專利名稱：一種直線電機驅(qū)動的采摘機器人末端執(zhí)行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采摘機器人領(lǐng)域，特別涉及一種直線電機驅(qū)動的采摘機器人末端執(zhí)行器。
背景技術(shù)：
果實采摘機器人末端執(zhí)行器一般由手指機構(gòu)完成抓取，再通過剪切機構(gòu)或扭轉(zhuǎn)動作使果實分離。在采摘過程中，常常由于多個果實成束生長，手指難以順利抓取，且容易碰傷相鄰果實；同時，由于葉子的遮擋，采摘機器人往往難以發(fā)現(xiàn)果實，并對采摘動作造成干擾?，F(xiàn)有采摘機器人末端執(zhí)行器，難以有效處理以上問題，使果實采摘成功率受到很大影響。如臺灣國立中興大學(xué)李芳繁等開發(fā)的柑橘采摘機器人末端執(zhí)行器(采摘柑橘果實機器手臂之研制.農(nóng)業(yè)機械學(xué)刊，1999，8(3)1-8.)僅能通過一個直流電機帶動，完成三個手指的開合；而日本岡山大學(xué)N.Kondo等開發(fā)的番茄采摘機器人末端執(zhí)行器(End-Effectors for Tomato HarvestingRobot.Artificial Intelligence Review 1211-25，1998.)，通過增加一個吸盤使目標果實與果束分離，但必須增加相應(yīng)的直流電機和齒輪齒條機構(gòu)帶動，增加了機構(gòu)的復(fù)雜性和控制難度，且仍無法處理葉子的遮擋問題。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有采摘方法和裝置的不足，本發(fā)明提供一種直線電機驅(qū)動的采摘機器人末端執(zhí)行器，利用直線電機驅(qū)動實現(xiàn)果實的采摘。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是吸盤、齒條和推板依次固定于直線電機的動子上，通過直線電機動子的直線運動，同時驅(qū)動吸盤吸附裝置、手指開合裝置和氣囊吹氣裝置。直線電機驅(qū)動吸盤吸附裝置，帶動吸盤的前進和后退，以吸住果實并拉動果實后退，從果束中分離；直線電機驅(qū)動手指開合裝置，帶動齒輪和曲柄的轉(zhuǎn)動，經(jīng)過平行四桿機構(gòu)傳動，使手指張開和合攏以抓住果實；直線電機驅(qū)動氣囊吹氣裝置，帶動推板前進，壓縮氣囊，將果實附近的葉子吹開，從而避免葉子對果實的遮擋和對末端執(zhí)行器采摘動作的干擾。
本發(fā)明的有益效果是，只需一個電機帶動而完成果實的采摘，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，精度高，運動平滑可靠。


圖1為直線電機驅(qū)動的采摘機器人末端執(zhí)行器主視圖，圖2為直線電機驅(qū)動的采摘機器人末端執(zhí)行器俯視圖。
圖中1.手指，2.連桿，3.曲柄，4.齒輪，5.雙面齒條，6.直線電機定子，7.直線電機動子，8.氣囊，9.推板，10.殼體，11.真空發(fā)生器，12.齒輪，13.連桿，14.曲柄，15.手指，16.橡膠，17.吸盤，18.橡膠。
具體實施例方式
如圖1、圖2所示，該直線電機驅(qū)動的采摘機器人末端執(zhí)行器由直線電機驅(qū)動，直線電機的定子(6)與殼體(10)固定，直線電機的動子(7)相對直線電機定子(6)做直線運動。直線電機動子(7)由前往后依次固聯(lián)吸盤(17)、雙面齒條(5)和推板(9)，以分別帶動吸盤吸附裝置、氣囊吹氣裝置和手指開合機構(gòu)。
其中吸盤吸附裝置中，吸盤(17)通過真空軟管與真空發(fā)生器(11)相連，由真空發(fā)生器(11)產(chǎn)生真空負壓，使吸盤(17)產(chǎn)生吸力；直線電機動子(7)直線運動可以帶動吸盤(17)直線前進和后退。
氣囊吹氣裝置中，氣囊(8)與殼體(10)固定，并經(jīng)吹氣管與推板相聯(lián)，當(dāng)直線電機動子(7)帶動并通過固聯(lián)于其上的推板(9)直線前進時，壓縮氣囊(8)吹出氣體；直線電機動子(7)帶動推板(9)直線后退時，氣囊(8)由大氣壓作用而自動充氣。
手指開合裝置包括完全對稱的兩部分，分別帶動兩手指張開與合攏。其中一部分由手指(1)、連桿(2)、曲柄(3)、齒輪(4)、橡膠(18)、殼體(10)組成，對稱部分由手指(15)、連桿(13)、曲柄(14)、齒輪(12)、橡膠(16)、殼體(10)組成；其中雙面齒條(5)分別與齒輪(4)和齒輪(12)相連。
