CN215122223U - 一种旋转分离式猕猴桃采摘末端执行器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种旋转分离式猕猴桃采摘末端执行器，该旋转分离式猕猴桃采摘末端执行器包括动力机构，左连杆滑块机构，左夹持机构，传感器，右夹持机构，右连杆滑块机构，机架和控制系统。传感器检测果实是否到达检测位置，动力机构通过左连杆滑块机构和右连杆滑块机构带动左推杆和右推杆相向运动，左夹持机构和右夹持机构配合夹紧果实并旋转使果实与果柄分离。控制系统根据传感器的反馈信息对整个采摘过程进行控制。该实用新型结构简单，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。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种果实采摘末端执行器，具体涉及一种旋转分离式猕猴桃采摘末端执行器，属于采摘机器人领域。
背景技术
自动化收获机器人能够代替人完成果园重复的且不舒适的采摘作业活动，能够减少劳动力需求，提高工作效率。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采摘成功率普遍较低，存在两个主要问题：果实跌落和果实损伤。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。
中国专利CN102187766A公布了“一种猕猴桃采摘末端执行器”，该末端执行器由于自身体积的限制，机械手在竖直靠近目标果实的过程中，可能会碰撞到目标果实与邻近果实。中国专利CN211703017U公布了“一种果柄摇摆式猕猴桃自动采摘末端执行器”，该末端执行器由于果实没有被完全抓握到机械手里，果实可能在采摘过程中被甩出去，也有可能果实在机械手释放果实的过程中错过果实落入口。
有鉴于此，需要设计一种猕猴桃采摘末端执行器，设计结构简单，应用性强，能够降低果实跌落损伤的可能性，能够有效地提高猕猴桃采摘效率和成功率。因此该猕猴桃采摘末端执行器对于研制猕猴桃采摘机器人以及降低猕猴桃收获成本具有十分重要意义。
发明内容
针对现有猕猴桃采摘末端执行器采摘效率和成功率低的问题，本实用新型提出一种旋转分离式猕猴桃采摘末端执行器。
本实用新型通过下列技术方案实现：一种旋转分离式猕猴桃采摘末端执行器，由动力机构1，左连杆滑块机构2，左夹持机构3，传感器4，右夹持机构5，右连杆滑块机构6，机架7和控制系统8组成。安装在机架7后面板的传感器4检测目标果实是否到达检测位置，步进电机101带动圆柱齿轮103旋转，齿条I104向左运动带动左连杆201运动，左连杆201拉动左杠杆202旋转，推动左推杆303向右运动，在弹簧I302和弹簧II304的作用下，左夹爪301旋转，齿条II102向右运动拉动右连杆603，右连杆603拉动右杠杆602旋转，推动右推杆502向左运动，在右推杆502和弹簧III503的作用下，右夹爪501旋转，与左夹爪301配合夹紧果实并旋转使果实与果柄分离。
一种旋转分离式猕猴桃采摘末端执行器，其特征在于，旋转分离式猕猴桃采摘末端执行器包括动力机构1，左连杆滑块机构2，左夹持机构3，传感器4，右夹持机构5，右连杆滑块机构6，机架7和控制系统8，其特征在于，所述的动力机构1由步进电机101，圆柱齿轮103，齿条I104，齿条II102，支撑架105组成，步进电机101通过螺钉安装在支撑架105上，圆柱齿轮103与齿条I104和齿条II102同步啮合，齿条I104和齿条II102分别安装在支撑架105的下上导轨中，支撑架105通过焊接固定在机架7上；所述的左连杆滑块机构2包括左连杆201，左杠杆202和左滑块203，左杠杆202的上端通过销轴连接左滑块203，左杠杆202的中部通过销轴安装在机架7上，左杠杆202的下端通过销轴连接左连杆201，左滑块203安装在左推杆303的轴肩滑槽中，左连杆201通过销轴连接齿条I104；所述的左夹持机构3包括左夹爪301，左推杆303，弹簧I302和弹簧II304，左夹爪301中部通过销轴安装在左推杆303上，左夹爪301上端和下端分别通过弹簧I302和弹簧II304连接在机架7上，左推杆303在机架7左侧方形槽中滑动；所述的右夹持机构5包括右夹爪501，右推杆502和弹簧III503， 右夹爪501上端通过销轴安装在右推杆502上，右夹爪501下端通过弹簧III503连接在机架7上，右推杆502在机架7右侧方形槽中滑动；所述的右连杆滑块机构6包括右连杆603，右杠杆602和右滑块601，右杠杆602的上端通过销轴连接右滑块601，右杠杆602的中部通过销轴安装在机架7上，右杠杆602的下端通过销轴连接右连杆603，右滑块601安装在右推杆502的轴肩滑槽中，右连杆603通过销轴连接齿条II102；所述的控制系统8由单片机通过I/0控制步进电机驱动器，通过串口接收传感器信号；所述的传感器4为红外漫反射式光电开关传感器，通过螺纹安装在机架7的后面板。
