一种采摘机器人末端执行器制造技术

一种采摘机器人末端执行器，包括平移夹持果梗组件和斜刀切割果梗组件，平移夹持果梗组件包括平移手指气缸、左梯形齿手指、右梯形齿手指、挡片、弹性遮光布、对射式光电开关、视觉传感器和机械臂对接件，斜刀切割果梗组件包括双杆导向气缸、切刀安装板、切刀压板和切刀。本发明专利技术主要通过气动梯形齿夹持果梗，气动斜刀伸出切断果梗的采摘动作方式，同时结合摄像头图像识别及光电开关信号来自动配合机器人完成果实采摘作业，具有结构简洁、通用性强、构件轻、无污染的优点。

End effector of picking robot

A robot end effector, including translational clamping stem assembly and oblique knife cutting stem component, translational clamping stem assembly includes a shift finger cylinder, left and right fingers trapezoidal tooth trapezoidal toothed plate, elastic fingers, shade cloth, the photoelectric switch, vision sensor and manipulator docking a knife to cut the fruit stalk, cable assembly includes a pair of guide rod cylinder, cutter mounting plate, cutter and cutter plate. The invention is mainly through the pneumatic clamping trapezoidal tooth stem, pneumatic oblique knife cutting the stems of the picking out of action, combined with the camera image recognition and signal of the photoelectric switch to automatically match the fruit picking robot to complete the operation, has the advantages of simple structure, strong versatility, light component and pollution.

