專利名稱：一種夾剪一體式采摘機器人末端執(zhí)行器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及農(nóng)業(yè)機器人領(lǐng)域，特別涉及一種夾剪一體式采摘機器人末端執(zhí)行器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有果實采摘機器人末端執(zhí)行器主要包括直接剪切式、果實夾持式、果梗夾持式三個大類。直接剪切式末端執(zhí)行器僅具有剪切動作，通過對果梗直接切斷，使果實直接落地或通過軟管等接果進(jìn)行收儲(Shinsuke Kitamura, Koichi Oka.Recognition andCutting System of Sweet Pepper for Picking Robot in Greenhouse Horticulture.Proceedings of the IEEE International Conference on Mechatronics & Automation,2005:1807-1812.);果實夾持式末纟而執(zhí)彳了器通過手指可罪夾持果實，再以切割等方式完成對果、梗的分離(M.Monta, N.Kondo, K.C.Ting.End-Effectors for TomatoHarvesting Robot.Artificial Intelligence Review, 1998, 12: 11-25; Michael ff.Hannan, Thomas F.Burks.Current Developments in Automated Citrus Harvesting.ASAE/CSAE Annual International Meeting, 2004: 1-10.);果梗夾持式末端執(zhí)行器則通過夾持并剪斷果梗實現(xiàn)米摘(D.M.Bulanon, T.Kataoka.Fruit Detection Systemand an End Effector for Robotic Harvesting of Fuji Apples.Agric Eng Int:CIGR Journal, 12(1): 203-210; Seiichi Arima, Naoshi Kondo, Hiroshi Nakamura.Development of Robotic System for Cucumber Harvesting.JARQ, 1996,30:233-238.);其中直接切斷式末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)簡單，但果實落地的損傷嚴(yán)重，而軟管接果受到植株冠層內(nèi)有限空間的限制，并當(dāng)多數(shù)情況下末端執(zhí)行器姿態(tài)無法保證軟管口位于果實正下方時，造成接果的失?。还麑崐A持式末端執(zhí)行器夾持可靠，果實姿態(tài)穩(wěn)定，利于后續(xù)果、梗分離作業(yè)和果實的回收，但保證果實損傷的柔性夾持必須基于力、滑動等感知的反饋與伺服控制，裝備成本高且可靠性差，控制難度過大；果梗夾持式末端執(zhí)行器有效避免了夾持對果實的損傷，對于果、梗連接力較佳的果實類型及成熟期而言，具有突出優(yōu)勢，但目前開發(fā)的果梗夾持式末端執(zhí)行器分別由單獨動力實現(xiàn)果梗的夾持和切割，造成末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)與控制仍然較復(fù)雜，且作業(yè)效率和成功率受限。
