一種采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器制造技術(shù)

一種采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器，包括平移夾持果梗組件和斜刀切割果梗組件，平移夾持果梗組件包括平移手指氣缸、左梯形齒手指、右梯形齒手指、擋片、彈性遮光布、對(duì)射式光電開關(guān)、視覺傳感器和機(jī)械臂對(duì)接件，斜刀切割果梗組件包括雙桿導(dǎo)向氣缸、切刀安裝板、切刀壓板和切刀。本發(fā)明專利技術(shù)主要通過氣動(dòng)梯形齒夾持果梗，氣動(dòng)斜刀伸出切斷果梗的采摘?jiǎng)幼鞣绞剑瑫r(shí)結(jié)合攝像頭圖像識(shí)別及光電開關(guān)信號(hào)來自動(dòng)配合機(jī)器人完成果實(shí)采摘作業(yè)，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔、通用性強(qiáng)、構(gòu)件輕、無污染的優(yōu)點(diǎn)。

End effector of picking robot

A robot end effector, including translational clamping stem assembly and oblique knife cutting stem component, translational clamping stem assembly includes a shift finger cylinder, left and right fingers trapezoidal tooth trapezoidal toothed plate, elastic fingers, shade cloth, the photoelectric switch, vision sensor and manipulator docking a knife to cut the fruit stalk, cable assembly includes a pair of guide rod cylinder, cutter mounting plate, cutter and cutter plate. The invention is mainly through the pneumatic clamping trapezoidal tooth stem, pneumatic oblique knife cutting the stems of the picking out of action, combined with the camera image recognition and signal of the photoelectric switch to automatically match the fruit picking robot to complete the operation, has the advantages of simple structure, strong versatility, light component and pollution.

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
一種采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器
本專利技術(shù)屬于農(nóng)業(yè)果蔬自動(dòng)化采摘末端執(zhí)行器開發(fā)
，具體涉及一種采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器。
技術(shù)介紹