【技术实现步骤摘要】
一种采摘机器人末端执行器
本专利技术属于农业果蔬自动化采摘末端执行器开发
，具体涉及一种采摘机器人末端执行器。
技术介绍
近年来，农业果蔬采摘机器人逐渐成为机器人领域内国内外研究开发的热点，其相关技术在国内外已取得不少成果，但大部分多停留在实验室研发阶段，距离实用化商品化还存在很大差距。其主要原因之一在于对末端执行器的研制要求较高，主要要求包括：1、机构方案要简洁小巧，重量要轻，避免繁冗的传动机构，保证整体结构的紧凑性和可靠性，提高末端执行器避障性能；2、尽量选用通用机械电气元器件，从而降低元件成本，缩短商品化实用化进程；3、传感控制方案简单可靠，同时保证在开放环境系统的鲁棒性；4、较高的采摘成功率和效率，要求末端执行器采摘动作要有效且迅速；5、避免采摘过程中损伤果实；6、提高末端执行器的通用性，具有多种果实的采摘的作业能力。直至目前，末端执行器的采摘的方式主要有两种：动作掰拧式和刀割切断式。动作掰拧式设计相应机构先对果实进行夹持抓牢，再利用腕关节的两个垂直方向上的转动来模拟人掰拧果柄的动作，其作业的对象要求果柄易于与果枝分离，同时需要严格控制好夹持果实的力的大小，否则极易损伤果实。刀割切断式主要是利用电机驱动圆锯刀或剪刀动作直接将果梗割断，这种方法传动机构方案和控制传感系统往往比较冗繁，从而增加了系统控制的难度和机构的复杂性，增加了成本。
技术实现思路
本专利技术的针对现有技术中的不足，提供一种结构紧凑、轻便小巧、可靠耐用、控制简单、成本低廉且通用性强的果实采摘机器人末端执行器。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种采摘机器人末端执行器，其特征在于，包括平移夹持果梗组件和斜刀切割果梗组件；所述平移夹持果梗组件包括平移手指气缸、左梯形齿手指、右梯形齿手指、挡片和机械臂对接件，所述斜刀切割果梗组件包括双杆导向气缸、切刀安装板、切刀压板和切刀；所述左梯形齿手指和右梯形齿手指分别与平移手指气缸的左右平移手指固定联接，左梯形齿手指和右梯形齿手指的前部均具有梯形齿结构，所述挡片固定在左梯形齿手指的梯形齿结构的后侧，挡片阻挡在左梯形齿手指和右梯形齿手指之间，所述机械臂对接件与平移手指气缸和双杆导向气缸均固定联接，所述切刀安装板安装在双杆导向气缸的推板上，所述切刀压板将切刀固定压在切刀安装板上。为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：所述切刀安装板的底面安装在双杆导向气缸的推板上，切刀安装板的顶面设有台阶面，台阶面上开设有放置切刀的斜槽，所述切刀压板的底面设有斜凸台，所述斜凸台与斜槽相适配并通过螺钉旋紧，使切刀固定在切刀安装板和切刀压板之间。所述机械臂对接件的后部加工预留有与采摘机械臂腕部连接的安装孔。所述平移夹持果梗组件还包括弹性遮光布、对射式光电开关和视觉传感器。所述对射式光电开关由发射端和接收端组成，左梯形齿手指和右梯形齿手指的梯形齿结构的下方均设有安装孔，所述发射端和接收端分别安装在左梯形齿手指和右梯形齿手指的安装孔中，发射端和接收端相互正对。所述弹性遮光布的两端分别固定压牢在左梯形齿手指和右梯形齿手指上，弹性遮光布位于对射式光电开关的安装孔前侧。所述视觉传感器固定在平移手指气缸的下方中间处。本专利技术的有益效果是：1、结构小巧紧凑，重量轻，避障性好；2、动力来源于气压驱动，动作迅速、器件重量轻，动作幅度与作用力均方便选型与设定，可省掉多种成本较高的控制夹持力的力学传感器和控制刀片伸缩的行程位置开关，简化了控制结构，降低了成本和控制难度；3、梯形齿结构保证果梗夹持可靠，斜刀伸缩切断果梗效率高，切断果柄后双指可继续夹持下段果梗，将果实放置收集装置中，防止果实断梗后就跌落而受到损伤；4、智能程度高，视觉传感器用于果实位置的图像采集，光电传感器自动检测果实到位信息；5、通用性强，可以采摘葡萄，也可采摘苹果、柑橘等果实。附图说明图1是本专利技术的整体结构示意图。图2是本专利技术的局部剖视图。图3是本专利技术的局部放大图。附图标记如下：1-双杆导向气缸，2-切刀安装板，3-切刀压板，4-切刀，5-左梯形齿手指，6-挡片，7-弹性遮光布，8-对射式光电开关，9-右梯形齿手指，10-视觉传感器，11-平移手指气缸，12-机械臂对接件，13-斜槽，14-斜凸台。具体实施方式现在结合附图对本专利技术作进一步详细的说明。如图1-3所示，采摘机器人末端执行器包括平移夹持果梗组件和斜刀切割果梗组件，平移夹持果梗组件包括平移手指气缸11、左梯形齿手指5、右梯形齿手指9、挡片6、弹性遮光布7、对射式光电开关8、视觉传感器10和机械臂对接件12，斜刀切割果梗组件包括双杆导向气缸1、切刀安装板2、切刀压板3和切刀4。机械臂对接件12分别与平移手指气缸11和双杆导向气缸1通过螺钉固定联接，并且在机械臂对接件12的后部加工预留有与采摘机械臂腕部连接的螺纹腰形安装孔。左梯形齿手指5、右梯形齿手指9分别与平移手指气缸11的左右平移手指通过螺钉旋紧固定联接，左梯形齿手指5、右梯形齿手指9分别在前部对应位置加工有梯形齿结构，以保证果梗被夹持后且不会前后上下滑动，保证切刀4能够有效割断果梗并夹住剩余果梗，在机器人的带动下将果实放入收集筐。对射式光电开关8由发射端和接收端组成，分别安装在左梯形齿手指5、右梯形齿手指9的梯形齿结构的下方对应位置的安装孔内，且相互正对。挡片6通过螺钉旋紧固定在左梯形齿手指5梯形齿结构后侧，用来挡住果梗，防止采摘速度过快时果梗冲过夹持区域。弹性遮光布7两端分别通过螺钉固定压牢在左梯形齿手指5与右梯形齿手指9上的对射式光电开关8安装孔的前侧。实际采摘作业时，在采摘机械臂的带动下逐渐接近目标果梗，果梗进入两手指之间后，会将弹性遮光布7推长变形，直到遮断对射式光电开关8的光信号，即对射式光电开关8的信号状态会发生改变，从而使机器人得到目标采摘果实到位的信息。视觉传感器10通过螺钉固定安装在平移手指气缸11下方中间处，使得所获取图像的果实坐标轴与实际采摘点坐标轴对齐，减少后期采摘作业运动控制的纠偏量。切刀安装板2的背面通过螺钉旋紧安装在双杆导向气缸1的推板上，切刀安装板2的正面设有台阶面，在台阶面上开有放置切刀4的斜槽13。切刀压板3下底面加工出一斜凸台14，位置与切刀安装板2放置切刀4的斜槽13对应，并通过螺钉旋紧将切刀3压牢在切刀安装板2和切刀压板3之间，完成切刀4的安装固定，这样，切刀4倾斜地安装固定在切刀安装板2与切刀压板3之间，实现了刀刃斜向割果柄的动作，保证了割断果梗的成功率和延长刀片寿命。下面针对具体实施中相应的结构选材与选型做具体说明：平移手指气缸11选用型号：HFZ-20D（二指平移气缸：缸径20mm，行程10mm，附磁石）；双杆导向气缸1选用型号：TN16×20（双杆双轴气缸：缸径16，行程20mm，附磁石）；机械臂对接件12、左梯形齿手指5、右梯形齿手指9、切刀安装板2、切刀压板3均选择强度相对较高且密度较小的铝合金材料（型号2A12）为毛坯料进行加工制造；挡片6选用强度更高的Q235冷轧板经钣金工艺制成；切刀4选用YG8钨钢刀片；对射式光电开关8选用0.3W3mm波长850nm红外线对射管LED二极管；弹性遮光布7选用10mm宽的弹力橡筋带；视觉传感器10选用微型高清CCD摄像头。本专利技术的工作原理如下：初始状态下左本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种采摘机器人末端执行器，其特征在于，包括平移夹持果梗组件和斜刀切割果梗组件；所述平移夹持果梗组件包括平移手指气缸（11）、左梯形齿手指（5）、右梯形齿手指（9）、挡片（6）和机械臂对接件（12），所述斜刀切割果梗组件包括双杆导向气缸（1）、切刀安装板（2）、切刀压板（3）和切刀（4）；所述左梯形齿手指（5）和右梯形齿手指（9）分别与平移手指气缸（11）的左右平移手指固定联接，左梯形齿手指（5）和右梯形齿手指（9）的前部均具有梯形齿结构，所述挡片（6）固定在左梯形齿手指（5）的梯形齿结构的后侧，挡片（6）阻挡在左梯形齿手指（5）和右梯形齿手指（9）之间，所述机械臂对接件（12）与平移手指气缸（11）和双杆导向气缸（1）均固定联接，所述切刀安装板（2）安装在双杆导向气缸（1）的推板上，所述切刀压板（3）将切刀（4）固定压在切刀安装板（2）上。