發(fā)明內(nèi)容為了克服現(xiàn)有溫室果蔬機器人采摘后收集與溫室現(xiàn)場運輸裝備的不足，本實用新型提供一種夾剪一體式采摘機器人末端執(zhí)行器，實現(xiàn)機器人采摘中對果梗的夾持和剪切一體化作業(yè)。本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:一種夾剪一體式采摘機器人末端執(zhí)行器，其特征在于:所述末端執(zhí)行器由單電機傳動系統(tǒng)和夾剪一體指端結(jié)構(gòu)組成，由單電機傳動系統(tǒng)、夾剪一體指端結(jié)構(gòu)組成:所述單電機傳動系統(tǒng)包括安裝座、殼體、前蓋、擺桿、雙向螺桿、滑套、左旋螺母、右旋螺母，電機軸端錐齒輪、螺桿軸間錐齒輪和電機；電機固定于殼體上，電機軸端錐齒輪固定于電機的輸出軸上；雙向螺桿具有對稱的左旋和右旋兩段螺紋，雙向螺桿的兩端通過滾動軸承支撐于殼體上，螺桿軸間錐齒輪固定于雙向螺桿的左旋螺紋和右旋螺紋之間并與電機軸端錐齒輪嚙合；兩擺桿的一端對稱鉸接于殼體上，兩滑套分別安裝于兩擺桿上并能相對于擺桿滑動，兩滑套分別于左旋螺母和右旋螺母鉸接，左旋螺母和右旋螺母對稱安裝于雙向螺桿的左旋螺紋和右旋螺紋上組成螺旋傳動。所述夾剪一體指端結(jié)構(gòu)包括固定板、左刀刃、左夾持面、右夾持面、螺柱、彈簧和右刀刃；左刀刃和右刀刃分別固定于兩擺桿的前端，固定板與左刀刃固定，固定板上開有兩互相平行的通孔，左夾持面內(nèi)側(cè)開有兩互相平行的螺紋孔，兩螺柱分別穿過固定板上的兩通孔并旋緊于左夾持面內(nèi)側(cè)的螺紋孔內(nèi)，兩螺柱上位于固定板和左夾持面之間的部分分別套有彈黃。所述前蓋固定于殼體的前端，前蓋上沿平行雙向螺桿方向開有長通槽，兩擺桿自長通槽伸出，長通槽約束兩擺桿在平行于雙向螺桿的同一平面內(nèi)運動。所述彈簧的長度應(yīng)保證彈簧未受力狀態(tài)下左刀刃的刃口與左夾持面的外側(cè)輪廓相重合；右刀刃和右夾持面固定，右刀刃的刃口與右夾持面的外側(cè)輪廓相重合，外凸的左刀刃刃口、左夾持面外側(cè)輪廓曲線與內(nèi)凹的右刀刃、右夾持面外側(cè)輪廓曲線形狀一致。電機通過錐齒輪傳動帶動雙向螺桿轉(zhuǎn)動，從而經(jīng)左旋螺母、右旋螺母和兩滑套帶動兩擺桿擺動，使左刀刃、左夾持面和右刀刃、右夾持面合攏，當(dāng)左夾持面與右夾持面接觸果梗后，兩彈簧受到壓縮，使左夾持面相對左刀刃向后平移，左夾持面與右夾持面夾緊果梗的同時，左刀刃和右刀刃繼續(xù)相對合攏完成對果梗的切斷。本實用新型的有益效果是，僅通過單電機的驅(qū)動，實現(xiàn)果梗夾持和切斷的一體作業(yè)，保證果實的采摘與回收，結(jié)構(gòu)簡單小巧，大大降低了控制難度并增強了實用性。

圖1為夾剪一體式采摘機器人末端執(zhí)行器外觀示意圖；圖2為夾剪一體式采摘機器人末端執(zhí)行器內(nèi)部傳動結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為夾剪一體式采摘機器人末端執(zhí)行器傳動機構(gòu)運動簡圖；圖4為夾剪一體指端結(jié)構(gòu)示意圖；圖中，1.安裝座，2.殼體，3.前蓋，4.擺桿，5.固定板，6.左刀刃，7.左夾持面，
