CN212666048U - 一种新型茄果类蔬菜采摘机械手 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种新型茄果类蔬菜采摘机械手，包括机座、转台、大臂、小臂和末端执行器，机座固连于行走底座上，两指状夹持臂铰连于末端执行器上，在指状夹持臂的前端内侧和后端分别设有弹性夹持盘和滚轮，两滚轮外周面与楔形夹持驱动块的楔形斜面相贴合，楔形夹持驱动块通过螺杆与夹持驱动电机相连；在末端执行器上方通过剪支座铰支有剪架，在剪架上安装有电动剪，剪架与剪架摆动电机传动连接；在末端执行器上设有与控制系统电连接的压力传感器、视觉传感器、远距传感器、近距传感器。采用本实用新型的一种新型茄果类蔬菜采摘机械手不仅能实现对茄果的可靠抓取，还能保证果、茎之间的顺利分离，满足茄果类蔬菜的采摘要求。

Description

一种新型茄果类蔬菜采摘机械手

技术领域

本实用新型涉及一种农业机械，尤其涉及一种茄果类蔬菜采摘用机械手。

背景技术

茄果类蔬菜主要包括番茄、茄子、辣椒等蔬菜，含有人体所需的多种维生素、矿物元素、蛋白质以及粗纤维等营养物质，是我国栽培面积最大，种植面积最广的主要蔬菜作物之一。传统的茄果采摘方式为人工作业，人工采摘方式采摘效率低，成本高，不能满足市场的需求。

随着工业自动化的不断推进，机械手在多个领域得到了广泛应用。机械手是一种能模仿人手和臂的某些动作功能，用以按固定程序抓取、搬运物件或操作工具的自动操作装置，其安全性高，相较于人工作业大大提高了效率，节约了成本。通常机械手包括模仿人手的末端执行器、可伸缩的大臂和小臂，大臂与小臂之间通过肘关节相连，使小臂可以相对于大臂摆动，末端执行器与小臂之间通过腕部相连，可以根据需要设置为末端执行器保持水平状态与小臂铰接。

针对现有的茄果类蔬菜的人工采摘，采用机械手来取代人工采摘作业是高效农业的发展趋势，茄果类蔬菜的采摘必须要实现对茄果的抓取与果、茎之间的分离两个基本动作，但常规的工业生产中的机械手通常用以执行固定抓取输送动作，无法满足农田中茄果的采摘抓取和果茎分离的要求。

实用新型内容

针对现有技术所存在的上述不足，本实用新型所要解决的技术问题是提供一种新型茄果类蔬菜采摘机械手，它不仅能实现对茄果的可靠抓取，还能保证果、茎之间的顺利分离，满足茄果类蔬菜的采摘要求。

为了解决上述技术问题，本实用新型的一种新型茄果类蔬菜采摘机械手，包括机座，在机座上设有转台，转台上安装有大臂，在该大臂的上端通过肘关节连接有小臂，小臂的外伸端通过腕部连接有末端执行器，所述末端执行器包括铰连于执行器座上的两指状夹持臂，两指状夹持臂相对设置，在所述指状夹持臂的前端内侧设有弹性夹持盘，在指状夹持臂的后端设有滚轮，指状夹持臂与执行器座的铰支点位于弹性夹持盘与滚轮之间，在两指状夹持臂之间设有弹簧，在两指状夹持臂后端的滚轮之间活动设置有楔形夹持驱动块，滚轮外周面与楔形夹持驱动块的楔形斜面相贴合，在楔形夹持驱动块上旋接有螺杆，该螺杆转动支承在执行器座上，该螺杆与夹持驱动电机相连；在所述执行器座上方还设有电动剪，电动剪安装在剪架上，剪架铰支在剪支座上，剪支座安装在执行器座上，剪架与剪架摆动电机传动连接；所述机座固连在行走底座上，在行走底座内设有动力锂电池；在所述弹性夹持盘与指状夹持臂之间设有压力传感器，在执行器座上设有视觉传感器和远距传感器，在指状夹持臂上设有近距传感器；所述压力传感器、视觉传感器、远距传感器、近距传感器和夹持驱动电机、剪架摆动电机均与控制系统电性连接。

