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CN101803511B - 球果采摘机器人的柔性末端执行器 - Google Patents

球果采摘机器人的柔性末端执行器 Download PDF

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鲍官军
张水波
陈亮
杨庆华
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Zhejiang University of Technology ZJUT
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Abstract

球果采摘机器人的柔性末端执行器，包括机架，所述的机架上设有抓取果蔬的手爪机构，所述的手抓机构包括底座和手指，所述的手指包括固定于所述的底座上的固定杆和与固定杆铰接的连杆，所述的连杆与一推动其相对于固定杆摆动的橡皮管连接，所述的橡皮管顶端密封、底端与一充气机构连接，所述的底座上设有至少三个手指。本发明具有对水果的大小、形状适应性好，不但能抓取果蔬，且能将果蔬与果枝分离的优点。

Description

球果采摘机器人的柔性末端执行器
技术领域
本发明涉及一种球果采摘机器人的柔性末端执行器。 
技术背景
采摘机器人的工作对象是有生命体，为了保证采摘目标不受损伤，末端执行器应具有柔性和安全性，实行柔顺控制；由于采摘对象个体差异性和形状的复杂性，要求末端执行器具有一定范围内的适应性，包括个体尺寸和目标外形的适应性；另外由于农业机器人的推广对象为农村和农民，在满足采摘作业要求的前提下应尽量降低成本。 
1985年，日本kawamura等人开发了一种气动传动3个橡胶手指的刀片式的末端执行器，用于水果采摘作业。日本N.konda等人研制的番茄收获机器人，其末端执行器是带有软衬垫的吸引器，软衬垫有缓冲作用，可以在一定程度上保护目标果实。另外，末端执行器中间设有压力传感器，可以实现柔顺的反馈控制。Monta等人为了适应新的番茄生产体系，开发了一种由4个90度间隔分布的灵活手指和一个吸引器组成的末端执行器。每个手指向内侧弯曲，缆线的另一端连接于执行件支架的末端，当支架往回运行到某一位置，四个手指便开始向内合拢。Peter P.Ling等人设计了一种主要由数字线性步进电机、4个手指和吸引器组成的果实采摘末端执行器。手指利用缆绳和筋腱使其弯曲，利用扭矩弹簧使其伸展。数字线性步进电机驱动筋腱，增强了末端执行器运动的可控性和准确性。执行器中心设置真空吸盘， 采用吸附、抓持的方式采摘目标果实。 
中国专利第200810019826.7号提供了一种果蔬收获机器人柔性采摘末端执行器，这种末端执行器主要是采用被动柔顺结构和主动柔顺控制相结合的方式实现了一种对果蔬的柔顺抓取功能，其被动柔顺结构包括真空波纹吸盘和球副组成的真空吸盘柔顺机构、指力传感器及浮动回转支承机构。该专利技术的特点是可以实现对果蔬的无损柔顺抓取，但由于真空吸盘对果蔬表皮及表面要求高，以及实现抓取的稳定性和可靠性差，同时，该专利技术中的末端执行器只能实现对果蔬的抓取功能，没有实现果枝分离的机构。 
中国专利第200810156422.2号提供了一种苹果采摘机器人的末端执行器。该执行器由夹持系统、切割系统、传感系统三部分组成。该专利可以实现对果蔬的抓取和果枝分离，但该专利的夹持系统实现对果蔬抓取的两个手指为刚性构件，虽然在刚性手指外包裹以橡胶材料，可以减少对果皮的损伤，但是由于手指的刚性特点，对水果大小及形状的适应性不强。 
发明内容
为克服现有技术对水果的大小、形状适应性差的缺点，本发明提供了一种对水果的大小、形状适应性好的球果采摘机器人的柔性末端执行器。 