【技术特征摘要】
1.一种采摘机器人末端执行器，其特征在于，包括平移夹持果梗组件和斜刀切割果梗组件；所述平移夹持果梗组件包括平移手指气缸（11）、左梯形齿手指（5）、右梯形齿手指（9）、挡片（6）和机械臂对接件（12），所述斜刀切割果梗组件包括双杆导向气缸（1）、切刀安装板（2）、切刀压板（3）和切刀（4）；所述左梯形齿手指（5）和右梯形齿手指（9）分别与平移手指气缸（11）的左右平移手指固定联接，左梯形齿手指（5）和右梯形齿手指（9）的前部均具有梯形齿结构，所述挡片（6）固定在左梯形齿手指（5）的梯形齿结构的后侧，挡片（6）阻挡在左梯形齿手指（5）和右梯形齿手指（9）之间，所述机械臂对接件（12）与平移手指气缸（11）和双杆导向气缸（1）均固定联接，所述切刀安装板（2）安装在双杆导向气缸（1）的推板上，所述切刀压板（3）将切刀（4）固定压在切刀安装板（2）上。2.如权利要求1所述的一种采摘机器人末端执行器，其特征在于：所述切刀安装板（2）的底面安装在双杆导向气缸（1）的推板上，切刀安装板（2）的顶面设有台阶面，台阶面上开设有放置切刀（4）的斜槽（13），所述切刀压板（3）的底面设有斜凸台（...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨文亮，吴京秋，冯虎，郁汉琪，史建俊，徐有峰，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：江苏,32