一种可感知夹紧力的球状水果采摘执行器制造技术

本发明专利技术公开了一种可感知夹紧力的球状水果采摘执行器，包括手臂、夹爪和压力传感器，其特征在于，还设有旋转座和套在夹爪上的导向外壳，所述夹爪由多个沿圆周均匀分布的夹持副组成，所述夹持副包括弹性指柄、夹指和凸台触点，压力传感器一一对应的安装在凸台触点的顶端或底端；夹爪在丝杆机构的带动下，沿导向外壳做轴向运动，从而实现张开和合拢。本发明专利技术球状水果采摘执行器可以感知夹紧力，并适用于球状果实的采摘，通过凸台触点的设计，可确保传感器的感应区域落在夹爪与果实接触的部位，使检测结果精准；同时通过导向外壳和夹爪弹性指柄的设计，仅利用直线驱动机构即可实现对夹爪张开和合拢的控制，驱动方式简易，易于维护且控制精准。制精准。制精准。

【技术实现步骤摘要】
一种可感知夹紧力的球状水果采摘执行器


[0001]本专利技术涉及农业机器人
，具体为一种可感知夹紧力的球状水果采摘执行器。

技术介绍

[0002]果实采收具有较强的季节性，而且劳动强度大，采收成本在果实生产总成本中占据较大比重。球状的水果有苹果、梨子、柑桔、猕猴桃、小香瓜、火龙果等等；球状的蔬菜有西红柿、灯笼椒等等。这些果实的采摘，目前都是依赖人工。随着城市化进程的加速，农村劳动力短缺，采收环节制约了相关产业的发展。目前国内外都在开展果实智能采收相关技术与装备研发，其中采摘末端执行器是关键技术之一。新鲜果实含水量较高，采收时需要轻拿轻放，但是自然生长的果实外形不规则、大小尺寸不一，种种因素对采摘末端执行器提出了较高的要求。现有技术中也因此产生了各式各样形状结构的采摘器，以期通过对末端执行器开合的精密控制实现无损采摘果实，但现有的采摘执行器大多设计复杂，一般难以兼顾夹爪与果实形状契合、适用性强和准确检测夹紧力及简易驱动。