优选的，所述的左推杆303和右推杆502在竖直方向高度差为300mm，确保左夹爪301和右夹爪501可以形成绕果实水平轴线旋转的局部力偶。
优选的，所述的左夹爪301与右夹爪501均为猕猴桃果实的仿形弧面，且均为硅胶材料，以减少果实与夹爪之间由于摩擦力作用造成的果实损伤。
优选的，所述的弹簧II304比弹簧I302弹性系数小，便于左夹爪301更好地随动旋转。
优选的，所述的左推杆303与右推杆502的末端均有轴肩，以便于对左推杆303和右推杆502进行限位。
优选的，所述的传感器4的安装高度必须高于支撑架105顶部位置，能够确保在采摘过程中准确判断猕猴桃果实是否到达左夹爪301可夹持位置。
本实用新型猕猴桃采摘末端执行器与现有技术相比较，具有以下有益效果：
本实用新型采用单片机控制，针对猕猴桃棚架式栽培和果实自然下垂的特点，利用左推杆303和右推杆502在竖直方向的高度差，形成左夹爪301和右夹爪501绕果实水平轴线旋转的局部力偶，在局部力偶的作用下，左夹持机构和右夹持机构配合夹紧果实并随动旋转使果实与果柄分离，该实用新型结构简单，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
下面结合附图和实施方式对本实用新型进一步说明。
图1为一种旋转分离式猕猴桃采摘末端执行器整体结构示意图；
图2为动力机构的结构示意图；
图3为左连杆滑块机构结构示意图；
图4为左夹持机构结构示意图；
图5为右夹持机构结构示意图；
图6为右连杆滑块机构结构示意图。
以下是图中各部件标号：动力机构1，左连杆滑块机构2，左夹持机构3，传感器4，右夹持机构5，右连杆滑块机构6，机架7，控制系统8，步进电机101，圆柱齿轮103，齿条I104，齿条II102，支撑架105，左连杆201，左杠杆202，左滑块203，左夹爪301，左推杆303，弹簧I302，弹簧II304，夹爪501，右推杆502，弹簧III503，右连杆603，右杠杆602和右滑块601。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。
在本发明的描述中，需要理解的是术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”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，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。
如图1、2、3、4、5、6所示，本实用新型为一种旋转分离式猕猴桃采摘末端执行器，包括动力机构1，左连杆滑块机构2，左夹持机构3，传感器4，右夹持机构5，右连杆滑块机构6，机架7和控制系统8，其特征在于，所述的动力机构1由步进电机101，圆柱齿轮103，齿条I104，齿条II102，支撑架105组成，步进电机101通过螺钉安装在支撑架105上，圆柱齿轮103与齿条I104和齿条II102同步啮合，齿条I104和齿条II102分别安装在支撑架105的上下导轨中，支撑架105通过焊接固定在机架7上；所述的左连杆滑块机构2包括左连杆201，左杠杆202和左滑块203，左杠杆202的上端通过销轴连接左滑块203，左杠杆202的中部通过销轴安装在机架7上，左杠杆202的下端通过销轴连接左连杆201，左滑块203安装在左推杆303的轴肩滑槽中，左连杆201通过销轴连接齿条I104；所述的左夹持机构3包括左夹爪301，左推杆303，弹簧I302和弹簧II304，左夹爪301中部通过销轴安装在左推杆303上，左夹爪301上端和下端分别通过弹簧I302和弹簧II304连接在机架7上，左推杆303在机架7左侧方形槽中滑动；所述的右夹持机构5包括右夹爪501，右推杆502和弹簧III503， 右夹爪501上端通过销轴安装在右推杆502上，右夹爪501下端通过弹簧III503连接在机架7上，右推杆502在机架7右侧方形槽中滑动；所述的右连杆滑块机构6包括右连杆603，右杠杆602和右滑块601，右杠杆602的上端通过销轴连接右滑块601，右杠杆602的中部通过销轴安装在机架7上，右杠杆602的下端通过销轴连接右连杆603，右滑块601安装在右推杆502的轴肩滑槽中，右连杆603通过销轴连接齿条II102；所述的控制系统8由单片机通过I/0控制步进电机驱动器，通过串口接收传感器信号； 所述的传感器4为红外漫反射式光电开关传感器，通过螺纹安装在机架7的后面板。
