專利名稱：一種獼猴桃采摘末端執(zhí)行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及采摘機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種獼猴桃采摘末端執(zhí)行器。
背景技術(shù)：
末端執(zhí)行器一般安裝在機(jī)械手臂前端，是機(jī)器人直接接觸對(duì)象果實(shí)的重要工作部件，采摘機(jī)器人工作對(duì)象的大小和形狀一般不完全相同，且工作對(duì)象質(zhì)地柔軟，容易損壞， 因此，末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)尤為重要。獼猴桃是當(dāng)今世界三大新興水果之一，因富含維生素C 被譽(yù)為“水果之王”，近些年獼猴桃的發(fā)展速度在不斷加快。目前，獼猴桃的采摘還都是要靠人工來(lái)完成，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，因此，研究開(kāi)發(fā)獼猴桃采摘機(jī)器人，實(shí)現(xiàn)獼猴桃采摘的機(jī)械化、自動(dòng)化與智能化，對(duì)于提高采摘率，解決勞動(dòng)力不足，改善作業(yè)環(huán)境，都有重要意義。以日本為代表的西方發(fā)達(dá)國(guó)家針對(duì)采摘機(jī)器人做了大量的研究工作，試驗(yàn)成功了多種具有人工智能的采摘機(jī)器人及其末端執(zhí)行器，由于成本和操作復(fù)雜等原因，很大程度上影響了其實(shí)用化。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題與不足，本發(fā)明的目的在于提供一種用于獼猴桃采摘的末端執(zhí)行器，其采摘方式簡(jiǎn)單，控制難度低，成本低廉，適用于獼猴桃和其它球狀果實(shí)采摘機(jī)器人的機(jī)器人采摘工作。實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的的技術(shù)方案是一種獼猴桃采摘末端執(zhí)行器，包括機(jī)械裝置和傳感系統(tǒng)，所述機(jī)械裝置由夾持組合、靠近組合和手臂末端旋轉(zhuǎn)組合組成，所述夾持組合包括左右旋絲杠、螺母、手指、撐桿、直線軸承和內(nèi)殼，所述手指套在螺母上，所述螺母與左右旋絲杠的左旋螺紋和右旋螺紋連接，所述左右旋絲杠一端與內(nèi)殼的一側(cè)用軸承連接，另一端與電機(jī)I的動(dòng)力輸出軸連接，所述直線軸承固定在所述手指的后邊，撐桿穿過(guò)直線軸承與內(nèi)殼兩邊側(cè)壁連接；所述靠近組合包括滾珠絲杠、滾珠螺母、導(dǎo)軌、滑塊和外殼，所述滾珠絲杠一端穿過(guò)外殼與安裝在內(nèi)殼上的滾珠螺母連接，另一端與電機(jī)II連接，所述外殼上還設(shè)有導(dǎo)軌，所述滑塊套在導(dǎo)軌上；所述旋轉(zhuǎn)組合包括套筒、電機(jī)III，電機(jī)III安裝在套筒上，電機(jī)III的動(dòng)力輸出軸穿過(guò)套筒與外殼連接；
所述左、右手指成圓弧狀，內(nèi)側(cè)貼有橡膠材料；
所述傳感系統(tǒng)由紅外位置開(kāi)關(guān)、壓力傳感器、霍爾位置傳感器、碰撞傳感器組成，所述紅外位置開(kāi)關(guān)和壓力傳感器安裝在手指的中央；所述霍爾位置傳感器安裝在直線軸承上； 所述碰撞傳感器安裝在手指的前端。本發(fā)明獼猴桃采摘末端執(zhí)行器的工作原理
電機(jī)I帶動(dòng)左右旋絲杠旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)手指做相對(duì)靠近或遠(yuǎn)離的動(dòng)作，手指內(nèi)側(cè)貼有橡膠材料，設(shè)計(jì)成圓弧狀，可以增大獼猴桃與手指摩擦力，校正夾持誤差，緩沖部分夾持力；電機(jī) II帶動(dòng)滾珠絲杠旋轉(zhuǎn)，控制套在滾珠螺母上的內(nèi)殼做直線運(yùn)動(dòng)；電機(jī)III動(dòng)力輸出軸通過(guò)一根加長(zhǎng)軸與外殼相連從而帶動(dòng)末端執(zhí)行器整體在豎直平面內(nèi)旋轉(zhuǎn)，旋擰下獼猴桃。紅外位置開(kāi)關(guān)檢測(cè)獼猴桃的位置，由紅外發(fā)光二極管和紅外一體接收管組成，分