技术实现思路

[0003]本专利技术的技术目的是针对现有技术中的不足，设计一种新型的球状水果采摘执行器，在具有可感知夹紧力功能的前提下，改善现有技术。
[0004]为实现上述技术目的，本专利技术提供的技术方案包括：方案一：一种可感知夹紧力的球状水果采摘执行器，包括手臂、夹爪和压力传感器，其特征在于：所球状水果采摘执行器还设有旋转座和套在夹爪上的导向外壳；所述导向外壳通过旋转座与手臂连接，手臂内部安装有扭转电机，夹爪夹住果实后通过所述扭转电机控制旋转座连带导向外壳和夹爪一同转动，将果实的果梗扭断；所述夹爪由多个沿圆周均匀分布的夹持副组成，所述夹持副包括弹性指柄、夹指和多个凸台触点，压力传感器一一对应的安装在所述凸台触点顶端或底端，且感应区形状与所述凸台触点的端面形状一致；夹爪通过丝杆机构带动，沿着导向外壳的轴向做直线往复运动，从而实现对其张开和合拢动作的控制；所述导向外壳设有上下贯通的壳腔，导向外壳壳腔的下部设有渐扩的锥形孔；所述丝杆机构的螺杆竖立在导向外壳中，由螺杆电机控制转动；所述弹性指柄的上部伸入导向外壳中，与丝杆机构的移动螺母固定连接，下部伸出导向外壳，并向外弯折张开；所述夹指的上部为连接部，用于与弹性指柄固定连接，下部为夹持部，所述夹持部呈向内弯曲的圆弧形，凸台触点安装在所述夹持部的内表面，且所述夹持部的内表面至少设有上、下两个凸台触点，两凸台触点分别位于夹指最外端的上、下两侧，所述的夹指最外端是指夹指距离丝杠机构螺杆中轴线最远处的部位，或者说夹持部向内弯曲的拐点。
[0005]在上述方案的基础上，进一步改进或优选的方案还包括：进一步的，所述导向外壳通过法兰管连接件与旋转座连接，所述的法兰管连接件包括一段圆管和一直径大于所述圆管外径的圆平台；圆管固定连接在圆平台的下方，且下部插入导向外壳内，并与导向外壳的壳壁固定连接；所述丝杆机构的螺杆电机固定安装在所述圆平台的上方，圆平台的中部设有容螺杆穿过的通孔；所述旋转座的底部设有向外凸起的法兰凸缘，用于连接所述法兰管连接件的圆平台，所述手臂的壳体的下部设有插入旋转座壳体的轴管；旋转座通过轴承与所述轴管连接，扭转电机工作时，二者发生相对转动。
[0006]进一步的，所述螺杆电机安装在圆平台的中部，其外围架设有几字座，所述几字座的顶部设有连接旋转电机输出轴的顶板，底部设有向外翻折的折边，几字座通过折边与圆平台固定连接，螺杆电机设置在所述顶板与圆平台之间。
[0007]进一步的，所述导向外壳锥形孔的侧壁开设有若干条直线型导向槽，所述直线型导向槽与夹指一一对应，且槽宽与弹性指柄的宽度相等，所述直线型导向槽的上端延伸至锥形孔的上沿，下端延伸至锥形孔的下沿，当弹性指柄与锥形孔贴合时，嵌在所述导向槽中。
[0008]进一步的，所述压力传感器为圆片状的薄膜力传感器。
[0009]方案二：一种可感知夹紧力的球状水果采摘执行器，包括手臂、夹爪和压力传感器，其特征在于：所述球状水果采摘执行器还设有旋转座、导向外壳和法兰管连接件；所述导向外壳套在所述夹爪上，二者通过法兰管连接件与旋转座的底部连接，旋转座的顶部则通过轴承与手臂连接，所述手臂的壳体内部安装有扭转电机，在夹爪夹住果实后，通过所述扭转电机带动旋转座、导向外壳和夹爪一同转动，将果实的果梗扭断；所述夹爪由多个沿圆周均匀分布的夹持副组成，所述的夹持副包括弹性指柄、夹指和凸台触点，压力传感器一一对应的安装在所述凸台触点的顶端或底端，且其感应区的形状与所述凸台触点的端面形状一致，用于检测夹爪对果实的夹紧力；所述的法兰管连接件包括一段圆管和一直径大于所述圆管外径的圆平台，所述圆管固定连接在圆平台的下方，下部插入导向外壳，一位于所述圆管旁侧的齿轮电机通过电机支座固定在所述圆平台的下方；所述齿轮电机用于通过齿轮传动机构带动导向外壳沿着法兰管连接件的圆管做轴向运动，以控制夹爪的张开或合拢；所述导向外壳设有上下贯通的壳腔，其壳腔的下部设有渐扩的锥形孔，弹性指柄的上部通过导向外壳伸入法兰管连接件的圆管中，并与圆管的侧壁固定连接，下部位于导向外壳的外侧，并向外弯折张开；所述夹指的上部为连接部，用于与弹性指柄固定连接，下部为夹持部，所述夹持部呈向内弯曲的圆弧形，凸台触点安装在所述夹持部的内表面，且所述夹持部的内表面至少设有上、下两个凸台触点，两凸台触点分别位于夹指最外端的上下两侧，所述的夹指最外端是指夹指距离导向外壳中轴线最远处的部位，或者说夹持部向内弯曲的拐点。
[0010]进一步的，所述法兰管连接件的圆管的外壁上开有一轴向滑槽，所述轴向滑槽中安装有齿条；所述导向外壳壳腔的上部为圆柱形的通孔，其侧壁与齿条的下部固定连接；所
述齿轮电机的输出轴上安装有与齿条啮合的驱动齿轮，在齿轮电机的驱动下，齿条带动导向外壳沿着所述滑槽内做直线往复运动。
[0011]进一步的，旋转座底部设有向外凸起的法兰凸缘，用于连接所述法兰管连接件的圆平台，旋转座顶板设有环形端盖；所述手臂的壳体的下部设有插入旋转座的轴管，旋转座通过轴承与所述轴管连接；所述轴承的外圈与旋转座的内壁贴合，上、下两端分别通过所述环形端盖和套筒固定，轴承的内圈卡在所述轴管的轴肩上，下方通过卡簧固定；所述套筒的外侧壁与旋转座的内壁贴合，设置在轴承外圈和所述圆平台之间；所述旋转电机的电机输出轴与圆平台键连接，通过圆平台控制导向外壳和夹爪一同转动。
