一種球狀果實(shí)摘取機(jī)器人末端執(zhí)行器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人及其技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，特別是一種用來(lái)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中采摘球狀果實(shí)的機(jī)器人末端執(zhí)行器。
【背景技術(shù)】
[0002]農(nóng)業(yè)機(jī)械(Agricultural machinery)隨著科技的發(fā)展逐漸在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中替代了人工從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化，不僅節(jié)約了全部生產(chǎn)過(guò)程中的勞動(dòng)力總量，而且節(jié)約時(shí)間，提高了農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。在農(nóng)業(yè)機(jī)械化的過(guò)程中，果蔬摘取機(jī)器人得到了充分的發(fā)展，自從1983年第一臺(tái)西紅柿摘取機(jī)器人在美國(guó)問(wèn)世以來(lái)，法國(guó)、荷蘭等國(guó)家相繼研究了包括摘取蘋(píng)果、番茄、黃瓜、葡萄的果蔬摘取機(jī)器人。其中，末端執(zhí)行器在機(jī)器人的運(yùn)轉(zhuǎn)中具有重要地位，通常被安裝在機(jī)械臂末端，在工作時(shí)移動(dòng)至相應(yīng)的工作點(diǎn)，完成對(duì)應(yīng)的工作任務(wù)。末端執(zhí)行器的研究要求較高，要考慮諸多方面的因素，如使用成本與操作復(fù)雜度、摘取效果與效率、不同品種之間的通用性等。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，果蔬摘取機(jī)器人存在如下幾個(gè)較為典型的問(wèn)題:末端執(zhí)行器針對(duì)某種特定的果蔬設(shè)計(jì)，不具有通用性；仿手指末端執(zhí)行器在擰斷果柄時(shí)容易因?yàn)閵A持力過(guò)大造成果實(shí)的損傷；操作手指偏多，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜；果柄位置的定位具有難度；缺少反饋控制，無(wú)法適應(yīng)不同種果蔬之間的果梗的硬度的變化；在一次的工作過(guò)程中只能摘取單個(gè)目標(biāo)單位，造成了使用效率的偏低；不能根據(jù)果實(shí)的重量實(shí)現(xiàn)果實(shí)的分揀等。
[0004]基于以上原因，針對(duì)球狀果實(shí)而言，需要一種具有優(yōu)化的仿手指摘取結(jié)構(gòu)、可以在一次摘取過(guò)程中摘取多個(gè)球狀果實(shí)同時(shí)實(shí)現(xiàn)質(zhì)量分揀的末端執(zhí)行器被設(shè)計(jì)出來(lái)，提高球狀果實(shí)摘取末端執(zhí)行器的工作效率，從而加速其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中的推廣使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種可以實(shí)現(xiàn)摘取結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，通過(guò)機(jī)械結(jié)構(gòu)和傳感器的配合，可以實(shí)現(xiàn)在一次采摘工作中摘取多個(gè)果實(shí)并對(duì)果實(shí)按照重量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類(lèi)存放且機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制難度低的球狀果實(shí)摘取機(jī)器人末端執(zhí)行器。
[0006]為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:該球狀果實(shí)摘取機(jī)器人末端執(zhí)行器由末端執(zhí)行器主體和在其上的果實(shí)切割結(jié)構(gòu)以及在其下的果實(shí)暫存器組成；所述末端執(zhí)行器主體與起固定作用的機(jī)架相連接，所述末端執(zhí)行器主體的內(nèi)部在與機(jī)架相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有限位塊，所述限位塊與所述果實(shí)切割結(jié)構(gòu)配合使用；所述末端執(zhí)行器主體的上方設(shè)置有內(nèi)部帶有導(dǎo)軌的邊框，導(dǎo)軌上通過(guò)左滑動(dòng)塊與右滑動(dòng)塊設(shè)置有果實(shí)切割結(jié)構(gòu)；所述左滑動(dòng)塊和所述右滑動(dòng)塊分布在所述導(dǎo)軌的左右兩端；所述左滑動(dòng)塊的末端設(shè)置有左氣缸，所述左氣缸上固定安裝有左置位管和左復(fù)位管，所述右滑動(dòng)塊的末端設(shè)置有右氣缸，所述右氣缸上固定安裝右置位管和右復(fù)位管；所述左置位管和所述右置位管的末端通過(guò)置位管相連接，所述左復(fù)位管和所述右復(fù)位管的末端通過(guò)復(fù)位管相連接；所述末端執(zhí)行器主體的下方通過(guò)所述導(dǎo)軌連接有果實(shí)暫存器，在所述果實(shí)暫存器的凸起的外部的中間設(shè)置有舵機(jī)。
[0007]采用上述技術(shù)方案，通過(guò)果實(shí)切割結(jié)構(gòu)將果實(shí)切割并暫存于果實(shí)暫存器，末端執(zhí)行器主體的底部的果實(shí)暫存器的中間安裝舵機(jī)作為輸出執(zhí)行機(jī)構(gòu)，通過(guò)PMff控制信號(hào)的輸出，利用輸出轉(zhuǎn)角與輸入信號(hào)脈沖寬度的關(guān)系，改變并維持舵機(jī)的位置，從而帶動(dòng)果實(shí)暫存器的轉(zhuǎn)動(dòng)，使得果實(shí)能夠分別落入對(duì)應(yīng)的收集位置，從而實(shí)現(xiàn)在一次采摘工作中摘取多個(gè)果實(shí)并對(duì)果實(shí)按照重量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類(lèi)存放，該球狀果實(shí)摘取機(jī)器人末端執(zhí)行器機(jī)械結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制難度低，可控性高。