3別安裝在兩個(gè)手指上，單片機(jī)發(fā)出脈沖信號(hào)控制紅外發(fā)光二極管發(fā)出紅外光，當(dāng)紅外發(fā)光二極管和一體接收管間無(wú)障礙物時(shí)，一體接收管輸出低電平，有障礙物時(shí)，一體接收管接收不到紅外信號(hào)，輸出高電平；壓力傳感器檢測(cè)手指夾持力的大小，安裝在手指中間，主要元件是力敏電阻，力敏電阻承受的壓力值越大，其輸出的電壓值也就越大，到達(dá)一定值后，輸出低電平；霍爾位置傳感器檢測(cè)末端執(zhí)行器位置進(jìn)行復(fù)位，安裝在直線軸承和支架上，由霍爾傳感芯片和磁塊組成，應(yīng)用霍爾效應(yīng)原理，磁塊靠近時(shí)，芯片表面通過(guò)的磁通量增加，到達(dá)一定值時(shí)，輸出低電平。碰撞傳感器防止手指撞上樹(shù)枝后對(duì)樹(shù)枝或末端執(zhí)行器有所損傷， 安裝在手指指尖位置，原理與壓力傳感器相同。執(zhí)行器電機(jī)均為步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)易通過(guò)脈沖控制其轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向，電機(jī)I與左右旋絲杠連接，電機(jī)II與滾珠絲杠連接，電機(jī)III安裝在套筒上其動(dòng)力輸出軸與連接在外殼上的加長(zhǎng)軸相連，控制系統(tǒng)為單片機(jī)系統(tǒng)。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)力覺(jué)、距離等多方面?zhèn)鞲行畔⑷诤细兄h(huán)境信息，提供控制信息；末端執(zhí)行器在豎直平面內(nèi)旋擰采摘果實(shí)，減少了檢測(cè)果柄位姿所帶來(lái)的麻煩，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制難度低。


圖1為獼猴桃采摘末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)示意圖2為獼猴桃采摘末端執(zhí)行器另一角度的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3為獼猴桃采摘末端執(zhí)行器采摘方法的流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行比較詳細(xì)的描述
如圖1、圖2所示，一種獼猴桃采摘末端執(zhí)行器，包括機(jī)械裝置和傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)械裝置由夾持組合、靠近組合和手臂末端旋轉(zhuǎn)組合組成，所述夾持組合包括左右旋絲杠7、螺母8、手指4、撐桿11、直線軸承12和內(nèi)殼9，所述手指4套在螺母8上，所述螺母8與左右旋絲杠7的左旋螺紋和右旋螺紋連接，所述左右旋絲杠7 —端與內(nèi)殼9的一側(cè)用軸承連接，另一端與電機(jī)I 3的動(dòng)力輸出軸連接，所述直線軸承12固定在所述手指4的后邊，撐桿11穿過(guò)直線軸承12與內(nèi)殼9兩邊側(cè)壁連接；所述靠近組合包括滾珠絲杠19、滾珠螺母17、導(dǎo)軌2、滑塊1和外殼13，所述滾珠絲杠19 一端穿過(guò)外殼13與安裝在內(nèi)殼9上的滾珠螺母17連接，另一端與電機(jī)1116連接，所述外殼13上還設(shè)有導(dǎo)軌2，所述滑塊1套在導(dǎo)軌2上；所述旋轉(zhuǎn)組合包括套筒14、電機(jī)II115，電機(jī)II115安裝在套筒14上，電機(jī)II115 的動(dòng)力軸穿過(guò)套筒14與外殼13連接；
所述左、右手指成圓弧狀，內(nèi)側(cè)貼有橡膠材料；
所述傳感系統(tǒng)由紅外位置開(kāi)關(guān)6、壓力傳感器5、霍爾位置傳感器10、碰撞傳感器18組成，所述紅外位置開(kāi)關(guān)6和壓力傳感器5安裝在手指的中央；所述霍爾位置傳感器10安裝在直線軸承上；所述碰撞傳感器18安裝在手指的前端。為減輕末端執(zhí)行器的重量，機(jī)構(gòu)非標(biāo)準(zhǔn)件都采用鋁合金材料。末端執(zhí)行器圖3為獼猴桃采摘末端執(zhí)行器采摘方法的流程圖，采摘過(guò)程具體步驟如下
