一种采摘机械手的末端执行机构制造技术

本发明专利技术公开了一种采摘机械手的末端执行机构，包括：手指机构、支撑与传动机构、驱动机构和视觉系统；所述手指机构和支撑与传动机构连接，所述支撑与传动机构和驱动机构连接，所述视觉系统和支撑与传动机构连接；本发明专利技术通过驱动电机和压力传感器，实现控制器对所述采摘机械手的末端执行机构的闭环实时控制并柔性抓取目标物，减少采摘时造成的机械损伤；本发明专利技术所述末端执行机构通过电机的正转与反转实现抓取和采摘，通过丝杠轴的转动带动其他机构运动，利用丝杠本身的自锁功能，保证完成果实抓取后电机不工作果实也不会松动掉下。

An End-effector of Picking Manipulator

The invention discloses an end-effector of a picking manipulator, including finger mechanism, support and transmission mechanism, driving mechanism and visual system; the finger mechanism and support are connected with transmission mechanism, the support is connected with transmission mechanism and driving mechanism, the visual system and support are connected with transmission mechanism; the invention is realized by driving motor and pressure sensor. The controller controls the closed-loop real-time control of the end-effector of the picking manipulator and grabs the target flexibly to reduce the mechanical damage caused by picking; the end-effector of the present invention realizes the grabbing and picking through the forward and reverse rotation of the motor, drives the movement of other mechanisms through the rotation of the screw shaft, and ensures the completion of the motor after the fruit grabbing by using the self-locking function of the screw itself. Fruits that do not work will not loosen and fall.

【技术实现步骤摘要】
一种采摘机械手的末端执行机构
本专利技术涉及农业采摘机器领域，具体涉及一种采摘机械手的末端执行机构。
技术介绍
随着计算机和电子控制技术的飞速发展，机器人逐渐趋向自动化、智能化，并应用于许多领域，农业机器人已逐步进入到农业生产领域中，并将促进现代化农业向着装备机械化、生产智能化的方向发展；果蔬的采摘是农业生产中季节性强、劳动强度大、作业要求高的一个重要环节，而我国的果蔬产业发展较为突出，但农业劳动力却较少，而果蔬的采摘仍主要依靠大量的人力，不仅人工成本高而且采摘效率低；对于一些较高的果树，人工采摘较为困难，而且人工采摘还有因作业环境复杂而不小心跌倒摔伤的风险；因此研究和开发果蔬采摘机械装置对于解放劳动力、提高劳动生产效率、降低劳动成本，保证新鲜水果蔬菜品质以及满足作物生长的实时性要求等方面都有着重要意义。我国果树栽培有着悠久的历史，有着适宜于果树生长发育的得天独厚的地理、土壤和气候条件，是非常理想的水果生产地，在世界范围内，我国的水果产业已经占有举足轻重的地位，水果采摘机器人的机械手部分是近年来学者研究的重点，机械手的设计通常被认为是采摘机器人的核心技术之一，是直接接触目标作物的设备，而水果具有一定的脆弱性，而且它的形状与生长情况相对复杂，采摘过程中果实很容易被损伤：①对果实的位置判断错误或者在摆动中碰上其他果实；②机械手抓取力超过水果的最大承受力；③机械手抓取力不稳定，水果容易掉落；对于抓取动作，若采用传统的机械手抓取，往往会因抓取力过大而压伤果实，因此机械手的研究对实现水果自动化采摘起着至关重要的作用。
技术实现思路
针对现有技术中存在的不足，本专利技术提出了一种采摘机械手的末端执行机构，通过视觉系统对成熟水果进行识别定位，再通手指结构机构对成熟的水果进行抓取和采摘，解决了现有技术中对果实的位置无法判断，在摆动中碰上其他果实、抓取力过大和抓取力不稳定的问题。一种采摘机械手的末端执行机构，包括：手指机构、支撑与传动机构和驱动机构；所述手指机构和支撑与传动机构连接，所述支撑与传动机构和驱动机构连接。所述手指机构包括：手指指尖1、小齿轮轴2、小齿轮3、扇形齿轮4、第一连杆5、固定件6、中间连杆7、壳体8、固定螺栓9、固定杆12、接触板19、第二连杆20、硅胶垫21、压力传感器22和驱动连杆14；所述手指机构的中间连杆17有3个孔，中间的孔与驱动连杆14铰接，两端的孔分别与扇形齿轮4末端的杆和固定杆12铰接，所述扇形齿轮4通过另一个孔与第一连杆5铰接，所述接触板19与第二连杆20铰接，所述第一连杆5和第二连杆20铰接，所述小齿轮3与手指指尖1通过小齿轮轴2固定连接，所述扇形齿轮4与小齿轮3啮合完成手指指尖的运动。所述支撑与传动机构包括：上端盖23、深沟球轴承24、丝杠轴25、滑动块26、转动块27、托盘13、驱动连杆14、配合盘15、上支撑杆16、移动板17、转动盘18、联轴器28、上底座29；所述丝杠轴25通过联轴器28与驱动机构的电机32的输出轴连接；所述移动板17和转动盘18配合并固定在丝杠轴25上；所述转动块27与配合盘15配合并固定在丝杠轴25上；所述滑动块26位于转动块27和配合盘15的上方并固定于丝杠轴25上；所述托盘13通过上支撑杆16与上底座29连接；所述丝杠轴25的末端通过托盘13与上端盖23连接，所述上端盖23与托盘13之间安装有深沟球轴承24。所述驱动机构包括：电机32、中底座30、固定螺钉31、下支撑杆33、螺母34和下底座35；所述电机32通过螺母34与下底座35固定连接，通过固定螺钉31与中底座30固定；所述下支撑杆33与下底座35固定连接，通过螺母34锁紧；所述下支撑杆33与中底座30固定连接。进一步的，所述采摘机械手的末端执行机构还包括视觉系统，所述视觉系统包括：所述视觉部分包括：相机固定支架11和工业相机10；所述视觉系统包括三个工业相机10和三个相机支架11，所述相机10直接固定于相机支架11上，所述相机支架11固定于托盘13上，所述相机支架11呈120°角圆周分布于托盘13上。优选的，所述手指机构中的扇形齿轮4及与其啮合的小齿轮3外部安装有壳体8。优选的，所述手指机构中的接触板19和手指指尖1均安装了压力传感器22，并且在压力传感器的表面上粘贴了硅胶垫21。优选的，所述手指机构中的壳体8与扇形齿轮4之间安装有扭簧。所述驱动电机32和视觉系统中的工业相机10均与机械手的控制器电连接。有益效果本专利技术的有益效果是：1.本专利技术一种采摘机械手的末端执行机构由三个手指机构配合完成水果的抓取，在抓取过程中三个手指在单个驱动器驱动下相继接触（碰撞）果实，因此各手指只需要一个驱动器来驱动，实现了多指欠驱动的效果，相较于两指夹持的方式，本专利技术的抓取稳定性更好。2.所述手指机构的接触板和手指指尖均安装了压力传感器，用来感知水果的接触力，避免由于过大的接触力而导致的水果损伤；并且在压力传感器的表面上粘贴了硅胶垫，既增加了水果与指面的摩擦力又对所夹持水果所施加的力起到一定的缓冲作用，进一步减轻了抓取时对水果的机械损伤。3.本专利技术末端执行机构通过电机的正转与反转实现水果的抓取和采摘，通过丝杠轴的转动带动其他机构的运动，由于丝杠本身的自锁功能，可以保证完成果实抓取后电机不工作果实也不会松动掉下。4.本专利技术视觉系统包括三个工业相机呈120°角分布于末端执行机构上，其具有360°视角，相较于一个相机，本专利技术视觉系统的视角更大，更能准确的完成目标水果的定位。附图说明图1为本专利技术所述的一种采摘机械手的末端执行机构的结构示意图；图2为扭簧的结构示意图。附图标记说明：1.手指指尖；2.小齿轮轴；3.小齿轮；4.扇形齿轮；5.第一连杆；6.固定件；7.中间连杆；8.壳体；9.固定螺栓；10.工业相机；11.相机支架；12.固定杆；13.托盘；14.驱动连杆；15.配合盘；16.上支撑杆；17.移动板；18.转动盘；19.接触板；20.第二连杆；21.硅胶垫；22.压力传感器；23.上端盖；24.深沟球轴承；25.丝杠轴；26.滑动块；27.转动块；28.联轴器；29.上底座；30.中底座；31.固定螺钉；32.电机；33.下支撑杆；34.螺母；35.下底座。具体实施方式以下将结合附图对本专利技术各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本专利技术的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本专利技术所保护的范围。在本专利技术的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本专利技术和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本专利技术的限制；此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本专利技术的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采摘机械手的末端执行机构，其特征在于，包括：手指机构、支撑与传动机构和驱动机构；所述手指机构和支撑与传动机构连接，所述支撑与传动机构和驱动机构连接。

