一种瓜果采摘机器人末端执行器制造技术

一种瓜果采摘机器人末端执行器，属于自动化采摘技术领域，解决了现有采摘机器人末端执行器存在的易对果体造成损伤、对果实形状自适应能力差、剪切不同果子时剪切动作执行时间点不可调等技术问题。本发明专利技术的技术方案为：一种瓜果采摘机器人末端执行器，其中：包括后支撑板、电动推杆、电动推杆传动机构、夹持机构、延时机构和剪切机构；所述后支撑板竖直设置，所述电动推杆水平设在后支撑板左侧壁下部，所述电动推杆传动机构水平设在后支撑板右侧下部，所述延时机构水平设在后支撑板右侧上部；所述电动推杆传动机构左端与后支撑板右侧壁下部连接，所述夹持机构安装在电动推杆传动机构右端；所述延时机构左端与后支撑板右侧壁上部连接，所述剪切机构安装在延时机构顶部。本发明专利技术可以极大地拓展采摘机器人末端执行装置的适用范围，从而极大提高水果采摘的效率并保证采摘作业的质量。

【技术实现步骤摘要】
一种瓜果采摘机器人末端执行器
本专利技术属于自动化采摘
，具体涉及的是一种瓜果采摘机器人末端执行器。
技术介绍
近年来，我国的瓜果产业取得了长足的发展，而相应的采摘难的问题也日益凸显。瓜果采摘是瓜果产业中最费时费力的一个环节，而且需要保证较高的采摘作业质量水平才能保证后续的良好储存与加工。我国目前主要还是依赖人力来进行瓜果的采摘作业，而随着人口老龄化问题的加重以及农业从业人员的减少，瓜果获得及时采摘并保证较低的损伤程度成为一个急需解决的问题。随着机器人技术的发展，将采摘机器人应用于采摘领域成为未来的趋势，而如何做到让采摘机器人的末端执行器出色地完成夹持果体和剪断果茎两个作业内容是研发采摘机器人的核心技术也是一大难题。瓜果品种繁多，生长的方式也不尽相同。有的果实单独生长，果子之间有足够的空间，这一类的果子采摘起来相对简单；有的果实成簇生长，果子之间互相距离很近甚至互相接触，彼此空间不足，这时就需要保证末端执行器果体夹持部件在有限的空间内完成夹持任务。能够应对第二种情况的采摘机器人末端执行器，才能够在采摘作业中自如地应对多变的情况，保证采摘作业的质量。目前，有研究人员针对采摘机器人末端执行器给出了多种方案，申请号201811216941.3的专利技术专利，公开了一种采摘机器人末端执行器，该末端执行器采用4片弧面切刀和真空吸盘作为执行机构，吸盘吸附水果之后，伺服电机B带动弧面切刀闭合从而实现对果柄的切断，或者电机A带动传动机构和执行机构往复运动，完成果柄切割作业。这种设计方式采用的四片弧面切刀虽然可以实现对果实的包裹从而切断果茎，但其弧面切刀闭合前需要先处于最大张开状态，这就需要果体周围有足够的空间，而如果在簇生瓜果的使用场景下，该方法就较难发挥作用。除此之外，果子形状并不是规则的球形，夹持部件应当有一定的自适应性能，全包裹的形式代表着与果体最多的接触面积，由此也会导致适应性更差。减少夹持部件与果体的接触面积可以提升夹持部件的适应性，有方案提出用机械爪抓取的方式固定水果，但果茎需要通过扯拽式或者抓取扭折式。但是，通过扯拽的方法来使果茎断开首先要求果茎易拉断而且果茎拉断后的长短也不可控，后续还需再次修剪，而且这种方式会对果皮造成损伤，影响外观的同时，后续的存储也成问题。而抓取扭折的方法，如果是让果体与夹持部件固定，则问题同上，如果是让夹持部件旋转而果实放在机械爪腔体内，则难以避免形状不规则的果实受到机械损伤。申请号201810101937.6的专利技术专利，公开了一种水果采收机械手装置，包括支撑环、夹持爪体、带有电机盒的采摘杆、收集袋，该装置在其中一根夹持爪体顶端铰接剪切刀具，而剪切刀具通过钢绳和杠杆与爪体进行联动从而实现单电机控制下的夹持动作与剪切动作同步进行。该设计方式即使是面对簇生的瓜果也可以应用，且可以有效防止水果碰撞和破损。但是，剪切刀具铰接在其中一根夹持爪体上，则该爪体就将与果茎相交，在进行夹持时就需要保证动作的高准确度，而且不同种类的瓜果进行夹持和剪切的时间点并不相同，笼统地使剪切动作和夹持动作同步进行会降低整个装置针对不同场景的适应能力。