一种多连杆结构的柑橘采摘末端执行器制造技术

一种多连杆结构的柑橘采摘末端执行器，包括壳体、传动机构、抓取机构和剪切机构。壳体由上层、中层、下层夹板和挡板组成；连杆机构拓扑结构由第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、左连杆和右连杆组成，第一、二、三和四连杆首尾铰接形成菱形连杆结构，菱形连杆结构的尾部铰接点与推板的前部铰接，菱形连杆结构的左侧铰接点与左连杆尾部铰接，菱形连杆结构的右侧铰接点与右连杆尾部铰接；抓取机构由弧形球体结构、左弧形球体夹片和右弧形球体夹片组成；剪切机构装在壳体上，刀刃口位于弧形球体内壳上方，与抓取机构实现联动。本发明专利技术结构简单、紧凑，可靠性强，使用单一直线驱动装置就可完成柑橘果实的抓取和剪切作业，提高了采摘效率。

【技术实现步骤摘要】
一种多连杆结构的柑橘采摘末端执行器
本专利技术涉及水果采摘领域，特别是一种多连杆结构的柑橘采摘末端执行器。
技术介绍
柑橘在我国广西地区的山林中有大面积种植，但目前柑橘采摘多以人工采摘为主，存在采摘效率低下、柑橘果实质量在采摘过程中难以保证等问题。采摘末端执行器的设计对果实采摘有着至关重要的作用，简单、可靠的果实采摘末端执行器是当前农机采摘装置的首选。但目前通用的采摘末端执行器普遍存在着成本高、易损伤果实表皮等缺陷。因此，如何能够保证在不损伤果实表皮的前提下，低成本且有效地完成果实采摘是采摘末端执行器设计的一个难点。实际中，经常存在多个柑橘果实簇状相连的情况，通用的采摘末端执行器无法完成在上述情况下对果实的精准抓取，抓手很容易触碰损伤其他果实的表皮。另外，柑橘采摘通常需要两个作业动作，一是抓取果实，二是剪断果梗，分别对应末端执行器的抓取机构和剪切机构。低成本的要求下，采摘末端执行器通常采用单一动力源的方式来驱动剪切机构剪断果梗，而使抓取机构被动地抓取果实，从而实现柑橘果实的采摘。例如，公开号为CN109328642A的中国专利技术专利就公开了一种柑橘采摘人体辅助末端执行器，包括传动机构、切割机构和抓取机构，传动机构包括第一主轴、第二主轴、直齿圆锥齿轮对、第三主轴、第四主轴以及3对交错斜齿轮对；切割机构包括圆形锯片；抓取机构包括大抓取爪、小抓取爪以及夹板。该方案通过三根机械爪将柑橘果柄梳理至圆形锯片，通过电机作为动力源，经过转轴、一对直齿圆锥齿轮和三对交错齿轮将动力传递到圆形锯片，通过圆形锯片的转动来将柑橘的果柄割断。上述方案的柑橘采摘人体辅助末端执行器，基本解决了低成本要求下对柑橘完成抓取和剪切两个动作的问题。但是，其操作方法具体为，采用固定的三根机械爪被动地将柑橘果柄梳理至圆形锯片周围，再由剪切机构完成剪切。如此作业存在以下技术问题：首先，抓取机构的宽度大于柑橘果实直径，容易造成抓取机构与所需抓取的柑橘果实周围的其他果实相干涉，进而对其他果实的表皮造成损伤；其次，切割机构完成切割之后抓取机构无法保证柑橘果实不滑落至地面造成果实损伤；最后，传动机构采用大量的齿轮传动的形式，机构庞大且较为复杂。因此，现有柑橘采摘末端执行器存在无法综合实现在单一动力源低成本的条件下，精确抓取果实且不损伤其他果实以及剪切完后果实滑落摔伤的问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是，提供一种多连杆结构的柑橘采摘末端执行器，其能够在单一动力源、不损伤抓取果实以及其他果实的前提下高效地完成柑橘的采摘。