一种香梨采摘机器人末端执行器制造技术

本实用新型专利技术提供一种香梨采摘机器人末端执行器，其装置包括与机器人机械臂对接的机械手对接盘，和机械手对接盘连接传动机构中的电机A外壳，与传动机构连杆和安装支架相连的四个刀架；其方法包括相机取点，采用吸盘固定，利用弧面切割，收回手臂释放香梨等步骤。本实用新型专利技术不仅提高了剪切效率，降低了感知系统对果实轮廓和果梗的图像识别和分割的耗时，保证了采摘作业的精度质量，降低了采摘难度，提升了作业效率。

【技术实现步骤摘要】
一种香梨采摘机器人末端执行器
本技术属于农业机械领域，尤其涉及一种香梨采摘机器人末端执行器。
技术介绍
库尔勒香梨原产于新疆库尔勒、轮台和库车地区，已有1300多年栽培历史，是一个地域性极强的名优品种，也是该地区甚至全国最优异的地方梨品种之一。香梨在南疆各地均有分布，以库尔勒地区为主产区，栽种面积最大、品质最优，为新疆特色水果的主要支柱产业之一。香梨一般为圆卵形或纺锤形，为小果型，香梨主要特点是皮薄、果肉酥脆，果汁多而且无渣，果味香浓。当地有俗语称“香梨掉地一滩水”，因此香梨非常娇气，极不耐机械损伤。截止到2017年库尔勒香梨现在种植面积达100万亩，年产量约为100万吨，香梨果实的采收时机对产量、品质和贮藏性状均有很大影响。采收过早，果实尚未成熟，个头小、产量低、硬度大，口感不好且不耐贮藏；采收过晚，果实水含量降低，成熟度过高，果实品质差，不适合长途运输及长期贮藏。但是目前，香梨采摘的主要方式仍为人工采摘，每年9月为香梨的采收期，摘梨工采摘费在每公斤0.8元至0.9元之间。由于香梨树体高大，大部分香梨生长在高处，极大地给人工采摘造成困难，高空手摘时，人只能通过爬树或利用梯子采摘，采摘时稍微粗心果实会掉落下来，造成采摘损失，而且人在高空采摘时也会有不安全的因素，这也是造成高空香梨采摘费增加的原因。除此之外，成熟后的香梨皮薄肉脆，不适合采用大型机械化采收，而一般的采果器在香梨果实的采摘过程中，易造成香梨果皮破损，很容易诱发腐烂菌和青霉菌滋生，随之加速香梨腐败并扩散传染给周围未损伤的香梨。因此，人工采摘不仅采摘效率低、难度大，而且时间短、劳动强度大，造成采摘成本的增加。面对香梨采摘难的问题，迫切需要一种适合香梨采摘的末端执行器代替人工采摘来解决香梨采摘这一难题变得十分必要。申请号201621393947.4的技术专利，公开了一种适用于香梨的采果装置，如图1所示，包括金属拱环1001、采摘杆、内兜网1003和外网兜1004，采摘杆包括防滑套1005、套杆1006和伸缩杆1007；金属拱环上1001设置有抓固果柄槽，金属拱环1001外设置有棉质金属拱环外套；内网兜1003和外网兜1004都和棉质金属拱环外套连接，内网兜1003设置在外网兜1004内，内网兜1003下端设置有缓冲口；外网兜1004下端设置有棉绳孔1009，棉绳孔1009内设置有棉绳10010，棉绳10010上设置有弹簧按钮10011。其香梨采摘方式是通过固果柄槽抓住香梨果柄后，拉动套杆来拉断香梨果梗。这种采摘方式极易损伤果实，而且在拉动套杆过程中，对树枝会产生很大的力，会造成其他果实的晃动，进而会与树枝产生刮擦损伤，甚至于果实直接脱落。申请号201120127271.5的技术专利，公开了一种球状果实采摘机器人末端执行器，如图2所示，包括旋转电机组件a和弧形手指切割组件b。其利用旋转电机通过联轴组件带动四个弧形刀片对其间任意位置的果柄进行旋转切割。该技术采摘方式可靠，动作控制难度低，成本低廉，通用性好。但是弧形手指切割组件在作业时，没有完全包住果实，若果梗在执行器最末端则可能会出现切割不了的情况，且作业时在四个弧形手指合拢时所包围的空间的果实并没有做固定，当果梗切割后果实会在手指空间内滚动，一些果皮脆薄的果蔬会受到机械损伤(如库尔勒香梨、桃和番茄等)，不便于长途运输及长期贮藏。申请号201710102179.5公开了一种抓切一体式的球形果蔬采摘机器人末端执行器，如图3所示，包括上连接板A、下连接板B、切割盘刀C、4个柔性包络单元E、柔性包络爪旋转机构D。该末端执行件主要由伺服电机、4个柔性手指和切割盘刀组成。伺服电机驱动执行器运动增强了各组件运动的可控性，柔性手指的设计在一定程度上能减少果蔬采摘过程中的损伤。但是，其握力大小和控制不是很理想，对于一些质量和大小不同的果蔬，握力过大会造成果实损伤，握力过小，对果蔬抓取不牢固会造成采摘失败，应考虑握力大小的可调控性，以达到更理想的效果。切割盘刀切割范围有限，存在果梗切割盲区。此外该末端执行器用了4个伺服电机，整体结构和控制系统较为复杂，重量偏大，会影响采摘精度。对于库尔勒香梨采摘方式的现有技术来说，亟待解决的技术难题和缺点主要包括以下几个方面：(1)香梨目前的采摘方式主要仍然为人工采摘，人工采摘不仅采摘效率低、难度大、时间段劳动强度大，而且人在高空采摘时也会有不安全的因素；(2)香梨外形呈不规则形状，对于大部分刚性的手爪很难对香梨进行合适的抓取；(3)成熟后香梨皮薄肉脆，在采摘过程中易造成香梨果皮破损，很容易诱发腐烂菌和青霉菌滋生，随之加速香梨腐败并扩散传染给周围未损伤的香梨；(4)大部分的末端执行器和高空采果装置的采摘方式一般分为三种：拉扯式、抓取扭折式和刀割切断式。拉扯和扭转式的设计先对果实进行夹持抓取，再通过转动来模拟人手扭折果柄的动作，采摘时，首先要求严格控制好夹持果实的力的大小，否则极易损伤果实，此时采摘时存在果梗被拉扯、扭转断或者掉落的情况，不便于存储。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，割刀和剪刀的剪切范围有限，存在果梗割、剪、切的盲区。
技术实现思路
本技术的目的在于为了减少香梨的整体采摘时间，提高采摘效率，减少人工的劳动强度且满足香梨采摘要求，本技术提供一种结构紧凑、效率高、可靠耐用且智能化的末端执行器。本技术采用如下技术方案：一种香梨采摘机器人末端执行器，包括机械手对接盘1、传动机构2、执行机构3，机械手对接盘1，一端与机器人的机械手柄连接，另一端通过螺栓与传动机构2中的电机A外壳22固定连接为一体；传动机构2，传动机构2的连杆212末端和安装支架213均与执行机构3的刀架31通过铰链连接，刀架31上安装有用于切割果梗的弧面切刀32；执行机构3，执行机构3中的真空吸盘34通过安装法兰37与传动机构2的安装支架213顶端连接。本技术进一步的技术方案是，传动机构2中，伺服电机A21安装在电机A外壳22的内腔中，O型环26安装在电机轴端面上，伺服电机A21的轴端面上通过螺钉安装有电机法兰23，伺服电机A21通过信号线与减速机24相连，减速机24安装在连接外壳25内，连接外壳25通过连接板215和连接螺钉214与电机B外壳28固定相连，伺服电机B27安装在电机B外壳28的内腔中，丝杆210通过联轴器29与伺服电机B27连接，螺母211通过安装孔与连杆212铰接，安装支架213通过连接板215和连接螺钉214与电机B外壳28固定连接。本技术进一步的技术方案是，所述的螺母211上有4个安装孔，4个安装孔分别与对应4个连杆212的小端铰接。本技术进一步的技术方案是，执行机构3中，刀架31通过活动铰链连接在传动机构2中的连杆212的大端和安装支架213的安装孔上，弧面切刀32与刀架31连接组成剪切单元，弧面切刀32内腔中贴合一层橡胶材料33，真空吸盘34安装在连接管36头部，连接管36中部开设有通气口35，安装支架213一端连接传动机构2的安装支架213，另一端连接连接管36。本技术进一步的技术方案是，四个刀架31通过活动铰链连接在传动机构2的连杆212大端和安装支架213上，四个刀架31上安装四个弧面切刀32a、3本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种香梨采摘机器人末端执行器，包括机械手对接盘(1)、传动机构(2)、执行机构(3)，其特征在于，机械手对接盘(1)，一端与机器人的机械手柄连接，另一端通过螺栓与传动机构(2)中的电机A外壳(22)固定连接为一体；传动机构(2)，传动机构(2)的连杆(212)末端和安装支架(213)均与执行机构(3)的刀架(31)通过铰链连接，刀架(31)上安装有用于切割果梗的弧面切刀(32)；执行机构(3)，执行机构(3)中的真空吸盘(34)通过安装法兰(37)与传动机构(2)的安装支架(213)顶端连接。

