CN210746116U - 一种果梗夹剪式采摘机器人末端执行器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种果梗夹剪式采摘机器人末端执行器，包括机架、滑台气缸、齿条、不完全齿轮、复位拨销、刀架、刀片、夹指、中心轴以及夹指弹簧驱动组件；所述滑台气缸固定在机架上，滑台气缸的滑台与齿条固联，不完全齿轮以中心轴为转动支撑与齿条配合传动，刀架与不完全齿轮固联，复位拨销一端固定在不完全齿轮上，另一端插入夹指的弧形滑槽中，夹指夹持力由夹指弹簧驱动组件的拉簧拉力提供。最终，夹指会先于刀片完成夹持果梗，刀片在滑台气缸的驱动下实现剪断果梗。本实用新型使用气缸即可完成果梗的夹持和剪断，并能在剪断果梗后实现果梗的可控夹持，防止剪断即果实掉落，具有控制简单、通用性强、重量轻、成本低等优点。

Description

一种果梗夹剪式采摘机器人末端执行器

技术领域

本发明属于农业果蔬自动化采摘设备技术领域，尤其涉及一种果梗夹剪式采摘机器人末端执行器。

背景技术

近年来，随着农业自动化的不断推进，农业果蔬采摘机器人逐渐成为机器人领域内国内外研究开发的热点，其相关技术与样机在国内外已取得不少成果，但大部分多停留在实验室应用阶段，距离商品化还存在很大差距。其主要原因之一在于末端执行器的研制难度较高，主要要求包括：1）、重量轻，避免繁冗的传动机构，保证整体结构的紧凑性和可靠性，提高末端执行器避障性能；2）、选用通用机械电气元器件，降低元件成本，缩短商品化进程；3）、高采摘成功率和效率，要求末端执行器采摘动作要有效且迅速；4）、避免采摘过程中损伤果实；5）、提高末端执行器的通用性，具有多种果实的采摘的作业能力。

如专利公开号为CN109792885A的《猕猴桃采摘机器人末端执行器》中，其结构包括外壳、内壳、步进电机、复位电机和调整电机；其中，外壳包括左右滑道，内壳的两侧壁与左右滑道滑动配合，调整电机设于内壳的一侧，调整电机的转轴连接有左右旋丝杠副，左右旋丝杠副设于内壳的两侧壁之间，内壳的两侧壁之间还设有撑杆。该末端执行器存在结构占空间体积较大，影响末端执行器的避障性能，同时全部采用电机驱动进行果实的夹持，增加了夹持力的控制难度和系统复杂性。又如专利公开号为CN208258442U的《一种球形果蔬采摘机器人的末端执行器》中，通过真空泵将真空吸盘抽成真空吸附待采摘果蔬,真空吸盘上的第一压力传感器反馈真空吸盘的负压信息，同时第一直线电机和第二直线电机分别通过拉伸或压缩第一弹簧和第二弹簧，从而使得第一仿形手指和第二仿形手指外扩或内收，实现对不同尺寸果蔬的夹持，并且第一仿形手指和第二仿形手指上的第二压力传感器对夹持力进行反馈，液压缸驱动剪叉伸缩杆端部的剪刀对果梗进行剪切。该末端执行器采用了真空负压原理吸附果实、直线电机配合传感器夹持果实和液压缸驱动剪刀剪切果实，动力类型较为繁冗，系统略显复杂，不利于其实用化推广。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提供一种控制简单、结构紧凑小巧，通用性强、重量轻、成本低、利单个驱动件完成对果梗夹持和剪断的气动夹剪式采摘机器人末端执行器。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种果梗夹剪式采摘机器人末端执行器，包括机架、滑台气缸、齿条、不完全齿轮、复位拨销、刀架、刀片、夹指、中心轴以及夹指弹簧驱动组件；所述的滑台气缸与机架固定连接，滑台气缸的一侧与齿条的下部固联，齿条的齿面指向滑台气缸并位于滑台气缸的滑台上侧；所述的中心轴通过螺钉与机架固联并位于滑台气缸的上方；所述的不完全齿轮套接于中心轴上，不完全齿轮与所述齿条的齿面相啮合；所述不完全齿轮的上部固定连接有刀架，刀架的前部开设有放置刀片的窄缝，所述刀片设于窄缝内通过螺钉与刀架固定连接；所述的滑台气缸驱动齿条移动时，所述的不完全齿轮以中心轴为转动支撑与所述齿条配合传动，进而带动与其连接的刀架进行旋转；所述的夹指设于不完全齿轮与机架之间并套接于所述中心轴上，所述复位拨销的一端固定在不完全齿轮上，另一端穿过不完全齿轮并插入夹指中；所述夹指的初始张开角度小于夹指与刀片的初始角度；所述的夹指弹簧驱动组件位于机架的背面，由支撑螺钉、拉簧和固定点螺钉组成；所述的支撑螺钉位于机架背面的上部，支撑螺钉的一端穿过机架与所述夹指固定连接，所述的固定点螺钉位于支撑螺钉的下方并与机架固联，所述的拉簧的一端勾绕于固定点螺钉上，另一端勾绕在支撑螺钉上。

