一种双孢菇采摘机器人的末端执行器制造技术

本发明专利技术提供了一种双孢菇采摘机器人的末端执行器，包括：连接壳体、力矩电机、夹持机构、电机控制器、扭矩传感器；所述夹持机构包括左右对称设置的两个夹爪机构，夹爪机构包括平行四边形连杆机构和夹爪，夹爪具有菇盖接触面，菇盖接触面的朝向为朝左或朝右，用于与菇盖的侧面配合；所述力矩电机与用于向所述主动杆输入扭矩，带动所述夹爪左右移动以夹持/放松菇盖；所述扭矩传感器用于采集电机负载扭矩并输送给电机控制器；所述电机控制器用于调控力矩电机的输入电压；本发明专利技术提供的双孢菇采摘机器人的末端执行器，具有恒力夹持、采摘机械损伤小等特点，能够代替人工采摘双孢菇，能适应不同大小的双孢菇采摘。

【技术实现步骤摘要】
一种双孢菇采摘机器人的末端执行器
本专利技术涉及作物采摘机械，尤其涉及双孢菇采摘机器人的末端执行器。
技术介绍
现有技术中用于食用菌自动采摘的采摘机器人，如公告号CN210143460U的中国技术专利公开的采摘机械手，包括手臂和夹持套，夹持套能够弹性形变，用来夹持双孢菇的菇盖，夹持套在手臂的推拉、旋转动作配合下，能够完成按压、夹持、旋转、摘取四个动作。由于末端执行器作为采摘机器人与菇盖直接接触的机构，夹持力不能过大，否则会造成蘑菇外观伤痕，影响蘑菇品质，末端执行器如何能够在不损伤菇肉的前提下完成双孢菇采摘是采摘机器人设计的一个难点。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种双孢菇采摘机器人的末端执行器，能够可靠夹持并减少机械损伤。本专利技术的一种双孢菇采摘机器人的末端执行器，包括：连接壳体、力矩电机、夹持机构、电机控制器、扭矩传感器；所述夹持机构包括左右对称设置的两个夹爪机构，夹爪机构包括平行四边形连杆机构和夹爪，定义左右方向为两个夹爪对合夹持的夹持方向，左右方向延伸的平面为水平面；所述平行四边形连杆机构包括：主动杆、从动杆、输出杆，主动杆、从动杆分别与连接壳体铰接，主动杆、从动杆与连接壳体铰接的铰接轴线为第一、二固定铰接轴线；所述夹爪固定在输出杆上，夹爪具有菇盖接触面，菇盖接触面的朝向为朝左或朝右，用于与菇盖的侧面配合；所述力矩电机与用于向所述主动杆输入扭矩，带动所述夹爪左右移动以夹持/放松菇盖；所述扭矩传感器用于采集电机负载扭矩并输送给电机控制器；所述电机控制器用于调控力矩电机的输入电压；所述第一、二固定铰接轴线平行而处于一个共有平面，所述共有平面与所述水平面呈设定角度，以使所述菇盖接触面的朝向在所述夹爪移动时始终保持不变。进一步的，所述力矩电机为直流电机，所述电机控制器包括处理器、储存器；所述存储器中存储有夹持控制程序，夹持控制程序包括执行以下步骤的指令：S01：启动：接收到采摘指令，控制直流电机在设定电压下启动，驱动夹持机构的夹爪合拢，当电机的负载扭矩超限，即判断出夹持机构的夹爪接触到菇盖且电机堵转，进入S02；S02：目标设定：根据预先获得的电机堵转时夹持机构主动杆与夹持方向的夹角、夹持力阈值、电机负载扭矩阈值与输入电压阈值之间的关系，根据当前堵转时的夹持机构主动杆与夹持方向的夹角，获得与夹持力阈值对应的输入电压阈值以及电机负载阈值，进入S03；S03：增压增扭：以输入电压阈值的上限值作为输入电压目标值，每次以设定量调控当前输入电压增大，进入S04；S04：增压监控1：每次增大输入电压后，判断扭矩传感器采集到电机负载扭矩是否高于电机负载扭矩阈值下限值设定余量，若是，停止调控并维持当前输入电压，进入S06；否则进入S05；S05：增压监控2：判断当前输入电压是否达到输入电压阈值的上限值，若是，停止调控，进入S12；否则返回S03；S06：夹持监控1：持续监控扭矩传感器采集到的电机负载扭矩，判断是否处于电机负载扭矩阈值的范围内，若是，进入S11；否则进入S07；S07：夹持监控2：判断扭矩传感器采集到电机负载扭矩是高于电机负载扭矩阈值上限值还是低于电机负载扭矩阈值下限值，若高于电机负载扭矩阈值上限值，需要减压减扭，进入S08，若低于电机负载扭矩阈值下限值，需要增压增扭，进入S03；S08：减压减扭：以输入电压阈值的下限值为输入电压目标值，每次以设定量减少当前输入电压，进入S09；S09：减压监控1：每次减少输入电压后，判断扭矩传感器采集到电机负载扭矩是否低于电机负载扭矩阈值上限值设定余量，若是，停止调控并维持当前输入电压，进入S06；否则进入S10；S10：减压监控2：判断当前输入电压是否达到输入电压阈值的下限值，若是，停止调控，进入S12；否则返回S08；S11：判断是否接收到放松指令，若是则控制直流电机反向输出动力，驱动夹持机构松开对菇盖的夹持；否则返回S06继续监控；S12：电机停机，生成故障信号。