[0008]進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述果實(shí)切割結(jié)構(gòu)包括刀片、刀片保護(hù)器和凹形落刀槽；所述左滑動(dòng)塊的頂端設(shè)置有刀片和刀片保護(hù)器，所述刀片鑲嵌在所述刀片保護(hù)器中并露出切割部；所述右滑動(dòng)塊的頂端設(shè)置有可容納刀片的凹形落刀槽。通過(guò)置位管和復(fù)位管驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)塊移動(dòng)帶來(lái)的空間限制和刀片凹形落刀槽的配合，可以方便地進(jìn)行對(duì)果柄的切割工作。
[0009]進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述果實(shí)暫存器由若干個(gè)用來(lái)存儲(chǔ)單個(gè)果實(shí)的單果暫存器組成，并繞所述舵機(jī)設(shè)置單果暫存器，所述單果暫存器的底部設(shè)置有半球形翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。果實(shí)暫存器內(nèi)部設(shè)置一個(gè)半球形翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，其中一根傳動(dòng)軸的末端設(shè)置有傳輸動(dòng)力的舵機(jī)，在指定區(qū)域放置果實(shí)時(shí)，舵機(jī)帶動(dòng)半球形翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)180°后果實(shí)落下，再次旋轉(zhuǎn)180°復(fù)位，實(shí)現(xiàn)果實(shí)落下和自身的復(fù)位。
[0010]進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述左氣缸的氣缸力小于所述右氣缸的氣缸力。由于左氣缸的氣缸力小于右氣缸，因此右氣缸移動(dòng)距離在相同的時(shí)間內(nèi)長(zhǎng)于左氣缸，當(dāng)右滑動(dòng)塊帶動(dòng)凹形落刀槽運(yùn)動(dòng)約2/3的位置時(shí)，球狀果實(shí)在右滑動(dòng)塊、限位塊以及末端執(zhí)行器主體所包圍的空間內(nèi)，并產(chǎn)生一定的壓力使得果柄能夠繃直，從而方便刀片切割。
[0011]作為本發(fā)明的優(yōu)先方案，所述單果暫存器的數(shù)量為3個(gè)，且繞所述舵機(jī)每隔120°設(shè)置。
[0012]進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述半球形翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)通過(guò)銷(xiāo)軸與果實(shí)暫存器連接，所述半球形翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的底部設(shè)置有壓力傳感器。半球形翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的底部設(shè)置的壓力傳感器，用于測(cè)量果實(shí)的重量并反饋給微型計(jì)算機(jī)，微型計(jì)算機(jī)控制機(jī)械臂移動(dòng)至指定區(qū)域，從而針對(duì)不同的重量區(qū)間實(shí)現(xiàn)果實(shí)的分裝。
[0013]進(jìn)一步改進(jìn)在于，該球狀果實(shí)摘取機(jī)器人末端執(zhí)行器的內(nèi)部的棱角均鈍化處理，所述半球形翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部均用橡膠覆蓋。采用鈍化處理和橡膠覆蓋半球形翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以減少果實(shí)的碰撞，防止果實(shí)受損。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:該球狀果實(shí)摘取機(jī)器人末端執(zhí)行器針對(duì)球狀果實(shí)而設(shè)計(jì)，相比于過(guò)去的球狀果實(shí)摘取末端執(zhí)行器而言，改變了原有的仿手指摘取結(jié)構(gòu)，在一定程度上優(yōu)化了復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)；通過(guò)置位管和復(fù)位管驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)塊移動(dòng)帶來(lái)的空間限制和刀片凹形落刀槽的配合，可以方便地進(jìn)行對(duì)果柄的切割工作；通過(guò)類(lèi)似于顯微鏡物鏡轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)的果實(shí)暫存器，實(shí)現(xiàn)了末端在一次摘取的過(guò)程中摘取多個(gè)果實(shí)從而提高工作效率的效果；通過(guò)位于果實(shí)暫存器底部的壓力感應(yīng)器測(cè)量不同果實(shí)的重量，實(shí)現(xiàn)了果實(shí)的分揀，從而有效地解決目前球狀果實(shí)摘取末端執(zhí)行器中存在的一些問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0015]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的正視圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例的俯視圖；
圖3是實(shí)施例中果實(shí)切割結(jié)構(gòu)的局部視圖；
圖中:1_末端執(zhí)行器主體；2_果實(shí)切割結(jié)構(gòu)；3_果實(shí)暫存器；4-機(jī)架；5_限位塊；6-導(dǎo)軌；7-邊框；8-刀片；9_刀片保護(hù)器；10-凹形落刀槽；11_舵機(jī)；12-單果暫存器；13_半球形翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)；14-左滑動(dòng)塊；15-右滑動(dòng)塊；16-左氣缸；17-右氣缸；18-左置位管；19_右置位管；20_左復(fù)位管；21_右復(fù)位管；22_置位管；23_復(fù)位管。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
[0017]實(shí)施例:一種球狀果實(shí)摘取機(jī)器人末端執(zhí)行器，由末端執(zhí)行器主體I和在其上的果實(shí)切割結(jié)構(gòu)2以及在其下的果實(shí)暫存器3組成；末端執(zhí)行器主體I與起固定作用的機(jī)架4相連接，末端執(zhí)行器主體I的內(nèi)部在與機(jī)架4相對(duì)應(yīng)的位置設(shè)置有限位塊5，末端執(zhí)行器主體I的上方設(shè)置有內(nèi)部帶有導(dǎo)軌6的邊框7，導(dǎo)軌6上通過(guò)左滑動(dòng)塊14與右滑