以其中的一部分為例，曲柄(3)與齒輪(4)固聯(lián)，齒輪(4)由殼體(10)支承，并與雙面齒條(5)連接，由其帶動做定軸轉(zhuǎn)動，曲柄(3)隨齒輪(4)轉(zhuǎn)動；曲柄(3)與手指(1)鉸連，連桿(2)兩端分別與殼體(10)和手指(1)鉸連，手指(1)上貼有橡膠(18)。曲柄(3)、殼體(10)、連桿(2)、手指(1)構(gòu)成平行四邊形機構(gòu)。當(dāng)直線電機動子(7)帶動與直線電機定子(6)固定的雙面齒條(5)做直線運動時，雙面齒條(5)推動齒輪(4)轉(zhuǎn)動，并帶動曲柄(3)轉(zhuǎn)動，經(jīng)過平行四桿機構(gòu)傳動，使手指(1)張開或合攏。
果實采摘時，當(dāng)末端執(zhí)行器達到靠近果實位置，直線電機啟動，使直線電機動子(7)相對于直線電機定子(6)做直線運動，并帶動與直線電機定子(6)固定的雙面齒條(5)、吸盤(17)和推板(9)同時向前運動。雙面齒條(5)同時推動齒輪(4)和齒輪(12)轉(zhuǎn)動，并帶動手指(1)和手指(15)張開，平行四桿機構(gòu)保證手指(1)和手指(15)始終保持平行；同時推板(9)壓縮氣囊(8)，使氣囊(8)吹氣，將果實附近的葉子吹開，從而避免葉子對果實的遮擋和對末端執(zhí)行器采摘動作的干擾；此時真空發(fā)生器(11)打開，使吸盤(17)產(chǎn)生吸力；當(dāng)吸盤(17)接觸并吸住果實后，直線電機反向，直線電機動子(7)向后運動，帶動手指(1)和(15)合攏，此時氣囊(8)自動恢復(fù)并充滿氣體；當(dāng)手指(1)和(15)抓住果實后，直線電機停止，并由機械手帶動末端執(zhí)行器轉(zhuǎn)動，將果梗扭斷，從而完成果實的采摘。
權(quán)利要求
1.一種直線電機驅(qū)動的采摘機器人末端執(zhí)行器，其特征在于其由直線電機驅(qū)動，直線電機的定子(6)與殼體(10)固定；直線電機動子(7)由前往后依次固聯(lián)吸盤吸附裝置的吸盤(17)、手指開合機構(gòu)的雙面齒條(5)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電機驅(qū)動的采摘機器人末端執(zhí)行器，其特征在于所述吸盤吸附裝置中，吸盤(17)通過真空軟管與真空發(fā)生器(11)相連，由真空發(fā)生器(11)產(chǎn)生真空負壓，使吸盤(17)產(chǎn)生吸力；直線電機動子(7)直線運動可以帶動吸盤(17)直線前進和后退。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電機驅(qū)動的采摘機器人末端執(zhí)行器，其特征在于所述手指開合裝置包括完全對稱的兩部分，其中一部分由依次連接的手指(1)、連桿(2)、曲柄(3)、齒輪(4)和殼體(10)組成，對稱部分由由依次連接的手指(15)、連桿(13)、曲柄(14)、齒輪(12)和殼體(10)依次組成；其中雙面齒條(5)分別與齒輪(4)和齒輪(12)相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的直線電機驅(qū)動的采摘機器人末端執(zhí)行器，其特征在于所述手指開合裝置中手指(1、15)上貼有橡膠(18、16)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直線電機驅(qū)動的采摘機器人末端執(zhí)行器，其特征在于設(shè)有氣囊吹氣裝置，其中氣囊(8)與殼體(10)固定，并經(jīng)吹氣管與固聯(lián)于直線電機動子上的推板相聯(lián)。
全文摘要
一種直線電機驅(qū)動的采摘機器人末端執(zhí)行器，涉及采摘機器人領(lǐng)域。其由手指、橡膠、連桿和曲柄、齒輪、雙面齒條、直線電機定子、直線電機動子、氣囊、推板、末端執(zhí)行器殼體、真空發(fā)生器、吸盤、固定夾等組成。吸盤、齒條和推板與直線電機的動子固定，通過直線電機動子的直線運動，同時帶動吸盤的前進和后退，以吸住果實并拉動果實后退，從果束中分離；帶動齒輪和曲柄的轉(zhuǎn)動，經(jīng)過平行四桿機構(gòu)傳動，使手指張開和合攏以抓住果實；帶動推板前進，壓縮氣囊，將果實附近的葉子吹開，從而避免葉子對果實的遮擋和對末端執(zhí)行器采摘動作的干擾。本發(fā)明只需一個電機帶動而完成果實的采摘，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，精度高，運動平滑可靠。
文檔編號A01D46/30GK101066022SQ20071002091
公開日2007年11月7日 申請日期2007年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月3日
發(fā)明者劉繼展, 李萍萍, 李智國 申請人:江蘇大學(xué)