近年來，農(nóng)業(yè)果蔬采摘機(jī)器人逐漸成為機(jī)器人領(lǐng)域內(nèi)國(guó)內(nèi)外研究開發(fā)的熱點(diǎn)，其相關(guān)技術(shù)在國(guó)內(nèi)外已取得不少成果，但大部分多停留在實(shí)驗(yàn)室研發(fā)階段，距離實(shí)用化商品化還存在很大差距。其主要原因之一在于對(duì)末端執(zhí)行器的研制要求較高，主要要求包括：1、機(jī)構(gòu)方案要簡(jiǎn)潔小巧，重量要輕，避免繁冗的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，保證整體結(jié)構(gòu)的緊湊性和可靠性，提高末端執(zhí)行器避障性能；2、盡量選用通用機(jī)械電氣元器件，從而降低元件成本，縮短商品化實(shí)用化進(jìn)程；3、傳感控制方案簡(jiǎn)單可靠，同時(shí)保證在開放環(huán)境系統(tǒng)的魯棒性；4、較高的采摘成功率和效率，要求末端執(zhí)行器采摘?jiǎng)幼饕行已杆伲?、避免采摘過程中損傷果實(shí)；6、提高末端執(zhí)行器的通用性，具有多種果實(shí)的采摘的作業(yè)能力。直至目前，末端執(zhí)行器的采摘的方式主要有兩種：動(dòng)作掰擰式和刀割切斷式。動(dòng)作掰擰式設(shè)計(jì)相應(yīng)機(jī)構(gòu)先對(duì)果實(shí)進(jìn)行夾持抓牢，再利用腕關(guān)節(jié)的兩個(gè)垂直方向上的轉(zhuǎn)動(dòng)來模擬人掰擰果柄的動(dòng)作，其作業(yè)的對(duì)象要求果柄易于與果枝分離，同時(shí)需要嚴(yán)格控制好夾持果實(shí)的力的大小，否則極易損傷果實(shí)。刀割切斷式主要是利用電機(jī)驅(qū)動(dòng)圓鋸刀或剪刀動(dòng)作直接將果梗割斷，這種方法傳動(dòng)機(jī)構(gòu)方案和控制傳感系統(tǒng)往往比較冗繁，從而增加了系統(tǒng)控制的難度和機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性，增加了成本。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種結(jié)構(gòu)緊湊、輕便小巧、可靠耐用、控制簡(jiǎn)單、成本低廉且通用性強(qiáng)的果實(shí)采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)采用以下技術(shù)方案：一種采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器，其特征在于，包括平移夾持果梗組件和斜刀切割果梗組件；所述平移夾持果梗組件包括平移手指氣缸、左梯形齒手指、右梯形齒手指、擋片和機(jī)械臂對(duì)接件，所述斜刀切割果梗組件包括雙桿導(dǎo)向氣缸、切刀安裝板、切刀壓板和切刀；所述左梯形齒手指和右梯形齒手指分別與平移手指氣缸的左右平移手指固定聯(lián)接，左梯形齒手指和右梯形齒手指的前部均具有梯形齒結(jié)構(gòu)，所述擋片固定在左梯形齒手指的梯形齒結(jié)構(gòu)的后側(cè)，擋片阻擋在左梯形齒手指和右梯形齒手指之間，所述機(jī)械臂對(duì)接件與平移手指氣缸和雙桿導(dǎo)向氣缸均固定聯(lián)接，所述切刀安裝板安裝在雙桿導(dǎo)向氣缸的推板上，所述切刀壓板將切刀固定壓在切刀安裝板上。為優(yōu)化上述技術(shù)方案，采取的具體措施還包括：所述切刀安裝板的底面安裝在雙桿導(dǎo)向氣缸的推板上，切刀安裝板的頂面設(shè)有臺(tái)階面，臺(tái)階面上開設(shè)有放置切刀的斜槽，所述切刀壓板的底面設(shè)有斜凸臺(tái)，所述斜凸臺(tái)與斜槽相適配并通過螺釘旋緊，使切刀固定在切刀安裝板和切刀壓板之間。所述機(jī)械臂對(duì)接件的后部加工預(yù)留有與采摘機(jī)械臂腕部連接的安裝孔。所述平移夾持果梗組件還包括彈性遮光布、對(duì)射式光電開關(guān)和視覺傳感器。所述對(duì)射式光電開關(guān)由發(fā)射端和接收端組成，左梯形齒手指和右梯形齒手指的梯形齒結(jié)構(gòu)的下方均設(shè)有安裝孔，所述發(fā)射端和接收端分別安裝在左梯形齒手指和右梯形齒手指的安裝孔中，發(fā)射端和接收端相互正對(duì)。所述彈性遮光布的兩端分別固定壓牢在左梯形齒手指和右梯形齒手指上，彈性遮光布位于對(duì)射式光電開關(guān)的安裝孔前側(cè)。所述視覺傳感器固定在平移手指氣缸的下方中間處。