本發(fā)明涉及一種執(zhí)行機(jī)構(gòu)，屬于農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域，特別涉及一種以果蔬采摘機(jī)器人為載體的末端執(zhí)行器，具體地說是一種基于采摘機(jī)器人的抓切一體式球形果蔬采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器。

背景技術(shù)：

在果蔬生產(chǎn)中，采摘作業(yè)是最耗時(shí)、最費(fèi)力的一個(gè)環(huán)節(jié)，占整個(gè)過程所用勞動(dòng)力的33％～50％，若使用人工采摘，不僅效率低、勞動(dòng)量大，而且容易造成果實(shí)的損傷；同時(shí)，隨著人口老齡化日趨嚴(yán)重和農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力向工業(yè)及其他行業(yè)的轉(zhuǎn)移,農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本也相應(yīng)提高，大大降低了產(chǎn)品競爭力。采摘機(jī)器人的出現(xiàn)，不僅提高采摘效率，降低損傷率，而且節(jié)約人工成本，提高農(nóng)戶經(jīng)濟(jì)效益。

果蔬采摘機(jī)器人進(jìn)行作業(yè)時(shí)，末端執(zhí)行器是直接與果蔬接觸的部分，是整個(gè)采摘機(jī)器人工作的關(guān)鍵，因此末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)和功能將直接決定整個(gè)采摘過程好壞，但采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器現(xiàn)狀普遍為抓剪裝置分別置于不同手臂，且置于同一手臂上的大多為固定式結(jié)構(gòu)，缺乏對不同生長位姿果蔬適應(yīng)性，而且多為電動(dòng)機(jī)直接驅(qū)動(dòng)鉸接機(jī)構(gòu)，產(chǎn)生剛性握力，最后造成較多果蔬在抓取時(shí)出現(xiàn)損壞；為此，本發(fā)明提出一種抓切一體式末端執(zhí)行器，其爪部機(jī)構(gòu)和連接部分旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)讓爪部機(jī)構(gòu)能夠通過旋轉(zhuǎn)來適應(yīng)不同生長位姿果蔬，爪部機(jī)構(gòu)4個(gè)柔順包絡(luò)單爪(41a、41b、41c、41d)采用軟軸驅(qū)動(dòng)，同時(shí)4個(gè)柔順包絡(luò)單爪(41a、41b、41c、41d)兩兩之間采用不同緊固方式，使該裝置具有柔性抓取效果，能有效避免果蔬表面損壞，除此之外，將切割裝置和抓取裝置結(jié)合為一體，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人一條手臂一次動(dòng)作完成球類果蔬抓、割作業(yè)，提高采摘效率。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是針對采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器缺乏對果蔬不同生長位姿的適應(yīng)性以及抓取時(shí)為剛性抓取的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)一種抓切一體式、能適應(yīng)果蔬不同生長位姿、具有柔性握力的末端執(zhí)行器，有望提高采摘效率的同時(shí)還能有效避免果蔬表面損壞。

本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是：

一種抓切一體式的球形果蔬采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器，所述裝置包括切割盤刀(23)、軟軸(17)、伺服電動(dòng)機(jī)、基座(16)、4個(gè)柔順包絡(luò)單爪(41a、41b、41c、41d)，其特征在于上連接板(20)和下連接板(18)通過六角螺栓連接將轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)(19)緊固其中，切割轉(zhuǎn)向伺服電動(dòng)機(jī)(12)通過螺栓固定于上連接板(20)上，在其輸出軸上裝配伸出板(21)，伸出板上裝有直流電動(dòng)機(jī)(22)和切割盤刀(23)，切割轉(zhuǎn)向伺服電動(dòng)機(jī)(12)、伸出板(21)、直流電動(dòng)機(jī)(22)、切割盤刀(23)一起組成切割裝置，兩萬向軸承(31)由螺栓固定在夾板(33)上，轉(zhuǎn)動(dòng)軸(32)置于其中，一端通過聯(lián)軸器聯(lián)接轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)(19)輸出軸，另一端連接在驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)(14)固定架(13)上，基座(16)和固定架(13)由螺栓聯(lián)接緊固，4個(gè)柔順包絡(luò)單爪(41a、41b、41c、41d)裝配在軟軸(17)上，軟軸(17)穿過基座(16)的限位孔，兩端分別通過凸緣聯(lián)軸器(15)連接于兩驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)(14)輸出軸。