8.右夾持面，9.長通槽，10.腕部安裝孔，11.雙向螺桿，12.滑套，13.左旋螺母，14.右旋螺母，15.電機軸端錐齒輪，16.螺桿軸間錐齒輪，17.電機，18.螺柱，19.彈簧，20.右刀刃。
具體實施方式
如圖1 圖4所示，該溫室果蔬接運機器人由單電機傳動系統(tǒng)、夾剪一體指端結(jié)構(gòu)組成。其中單電機傳動系統(tǒng)包括安裝座1、殼體2、前蓋3、擺桿4、雙向螺桿11、滑套12、左旋螺母13、右旋螺母14，電機軸端錐齒輪15、螺桿軸間錐齒輪16和電機17 ；電機17固定于殼體2上，電機軸端錐齒輪15固定于電機17的輸出軸上,雙向螺桿11具有對稱的左旋和右旋兩段螺紋，雙向螺桿11的兩端通過滾動軸承支撐于殼體2上，螺桿軸間錐齒輪16固定于雙向螺桿11的左旋螺紋和右旋螺紋之間，兩擺桿4的一端對稱鉸接于殼體2上，兩滑套12分別安裝于兩擺桿4上并相對于擺桿4滑動，兩滑套12分別與左旋螺母13和右旋螺母14鉸接，左旋螺母13和右旋螺母14對稱安裝于雙向螺桿11的左旋螺紋和右旋螺紋上組成螺旋傳動，安裝座I和前蓋3分別固定于殼體2的后端和前端，前蓋3上沿平行雙向螺桿11方向開有長通槽9，兩擺桿4自長通槽9伸出，安裝座I上開有若干腕部安裝孔10，通過腕部安裝孔10使夾剪一體式采摘機器人末端執(zhí)行器安裝于機械手的腕部。其中夾剪一體指端結(jié)構(gòu)包括固定板5、左刀刃6、左夾持面7、右夾持面8、螺柱18、彈簧19和右刀刃20。左刀刃6和右刀刃20分別固定于兩擺桿4的前端，固定板5與左刀刃6固定，固定板5上開有兩互相平行的通孔，左夾持面7內(nèi)側(cè)開有兩互相平行的螺紋孔，兩螺柱18分別穿過固定板5上的兩通孔并旋緊于左夾持面7內(nèi)側(cè)的螺紋孔內(nèi)，兩螺柱18上在固定板5和左夾持面7之間分別套有彈簧19，在彈簧19未受力狀態(tài)下左刀刃6的刃口與左夾持面7的外側(cè)輪廓相重合，右刀刃20和右夾持面8固定，右刀刃20的刃口與右夾持面8的外側(cè)輪廓相重合，外凸的左刀刃6刃口、左夾持面7外側(cè)輪廓曲線與內(nèi)凹的右刀刃20、右夾持面8外側(cè)輪廓曲線形狀一致。夾剪一體式米摘機器人末端執(zhí)行器作業(yè)時，機械手將夾剪一體式米摘機器人末端執(zhí)行器送至采摘位置，使果梗進(jìn)入左刀刃6和右刀刃20之間，并使左夾持面7和右夾持面8位于靠近果實一側(cè)，電機17轉(zhuǎn)動,通過電機軸端錐齒輪15和螺桿軸間錐齒輪16的傳動，驅(qū)動雙向螺桿11轉(zhuǎn)動，從而帶動左旋螺母13和右旋螺母14沿雙向螺桿11對稱靠近，使兩滑套12在靠近或遠(yuǎn)離的同時分別沿兩擺桿4滑動，推動兩擺桿4分別繞兩擺桿4與殼體2的鉸接點轉(zhuǎn)動，使兩擺桿4合攏，前蓋3上的長通槽9約束兩擺桿4在平行于雙向螺桿11的同一平面內(nèi)運動，當(dāng)左夾持面7與右夾持面8接觸果梗后，隨著兩擺桿4的繼續(xù)合攏，兩彈簧19受到壓縮，兩螺柱18沿固定板5的通孔向后滑動，帶動左夾持面7相對左刀刃6產(chǎn)生向后的平移，從而使左夾持面7與右夾持面8夾緊果梗的同時，左刀刃6和右刀刃20繼續(xù)相對合攏完成對果梗的切斷，果梗被切斷后，左夾持面7與右夾持面8夾緊果實上的剩余果梗，并由機械手帶動完成對果實的回收。