本发明进一步解决的技术问题是，所述的不完全齿轮上部加工有弧形的台阶槽，所述的刀架底部设有与台阶槽形状匹配的弧形凹面；所述弧形凹面与台阶槽的直接贴合，使得刀架设置在不完全齿轮上；刀架与不完全齿轮贴合的侧面上设有用于固定螺钉的通孔。

本发明进一步解决的技术问题是，所述不完全齿轮的模数为2。

本发明进一步解决的技术问题是，所述的夹指上设有用于复位拨销插入并移动的第一弧形滑槽，所述机架的背面设有用于支撑螺钉穿过并移动的第二弧形滑槽。

本发明进一步解决的技术问题是，所述的夹指通过沉孔形式固定放置所述支撑螺钉。

本发明进一步解决的技术问题是，所述第一弧形滑槽的角度大于等于刀片转动角度；所述第二弧形滑槽的角度大于等于夹指的初始张开角度。

本发明进一步解决的技术问题是，所述机架后部设有与采摘机械臂连接的螺纹安装孔，所述螺纹安装孔位于滑台气缸的下部。

本发明进一步解决的技术问题是，所述刀片选用YG813钨钢刀片。

本发明与现有技术相比的优点是：

本发明使用一个气缸即可完成对目标果实果梗的夹持和剪断，包括采摘后的果梗的可控夹持，动作控制简单可靠，同时降低了成本；本发明整体结构紧凑，重量轻，避障性好；本发明动力来源于气压驱动，动作迅速、污染小；本发明通用性强，可以采摘各种果梗类果蔬，比如葡萄、苹果、黄瓜、柑橘等。

附图说明

图1为本发的整体结构示意图。

图2为发明的夹指弹簧驱动组件结构示意图。

图3为本发明的夹指连接结构示意图。

图4为本发明的不完全齿轮结构示意图。

图5为本发明的刀架结构示意图。

图中序号，1-机架、2-滑台气缸、3-齿条、4-不完全齿轮、5-复位拨销、6-刀架、7-刀片、8-夹指、10-中心轴、11-通孔、41-台阶槽、61-弧形凹面、62-窄缝、81-第一弧形滑槽、91-支撑螺钉、92-拉簧、93-固定点螺钉、101-第二弧形滑槽、102-螺纹安装孔。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的发明内容作进一步地说明。

本发明相应的结构选材与选型为：所述机架1、不完全齿轮4、刀架6、夹指8和中心轴10均选用密度较小强度较好的2024铝合金材料；所述的气动滑台气缸2选用HLH16X5-S0型号，缸径16mm，行程5mm，附磁石；所述齿条3选用尼龙材料减轻自重；所述复位拨销5、支撑螺钉91和固定点螺钉93均选用国标304不锈钢螺钉改制。