本专利技术的技术解决方案是，提供一种具有以下结构的多连杆结构的柑橘采摘末端执行器，包括壳体、传动机构、抓取机构和剪切机构；所述壳体由上层夹板、中层夹板、下层夹板以及位于上、中、下层夹板尾端的挡板组成，所述挡板同时与上、中、下层夹板固定连接；所述传动机构由推板和连杆机构拓扑结构组成，所述推板和连杆机构拓扑结构均位于中、下层夹板之间，所述推板的尾端穿过挡板上开设的长形孔后用于与直线驱动装置连接，所述连杆机构拓扑结构由第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、左连杆和右连杆组成，所述第一、第二、第三和第四连杆首尾铰接形成菱形连杆结构，菱形连杆结构的尾部铰接点同时与推板的前部铰接，菱形连杆结构的左侧铰接点同时与左连杆尾部铰接，菱形连杆结构的右侧铰接点同时与右连杆尾部铰接；所述抓取机构由弧形球体结构、左弧形球体夹片和右弧形球体夹片组成，所述弧形球体结构包括弧形球体内壳和弧形球体外壳，弧形球体内、外壳之间设有供左、右弧形球体夹片装入，并进行圆弧包裹运动从而将果实抓取的弧形腔体，所述弧形球体外壳的最大半径处设有两个相对称的左弧形通孔和右弧形通孔，所述左、右弧形球体夹片的外壁上分别设有左铰接耳和右铰接耳，所述左铰接耳穿出左弧形通孔与左连杆的前端铰接，所述右铰接耳穿出右弧形通孔与右连杆的前端铰接，所述菱形连杆结构的前部铰接点位于左、右弧形通孔之间，且同时与弧形球体外壳的最大半径处铰接；所述上、中、下层夹板的前端同时与弧形球体外壳固定连接；所述剪切机构装在壳体上，且刀刃口位于弧形球体内壳的上方，与抓取机构实现联动，用于剪断果梗；当推板在直线驱动装置的推动下向前运动时，左、右弧形球体夹片分别从弧形腔体内伸出进行圆弧包裹运动，从而将果实抓取，随后剪切机构剪断果梗。本专利技术所述的多连杆结构的柑橘采摘末端执行器，其中，所述剪切机构由剪刀、左连接件、右连接件、剪刀驱动块、导向杆和复位拉簧组成；所述剪刀位于上层夹板的顶部，其刀刃口后部的铰接点同时与上层夹板前部铰接，所述剪刀的两个刀柄后部沿前后方向均设有刀柄滑槽，所述上层夹板的后部设有两个滑槽Ⅰ，两个滑槽Ⅰ的后部均向外倾斜呈八字形；所述左连接件和右连接件均位于上、中层夹板之间，所述中层夹板的前部沿前后方向开设有两个纵向滑槽，中层夹板的后部对应八字形滑槽Ⅰ的位置处开设有八字形滑槽Ⅱ，所述左连接件和右连接件的后端均竖向铰接有一根销轴Ⅰ，两根销轴Ⅰ的下部分别插设在两个滑槽Ⅱ内，两根销轴Ⅰ的上部分别依次插设在两个滑槽Ⅰ和两个刀柄滑槽内，所述左连接件和右连接件的前端均铰接有一根销轴Ⅱ，两根销轴Ⅱ的下部分别穿过两个纵向滑槽后与剪刀驱动块固定连接；所述剪刀驱动块、导向杆和复位拉簧均位于中、下层夹板之间，所述导向杆前后方向设置，尾端固定安装在挡板上，前端穿过剪刀驱动块后露在外部，所述复位拉簧套设在导向杆上，前端与剪刀驱动块固定连接，后端与挡板固定连接；所述推板的前端设有上推片和下推片，所述菱形连杆结构的尾部铰接点与下推片前部铰接，所述上推片位于导向杆的下方，用于推动剪刀驱动块向前运动。本专利技术所述的一种多连杆结构的柑橘采摘末端执行器，其中，柑橘采摘末端执行器还包括剪刀调节机构，用于根据果实果梗粗细调节剪刀开口初始大小，同时对抓取动作和剪切动作进行延迟，使剪切动作滞后于抓取动作。本专利技术所述的一种多连杆结构的柑橘采摘末端执行器，其中，所述剪刀调节机构包括一根限位杆和两块弹性限位块，两块所述弹性限位块分别装在中层夹板底面的左右两侧，所述弹性限位块上沿前后方向开设有若干等间距分布的卡槽，所述限位杆的横截面呈椭圆形，且同时卡设在两个弹性限位块的卡槽内，所述限位杆位于剪刀驱动块的后方，用于阻挡剪刀驱动块继续向后运动。