一種用于果實(shí)采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)機(jī)械自動(dòng)化領(lǐng)域。更具體的說，涉及一種用于果實(shí)采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器，尤其是一種利用旋轉(zhuǎn)鋸切割方式分離果實(shí)且切割方向可調(diào)的末端執(zhí)行器。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，工業(yè)生產(chǎn)迅速發(fā)展，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力大量轉(zhuǎn)移至其他行業(yè)，傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式亟待改革。為適應(yīng)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的規(guī)?；?、多樣化和精確化要求，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)工具的機(jī)械化以及智能化至關(guān)重要。其中，農(nóng)業(yè)機(jī)器人集合了計(jì)算機(jī)、機(jī)器視覺、機(jī)電一體化等高新技術(shù)，為未來農(nóng)業(yè)的少人乃至無(wú)人化生產(chǎn)提供了可能。果實(shí)采摘機(jī)器人作用于農(nóng)業(yè)產(chǎn)品的收獲階段，在降低勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)費(fèi)用，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量等方面潛力巨大。
[0003]但農(nóng)產(chǎn)品不同于工業(yè)化標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品，個(gè)體間差異較大，易損傷。末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)時(shí)，要能夠適應(yīng)農(nóng)產(chǎn)品的多樣性和復(fù)雜性。同時(shí)，在滿足良好采摘效果的前提下，盡可能簡(jiǎn)化機(jī)構(gòu)，降低成本。
[0004]對(duì)現(xiàn)有技術(shù)檢索發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有摘果器多為人工操作使用，如專利號(hào)CN 202535753 U公開的“新型摘果器”。由于果實(shí)的果柄生長(zhǎng)方向各異，而切割時(shí)以切割平面與果柄垂直為最佳，現(xiàn)有技術(shù)多通過人手操作實(shí)現(xiàn)，不適合直接安裝在機(jī)械臂上使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足，提供了一種用于果實(shí)采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器。采用旋轉(zhuǎn)鋸片切割果柄實(shí)現(xiàn)果實(shí)分離，而且可以通過腕部翻轉(zhuǎn)及俯仰動(dòng)作以調(diào)整鋸片平面與果柄垂直，保證最佳切割效果。
[0006]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種果實(shí)采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器，包括固定底座、腕部翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、俯仰機(jī)構(gòu)、切割機(jī)構(gòu)，各部分串級(jí)連接。
[0008]腕部翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)同軸套接在固定底座上，固定底座一側(cè)上固定有齒輪，腕部翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上安裝有腕部翻轉(zhuǎn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)與固定底座上的齒輪相嚙合的腕部翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，腕部翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上固聯(lián)一側(cè)板，用于支撐俯仰機(jī)構(gòu)，側(cè)板上固定俯仰電機(jī)，俯仰機(jī)構(gòu)包括一平面連桿四桿機(jī)構(gòu)，俯仰電機(jī)驅(qū)動(dòng)其中一連桿轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)與另一連桿固聯(lián)的俯仰平板轉(zhuǎn)動(dòng)，切割機(jī)構(gòu)固定在俯仰平板上，切割機(jī)構(gòu)包括通過同步帶連接的鋸片驅(qū)動(dòng)電機(jī)與鋸片轉(zhuǎn)軸，鋸片驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)通過同步帶傳遞至鋸片轉(zhuǎn)軸，帶動(dòng)固定在鋸片轉(zhuǎn)軸端面的圓鋸片旋轉(zhuǎn)。
[0009]固定底座主體為圓柱形，沿軸線有貫通孔腔，可以布置控制線及電源線。
[0010]一側(cè)端面上有凸止口及周圈螺釘孔，可與機(jī)械臂末端的凹止口及螺紋孔配合，用于精確固定在臂上。另一側(cè)固定一個(gè)同軸直齒輪，作為太陽(yáng)輪與翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上齒輪嚙合，形成行星齒輪運(yùn)動(dòng)。
[0011]腕部翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主體為圓柱形，與固定底座同軸，通過兩個(gè)深溝球軸承套裝在固定底座上，可繞軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。其上安裝固定有腕部翻轉(zhuǎn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)與固定底座上太陽(yáng)輪相嚙合的直齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)。翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主體作為行星架，在電機(jī)驅(qū)動(dòng)行星輪轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)亦被帶動(dòng)產(chǎn)生繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)腕部翻轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。
[0012]俯仰機(jī)構(gòu)固定在翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上，轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)軸線垂直。
[0013]俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)由四桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，俯仰電機(jī)帶動(dòng)一連桿轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)與俯仰平板固聯(lián)的連桿轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0014]切割機(jī)構(gòu)固定在俯仰平板上。電機(jī)安裝在電機(jī)座上，通過同步帶傳動(dòng)帶動(dòng)鋸片軸桿旋轉(zhuǎn)，其中電機(jī)座可沿俯仰平板上的空槽滑移，用于調(diào)整同步帶松緊。
