在不干扰载物碗4翻转的前提下承载载物碗4。从动杆11的一端与第一同步带齿轮6上远离微型舵机5的端面铰接，另一端与第二同步带齿轮9上远离载物碗4的端面铰接。从动杆11转动时的力臂和主动杆3转动时的力臂平行，且与电机10的输出轴的中轴线垂直。
相机12用于实时采集图像和识别被采摘物。相机12安装在固定架7上。相机12的光轴平行于电控夹爪组件2的中轴线。
在本发明的一个实施例中，电机10采用UMot的微型电机驱动器；外部智能控制器采用ArduinoUno单片机来同时控制电机10和微型舵机5，电源选择24V电源来驱动外部智能控制器，外部智能控制器的接口为RS232串口。
综上所述，本发明提出了一种智能采摘系统的前端执行器。本发明设有相机和电控夹爪组件2来识别与柔和采摘物品（例如：茶叶），并且电控夹爪组件2可以通过安放陶瓷或金属刀具等方式来扩展出剪切功能；同时，本发明设有载物碗4，可以方便且快速的收纳采摘下来的物品，并通过微型舵机5和电机10来控制载物碗4快速地将采摘好的物品倾倒到指定的收纳位置。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制。本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
以上本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (5)
1.一种智能采摘系统的前端执行器，其特征在于，包括：用于采摘的电控夹爪组件、主动杆、从动杆、载物碗、第一同步带齿轮、第二同步带齿轮、同步带、安装在所述电控夹爪组件上的固定架、安装在所述固定架上的电机、相机和微型舵机；
所述主动杆的一端固定安装在所述电机的输出轴上，另一端与所述载物碗铰连接，所述主动杆用于带动所述载物碗绕所述电机的输出轴转动；
所述载物碗上靠近所述从动杆端和所述第二同步带齿轮固定连接，所述载物碗用于收纳所述电控夹爪组件采摘的物品；所述载物碗的运动初始位置位于所述电控夹爪组件的下方；
所述第一同步带齿轮和所述第二同步带齿轮通过所述同步带连接；
所述第一同步带齿轮固定安装在所述微型舵机的输出轴上，通过所述同步带和所述第二同步带齿轮带动所述载物碗翻转；
所述从动杆的一端与所述第一同步带齿轮的端面铰接，另一端与所述第二同步带齿轮的端面铰接，所述从动杆用于在不干扰所述载物碗翻转的前提下承载所述载物碗；
所述相机的光轴平行于所述电控夹爪组件的中轴线；所述电机的输出轴的中轴线、所述第一同步带齿轮的中轴线和所述微型舵机的中轴线重合；所述主动杆转动时的力臂和所述从动杆转动时的力臂平行，且与所述电机的输出轴的中轴线垂直。
2.如权利要求1所述的智能采摘系统的前端执行器，其特征在于，所述电控夹爪组件上安装有用于固定连接外部组件的法兰。
3.如权利要求1所述的智能采摘系统的前端执行器，其特征在于，所述载物碗与所述主动杆的连接段为直杆结构，所述载物碗与所述第二同步带齿轮的连接段也为直杆结构，两者的中轴线重合；所述载物碗的中段为碗状结构。
4.如权利要求1所述的智能采摘系统的前端执行器，其特征在于，所述电机为行星减速电机。
5.如权利要求1所述的智能采摘系统的前端执行器，其特征在于，所述电控夹爪组件的采摘端设有用于柔性采摘的塑胶垫片。
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