[0012]进一步的，述导向外壳锥形孔的侧壁开设有若干条直线型导向槽，所述直线型导向槽与夹指一一对应，且槽宽与弹性指柄的宽度相等，所述直线型导向槽的上端延伸至锥形孔的上沿，下端延伸至锥形孔的下沿，当弹性指柄与锥形孔贴合时，嵌在所述直线型导向槽中。
[0013]进一步的，所述压力传感器为圆片状的薄膜力传感器。
[0014]有益效果：1）本专利技术球状水果采摘执行器通过导向外壳和夹爪弹性指柄的设计，仅利用直线往复运动驱动机构即可实现对夹爪张开和合拢的控制，驱动方式简易，并且控制精准，容易实现一边收拢一边检测，确保夹牢果实的同时避免损伤水果，与本领域常用的一步到位的气动夹爪相比，可以有效的减少本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可感知夹紧力的球状水果采摘执行器，包括手臂（101）、夹爪和压力传感器（106），其特征在于：所球状水果采摘执行器还设有旋转座（102）和套在夹爪上的导向外壳（103）；所述导向外壳（103）通过旋转座（102）与手臂（101）连接，手臂（101）内部安装有扭转电机（113），夹爪夹住果实后通过所述扭转电机（113）控制旋转座（102）连带导向外壳（103）和夹爪一同转动，将果实的果梗扭断；所述夹爪由多个沿圆周均匀分布的夹持副组成，所述夹持副包括弹性指柄（105）、夹指（105）和多个凸台触点（107），所述压力传感器（106）一一对应的安装在凸台触点（107）的顶端或底端，且感应区形状与所述凸台触点（107）的端面形状一致；夹爪通过丝杆机构带动，沿着导向外壳（103）的轴向做直线往复运动，实现对夹爪张开和合拢动作的控制；所述导向外壳（103）设有上下贯通的壳腔，导向外壳（103）壳腔的下部设有渐扩的锥形孔；所述丝杆机构的螺杆竖立在导向外壳（103）中，由螺杆电机（116）控制转动；所述弹性指柄（104）的上部伸入导向外壳（103）中，与丝杆机构的移动螺母（112）固定连接，下部伸出导向外壳（103），并向外弯折张开；所述夹指（105）的上部为连接部，用于与弹性指柄（104）固定连接，下部为夹持部，所述夹持部呈向内弯曲的圆弧形，凸台触点（107）安装在所述夹持部的内表面，且所述夹持部的内表面至少设有上、下两个凸台触点（107），所述的上、下两个凸台触点（107）分别位于夹指（105）最外端的上、下两侧，所述的夹指（105）最外端是指夹持部距离丝杠机构螺杆中轴线最远处的部位，或者说夹持部向内弯曲的拐点。2.根据权利要求1所述的一种可感知夹紧力的球状水果采摘执行器，其特征在于：所述导向外壳（103）通过法兰管连接件（110）与旋转座（102）连接，所述的法兰管连接件（110）包括一段圆管和一直径大于所述圆管外径的圆平台；圆管固定连接在圆平台的下方，且下部插入导向外壳（103）内，并与导向外壳（103）的壳壁固定连接；所述丝杆机构的螺杆电机（116）固定安装在所述圆平台的上方，圆平台的中部设有容螺杆穿过的通孔；所述旋转座（102）的底部设有向外凸起的法兰凸缘，用于连接所述法兰管连接件（110）的圆平台，所述手臂（101）的壳体的下部设有插入旋转座壳体的轴管；旋转座（102）通过轴承与所述轴管连接，扭转电机（113）工作时，二者发生相对转动。3.根据权利要求2所述的一种可感知夹紧力的球状水果采摘执行器，其特征在于：所述螺杆电机（116）安装在圆平台的中部，其外围架设有几字座（108），所述几字座（108）的顶部设有连接旋转电机（113）输出轴的顶板，底部设有向外翻折的折边，几字座（108）通过折边与圆平台固定连接，螺杆电机（116）设置在所述顶板与圆平台之间。4.根据权利要求1
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3中任一项所述的一种可感知夹紧力的球状水果采摘执行器，其特征在于：所述导向外壳（103）锥形孔的侧壁开设有若干条直线型导向槽，所述直线型导向槽与夹指（105 ）一一对应，且槽宽与弹性指柄（104）的宽度相等，所述直线型导向槽的上端延伸至锥形孔的上沿，下端延伸至锥形孔的下沿，当弹性指柄（104）与锥形孔贴合时，嵌在所述导向槽中。5.根据权利要求1
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3中任一项所述的一种可感知夹紧力的球状水果采摘执行器，其特征在于：所述压力传感器为圆片状的薄膜力传感器。
6.一种可感知夹紧力的球状水果采摘执行器，包括手臂（201）、夹爪和压力传感器（211），其特征在于：所述球状水果采摘执行器还设有旋转座（202）、导向外壳（206）和法兰管连接件（205）；所述导向外壳（206...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈君，聂宇成，陈勇，于佳琳，金小俊，
申请(专利权)人：南京林业大学，
类型：发明
国别省市：