申请号201610843191.7的专利技术专利，公开了一种串行水果(如葡萄、荔枝)采摘机器人的末端执行器，包括一端开口的外壳、一端固装在外壳内的剪断机构、一端固装在外壳内的夹持机构以及安装在外壳下的托举机构。该装置的夹持机构夹持串行水果的果茎，当夹持果茎的压力达到预设值会触发托举机构托住果体，之后启动剪断机构剪断果茎。该方式可以极大地降低机构与果体的接触，但夹持果柄的方式会使剪切之后留下的果茎过长，另外簇生果子的空间限制也会制约该装置的使用条件。除此之外，该方案的电机数量达到了三个，电机会占用较大的体积，机构不够简化。对于采摘机器人末端执行器的现有技术而言，对于单独生长的果子的采摘作业可以较好的实现，但如何做到在多果簇生的条件下克服空间不足的限制去采摘果子并降低对果体的机械损伤是采摘机器人末端执行器需要攻克的难题，除此之外，末端执行器的夹持部件应具备一定程度的果实形状自适应能力，剪切部件应具有在剪切不同果子时剪切动作执行时间点的可调能力。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种瓜果采摘机器人末端执行器，解决了现有采摘机器人末端执行器存在的易对果体造成损伤、对果实形状自适应能力差、剪切不同果子时剪切动作执行时间点不可调等技术问题。为了解决上述问题，本专利技术的技术方案为：一种瓜果采摘机器人末端执行器，其中：包括后支撑板、电动推杆、电动推杆传动机构、夹持机构、延时机构和剪切机构；所述后支撑板竖直设置，所述电动推杆水平设在后支撑板左侧壁下部，所述电动推杆传动机构水平设在后支撑板右侧下部，所述延时机构水平设在后支撑板右侧上部；所述电动推杆传动机构左端与后支撑板右侧壁下部连接，所述夹持机构安装在电动推杆传动机构右端；所述延时机构左端与后支撑板右侧壁上部连接，所述剪切机构安装在延时机构顶部。进一步，所述电动推杆传动机构包括水平支撑架、水平设在水平支撑架内侧的主传动轴和设在水平支撑架右端的圆弧轨道；所述主传动轴左端穿过后支撑板与所述电动推杆右端连接，，所述主传动轴右端铰接有两个主传动轴连杆，两个所述主传动轴连杆的末端均设在圆弧轨道中；所述主传动轴中部侧壁设有按珠，所述主传动轴连杆上靠近末端位置处设置为全高结构，所述主传动轴连杆上靠近铰接点位置处设置为相互错位的半高结构；所述夹持机构包括安装于圆弧轨道中部的半固定果实夹持瓣和分别位于半固定果实夹持瓣前侧下方和后侧上方的两组可移动果实夹持瓣，所述半固定果实夹持瓣与设在水平支撑架右端的圆弧轨道右侧通过自适应弹簧连接，所述可移动果实夹持瓣分别通过圆弧槽滑块安装于半固定果实夹持瓣两侧的圆弧轨道上，两个所述主传动轴连杆分别与两组可移动果实夹持瓣后侧的圆弧槽滑块连接，通过主传动轴连杆对两组可移动果实夹持瓣的张合进行控制；所述延时机构包括水平支撑板、绳索、设在水平支撑板底面中部的L形滑块安装架和设在L形滑块安装架下方的水平套筒；所述水平支撑板靠近后支撑板一侧中部设有滚轮安装槽，所述滚轮安装槽中装有滚轮；所述L形滑块安装架的竖直部设有绳索下过孔，所述L形滑块安装架的水平部上设有水平滑槽，所述水平滑槽右侧、顶部和底部均设有开口，所述水平滑槽中部设有弹簧导杆，所述水平滑槽中设有水平滑块和弹簧Ⅰ，弹簧Ⅰ和水平滑块从左至右依次套装在弹簧导杆上，所述弹簧Ⅰ一端与水平滑槽左侧壁连接，所述弹簧Ⅰ另一端与水平滑块连接；所述水平滑块顶部设有绳索接口，所述水平滑块底部设有推动板，所述水平套筒套装于主传动轴外侧，所述水平套筒顶部设有与推动板相配合的推动板推头，所述水平套筒上设有若干组与按珠相配合的位置调节孔；所述水平支撑板长度与水平支撑架长度一致，且所述水平支撑板右端设有与圆弧轨道圆弧半径相同的弧形侧壁；所述剪切机构包括由左至右依次设置的后固定挡板、滑动挡板导杆、滑动挡板、连接块、两个剪刀连杆和两个剪刀臂，所述后固定挡板固定安装在水平支撑板顶面，并位于滚轮安装槽右侧，所述后固定挡板上设有导本