参见图1和图2所示的一种果梗夹剪式采摘机器人末端执行器，包括机架1、滑台气缸2、齿条3、不完全齿轮4、复位拨销5、刀架6、刀片7、夹指8、中心轴10以及夹指弹簧驱动组件；所述的滑台气缸2与机架1固定连接，滑台气缸2的一侧与齿条3的下部固联，齿条3的齿面指向滑台气缸2并位于滑台气缸2的滑台上侧；所述的中心轴10通过螺钉与机架1固联并位于滑台气缸2的上方；所述的不完全齿轮4套接于中心轴10上，不完全齿轮4与所述齿条3的齿面相啮合；所述不完全齿轮4的上部固定连接有刀架6，刀架6的前部开设有放置刀片7的窄缝62，所述刀片7设于窄缝62内通过螺钉与刀架6固定连接；所述的滑台气缸2驱动齿条3移动时，所述的不完全齿轮4以中心轴10为转动支撑与所述齿条3配合传动，进而带动与其连接的刀架6进行旋转；所述的夹指8设于不完全齿轮4与机架1之间并套接于所述中心轴10上，所述复位拨销5的一端固定在不完全齿轮4上，另一端穿过不完全齿轮4并插入夹指8中；所述夹指8的初始张开角度小于夹指8与刀片7的初始角度；所述的夹指弹簧驱动组件位于机架1的背面，由支撑螺钉91、拉簧92和固定点螺钉93组成；所述的支撑螺钉91位于机架1背面的上部，支撑螺钉91的一端穿过机架1与所述夹指8固定连接，所述的固定点螺钉93位于支撑螺钉91的下方并与机架1固联，所述的拉簧92的一端勾绕于固定点螺钉93上，另一端勾绕在支撑螺钉91上，拉簧92以一定预拉力勾绕在支撑螺钉91伸出机架1的长度内。

参见图4和图5，本实施例中，所述的不完全齿轮4上部加工有弧形的台阶槽41，所述的刀架6底部设有与台阶槽41形状匹配的弧形凹面61；所述弧形凹面61与台阶槽41的直接贴合，使得刀架6设置在不完全齿轮4上；刀架6与不完全齿轮4贴合的侧面上设有用于固定螺钉的通孔11。

本实施例中，所述不完全齿轮4的模数为2。

参见图3，本实施例中，所述的夹指8上设有用于复位拨销5插入并移动的第一弧形滑槽81，所述机架1的背面设有用于支撑螺钉91穿过并移动的第二弧形滑槽101；当刀架6旋转时，复位拨销5可以在第一弧形滑槽81内移动，同时支撑螺钉91也在对应的第二弧形滑槽101中运动，其由拉簧92提供驱动动力，完成夹指8的旋转。

参见图3，本实施例中，所述的夹指8通过沉孔形式固定放置所述支撑螺钉91。

参见图2，本实施例中，所述夹指8的初始张开角度为a，夹指8与刀片7的初始角度为b，当a小于b时，可以满足在动作顺序上保证夹指8夹果梗在前，刀片7剪断果梗在后的要求；由于齿条3行程决定了不完全齿轮4也就是刀片的转动角度，因此为了满足上述的动作，实际的结构中所述第一弧形滑槽81的角度大于等于刀片7转动角度；所述第二弧形滑槽101的角度大于等于夹指8的初始张开角度a。