1、復(fù)位，使機(jī)構(gòu)回到初始位置?？刂破鲙?dòng)電機(jī)I、電機(jī)II、電機(jī)III同時(shí)開(kāi)始反轉(zhuǎn)，每個(gè)電機(jī)帶動(dòng)其運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)到達(dá)初始位置時(shí)霍爾傳感器會(huì)輸出低電平給外部中斷，從而使單片機(jī)控制步進(jìn)電機(jī)停止反轉(zhuǎn)，等待下一步指令。2、靠近，電機(jī)II帶動(dòng)接近獼猴桃，安裝在手指末端的紅外位置傳感器檢測(cè)到獼猴桃進(jìn)入手指，控制電機(jī)II停止轉(zhuǎn)動(dòng)。若前進(jìn)過(guò)程中手指撞到樹(shù)枝等硬物，則由碰撞傳感器反饋信號(hào)給單片機(jī)，發(fā)出信號(hào)控制手指停止向前運(yùn)動(dòng)。3、夾持，電機(jī)I帶動(dòng)手指夾持獼猴桃，安裝在手指圓弧中間的壓力傳感器檢測(cè)夾持力大小，輸出電壓與壓力大小呈線性變化，夾持壓力增大，輸出電壓也增大，達(dá)到設(shè)定閾值后信號(hào)發(fā)生改變，由單片機(jī)控制停止夾持。4、旋擰，安裝在末端執(zhí)行器尾部的電機(jī)III連接末端軸，末端軸固定在外殼上，電機(jī)旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)整個(gè)末端執(zhí)行器在豎直平面做旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，正轉(zhuǎn)半圈再反轉(zhuǎn)半圈旋擰下果實(shí)。5、釋放果實(shí)，當(dāng)機(jī)械臂帶著夾持著果實(shí)的末端執(zhí)行器運(yùn)動(dòng)到收獲裝置上方時(shí)，單片機(jī)控制手指張開(kāi)，獼猴桃落入收獲裝置，完成了采摘獼猴桃的任務(wù)。
權(quán)利要求
1. 一種獼猴桃采摘末端執(zhí)行器，包括機(jī)械裝置和傳感系統(tǒng)，其特征在于，所述機(jī)械裝置由夾持組合、靠近組合和手臂末端旋轉(zhuǎn)組合組成，所述夾持組合包括左右旋絲杠(7)、螺母 (8)、手指(4)、撐桿(11)、直線軸承(12)和內(nèi)殼(9)，所述手指(4)套在螺母(8)上，所述螺母(8)與左右旋絲杠(7)的左旋螺紋和右旋螺紋連接，所述左右旋絲杠(7) —端與內(nèi)殼(9) 的一側(cè)用軸承連接，另一端與電機(jī)I (3)的動(dòng)力輸出軸連接，所述直線軸承(12)固定在所述手指(4)的后邊，撐桿(11)穿過(guò)直線軸承(12 )與內(nèi)殼(9)兩邊側(cè)壁連接；所述靠近組合包括滾珠絲杠(19)、滾珠螺母(17)、導(dǎo)軌(2)、滑塊(1)和外殼(13)，所述滾珠絲杠(19) 一端穿過(guò)外殼(13)與安裝在內(nèi)殼(9)上的滾珠螺母(17)連接，另一端與電機(jī)II (16)連接， 所述外殼(13)上還設(shè)有導(dǎo)軌(2)，所述滑塊(1)套在導(dǎo)軌(2)上；所述旋轉(zhuǎn)組合包括套筒 (14)、電機(jī)III (15)，電機(jī)III (15)安裝在套筒(14)上，電機(jī)III (15)的動(dòng)力輸出軸穿過(guò)套筒(14)與外殼(13)連接；所述左、右手指成圓弧狀，內(nèi)側(cè)貼有橡膠材料；所述傳感系統(tǒng)由紅外位置開(kāi)關(guān)(6)、壓力傳感器(5)、霍爾位置傳感器(10)、碰撞傳感器(18)組成，所述紅外位置開(kāi)關(guān)(6)和壓力傳感器(5)安裝在手指的中央；所述霍爾位置傳感器(10)安裝在直線軸承上；所述碰撞傳感器(18)安裝在手指的前端。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種獼猴桃采摘末端執(zhí)行器，該末端執(zhí)行器主要由機(jī)械裝置和傳感系統(tǒng)兩部分組成。機(jī)械裝置包括夾持組合，靠近組合，手臂末端旋轉(zhuǎn)組合，用于實(shí)現(xiàn)手指開(kāi)合、進(jìn)退和翻轉(zhuǎn)；傳感系統(tǒng)由紅外位置開(kāi)關(guān)、壓力傳感器、霍爾位置傳感器和碰撞傳感器組成，在末端執(zhí)行器移動(dòng)過(guò)程中起到為控制器提供控制信息的作用。通過(guò)本發(fā)明設(shè)計(jì)而成的末端執(zhí)行器模擬人工采摘獼猴桃方式，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，智能化高，控制難度低，成本低廉。
文檔編號(hào)A01D46/30GK102428802SQ20111027047
公開(kāi)日2012年5月2日 申請(qǐng)日期2011年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者武濤, 王虎, 蔣浩然, 袁池, 陳軍, 雷王利, 韓冰, 高 浩 申請(qǐng)人:西北農(nóng)林科技大學(xué)