进一步的，所述夹爪具有弧面仿形结构，弧面仿形结构与菇盖的边缘形状吻合，所述菇盖接触面设置在弧面仿形结构上。进一步的，所述弧面仿形结构为内凹柱面，内凹柱面的母线与所述水平面垂直。进一步的，所述夹爪还具有柔性材料层，柔性材料层贴在所述弧面仿形结构上形成菇盖接触面。进一步的，所述夹爪在左右移动的同时在垂直于夹持方向的竖直方向上有位移，用于使两个夹爪在左右相向移动夹持菇盖的同时，还朝向远离连接壳体的方向移动而向下按压菇盖，以使双孢菇的菇柄压实培养料土。本专利技术提供的双孢菇采摘机器人的末端执行器，采用平行四边形机构保持菇盖接触面的朝向始终与夹持方向一致，菇盖接触面在夹爪合拢过程中不会倾斜，所以不会刮擦菇盖表面而导致菇盖损伤，在夹持过程中两个夹爪的菇盖接触面始终沿夹持方向相对施力，而且力矩电机能够在堵转时输出恒定扭矩维持夹持力恒定，从而能够稳定的夹持菇盖。本专利技术机械结构简单，制造成本低廉，能够代替人工采摘双孢菇，对实现双孢菇采摘作业的机械化、自动化和智能化以及促进我国双孢菇规模化、工厂化的生产具有重要意义。进一步的，本专利技术采用基于预先获得的堵转时夹持机构主动杆与夹持方向的夹角、夹持力阈值、电机负载扭矩阈值与输入电压阈值之间的关系，对电机输入电压进行控制以获得合适的夹持力，堵转时夹持机构主动杆与夹持方向的夹角的预先设定和采集，与夹爪张开角度相关联，能适应不同大小的双孢菇采摘，自动化程度高。附图说明图1是本专利技术末端执行器实施例的外部结构示意图；图2是图1打开连接壳体后显示出部分内部结构的示意图；图3是本专利技术末端执行器实施例的三个控制阶段示意图；图4是本专利技术末端执行器实施例的控制原理图；图5是本专利技术末端执行器实施例的夹持机构受力分析示意图；图6是本专利技术末端执行器实施例的夹持机构运动过程示意图；图7是本专利技术末端执行器实施例的夹持控制流程图。图中：1.夹持机构末端；2.夹持机构；3.第一爪；4.连接壳体；5.第二爪；6.柔性材料；7.第二连接杆；8.第一连接杆；9.第三连接杆；10.齿轮组；11.直流电机；12.传动机构；13.第六连接杆；14.第四连接杆；15.第五连接杆。具体实施方式本专利技术的双孢菇采摘机器人的末端执行器(以下简称末端执行器)的实施例，如图1、图2所示，包括：连接壳体4、直流电机10、齿轮组11、夹持机构2、电机控制器(图中未显示)、扭矩传感器12。连接壳体4用于将末端执行器其他部分安装在一起，并留有与采摘机器人采摘机械臂连接的连接口。直流电机10通过螺丝固定在连接壳体4上，齿轮组11通过连接销与连接壳体4连接，电机控制器同样通过螺丝固定在连接壳体上，电机控制器包括处理器和存储器，存储器中储存有在处理器上运行的程序，用于控制直流电机10的输入电压。直流电机10是力矩电机，力矩电机能够在堵转条件下长时间输出恒定扭矩，直流电机10是末端执行器夹持动作本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双孢菇采摘机器人的末端执行器，其特征在于，包括：连接壳体、力矩电机、夹持机构、电机控制器、扭矩传感器；所述夹持机构包括左右对称设置的两个夹爪机构，夹爪机构包括平行四边形连杆机构和夹爪，定义左右方向为两个夹爪对合夹持的夹持方向，左右方向延伸的平面为水平面；所述平行四边形连杆机构包括：主动杆、从动杆、输出杆，主动杆、从动杆分别与连接壳体铰接，主动杆、从动杆与连接壳体铰接的铰接轴线为第一、二固定铰接轴线；所述夹爪固定在输出杆上，夹爪具有菇盖接触面，菇盖接触面的朝向为朝左或朝右，用于与菇盖的侧面配合；所述力矩电机与用于向所述主动杆输入扭矩，带动所述夹爪左右移动以夹持/放松菇盖；所述扭矩传感器用于采集电机负载扭矩并输送给电机控制器；所述电机控制器用于调控力矩电机的输入电压；所述第一、二固定铰接轴线平行而处于一个共有平面，所述共有平面与所述水平面呈设定角度，以使所述菇盖接触面的朝向在所述夹爪移动时始终保持不变。/n