球果采摘机器人的柔性末端执行器，包括机架，所述的机架上设有抓取果蔬的手爪机构，所述的手抓机构包括底座和手指，所述的手指包括固定于所述的底座上的固定杆和与固定杆铰接的连杆，所述的连杆与一推动其相对于固定杆摆动的橡皮管连接，所述的橡皮管顶端密封、底端与一充气机构连接，所述的底座上设有至少三个手指。
进一步，所述的机架上固定有导轨、可滑动地安装于导轨上的滑块、推动滑块沿导轨前后运动的气缸、和将被抓取的果蔬与其果枝分离的切断机构；所述的切断机构包括圆盘锯，所述的圆盘锯通过带传动机构与一气动马达连动，所述的圆盘锯和气动马达安装于支架上，所述的支架固定于所述的滑块上。 
进一步，所述的连杆和固定杆的朝向果蔬的一面均设有胶垫，以免损伤果蔬表皮。 
进一步，所述的气缸通过垫块固定在机架上。 
本发明的技术构思是：抓取果蔬时，对橡胶管充气，橡胶管向上顶起、推动连杆夹紧果蔬；释放果蔬时，橡胶管内的气体向外释放，橡胶管向下收缩、带动连杆远离果蔬。 
完成抓取动作后，启动气缸，使圆盘锯接近果枝，启动气动马达，圆盘锯工作、切断果枝。 
本发明具有对水果的大小、形状适应性好，不但能抓取果蔬，且能将果蔬与果枝分离的优点。 
附图说明
图1为本发明的正视图 
图2为本发明的俯视图 
图3为手爪机构的示意图 
具体实施方式
参照附图，进一步说明本发明： 
球果采摘机器人的柔性末端执行器，包括机架1，所述的机架1上设有抓取果蔬的手爪机构，所述的手抓机构包括底座21和手指22，所述的手指22包括固定于所述的底座21上的固定杆221和与固定杆221铰接的连杆222，所述的连杆222与一推动其相对于固定杆221摆动的橡皮管223连接，所述的橡皮管223顶端密封、底端与一充气机构连接，所述的底座21上设有至少三个手指22。 
所述的机架1上固定有导轨3、可滑动地安装于导轨3上的滑块4、推动滑块4沿导轨3前后运动的气缸5、和将被抓取的果蔬与其果枝分离的切断机构；所述的切断机构包括圆盘锯61，所述的圆盘锯61通过带传动机构62与一气动马达63连动，所述的圆盘锯61和气动马达63安装于支架64上，所述的支架64固定于所述的滑块4上。 
所述的连杆222和固定杆221的朝向果蔬的一面均设有胶垫224，以免损伤果蔬表皮。 
所述的气缸6通过垫块7固定在机架1上。 
本发明的技术构思是：抓取果蔬时，对橡胶管223充气，橡胶管223向上顶起、推动连杆222夹紧果蔬；释放果蔬时，橡胶管223内的气体向外释放，橡胶管223向下收缩、带动连杆222远离果蔬。 
完成抓取动作后，启动气缸5，使圆盘锯61接近果枝，启动气动马达63，圆盘锯61工作、切断果枝。 
本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。 

Claims (3)

1.球果采摘机器人的柔性末端执行器，其特征在于：包括机架，所述的机架上设有抓取果蔬的手爪机构，所述的手爪机构包括底座和手指，所述的手指包括固定于所述的底座上的固定杆和与固定杆铰接的连杆，所述的连杆与一推动其相对于固定杆摆动的橡皮管连接，所述的橡皮管顶端密封、底端与一充气机构连接，所述的底座上设有至少三个手指；
所述的机架上固定有导轨、可滑动地安装于导轨上的滑块、推动滑块沿导轨前后运动的气缸、和将被抓取的果蔬与其果枝分离的切断机构；所述的切断机构包括圆盘锯，所述的圆盘锯通过带传动机构与一气动马达连动，所述的圆盘锯和气动马达安装于支架上，所述的支架固定于所述的滑块上。
2.如权利要求1所述的球果采摘机器人的柔性末端执行器，其特征在于：所述的连杆和固定杆的朝向果蔬的一面均设有胶垫，以免损伤果蔬表皮。
3.如权利要求2所述的球果采摘机器人的柔性末端执行器，其特征在于：所述的气缸通过垫块固定在机架上。
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