本發(fā)明的工作原理是：

以三臂棚室采摘機(jī)器人為載體，安裝于三臂棚室采摘機(jī)器人的右臂上，機(jī)器人視覺系統(tǒng)確定目標(biāo)果蔬位置后，右機(jī)械臂帶動(dòng)該裝置到達(dá)指定位置，進(jìn)行果蔬抓取和莖桿切割，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人一條手臂一次動(dòng)作完成對不同位姿球類果蔬的收、割作業(yè)，若被采摘果蔬由于生長位姿過度傾斜，導(dǎo)致其莖桿部分不在切割盤刀(23)的切割范圍內(nèi)，則可根據(jù)視覺系統(tǒng)識別到果蔬實(shí)際位姿后得到需要調(diào)整的傾斜角度，通過轉(zhuǎn)動(dòng)爪部改變被包絡(luò)在爪部中果蔬旋轉(zhuǎn)，使其莖桿轉(zhuǎn)動(dòng)到切割盤刀(23)切割范圍內(nèi)。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明將采摘時(shí)抓取和切割裝置集成到一個(gè)末端執(zhí)行器上，實(shí)現(xiàn)機(jī)器人一條手臂一次動(dòng)作完成對球類果蔬的抓、割作業(yè)，提高采摘的效率，同時(shí)還采用軟軸雙電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)4個(gè)柔順包絡(luò)單爪(41a、41b、41c、41d)，并且4個(gè)柔順包絡(luò)單爪(41a、41b、41c、41d)在基座邊上與鉛垂線呈夾角45°、45°、135°、135°安裝，而且柔順包絡(luò)單爪(41a)、柔順包絡(luò)單爪(41b)采用30mm螺栓擰入，緊固較松，柔順包絡(luò)單爪(41c)、柔順包絡(luò)單爪(41d)采用20mm螺栓擰入，緊固較緊，實(shí)現(xiàn)抓取時(shí)下部柔順包絡(luò)單爪(41a)、柔順包絡(luò)單爪(41b)能夠提供足夠的支持力以防止果蔬脫落，同時(shí)上部柔順包絡(luò)單爪(41c)、柔順包絡(luò)單爪(41d)與果蔬表面接觸后產(chǎn)生1～3n接觸力后軟軸便開始空轉(zhuǎn)，達(dá)到柔順抓取的同時(shí)保證足夠握力，同時(shí)由轉(zhuǎn)動(dòng)軸(32)、萬向軸承(31)、夾板(33)構(gòu)成的轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)使爪部機(jī)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)0～360°旋轉(zhuǎn)，以適應(yīng)各種不同生長位姿的果蔬抓取，實(shí)現(xiàn)抓取普適性和高效性。

附圖說明

參見附圖

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖

圖2為本發(fā)明切割裝置示意圖

圖3為本發(fā)明傳動(dòng)軸系視圖

圖4位本發(fā)明柔順包絡(luò)單爪示意圖

圖5為本發(fā)明爪部機(jī)構(gòu)示意圖

圖1中，11.左貼合面，12.切割轉(zhuǎn)向伺服電動(dòng)機(jī)，13固定架，14.驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)，15.凸緣聯(lián)軸器，16.基座，17.軟軸，18.下連接板，19.轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)，20.上連接板。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的描述

本發(fā)明為一種抓切一體式的球形果蔬采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器，所述裝置包括切割盤刀(23)、軟軸(17)、伺服電動(dòng)機(jī)、基座(16)、4個(gè)柔順包絡(luò)單爪(41a、41b、41c、41d)，其特征在于上連接板(20)和下連接板(18)通過六角螺栓連接將轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)(19)緊固其中，切割轉(zhuǎn)向伺服電動(dòng)機(jī)(12)通過螺栓固定于上連接板(20)上，在其輸出軸上裝配伸出板(21)，伸出板上裝有直流電動(dòng)機(jī)(22)和切割盤刀(23)，切割轉(zhuǎn)向伺服電動(dòng)機(jī)(12)、伸出板(21)、直流電動(dòng)機(jī)(22)、切割盤刀(23)一起組成切割裝置，兩萬向軸承(31)由螺栓固定在夾板(33)上，轉(zhuǎn)動(dòng)軸(32)置于其中，一端通過聯(lián)軸器聯(lián)接轉(zhuǎn)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)(19)輸出軸，另一端連接在驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)(14)固定架(13)上，基座(16)和固定架(13)由螺栓聯(lián)接緊固，4個(gè)柔順包絡(luò)單爪(41a、41b、41c、41d)裝配在軟軸(17)上，軟軸(17)穿過基座(16)的限位孔，兩端分別通過凸緣聯(lián)軸器(15)連接于兩驅(qū)動(dòng)伺服電動(dòng)機(jī)(14)輸出軸，各單位之間用螺栓連接。