本專利技術(shù)的有益效果是：1、結(jié)構(gòu)小巧緊湊，重量輕，避障性好；2、動(dòng)力來源于氣壓驅(qū)動(dòng)，動(dòng)作迅速、器件重量輕，動(dòng)作幅度與作用力均方便選型與設(shè)定，可省掉多種成本較高的控制夾持力的力學(xué)傳感器和控制刀片伸縮的行程位置開關(guān)，簡(jiǎn)化了控制結(jié)構(gòu)，降低了成本和控制難度；3、梯形齒結(jié)構(gòu)保證果梗夾持可靠，斜刀伸縮切斷果梗效率高，切斷果柄后雙指可繼續(xù)夾持下段果梗，將果實(shí)放置收集裝置中，防止果實(shí)斷梗后就跌落而受到損傷；4、智能程度高，視覺傳感器用于果實(shí)位置的圖像采集，光電傳感器自動(dòng)檢測(cè)果實(shí)到位信息；5、通用性強(qiáng)，可以采摘葡萄，也可采摘蘋果、柑橘等果實(shí)。附圖說明圖1是本專利技術(shù)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本專利技術(shù)的局部剖視圖。圖3是本專利技術(shù)的局部放大圖。附圖標(biāo)記如下：1-雙桿導(dǎo)向氣缸，2-切刀安裝板，3-切刀壓板，4-切刀，5-左梯形齒手指，6-擋片，7-彈性遮光布，8-對(duì)射式光電開關(guān)，9-右梯形齒手指，10-視覺傳感器，11-平移手指氣缸，12-機(jī)械臂對(duì)接件，13-斜槽，14-斜凸臺(tái)。具體實(shí)施方式現(xiàn)在結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。如圖1-3所示，采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器包括平移夾持果梗組件和斜刀切割果梗組件，平移夾持果梗組件包括平移手指氣缸11、左梯形齒手指5、右梯形齒手指9、擋片6、彈性遮光布7、對(duì)射式光電開關(guān)8、視覺傳感器10和機(jī)械臂對(duì)接件12，斜刀切割果梗組件包括雙桿導(dǎo)向氣缸1、切刀安裝板2、切刀壓板3和切刀4。機(jī)械臂對(duì)接件12分別與平移手指氣缸11和雙桿導(dǎo)向氣缸1通過螺釘固定聯(lián)接，并且在機(jī)械臂對(duì)接件12的后部加工預(yù)留有與采摘機(jī)械臂腕部連接的螺紋腰形安裝孔。左梯形齒手指5、右梯形齒手指9分別與平移手指氣缸11的左右平移手指通過螺釘旋緊固定聯(lián)接，左梯形齒手指5、右梯形齒手指9分別在前部對(duì)應(yīng)位置加工有梯形齒結(jié)構(gòu)，以保證果梗被夾持后且不會(huì)前后上下滑動(dòng)，保證切刀4能夠有效割斷果梗并夾住剩余果梗，在機(jī)器人的帶動(dòng)下將果實(shí)放入收集筐。對(duì)射式光電開關(guān)8由發(fā)射端和接收端組成，分別安裝在左梯形齒手指5、右梯形齒手指9的梯形齒結(jié)構(gòu)的下方對(duì)應(yīng)位置的安裝孔內(nèi)，且相互正對(duì)。擋片6通過螺釘旋緊固定在左梯形齒手指5梯形齒結(jié)構(gòu)后側(cè)，用來?yè)踝」＃乐共烧俣冗^快時(shí)果梗沖過夾持區(qū)域。彈性遮光布7兩端分別通過螺釘固定壓牢在左梯形齒手指5與右梯形齒手指9上的對(duì)射式光電開關(guān)8安裝孔的前側(cè)。實(shí)際采摘作業(yè)時(shí)，在采摘機(jī)械臂的帶動(dòng)下逐漸接近目標(biāo)果梗，果梗進(jìn)入兩手指之間后，會(huì)將彈性遮光布7推長(zhǎng)變形，直到遮斷對(duì)射式光電開關(guān)8的光信號(hào)，即對(duì)射式光電開關(guān)8的信號(hào)狀態(tài)會(huì)發(fā)生改變，從而使機(jī)器人得到目標(biāo)采摘果實(shí)到位的信息。視覺傳感器10通過螺釘固定安裝在平移手指氣缸11下方中間處，使得所獲取圖像的果實(shí)坐標(biāo)軸與實(shí)際采摘點(diǎn)坐標(biāo)軸對(duì)齊，減少后期采摘作業(yè)運(yùn)動(dòng)控制的糾偏量。切刀安裝板2的背面通過螺釘旋緊安裝在雙桿導(dǎo)向氣缸1的推板上，切刀安裝板2的正面設(shè)有臺(tái)階面，在臺(tái)階面上開有放置切刀4的斜槽13。切刀壓板3下底面加工出一斜凸臺(tái)14，位置與切刀安裝板2放置切刀4的斜槽13對(duì)應(yīng)，并通過螺釘旋緊將切刀3壓牢在切刀安裝板2和切刀壓板3之間，完成切刀4的安裝固定，這樣，切刀4傾斜地安裝固定在切刀安裝板2與切刀壓板3之間，實(shí)現(xiàn)了刀刃斜向割果柄的動(dòng)作，保證了割斷果梗的成功率和延長(zhǎng)刀片壽命。