具体工作过程：
由机械臂带动该猕猴桃采摘末端执行器接近目标果实，安装在机架7后面板的传感器4检测目标果实是否到达检测位置，由步进电机101带动圆柱齿轮103旋转，齿条I104向左运动带动左连杆201运动，左连杆201拉动左杠杆202旋转，左杠杆202旋转带动左滑块203在左推杆303轴肩滑槽中滑动，从而推动左推杆303沿着机架7左侧方型槽向右运动，在弹簧I302和弹簧II304的作用下，左夹爪301旋转，齿条II102向右运动拉动右连杆603，右连杆603拉动右杠杆602旋转，右杠杆602旋转带动右滑块601在右推杆502轴肩滑槽中滑动，从而推动右杠杆502沿着机架7左侧方型槽向左运动，在右推杆502和弹簧III503的作用下，右夹爪501旋转，右夹爪501与左夹爪301配合夹紧果实并随动旋转使果实与果柄分离。
所述的左推杆和右推杆在竖直方向高度差为300mm，确保左夹爪和右夹爪可以形成绕果实水平轴线旋转的局部力偶。
所述的左夹爪与右夹爪均为猕猴桃果实的仿形弧面，且均为硅胶材料，以减少由于摩擦力作用造成的果实损伤。
所述的弹簧II比弹簧I弹性系数小，便于左夹爪更好地随动旋转。
所述的左推杆与右推杆的末端均有轴肩，以便于对左推杆和右推杆进行限位。
所述的红外漫反射式光电开关传感器的安装高度必须高于支撑架顶部位置，能够确保在采摘过程中准确判断猕猴桃果实是否到达左夹爪可夹持位置。
以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。
Claims (6)
1.一种旋转分离式猕猴桃采摘末端执行器，包括动力机构，左连杆滑块机构，左夹持机构，传感器，右夹持机构，右连杆滑块机构，机架和控制系统，其特征在于，所述的动力机构由步进电机，圆柱齿轮，齿条I，齿条II，支撑架组成，步进电机通过螺钉安装在支撑架上，圆柱齿轮与齿条I和齿条II同步啮合，齿条I和齿条II分别安装在支撑架的下上导轨中，支撑架通过焊接固定在机架上；所述的左连杆滑块机构包括左连杆，左杠杆和左滑块，左杠杆的上端通过销轴连接左滑块，左杠杆的中部通过销轴安装在机架上，左杠杆的下端通过销轴连接左连杆，左滑块安装在左推杆的轴肩滑槽中，左连杆通过销轴连接齿条I；所述的左夹持机构包括左夹爪，左推杆，弹簧I和弹簧II，左夹爪中部通过销轴安装在左推杆上，左夹爪上端和下端分别通过弹簧I和弹簧II连接在机架上，左推杆在机架左侧方形槽中滑动；所述的右夹持机构包括右夹爪，右推杆和弹簧III，右夹爪上端通过销轴安装在右推杆上，右夹爪下端通过弹簧III连接在机架上，右推杆在机架右侧方形槽中滑动；所述的右连杆滑块机构包括右连杆，右杠杆和右滑块，右杠杆的上端通过销轴连接右滑块，右杠杆的中部通过销轴安装在机架上，右杠杆的下端通过销轴连接右连杆，右滑块安装在右推杆的轴肩滑槽中，右连杆通过销轴连接齿条II；所述的控制系统(8)由单片机通过I/0控制步进电机驱动器，通过串口接收传感器信号；所述的传感器为红外漫反射式光电开关传感器，通过螺纹安装在机架的后面板。
2.根据权利要求1所述的一种旋转分离式猕猴桃采摘末端执行器，其特征在于，所述的左推杆和右推杆在竖直方向高度差为300mm，确保左夹爪和右夹爪可以形成绕果实水平轴线旋转的局部力偶。
3.根据权利要求1所述的一种旋转分离式猕猴桃采摘末端执行器，其特征在于，所述的左夹爪与右夹爪均为猕猴桃果实的仿形弧面，且均为硅胶材料，以减少由于摩擦力作用造成的果实损伤。
4.根据权利要求1所述的一种旋转分离式猕猴桃采摘末端执行器，其特征在于，所述的弹簧II比弹簧I弹性系数小，便于左夹爪更好地随动旋转。
5.根据权利要求1所述的一种旋转分离式猕猴桃采摘末端执行器，其特征在于，所述的左推杆与右推杆的末端均有轴肩，以便于对左推杆和右推杆进行限位。
6.根据权利要求1所述的一种旋转分离式猕猴桃采摘末端执行器，其特征在于，所述的红外漫反射式光电开关传感器的安装高度必须高于支撑架顶部位置，能够确保在采摘过程中准确判断猕猴桃果实是否到达左夹爪可夹持位置。
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Cited By (2)
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|---|---|---|---|---|
| CN114097428A (zh) * | 2021-12-23 | 2022-03-01 | 广东工贸职业技术学院 | 一种夹持可控式水果无损采摘末端执行器及其控制方法 |
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