本实施例中，所述机架1后部设有与采摘机械臂连接的螺纹安装孔102，所述螺纹安装孔102位于滑台气缸2的下部。

本实施例中，所述刀片7选用YG813钨钢刀片。

本发明的工作过程和原理如下：

当采摘机器人的机械臂带动本发明的执行器运动定位到目标果实上方处的果梗时，滑台气缸2带动齿条3移动，齿条3带动与其啮合的不完全齿轮4转动，进一步不完全齿轮4转动带动刀架6转动，从而带动端部的刀片7进行切割果梗，同时复位拨销5跟随不完全齿轮4转动从而可以在第一弧形滑槽81内移动，同时支撑螺钉91也在对应的第二弧形滑槽101中运动，其由拉簧92提供驱动动力，完成夹指8的旋转，由于设置夹指8的初始张开角度小于和刀片7的初始张开角度，所以使得夹指8夹果梗动作在前，刀片7剪断果梗动作在后，以此保证在剪断果梗后实现果梗的可控夹持，防止剪断即果实掉落的情况发生，本发明在机械臂的带动下可继续将被夹持果梗的果实运动到收集装置处，控制滑台气缸2气动换向，完成本发明执行器的动作复位和释放果梗，进而完成果实的收集。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种果梗夹剪式采摘机器人末端执行器，其特征在于：包括机架(1)、滑台气缸(2)、齿条(3)、不完全齿轮(4)、复位拨销(5)、刀架(6)、刀片(7)、夹指(8)、中心轴(10)以及夹指弹簧驱动组件；所述的滑台气缸(2)与机架(1)固定连接，滑台气缸(2)的一侧与齿条(3)的下部固联，齿条(3)的齿面指向滑台气缸(2)并位于滑台气缸(2)的滑台上侧；所述的中心轴(10)通过螺钉与机架(1)固联并位于滑台气缸(2)的上方；所述的不完全齿轮(4)套接于中心轴(10)上，不完全齿轮(4)与所述齿条(3)的齿面相啮合；所述不完全齿轮(4)的上部固定连接有刀架(6)，刀架(6)的前部开设有放置刀片(7)的窄缝(62)，所述刀片(7)设于窄缝(62)内通过螺钉与刀架(6)固定连接；所述的滑台气缸(2)驱动齿条(3)移动时，所述的不完全齿轮(4)以中心轴(10)为转动支撑与所述齿条(3)配合传动，进而带动与其连接的刀架(6)进行旋转；所述的夹指(8)设于不完全齿轮(4)与机架(1)之间并套接于所述中心轴(10)上，所述复位拨销(5)的一端固定在不完全齿轮(4)上，另一端穿过不完全齿轮(4)并插入夹指(8)中；所述夹指(8)的初始张开角度小于夹指(8)与刀片(7)的初始角度；所述的夹指弹簧驱动组件位于机架(1)的背面，由支撑螺钉(91)、拉簧(92)和固定点螺钉(93)组成；所述的支撑螺钉(91)位于机架(1)背面的上部，支撑螺钉(91)的一端穿过机架(1)与所述夹指(8)固定连接，所述的固定点螺钉(93)位于支撑螺钉(91)的下方并与机架(1)固联，所述的拉簧(92)的一端勾绕于固定点螺钉(93)上，另一端勾绕在支撑螺钉(91)上。

2.根据权利要求1所述的一种果梗夹剪式采摘机器人末端执行器，其特征在于：所述的不完全齿轮(4)上部加工有弧形的台阶槽(41)，所述的刀架(6)底部设有与台阶槽(41)形状匹配的弧形凹面(61)；所述弧形凹面(61)与台阶槽(41)的直接贴合，使得刀架(6)设置在不完全齿轮(4)上；刀架(6)与不完全齿轮(4)贴合的侧面上设有用于固定螺钉的通孔(11)。

3.根据权利要求1所述的一种果梗夹剪式采摘机器人末端执行器，其特征在于：所述不完全齿轮(4)的模数为2。

4.根据权利要求1所述的一种果梗夹剪式采摘机器人末端执行器，其特征在于：所述的夹指(8)上设有用于复位拨销(5)插入并移动的第一弧形滑槽(81)，所述机架(1)的背面设有用于支撑螺钉(91)穿过并移动的第二弧形滑槽(101)。

5.根据权利要求4所述的一种果梗夹剪式采摘机器人末端执行器，其特征在于：所述的夹指(8)通过沉孔形式固定放置所述支撑螺钉(91)。

6.根据权利要求4所述的一种果梗夹剪式采摘机器人末端执行器，其特征在于：所述第一弧形滑槽(81)的角度大于等于刀片(7)转动角度；所述第二弧形滑槽(101)的角度大于等于夹指(8)的初始张开角度。

7.根据权利要求1所述的一种果梗夹剪式采摘机器人末端执行器，其特征在于：所述机架(1)后部设有与采摘机械臂连接的螺纹安装孔(102)，所述螺纹安装孔(102)位于滑台气缸(2)的下部。

8.根据权利要求1所述的一种果梗夹剪式采摘机器人末端执行器，其特征在于：所述刀片(7)选用YG813钨钢刀片。

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