在上述结构中，由于所述末端执行器包括铰连于执行器座上的两指状夹持臂，两指状夹持臂相对设置，在所述指状夹持臂的前端内侧设有弹性夹持盘，在指状夹持臂的后端设有滚轮，指状夹持臂与执行器座的铰支点位于弹性夹持盘与滚轮之间，在两指状夹持臂之间设有弹簧，在两指状夹持臂后端的滚轮之间活动设置有楔形夹持驱动块，滚轮外周面与楔形夹持驱动块的楔形斜面相贴合，在楔形夹持驱动块上旋接有螺杆，该螺杆转动支承在执行器座上，该螺杆与夹持驱动电机相连，则指状夹持臂通过弹性夹持盘对茄果进行抓取，弹性夹持盘可以避免对茄果产生夹持损伤且不易打滑，抓取牢靠效率高；铰连于执行器座上的指状夹持臂经滚轮通过楔形夹持驱动块实现夹持与放松过程中的开合动作，开合过程轻便灵活，设置于两指状夹持臂之间的弹簧保证了滚轮外周面与楔形夹持驱动块之间始终保持贴合状态，也确保了对指状夹持臂运动位置与运动状态的控制，楔形夹持驱动块由夹持驱动电机驱动，便于实现夹持开合的自动化控制。

又由于在所述执行器座上方还设有电动剪，电动剪安装在剪架上，剪架铰支在剪支座上，剪支座安装在执行器座上，剪架与剪架摆动电机传动连接，则电动剪的设置保证了茄果采摘过程中果、茎之间的顺利分离，剪架与剪支座铰支连接且与剪架摆动电机传动连接可适时控制电动剪的俯仰角度，使剪刀部位能在适当的位置实施剪切动作。

再由于所述机座固连在行走底座上，在行走底座内设有动力锂电池，则整个机械手可以通过行走底座进行田间移位，保证实施对田间所有位置的采摘作业，行走底座内所设置的动力锂电池为机械手所有的运动与检测、控制装置提供了运行动力。

更由于在所述弹性夹持盘与指状夹持臂之间设有压力传感器，在执行器座上设有视觉传感器和远距传感器，在指状夹持臂上设有近距传感器；所述压力传感器、视觉传感器、远距传感器、近距传感器和夹持驱动电机、剪架摆动电机均与控制系统电性连接，则压力传感器可以检测指状夹持臂抓取过程中对茄果的作用力大小，保证对不同种类的茄果实现适当的夹持，设置在执行器座上的视觉传感器可以对田间茄果植物进行识别，确定可以采摘的茄果的位置，所设置的远距传感器可以在视觉传感器识别到可以采摘的茄果后检测到机械手与该茄果之间的位置距离，以便确定机械手的行走以及末端执行器的运动方位与距离，在指状夹持臂上所设置的近距传感器可以确定茄果与指状夹持臂的位置关系，保证对茄果的准确抓取；采摘过程中所有的识别、检测、抓取、采摘剪切过程以及相应的运动机构的动作均通过控制系统统一协调控制，保证了采摘全过程的自动化实现。

本实用新型的一种优选实施方式，所述弹性夹持盘为盘状硅橡胶构件。采用该实施方式，可以保证弹性夹持盘具有良好的弹性，同时可保证与茄果的接触部位安全无污染。

本实用新型的另一种优选实施方式，所述压力传感器为压阻式压力传感器，压阻式压力传感器上的电阻应变片设置于弹性夹持盘与指状夹持臂内侧面之间。采用该实施方式，当弹性夹持盘抓取夹持到茄果后所产生的夹持力将直接使电阻应变片产生应变变化，检测灵敏、效果良好。

本实用新型的又一种优选实施方式，所述楔形夹持驱动块呈等腰梯形体，等腰梯形体的腰部平面为楔形夹持驱动块的楔形斜面。采用该实施方式，可以保证两指状夹持臂同时动作并具有良好的对中性，保证对茄果的准确夹持抓取，并可保证电动剪能准确剪切。

本实用新型进一步的优选实施方式，所述电动剪包括定剪片和由电机驱动的动剪片。采用该实施方式，定剪片可以作为定位基准便于末端执行器确定运动位置，动剪片在电机的驱动下实施剪切动作，保证采摘过程的自动进行。

本实用新型另一进一步的优选实施方式，所述剪架呈框形结构，所述电动剪插置、固连于框形结构剪架的内孔中。采用该实施方式，剪架可适应不同电动剪的安装要求，电动剪安装可靠。

本实用新型又一进一步的优选实施方式，所述近距传感器和远距传感器均为测距传感器。采用该实施方式，可以精准确定末端执行器的运行目标位置，保证采摘控制的精度。

本实用新型更进一步的优选实施方式，所述视觉传感器为超小型图像识别传感器。采用该实施方式，可以便于视觉传感器在机械手末端执行器上能方便地安装，占用空间小，使用可靠。

