[发明专利]一种苹果采摘机器人的末端执行器

说明书

技术领域

本发明涉及农业果蔬采摘机器人末端执行器的开发领域，特别是苹果采摘机器人的末端执行器的技术领域。

背景技术

末端执行器是农业果蔬采摘机器人的重要组成部分，它安装在机械手的末端，在进行采摘作业时，先由机械臂将末端执行器移动至果实相应的采摘点处，再由末端执行器完成采摘果实的任务。国外农业机器人发展比较迅速，采摘机器人的研究和开发经历了20多年，取得了不少成果。但离实用化和商品化还有一定的距离，其主要原因之一在于对末端执行器的研制要求较高。一是智能化程度要高，保证采摘率和成功率。二是要求控制好末端执行器的成本，能使广大用户接受。三是在保证智能化的同时降低控制系统的复杂性，利于农民操作。四是要求机构在保证小巧(提高避障能力)的同时其可靠性、强度要高。五是提高通用性，使一种末端执行器能采摘多种水果。目前，实现采摘的方式主要有两种，第一种是利用腕关节的两个垂直方向上的转动来模拟人掰拧果柄的动作，其作业的对象要求果柄易于与果枝分离，限制了其通用性。第二种是利用吸盘把果实吸牢，再利用剪刀将果柄剪断，这种方法需要检测好果柄的位置，并要精确的调整好末端执行器的姿态，从而增加了系统控制的难度和机构的复杂性。Peter P.Ling等人设计了一种4个手指的末端执行件(Ling，P.Sensing andend-effector for a robotic tomato ha---rvester[R].ASer，No.043088.)。该末端执行件主要由数字线性步进电机、4个手指和吸引器组成。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，增强了末端执行件运动的可控性和精确性。在手指的选材上，选择了轻便且硬度好的材料。但是，其耐劳性不是很理想。应再考虑质量和抗疲劳性，以达到更理想的效果，另外其由于采用了数字线性步进电机使成本偏高，很大程度上影响了实用化和商品化。

发明内容

本发明的目的是要提供一种苹果采摘机器人的末端执行器，其采摘方式简单可靠，执行通用性好，在保证采摘智能化的同时控制系统难度低，成本低廉。可满足苹果及其他球状果实采摘机器人的需要，对实现果实采摘机器人的实用化和商品化大有裨益。

本发明的技术方案是：

一种苹果采摘机器人的末端执行器主要由夹持系统、切割系统、传感系统三部分组成。

夹持系统由双作用微型气缸5、活塞杆7、挺杆8、销轴9、左手指21、右手指20、手指支架6、手指转轴25组成；双作用微型气缸5可驱动与活塞杆7螺纹连接的挺杆8进行伸缩运动，挺杆8末端开有光滑小孔，在两手指末端有与销轴9同宽的滑槽，销轴9同时穿过挺杆8的小孔和两手指的滑槽，使得挺杆8进行直线伸缩运动时，可通过销轴9带动两手指绕其手指转轴25进行摆动。通过此结构把活塞杆7的直线伸缩运动转换为左右手指21、20的摆动，实现手指抓放苹果的合开动作。设计的手指内部轮廓与苹果轮廓相拟和，并在其表面先覆有一定厚度的海绵材料16，再用橡胶材料17进行包裹，这样避免了在抓握苹果擦伤果实，同时增加了抓牢苹果所需的摩擦力。

切割系统由12伏直流电机1、微型蜗轮蜗杆减速机构2、钢丝绕盘3、钢丝绳4、滚轮组1’10、滚轮组2’23、切割转盘12，刀架14和楔形刀片19组成，12伏直流电机1经过微型蜗轮蜗杆机构2减速，在蜗轮轴上平键连接，钢丝转盘3缠绕钢丝绳4，钢丝绳4绕过滚轮组2’23和滚轮组1’10，在切割转盘12上按螺纹轨道缠绕并将钢丝绳4与刀架14固结。这里为保证钢丝在手指开合的过程中始终张紧且又不干涉手指的开合，选取了在手指转轴25轴线处放置滚轮组1’10。楔形刀片19与刀架14是可拆卸连接，更换刀片方便。其中滚轮组1’10、滚轮组2’23也可由软管架1’26、软管27、软管架2’28代替，分别组成钢丝滚轮传动和钢丝软管传动，通过这两种传动方式把12伏直流电机1的转矩传递给楔形刀片19，使其绕手指外廓周向旋转，从而将位于手指周向上任意位置的苹果柄割断。