【技术特征摘要】
1.一种双孢菇采摘机器人的末端执行器，其特征在于，包括：连接壳体、力矩电机、夹持机构、电机控制器、扭矩传感器；所述夹持机构包括左右对称设置的两个夹爪机构，夹爪机构包括平行四边形连杆机构和夹爪，定义左右方向为两个夹爪对合夹持的夹持方向，左右方向延伸的平面为水平面；所述平行四边形连杆机构包括：主动杆、从动杆、输出杆，主动杆、从动杆分别与连接壳体铰接，主动杆、从动杆与连接壳体铰接的铰接轴线为第一、二固定铰接轴线；所述夹爪固定在输出杆上，夹爪具有菇盖接触面，菇盖接触面的朝向为朝左或朝右，用于与菇盖的侧面配合；所述力矩电机与用于向所述主动杆输入扭矩，带动所述夹爪左右移动以夹持/放松菇盖；所述扭矩传感器用于采集电机负载扭矩并输送给电机控制器；所述电机控制器用于调控力矩电机的输入电压；所述第一、二固定铰接轴线平行而处于一个共有平面，所述共有平面与所述水平面呈设定角度，以使所述菇盖接触面的朝向在所述夹爪移动时始终保持不变。


2.根据权利要求1所述的双孢菇采摘机器人的末端执行器，其特征在于，所述力矩电机为直流电机，所述电机控制器包括处理器、储存器；所述存储器中存储有夹持控制程序，夹持控制程序包括执行以下步骤的指令：
S01：启动：接收到采摘指令，控制直流电机在设定电压下启动，驱动夹持机构的夹爪合拢，当电机的负载扭矩超限，即判断出夹持机构的夹爪接触到菇盖且电机堵转，进入S02；
S02：目标设定：根据预先获得的电机堵转时夹持机构主动杆与夹持方向的夹角、夹持力阈值、电机负载扭矩阈值与输入电压阈值之间的关系，根据采集到的当前堵转时的夹持机构主动杆与夹持方向的夹角，获得与夹持力阈值对应的输入电压阈值以及电机负载阈值，进入S03；
S03：增压增扭：以输入电压阈值的上限值作为输入电压目标值，每次以设定量调控当前输入电压增大，进入S04；
S04：增压监控1：每次增大输入电压后，判断扭矩传感器采集到电机负载扭矩是否高于电机负载扭矩阈值下限值设定余量，若是，停止调控并维持当前输入电压，进入S06；否则进入S05；
S05：增压监控2：判断当前输入电...

【专利技术属性】
技术研发人员：姬江涛，朱雪峰，赵凯旋，金鑫，马淏，孙经纬，
申请(专利权)人：河南科技大学，
类型：发明
国别省市：河南;41