【技术特征摘要】
1.一种香梨采摘机器人末端执行器，包括机械手对接盘(1)、传动机构(2)、执行机构(3)，其特征在于，机械手对接盘(1)，一端与机器人的机械手柄连接，另一端通过螺栓与传动机构(2)中的电机A外壳(22)固定连接为一体；传动机构(2)，传动机构(2)的连杆(212)末端和安装支架(213)均与执行机构(3)的刀架(31)通过铰链连接，刀架(31)上安装有用于切割果梗的弧面切刀(32)；执行机构(3)，执行机构(3)中的真空吸盘(34)通过安装法兰(37)与传动机构(2)的安装支架(213)顶端连接。2.根据权利要求1所述的一种香梨采摘机器人末端执行器，其特征在于，传动机构(2)中，伺服电机A(21)安装在电机A外壳(22)的内腔中，O型环(26)安装在电机轴端面上，伺服电机A(21)的轴端面上通过螺钉安装有电机法兰(23)，伺服电机A(21)通过信号线与减速机(24)相连，减速机(24)安装在连接外壳(25)内，连接外壳(25)通过连接板(215)和连接螺钉(214)与电机B外壳(28)固定相连，伺服电机B(27)安装在电机B外壳(28)的内腔中，丝杆(210)通过联轴器(29)与伺服电机B(27)连接，螺母(211)通过安装孔与连杆(212)铰接，安装支架(213)通过连接板(215)和连接螺钉(214)与电机B外壳(28)固定连接。3.根据权利要求1所述的一种香梨采摘机器人末端执行器，其特征在于，母(211)上有4个安装孔，4个安装孔分别与对应4个连杆(212)的小端铰接。4.根据权利要求1或2或3所述的一种香梨采摘机器人末端执行器，其特征在于，执行机构(3)中，刀架(31)通过活动铰链连接在传动机构(2)中的连杆(212)的大端...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊杰，马蓉，张垚鑫，郭昊生，
申请(专利权)人：石河子大学，
类型：新型
国别省市：新疆,65