[0015]圓鋸片通過螺釘和墊片固定在鋸片軸桿上，可以方便更換。
[0016]鋸片以外的部分，采用了外罩保護(hù)，防止作業(yè)時(shí)可能產(chǎn)生的液體及粉塵對(duì)裝置造成破壞。
[0017]本發(fā)明通過設(shè)計(jì)帶有翻轉(zhuǎn)和俯仰運(yùn)動(dòng)的腕部結(jié)構(gòu)，可以靈活調(diào)整切割平面，獲得最佳切割角度，保證了切割效果。另外，采用可更換式旋轉(zhuǎn)鋸片，方便維護(hù)，可以根據(jù)作物情況選擇合適直徑的鋸片。整機(jī)結(jié)構(gòu)緊湊，控制簡(jiǎn)單。
【附圖說明】
[0018]通過閱讀參照以下附圖對(duì)非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯:
[0019]圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0020]圖2是圖1沿A-A向的剖面構(gòu)造圖；
[0021]圖3是本發(fā)明的俯視圖；
[0022]圖4是本發(fā)明翻轉(zhuǎn)及俯仰機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度時(shí)的狀態(tài)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面結(jié)合具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。以下實(shí)施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進(jìn)一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)。這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0024]圖1?圖4所示，本發(fā)明中，固定底座I作為參考固定點(diǎn)，并承載其他部分的重量。帶有凸止口和周圈螺釘孔的一側(cè)可以固定在如圖4所示的機(jī)械臂60上。另一側(cè)固定有同軸直齒輪，作為行星齒輪機(jī)構(gòu)中的太陽(yáng)輪7。底座具有貫通孔腔，為控制信號(hào)線及電源線布置提供內(nèi)部通道，避免了線路外露。
[0025]旋轉(zhuǎn)套筒2作為腕部翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的主要零件，通過兩個(gè)深溝球軸承3套裝在固定底座I上，可做同軸旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。其上固定有腕部翻轉(zhuǎn)電機(jī)11，驅(qū)動(dòng)作為行星輪8的直齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，行星輪8與固定在固定底座I上的同模數(shù)太陽(yáng)輪7嚙合，構(gòu)成行星齒輪機(jī)構(gòu)，行星輪8自轉(zhuǎn)同時(shí)繞太陽(yáng)輪7公轉(zhuǎn)，帶動(dòng)作為行星架的旋轉(zhuǎn)套筒2轉(zhuǎn)動(dòng)。腕部翻轉(zhuǎn)電機(jī)11與旋轉(zhuǎn)套筒2轉(zhuǎn)動(dòng)方向相同，取太陽(yáng)輪7和行星輪8齒數(shù)相同，則轉(zhuǎn)動(dòng)角度亦相同。
[0026]旋轉(zhuǎn)套筒2上固定有側(cè)板23，用于支撐俯仰機(jī)構(gòu)，側(cè)板平面與套筒軸線平行。側(cè)板23上固定俯仰電機(jī)12，驅(qū)動(dòng)擺臂26轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過平面連桿機(jī)構(gòu)帶動(dòng)與搖桿28固聯(lián)的俯仰平板35轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)軸線與旋轉(zhuǎn)套筒2軸線垂直。取擺臂26和搖桿28有效長(zhǎng)度相同，構(gòu)成平行四邊形機(jī)構(gòu)，可保證兩桿轉(zhuǎn)動(dòng)角度相同，但需注意規(guī)避特殊位置。
[0027]切割機(jī)構(gòu)固定在俯仰平板35上。其中，鋸片驅(qū)動(dòng)電機(jī)39固定在電機(jī)座38上，鋸片驅(qū)動(dòng)電機(jī)39轉(zhuǎn)動(dòng)通過同步帶48傳遞至鋸片轉(zhuǎn)軸41，電機(jī)座38可沿俯仰平板35上的槽滑移，以便調(diào)整位置張緊同步帶48。圓鋸片50用螺釘及墊片固定在鋸片轉(zhuǎn)軸41端面，隨其同軸旋轉(zhuǎn)?？筛鶕?jù)實(shí)際情況換取不同直徑鋸片，以達(dá)到最佳切割效果。設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮電機(jī)轉(zhuǎn)向與螺紋旋向匹配，防止固定螺紋在鋸片切割時(shí)松動(dòng)。如若采用右旋螺紋，則鋸片驅(qū)動(dòng)電機(jī)39的工作轉(zhuǎn)向在圖3的俯視圖上看應(yīng)該為順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。鋸片驅(qū)動(dòng)電機(jī)及同步帶使用外罩57進(jìn)行保護(hù)。
[0028]在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，本發(fā)明固定在空間三自由度的機(jī)械臂末端。采摘時(shí)，利用如立體視覺等手段測(cè)量得到待摘取果實(shí)的空間坐標(biāo)及果柄朝向，控制機(jī)械臂末端到達(dá)該坐標(biāo)附近，并下發(fā)控制信號(hào)令兩微型伺服電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)相應(yīng)角度，使得鋸片平面與果柄垂直，然后打開鋸片驅(qū)動(dòng)電機(jī)開關(guān)，并控制機(jī)械臂繼續(xù)運(yùn)動(dòng)實(shí)施切割，完成果實(shí)摘取任務(wù)。果實(shí)掉落時(shí)使用其他工具進(jìn)行收集。
[0029]以上對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施例進(jìn)行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實(shí)質(zhì)內(nèi)容。