本实用新型另一更进一步的优选实施方式，在所述行走底座上转动支承有行走轮，行走轮由行走电机驱动，行走电机与控制系统电性连接。采用该实施方式，可使机械手能自动行走，满足田间采摘的要求。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本实用新型一种新型茄果类蔬菜采摘机械手作进一步的详细说明。

图1是本实用新型一种新型茄果类蔬菜采摘机械手一种具体实施方式的结构示意图；

图2是图1所示结构的俯视图；

图3是图2所示结构去除电动剪及相关构件后对末端执行器部位局部剖视的结构示意图；

图4是图1所示结构中A-A部位的剖视图。

图中：1-行走轮、2-行走底座、3-机座、4-转台、5-大臂、6-肘关节、7-小臂、8-腕部、9-末端执行器、10-执行器座、11-剪支座、12-指状夹持臂、13-近距传感器、14-视觉传感器、15-电动剪、16-剪架、17-剪架摆动电机、18-远距传感器、19-定剪片、20-弹性夹持盘、21-动剪片、22-夹持驱动电机、23-螺杆、24-楔形夹持驱动块、25-滚轮、26-弹簧、27-压力传感器。

具体实施方式

在图1和图2所示的一种新型茄果类蔬菜采摘机械手中，行走底座2为整个机械手的支承构件，在行走底座2上转动支承有行走轮1，行走轮1由安装在行走底座2上的行走电机驱动，从而带动行走底座2行走，在行走底座2内设有动力锂电池，为整个机械手的运行提供动力。在行走底座2上固连有机座3，在机座3上设有转台4，转台4由转台电机驱动旋转，使采摘机械手能前后左右全方位采摘，在转台4上安装有大臂5，在该大臂5的上端通过肘关节6连接有小臂7，小臂7的外伸端通过腕部8连接有末端执行器9，上述转台4、大臂5、肘关节6、小臂7及腕部8均采用普通机械手的常用结构，且大臂5和小臂7均可采用可伸缩结构，以更好地适应茄果采摘的使用要求。

参见图3，末端执行器9包括铰连于执行器座10上的两指状夹持臂12，两指状夹持臂12相对设置，在指状夹持臂12的前端内侧设有弹性夹持盘20，弹性夹持盘20为盘状硅橡胶构件，在指状夹持臂12的后端设有滚轮25，指状夹持臂12与执行器座10的铰支点位于弹性夹持盘20与滚轮25之间，在两指状夹持臂12之间设有弹簧26，弹簧26为拉簧，拉簧两端分别连接在两指状夹持臂12上，其连接点位于滚轮25与铰支点之间，在两指状夹持臂12后端的滚轮25之间活动设置有楔形夹持驱动块24，在弹簧26的作用下滚轮25外周面与楔形夹持驱动块24的楔形斜面保持贴合状态，楔形夹持驱动块24为呈等腰梯形体的构件，等腰梯形体的腰部平面为楔形夹持驱动块24的楔形斜面，在楔形夹持驱动块24上旋接有螺杆23，该螺杆23转动支承在执行器座10上，螺杆23与夹持驱动电机22相连，夹持驱动电机22驱动螺杆23旋转使楔形夹持驱动块24前后位移，并通过滚轮25使两指状夹持臂12绕铰支点摆动，从而方便地实现两指状夹持臂12的开合来抓取茄果；执行器座10为由左右侧板及上下侧板构成的框形构件，其左右侧板后端通过腕部8与小臂7相连，两指状夹持臂12铰连于执行器座10的上下侧板之间，滚轮25、弹簧26、楔形夹持驱动块24、螺杆23及夹持驱动电机22均安装于执行器座10内。

在执行器座10上方设有电动剪15，电动剪15可采用通用的电动修枝剪产品，参见图4，电动剪15包括定剪片19和由安装于电动剪15机壳内的电机所驱动的动剪片21，动剪片21在电机驱动下相对于定剪片19摆动而实现剪切动作；电动剪15安装在剪架16上，剪架16呈框形结构，电动剪15插置、并通过紧定螺钉固连于框形结构剪架16的内孔中，剪架16铰支在左右两剪支座11上，剪支座11安装在执行器座10上的左右侧板上，剪架16与剪架摆动电机17传动连接。