本专利技术所述的一种多连杆结构的柑橘采摘末端执行器，其中，所述弧形球体内壳的球腔圆心角为160度。本专利技术所述的一种多连杆结构的柑橘采摘末端执行器，其中，所述左弧形球体夹片和右弧形球体夹片均采用硬质弹性材料制成。采用以上结构后，与现有技术相比，本专利技术一种多连杆结构的柑橘采摘末端执行器具有以下优点：1、本专利技术通过合理的结构设计，采用在尾端安装单一直线驱动装置作为动力源来完成柑橘采摘过程中抓取果实和剪断果梗两种作业，不仅相较于使用两个电机分别完成抓取和剪切作业的末端执行器更具有成本优势，而且整体结构更加紧凑，适合于安装在机械臂末端，同时采摘效率也得以较大幅度提高；2、抓取机构以节省空间和减少果实损伤为理念进行设计，由弧形球体结构、左弧形球体夹片和右弧形球体夹片组成，弧形球体内、外本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多连杆结构的柑橘采摘末端执行器，其特征在于：包括壳体(1)、传动机构(2)、抓取机构(5)和剪切机构(4)；/n所述壳体(1)由上层夹板(1-1)、中层夹板(1-2)、下层夹板(1-3)以及位于上、中、下层夹板(1-1、1-2、1-3)尾端的挡板(1-4)组成，所述挡板(1-4)同时与上、中、下层夹板(1-1、1-2、1-3)固定连接；/n所述传动机构(2)由推板(2-1)和连杆机构拓扑结构组成，所述推板(2-1)和连杆机构拓扑结构均位于中、下层夹板(1-2、1-3)之间，所述推板(2-1)的尾端穿过挡板(1-4)上开设的长形孔(1-41)后用于与直线驱动装置连接，所述连杆机构拓扑结构由第一连杆(2-7)、第二连杆(2-8)、第三连杆(2-9)、第四连杆(2-10)、左连杆(2-2)和右连杆(2-3)组成，所述第一、第二、第三和第四连杆(2-7、2-8、2-9、2-10)首尾铰接形成菱形连杆结构，菱形连杆结构的尾部铰接点同时与推板(2-1)的前部铰接，菱形连杆结构的左侧铰接点同时与左连杆(2-2)尾部铰接，菱形连杆结构的右侧铰接点同时与右连杆(2-3)尾部铰接；/n所述抓取机构(5)由弧形球体结构、左弧形球体夹片(5-3)和右弧形球体夹片(5-4)组成，所述弧形球体结构包括弧形球体内壳(5-1)和弧形球体外壳(5-2)，弧形球体内、外壳(5-1、5-2)之间设有供左、右弧形球体夹片(5-3、5-4)装入，并进行圆弧包裹运动从而将果实抓取的弧形腔体(5-5)，所述弧形球体外壳(5-2)的最大半径处设有两个相对称的左弧形通孔(5-23)和右弧形通孔(5-21)，所述左、右弧形球体夹片(5-3、5-4)的外壁上分别设有左铰接耳(5-24)和右铰接耳(5-22)，所述左铰接耳(5-24)穿出左弧形通孔(5-23)与左连杆(2-2)的前端铰接，所述右铰接耳(5-22)穿出右弧形通孔(5-21)与右连杆(2-3)的前端铰接，所述菱形连杆结构的前部铰接点位于左、右弧形通孔(5-23、5-21)之间，且同时与弧形球体外壳(5-2)的最大半径处铰接；/n所述上、中、下层夹板(1-1、1-2、1-3)的前端同时与弧形球体外壳(5-2)固定连接；/n所述剪切机构(4)装在壳体(1)上，且刀刃口位于弧形球体内壳(5-1)的上方，与抓取机构(5)实现联动，用于剪断果梗；当推板(2-1)在直线驱动装置的推动下向前运动时，左、右弧形球体夹片(5-3、5-4)分别从弧形腔体(5-5)内伸出进行圆弧包裹运动，从而将果实抓取，随后剪切机构(4)剪断果梗。/n...

