[发明专利]一种夹剪一体式采摘机器人末端执行器

说明书

技术领域

    本发明涉及农业机器人领域，特别涉及一种夹剪一体式采摘机器人末端执行器。

背景技术

现有果实采摘机器人末端执行器主要包括直接剪切式、果实夹持式、果梗夹持式三个大类。直接剪切式末端执行器仅具有剪切动作，通过对果梗直接切断，使果实直接落地或通过软管等接果进行收储（Shinsuke Kitamura，Koichi Oka. Recognition and Cutting System of Sweet Pepper for Picking Robot in Greenhouse Horticulture. Proceedings of the IEEE International Conference on Mechatronics & Automation, 2005:1807-1812.）；果实夹持式末端执行器通过手指可靠夹持果实，再以切割等方式完成对果、梗的分离(M. Monta, N. Kondo, K.C. Ting. End-Effectors for Tomato Harvesting Robot. Artificial Intelligence Review, 1998, 12: 11-25;  Michael W. Hannan, Thomas F. Burks. Current Developments in Automated Citrus Harvesting. ASAE/CSAE Annual International Meeting, 2004: 1-10. )；果梗夹持式末端执行器则通过夹持并剪断果梗实现采摘(D. M. Bulanon, T. Kataoka. Fruit Detection System and an End Effector for Robotic Harvesting of Fuji Apples. Agric Eng Int: CIGR Journal, 12(1): 203-210; Seiichi  Arima, Naoshi Kondo, Hiroshi Nakamura. Development of Robotic System for Cucumber Harvesting. JARQ, 1996,30:233-238. )；其中直接切断式末端执行器结构简单，但果实落地的损伤严重，而软管接果受到植株冠层内有限空间的限制，并当多数情况下末端执行器姿态无法保证软管口位于果实正下方时，造成接果的失败；果实夹持式末端执行器夹持可靠，果实姿态稳定，利于后续果、梗分离作业和果实的回收，但保证果实损伤的柔性夹持必须基于力、滑动等感知的反馈与伺服控制，装备成本高且可靠性差，控制难度过大；果梗夹持式末端执行器有效避免了夹持对果实的损伤，对于果、梗连接力较佳的果实类型及成熟期而言，具有突出优势，但目前开发的果梗夹持式末端执行器分别由单独动力实现果梗的夹持和切割，造成末端执行器的结构与控制仍然较复杂，且作业效率和成功率受限。

发明内容

    为了克服现有温室果蔬机器人采摘后收集与温室现场运输装备的不足，本发明提供一种夹剪一体式采摘机器人末端执行器，实现机器人采摘中对果梗的夹持和剪切一体化作业。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种夹剪一体式采摘机器人末端执行器，其特征在于：所述末端执行器由单电机传动系统和夹剪一体指端结构组成，由单电机传动系统、夹剪一体指端结构组成：所述单电机传动系统包括安装座、壳体、前盖、摆杆、双向螺杆、滑套、左旋螺母、右旋螺母，电机轴端锥齿轮、螺杆轴间锥齿轮和电机；电机固定于壳体上，电机轴端锥齿轮固定于电机的输出轴上；双向螺杆具有对称的左旋和右旋两段螺纹，双向螺杆的两端通过滚动轴承支撑于壳体上，螺杆轴间锥齿轮固定于双向螺杆的左旋螺纹和右旋螺纹之间并与电机轴端锥齿轮啮合；两摆杆的一端对称铰接于壳体上，两滑套分别安装于两摆杆上并能相对于摆杆滑动，两滑套分别于左旋螺母和右旋螺母铰接，左旋螺母和右旋螺母对称安装于双向螺杆的左旋螺纹和右旋螺纹上组成螺旋传动。

所述夹剪一体指端结构包括固定板、左刀刃、左夹持面、右夹持面、螺柱、弹簧和右刀刃；左刀刃和右刀刃分别固定于两摆杆的前端，固定板与左刀刃固定，固定板上开有两互相平行的通孔，左夹持面内侧开有两互相平行的螺纹孔，两螺柱分别穿过固定板上的两通孔并旋紧于左夹持面内侧的螺纹孔内，两螺柱上位于固定板和左夹持面之间的部分分别套有弹簧。