下面針對(duì)具體實(shí)施中相應(yīng)的結(jié)構(gòu)選材與選型做具體說明：平移手指氣缸11選用型號(hào)：HFZ-20D（二指平移氣缸：缸徑20mm，行程10mm，附磁石）；雙桿導(dǎo)向氣缸1選用型號(hào)：TN16×20（雙桿雙軸氣缸：缸徑16，行程20mm，附磁石）；機(jī)械臂對(duì)接件12、左梯形齒手指5、右梯形齒手指9、切刀安裝板2、切刀壓板3均選擇強(qiáng)度相對(duì)較高且密度較小的鋁合金材料（型號(hào)2A12）為毛坯料進(jìn)行加工制造；擋片6選用強(qiáng)度更高的Q235冷軋板經(jīng)鈑金工藝制成；切刀4選用YG8鎢鋼刀片；對(duì)射式光電開關(guān)8選用0.3W3mm波長(zhǎng)850nm紅外線對(duì)射管LED二極管；彈性遮光布7選用10mm寬的彈力橡筋帶；視覺傳感器10選用微型高清CCD攝像頭。本專利技術(shù)的工作原理如下：初始狀態(tài)下左本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器，其特征在于，包括平移夾持果梗組件和斜刀切割果梗組件；所述平移夾持果梗組件包括平移手指氣缸（11）、左梯形齒手指（5）、右梯形齒手指（9）、擋片（6）和機(jī)械臂對(duì)接件（12），所述斜刀切割果梗組件包括雙桿導(dǎo)向氣缸（1）、切刀安裝板（2）、切刀壓板（3）和切刀（4）；所述左梯形齒手指（5）和右梯形齒手指（9）分別與平移手指氣缸（11）的左右平移手指固定聯(lián)接，左梯形齒手指（5）和右梯形齒手指（9）的前部均具有梯形齒結(jié)構(gòu)，所述擋片（6）固定在左梯形齒手指（5）的梯形齒結(jié)構(gòu)的后側(cè)，擋片（6）阻擋在左梯形齒手指（5）和右梯形齒手指（9）之間，所述機(jī)械臂對(duì)接件（12）與平移手指氣缸（11）和雙桿導(dǎo)向氣缸（1）均固定聯(lián)接，所述切刀安裝板（2）安裝在雙桿導(dǎo)向氣缸（1）的推板上，所述切刀壓板（3）將切刀（4）固定壓在切刀安裝板（2）上。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器，其特征在于，包括平移夾持果梗組件和斜刀切割果梗組件；所述平移夾持果梗組件包括平移手指氣缸（11）、左梯形齒手指（5）、右梯形齒手指（9）、擋片（6）和機(jī)械臂對(duì)接件（12），所述斜刀切割果梗組件包括雙桿導(dǎo)向氣缸（1）、切刀安裝板（2）、切刀壓板（3）和切刀（4）；所述左梯形齒手指（5）和右梯形齒手指（9）分別與平移手指氣缸（11）的左右平移手指固定聯(lián)接，左梯形齒手指（5）和右梯形齒手指（9）的前部均具有梯形齒結(jié)構(gòu)，所述擋片（6）固定在左梯形齒手指（5）的梯形齒結(jié)構(gòu)的后側(cè)，擋片（6）阻擋在左梯形齒手指（5）和右梯形齒手指（9）之間，所述機(jī)械臂對(duì)接件（12）與平移手指氣缸（11）和雙桿導(dǎo)向氣缸（1）均固定聯(lián)接，所述切刀安裝板（2）安裝在雙桿導(dǎo)向氣缸（1）的推板上，所述切刀壓板（3）將切刀（4）固定壓在切刀安裝板（2）上。2.如權(quán)利要求1所述的一種采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器，其特征在于：所述切刀安裝板（2）的底面安裝在雙桿導(dǎo)向氣缸（1）的推板上，切刀安裝板（2）的頂面設(shè)有臺(tái)階面，臺(tái)階面上開設(shè)有放置切刀（4）的斜槽（13），所述切刀壓板（3）的底面設(shè)有斜凸臺(tái)（...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：楊文亮，吳京秋，馮虎，郁漢琪，史建俊，徐有峰，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：南京工程學(xué)院，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：江蘇,32