權(quán)利要求1.一種夾剪一體式米摘機器人末端執(zhí)行器,其特征在于:由單電機傳動系統(tǒng)、夾剪一體指端結(jié)構(gòu)組成: 所述單電機傳動系統(tǒng)包括安裝座(I)、殼體(2)、前蓋(3)、擺桿(4)、雙向螺桿(11)、滑套(12)、左旋螺母(13)、右旋螺母(14)，電機軸端錐齒輪(15)、螺桿軸間錐齒輪(16)和電機(17);電機(17)固定于殼體(2)上，電機軸端錐齒輪(15)固定于電機(17)的輸出軸上；雙向螺桿(11)具有對稱的左旋和右旋兩段螺紋，雙向螺桿(11)的兩端通過滾動軸承支撐于殼體(2)上，螺桿軸間錐齒輪(16)固定于雙向螺桿(11)的左旋螺紋和右旋螺紋之間并與電機軸端錐齒輪(15)嚙合；兩擺桿(4)的一端對稱鉸接于殼體(2)上，兩滑套(12)分別安裝于兩擺桿(4)上并能相對于擺桿(4)滑動，兩滑套(12)分別于左旋螺母(13)和右旋螺母(14)鉸接，左旋螺母(13)和右旋螺母(14)對稱安裝于雙向螺桿(11)的左旋螺紋和右旋螺紋上組成螺旋傳動； 所述夾剪一體指端結(jié)構(gòu)包括固定板(5)、左刀刃(6)、左夾持面(7)、右夾持面(8)、螺柱(18)、彈簧(19)和右刀刃(20);左刀刃(6)和右刀刃(20)分別固定于兩擺桿(4)的前端，固定板(5)與左刀刃(6)固定，固定板(5)上開有兩互相平行的通孔，左夾持面(7)內(nèi)側(cè)開有兩互相平行的螺紋孔，兩螺柱(18)分別穿過固定板(5)上的兩通孔并旋緊于左夾持面(7)內(nèi)側(cè)的螺紋孔內(nèi)，兩螺柱(18)上位于固定板(5)和左夾持面(7)之間的部分分別套有彈簧(19)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾剪一體式采摘機器人末端執(zhí)行器，其特征在于:前蓋(3)固定于殼體(2)的前端，前蓋(3)上沿平行雙向螺桿(11)方向開有長通槽(9)，兩擺桿(4)自長通槽(9 )伸出，長通槽(9 )約束兩擺桿(4 )在平行于雙向螺桿(11)的同一平面內(nèi)運動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的夾剪一體式采摘機器人末端執(zhí)行器，其特征在于:所述彈簧(19)的長度應(yīng)保證彈簧未受力狀態(tài)下左刀刃(6)的刃口與左夾持面(7)的外側(cè)輪廓相重合；右刀刃(20)和右夾持面(8)固定，右刀刃(20)的刃口與右夾持面(8)的外側(cè)輪廓相重合，外凸的左刀刃(6)刃口、左夾持面(7)外側(cè)輪廓曲線與內(nèi)凹的右刀刃(20)、右夾持面(8)外側(cè)輪廓曲線形狀一致。
專利摘要本實用新型公開了一種夾剪一體式采摘機器人末端執(zhí)行器，涉及農(nóng)業(yè)機器人領(lǐng)域。由單電機傳動系統(tǒng)和夾剪一體指端結(jié)構(gòu)組成。電機通過錐齒輪傳動帶動雙向螺桿轉(zhuǎn)動，從而經(jīng)左旋螺母、右旋螺母和兩滑套帶動兩擺桿擺動，使左刀刃、左夾持面和右刀刃、右夾持面合攏。當(dāng)左夾持面與右夾持面接觸果梗后，兩彈簧受到壓縮，使左夾持面相對左刀刃向后平移，左夾持面與右夾持面夾緊果梗的同時，左刀刃和右刀刃繼續(xù)相對合攏完成對果梗的切斷。僅通過單電機的驅(qū)動，實現(xiàn)果梗夾持和切斷的一體作業(yè)，保證果實的采摘與回收，結(jié)構(gòu)簡單小巧，大大降低了控制難度并增強了實用性。
文檔編號A01D46/30GK203057880SQ2012206770
公開日2013年7月17日 申請日期2012年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月11日
發(fā)明者劉繼展, 馬凡鐘 申請人:江蘇大學(xué)