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种瓜果采摘机器人末端执行器，其特征在于：包括后支撑板(1)、电动推杆(6)、电动推杆传动机构(2)、夹持机构(4)、延时机构(3)和剪切机构(5)；/n所述后支撑板(1)竖直设置，所述电动推杆(6)水平设在后支撑板(1)左侧壁下部，所述电动推杆传动机构(2)水平设在后支撑板(1)右侧下部，所述延时机构(3)水平设在后支撑板(1)右侧上部；所述电动推杆传动机构(2)左端与后支撑板(1)右侧壁下部连接，所述夹持机构(4)安装在电动推杆传动机构(2)右端；所述延时机构(3)左端与后支撑板(1)右侧壁上部连接，所述剪切机构(5)安装在延时机构(3)顶部。/n

【技术特征摘要】
1.一种瓜果采摘机器人末端执行器，其特征在于：包括后支撑板(1)、电动推杆(6)、电动推杆传动机构(2)、夹持机构(4)、延时机构(3)和剪切机构(5)；
所述后支撑板(1)竖直设置，所述电动推杆(6)水平设在后支撑板(1)左侧壁下部，所述电动推杆传动机构(2)水平设在后支撑板(1)右侧下部，所述延时机构(3)水平设在后支撑板(1)右侧上部；所述电动推杆传动机构(2)左端与后支撑板(1)右侧壁下部连接，所述夹持机构(4)安装在电动推杆传动机构(2)右端；所述延时机构(3)左端与后支撑板(1)右侧壁上部连接，所述剪切机构(5)安装在延时机构(3)顶部。


2.根据权利要求1所述的一种瓜果采摘机器人末端执行器，其特征在于：所述电动推杆传动机构(2)包括水平支撑架(2-1)、水平设在水平支撑架(2-1)内侧的主传动轴(2-2)和设在水平支撑架(2-1)右端的圆弧轨道(2-3)；所述主传动轴(2-2)左端穿过后支撑板(1)与所述电动推杆(6)右端连接，，所述主传动轴(2-2)右端铰接有两个主传动轴连杆(2-4)，两个所述主传动轴连杆(2-4)的末端均设在圆弧轨道(2-3)中；所述主传动轴(2-2)中部侧壁设有按珠(2-5)，所述主传动轴连杆(2-4)上靠近末端位置处设置为全高结构，所述主传动轴连杆(2-4)上靠近铰接点位置处设置为相互错位的半高结构；
所述夹持机构(4)包括安装于圆弧轨道(2-3)中部的半固定果实夹持瓣(4-1)和分别位于半固定果实夹持瓣(4-1)前侧下方和后侧上方的两组可移动果实夹持瓣(4-2)，所述半固定果实夹持瓣(4-1)与设在水平支撑架(2-1)右端的圆弧轨道(2-3)右侧通过自适应弹簧(4-4)连接，所述可移动果实夹持瓣(4-2)分别通过圆弧槽滑块(4-3)安装于半固定果实夹持瓣(4-1)两侧的圆弧轨道(2-3)上，两个所述主传动轴连杆(2-4)分别与两组可移动果实夹持瓣(4-2)后侧的圆弧槽滑块(4-3)连接，通过主传动轴连杆(2-4)对两组可移动果实夹持瓣(4-2)的张合进行控制；
所述延时机构(3)包括水平支撑板(3-1)、绳索(3-2)、设在水平支撑板(3-1)底面中部的L形滑块安装架(3-3)和设在L形滑块安装架(3-3)下方的水平套筒(3-4)；所述水平支撑板(3-1)靠近后支撑板(1)一侧中部设有滚轮安装槽(3-5)，所述滚轮安装槽(3-5)中装有滚轮(3-6)；所述L形滑块安装架(3-3)的竖直部设有绳索下过孔，所述L形滑块安装架(3-3)的水平部上设有水平滑槽，所述水平滑槽右侧、顶部和底部均设有开口，所述水平滑槽中部设有弹簧导杆(3-9)，所述水平滑槽中设有水平滑块(3-7)和弹簧Ⅰ(3-8)，弹簧Ⅰ(3-8)和水平滑块(3-7)从左至右依次套装在弹簧导杆(3-9)上，所述弹簧Ⅰ(3-8)一端与水平滑槽左侧壁连接，所述弹簧Ⅰ(3-8)另一端与水平滑块(3-7)连接；所述水平滑块(3-7)顶部设有绳索接口(...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁建军，周通，马书根，鲍晟，贾文川，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31