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于果實(shí)采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器，其特征在于，包括固定底座、腕部翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、俯仰機(jī)構(gòu)、切割機(jī)構(gòu)，其特征在于，腕部翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)同軸套接在固定底座上，固定底座一側(cè)上固定有齒輪，腕部翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上安裝有腕部翻轉(zhuǎn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)與固定底座上的齒輪相嚙合的腕部翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，腕部翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上固聯(lián)一側(cè)板，用于支撐俯仰機(jī)構(gòu)，側(cè)板上固定俯仰電機(jī)，俯仰機(jī)構(gòu)包括一平面連桿四桿機(jī)構(gòu)，俯仰電機(jī)驅(qū)動(dòng)其中一連桿轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)與另一連桿固聯(lián)的俯仰平板轉(zhuǎn)動(dòng)，切割機(jī)構(gòu)固定在俯仰平板上，切割機(jī)構(gòu)包括通過同步帶連接的鋸片驅(qū)動(dòng)電機(jī)與鋸片轉(zhuǎn)軸，鋸片驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)通過同步帶傳遞至鋸片轉(zhuǎn)軸，帶動(dòng)固定在鋸片轉(zhuǎn)軸端面的圓鋸片旋轉(zhuǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于果實(shí)采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器，其特征在于，所述固定底座為圓柱形，一側(cè)帶有凸止口和螺釘孔，與機(jī)械臂末端的凹止口及螺紋孔配合，用于精確固定在機(jī)械臂上，所述與腕部翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上的齒輪相嚙合的齒輪固定在固定底座的另一側(cè)，為同軸直齒輪，作為太陽(yáng)輪與腕部翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上的作為行星輪的齒輪相嚙合，形成行星齒輪運(yùn)動(dòng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于果實(shí)采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器，其特征在于，所述固定底座具有同軸貫通孔腔，用于控制信號(hào)線及電源線的內(nèi)部通道，避免線路外露。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的用于果實(shí)采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器，其特征在于，所述腕部翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)套筒，旋轉(zhuǎn)套筒通過兩個(gè)深溝球軸承套裝在固定底座上，能夠與固定底座同軸旋轉(zhuǎn)，腕部翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上的行星輪自轉(zhuǎn)同時(shí)繞太陽(yáng)輪公轉(zhuǎn)，帶動(dòng)作為行星架的旋轉(zhuǎn)套筒轉(zhuǎn)動(dòng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于果實(shí)采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器，其特征在于，所述腕部翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軸線與俯仰機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)軸線垂直相交。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的用于果實(shí)采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器，其特征在于，所述行星輪與太陽(yáng)輪為同模數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)直齒輪，且齒數(shù)相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于果實(shí)采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器，其特征在于，所述平面連桿四桿機(jī)構(gòu)為平行四邊形連桿機(jī)構(gòu)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于果實(shí)采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器，其特征在于，所述俯仰平板上設(shè)置由滑動(dòng)槽，所述鋸片驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定在電機(jī)座上，電機(jī)座能夠沿滑動(dòng)槽滑動(dòng)，以便調(diào)整位置張緊同步帶。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于果實(shí)采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器，其特征在于，所述圓鋸片的直徑根據(jù)實(shí)際情況可調(diào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于果實(shí)采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器，其特征在于，所述圓鋸片通過螺釘和墊片固定在鋸片轉(zhuǎn)軸上，方便更換。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于果實(shí)采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器，包括固定底座、腕部翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、俯仰機(jī)構(gòu)、切割機(jī)構(gòu)，腕部翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)同軸套接在固定底座上，固定底座一側(cè)固定齒輪，腕部翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上安裝腕部翻轉(zhuǎn)電機(jī)，驅(qū)動(dòng)與固定底座上的齒輪相嚙合的齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)，腕部翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上固聯(lián)一側(cè)板，用于支撐俯仰機(jī)構(gòu)，側(cè)板上固定俯仰電機(jī)，俯仰機(jī)構(gòu)包括一平面連桿四桿機(jī)構(gòu)，俯仰電機(jī)驅(qū)動(dòng)其中一連桿轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)與另一連桿固聯(lián)的俯仰平板轉(zhuǎn)動(dòng)，切割機(jī)構(gòu)固定在俯仰平板上，切割機(jī)構(gòu)包括通過同步帶連接的鋸片驅(qū)動(dòng)電機(jī)與鋸片轉(zhuǎn)軸，鋸片驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)通過同步帶傳遞至鋸片轉(zhuǎn)軸，帶動(dòng)固定在鋸片轉(zhuǎn)軸端面的圓鋸片旋轉(zhuǎn)。本發(fā)明保證最佳切割效果，且結(jié)構(gòu)緊湊，控制簡(jiǎn)單。
【IPC分類】B25J11-00, B25J17-02, A01D46-24
【公開號(hào)】CN104663135
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510014450
【發(fā)明人】劉成良, 陳前里, 貢亮, 趙源深, 劉佰鑫, 黃丹楓, 牛慶良
【申請(qǐng)人】上海交通大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年1月12日