本發(fā)明以三臂棚室采摘機(jī)器人右臂為載體，安裝于機(jī)械臂末端。采摘機(jī)器人未開始工作時(shí)，伸出板(21)與左貼合面(11)貼合，爪部機(jī)構(gòu)處于水平位置，4個(gè)柔順包絡(luò)單爪(41a、41b、41c、41d)處于張開狀態(tài)。采摘機(jī)器人開始工作時(shí)，視覺系統(tǒng)開始檢測識別果蔬，確定其在空間中的分布位置及其生長姿態(tài)，隨后采摘機(jī)器人的機(jī)械臂帶動(dòng)該裝置到達(dá)指定位置，開始采摘?jiǎng)幼鳎皇紫?，根?jù)本次采摘果蔬實(shí)際生長位姿，轉(zhuǎn)動(dòng)軸(32)開始旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)爪部開始轉(zhuǎn)動(dòng)，直至爪部抓取位姿與果蔬生長位姿相適應(yīng)，隨后爪部機(jī)構(gòu)合攏成包絡(luò)狀抓取果蔬，其下部柔順包絡(luò)單爪(41c)、柔順包絡(luò)單爪(41d)只向內(nèi)旋轉(zhuǎn)20°后驅(qū)動(dòng)伺服電機(jī)(14a)便停止轉(zhuǎn)動(dòng)，柔順包絡(luò)單爪(41a)、柔順包絡(luò)單爪(41b)則一直轉(zhuǎn)動(dòng)，直到與被抓果蔬表面產(chǎn)生接觸力引起軟軸(17)空轉(zhuǎn)為止，此時(shí)作用力大小為1～3n，不足以對果蔬表面造成損害，之后切割轉(zhuǎn)向伺服電動(dòng)機(jī)(12)與直流電機(jī)(22)開始轉(zhuǎn)動(dòng)，使高速旋轉(zhuǎn)的切割裝置經(jīng)過被抓取果蔬莖桿處，通過切割盤刀(23)將其切斷，若被采摘果蔬由于生長位姿過度傾斜，導(dǎo)致其莖桿部分不在切割盤刀(23)的切割范圍內(nèi)，則可根據(jù)視覺系統(tǒng)識別到果蔬實(shí)際位姿后得到需要調(diào)整的傾斜角度，通過轉(zhuǎn)動(dòng)爪部改變被包絡(luò)在爪部中果蔬旋轉(zhuǎn)，使其莖桿轉(zhuǎn)動(dòng)到切割盤刀(23)切割范圍內(nèi)。最后，切割裝置在切割轉(zhuǎn)向伺服電動(dòng)機(jī)(12)的驅(qū)動(dòng)下回到初始位置，之后直流電機(jī)(22)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，切割盤刀(23)也相應(yīng)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，之后轉(zhuǎn)動(dòng)軸(32)復(fù)位帶動(dòng)4個(gè)柔順包絡(luò)單爪(41a、41b、41c、41d)復(fù)位為水平初始狀態(tài)，手臂帶動(dòng)本裝置移動(dòng)到機(jī)器人果蔬收集裝置處，4個(gè)柔順包絡(luò)單爪(41a、41b、41c、41d)復(fù)位至張開狀態(tài)，與此同時(shí)，采后果蔬被放入收集裝置，至此本裝置便完成復(fù)位，等待下一作業(yè)指令。

以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本發(fā)明，顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變形而不脫離本發(fā)明的精神和范圍，這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變形屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變形在內(nèi)。