【技术特征摘要】
1.一种多连杆结构的柑橘采摘末端执行器，其特征在于：包括壳体(1)、传动机构(2)、抓取机构(5)和剪切机构(4)；
所述壳体(1)由上层夹板(1-1)、中层夹板(1-2)、下层夹板(1-3)以及位于上、中、下层夹板(1-1、1-2、1-3)尾端的挡板(1-4)组成，所述挡板(1-4)同时与上、中、下层夹板(1-1、1-2、1-3)固定连接；
所述传动机构(2)由推板(2-1)和连杆机构拓扑结构组成，所述推板(2-1)和连杆机构拓扑结构均位于中、下层夹板(1-2、1-3)之间，所述推板(2-1)的尾端穿过挡板(1-4)上开设的长形孔(1-41)后用于与直线驱动装置连接，所述连杆机构拓扑结构由第一连杆(2-7)、第二连杆(2-8)、第三连杆(2-9)、第四连杆(2-10)、左连杆(2-2)和右连杆(2-3)组成，所述第一、第二、第三和第四连杆(2-7、2-8、2-9、2-10)首尾铰接形成菱形连杆结构，菱形连杆结构的尾部铰接点同时与推板(2-1)的前部铰接，菱形连杆结构的左侧铰接点同时与左连杆(2-2)尾部铰接，菱形连杆结构的右侧铰接点同时与右连杆(2-3)尾部铰接；
所述抓取机构(5)由弧形球体结构、左弧形球体夹片(5-3)和右弧形球体夹片(5-4)组成，所述弧形球体结构包括弧形球体内壳(5-1)和弧形球体外壳(5-2)，弧形球体内、外壳(5-1、5-2)之间设有供左、右弧形球体夹片(5-3、5-4)装入，并进行圆弧包裹运动从而将果实抓取的弧形腔体(5-5)，所述弧形球体外壳(5-2)的最大半径处设有两个相对称的左弧形通孔(5-23)和右弧形通孔(5-21)，所述左、右弧形球体夹片(5-3、5-4)的外壁上分别设有左铰接耳(5-24)和右铰接耳(5-22)，所述左铰接耳(5-24)穿出左弧形通孔(5-23)与左连杆(2-2)的前端铰接，所述右铰接耳(5-22)穿出右弧形通孔(5-21)与右连杆(2-3)的前端铰接，所述菱形连杆结构的前部铰接点位于左、右弧形通孔(5-23、5-21)之间，且同时与弧形球体外壳(5-2)的最大半径处铰接；
所述上、中、下层夹板(1-1、1-2、1-3)的前端同时与弧形球体外壳(5-2)固定连接；
所述剪切机构(4)装在壳体(1)上，且刀刃口位于弧形球体内壳(5-1)的上方，与抓取机构(5)实现联动，用于剪断果梗；当推板(2-1)在直线驱动装置的推动下向前运动时，左、右弧形球体夹片(5-3、5-4)分别从弧形腔体(5-5)内伸出进行圆弧包裹运动，从而将果实抓取，随后剪切机构(4)剪断果梗。


2.根据权利要求1所述的一种多连杆结构的柑橘采摘末端执行器，其特征在于：所述剪切机构(4)由剪刀(4-1)、左连接件(4-2)、右连接件(4-3)、剪刀驱动块(2-4)、导向杆(2-5)和复位拉簧(2-6)组成；
所述剪刀(4-1)位于上层夹板(1-1)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：马书根，岑宇晖，袁建军，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