【技术特征摘要】
1.一种采摘机械手的末端执行机构，其特征在于，包括：手指机构、支撑与传动机构和驱动机构；所述手指机构和支撑与传动机构连接，所述支撑与传动机构和驱动机构连接。2.根据权利要求1所述的一种采摘机械手的末端执行机构，其特征在于，所述手指机构包括：手指指尖（1）、小齿轮轴（2）、小齿轮（3）、扇形齿轮（4）、第一连杆（5）、固定件（6）、中间连杆（7）、壳体（8）、固定螺栓（9）、固定杆（12）、接触板（19）、第二连杆（20）、硅胶垫（21）、压力传感器（22）和驱动连杆（14）；所述手指机构的中间连杆（17）有3个孔，中间的孔与驱动连杆（14）铰接，两端的孔分别与扇形齿轮（4）末端的杆和固定杆（12）铰接，所述扇形齿轮（4）通过另一个孔与第一连杆（5）铰接，所述接触板（19）与第二连杆（20）铰接，所述第一连杆（5）和第二连杆（20）铰接，所述小齿轮（3）与手指指尖（1）通过小齿轮轴（2）固定连接，所述扇形齿轮（4）与小齿轮（3）啮合完成手指指尖的运动。3.根据权利要求1所述的一种采摘机械手的末端执行机构，其特征在于，所述支撑与传动机构包括：上端盖（23）、深沟球轴承（24）、丝杠轴（25）、滑动块（26）、转动块（27）、托盘（13）、驱动连杆（14）、配合盘（15）、上支撑杆（16）、移动板（17）、转动盘（18）、联轴器（28）、上底座（29）；所述丝杠轴（25）通过联轴器（28）与驱动机构的电机（32）的输出轴连接；所述移动板（17）和转动盘（18）配合并固定在丝杠轴（25）上；所述转动块（27）与配合盘（15）配合并固定在丝杠轴（25）上；所述滑动块（26）位于转动块（27）和配合盘（15）的上方并固定于丝杠轴（25）上；所述托盘（13）通过上支撑杆（16）与上底座（...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖梓龙，钟守炎，
申请(专利权)人：东莞理工学院，
类型：发明
国别省市：广东,44