参见图3，在弹性夹持盘20与指状夹持臂12之间设有压力传感器27，压力传感器27优选为压阻式压力传感器，压阻式压力传感器上的电阻应变片设置于弹性夹持盘20与指状夹持臂12内侧面之间；在执行器座10的上侧板上安设有视觉传感器14和远距传感器18，在两指状夹持臂12上均设有近距传感器13，作为优选，近距传感器13和远距传感器18均为测距传感器，可在市场上直接采购，视觉传感器14可为如基恩士公司出产的超小型图像识别传感器类产品。

上述压力传感器27、视觉传感器14、远距传感器18、近距传感器13和夹持驱动电机22、剪架摆动电机17、电动剪动剪片驱动电机、行走电机、转台电机以及驱动大臂5、小臂7等运动的电机、传感器等等均与控制系统电性连接，控制系统设置于机座3内。

以上仅列举了本实用新型的一些优选实施方式，但本实用新型并不局限于此，还可以作出许多的改进和变换。只要是在本实用新型基本原理基础上所作出的改进与变换，均应视为落入本实用新型的保护范围内。

Claims (9)

1.一种新型茄果类蔬菜采摘机械手，包括机座（3），在机座（3）上设有转台（4），转台（4）上安装有大臂（5），在该大臂（5）的上端通过肘关节（6）连接有小臂（7），小臂（7）的外伸端通过腕部（8）连接有末端执行器（9），其特征在于：所述末端执行器（9）包括铰连于执行器座（10）上的两指状夹持臂（12），两指状夹持臂（12）相对设置，在所述指状夹持臂（12）的前端内侧设有弹性夹持盘（20），在指状夹持臂（12）的后端设有滚轮（25），指状夹持臂（12）与执行器座（10）的铰支点位于弹性夹持盘（20）与滚轮（25）之间，在两指状夹持臂（12）之间设有弹簧（26），在两指状夹持臂（12）后端的滚轮（25）之间活动设置有楔形夹持驱动块（24），滚轮（25）外周面与楔形夹持驱动块（24）的楔形斜面相贴合，在楔形夹持驱动块（24）上旋接有螺杆（23），该螺杆（23）转动支承在执行器座（10）上，该螺杆（23）与夹持驱动电机（22）相连；在所述执行器座（10）上方还设有电动剪（15），电动剪（15）安装在剪架（16）上，剪架（16）铰支在剪支座（11）上，剪支座（11）安装在执行器座（10）上，剪架（16）与剪架摆动电机（17）传动连接；所述机座（3）固连在行走底座（2）上，在行走底座（2）内设有动力锂电池；在所述弹性夹持盘（20）与指状夹持臂（12）之间设有压力传感器（27），在执行器座（10）上设有视觉传感器（14）和远距传感器（18），在指状夹持臂（12）上设有近距传感器（13）；所述压力传感器（27）、视觉传感器（14）、远距传感器（18）、近距传感器（13）和夹持驱动电机（22）、剪架摆动电机（17）均与控制系统电性连接。

2.根据权利要求1所述的一种新型茄果类蔬菜采摘机械手，其特征在于：所述弹性夹持盘（20）为盘状硅橡胶构件。

3.根据权利要求1或2所述的一种新型茄果类蔬菜采摘机械手，其特征在于：所述压力传感器（27）为压阻式压力传感器，压阻式压力传感器上的电阻应变片设置于弹性夹持盘（20）与指状夹持臂（12）内侧面之间。

4.根据权利要求1所述的一种新型茄果类蔬菜采摘机械手，其特征在于：所述楔形夹持驱动块（24）呈等腰梯形体，等腰梯形体的腰部平面为楔形夹持驱动块（24）的楔形斜面。

5.根据权利要求1所述的一种新型茄果类蔬菜采摘机械手，其特征在于：所述电动剪（15）包括定剪片（19）和由电机驱动的动剪片（21）。

6.根据权利要求1或5所述的一种新型茄果类蔬菜采摘机械手，其特征在于：所述剪架（16）呈框形结构，所述电动剪（15）插置、固连于框形结构剪架（16）的内孔中。

7.根据权利要求1所述的一种新型茄果类蔬菜采摘机械手，其特征在于：所述近距传感器（13）和远距传感器（18）均为测距传感器。

8.根据权利要求1所述的一种新型茄果类蔬菜采摘机械手，其特征在于：所述视觉传感器（14）为超小型图像识别传感器。

9.根据权利要求1所述的一种新型茄果类蔬菜采摘机械手，其特征在于：在所述行走底座（2）上转动支承有行走轮（1），行走轮（1）由行走电机驱动，行走电机与控制系统电性连接。

Images