[发明专利]一种采摘机器人末端执行器

说明书

一种采摘机器人末端执行器，包括平移夹持果梗组件和斜刀切割果梗组件，平移夹持果梗组件包括平移手指气缸、左梯形齿手指、右梯形齿手指、挡片、弹性遮光布、对射式光电开关、视觉传感器和机械臂对接件，斜刀切割果梗组件包括双杆导向气缸、切刀安装板、切刀压板和切刀。本发明主要通过气动梯形齿夹持果梗，气动斜刀伸出切断果梗的采摘动作方式，同时结合摄像头图像识别及光电开关信号来自动配合机器人完成果实采摘作业，具有结构简洁、通用性强、构件轻、无污染的优点。

技术领域

本发明属于农业果蔬自动化采摘末端执行器开发技术领域，具体涉及一种采摘机器人末端执行器。

背景技术

近年来，农业果蔬采摘机器人逐渐成为机器人领域内国内外研究开发的热点，其相关技术在国内外已取得不少成果，但大部分多停留在实验室研发阶段，距离实用化商品化还存在很大差距。其主要原因之一在于对末端执行器的研制要求较高，主要要求包括：1、机构方案要简洁小巧，重量要轻，避免繁冗的传动机构，保证整体结构的紧凑性和可靠性，提高末端执行器避障性能；2、尽量选用通用机械电气元器件，从而降低元件成本，缩短商品化实用化进程；3、传感控制方案简单可靠，同时保证在开放环境系统的鲁棒性；4、较高的采摘成功率和效率，要求末端执行器采摘动作要有效且迅速；5、避免采摘过程中损伤果实；6、提高末端执行器的通用性，具有多种果实的采摘的作业能力。

直至目前，末端执行器的采摘的方式主要有两种：动作掰拧式和刀割切断式。动作掰拧式设计相应机构先对果实进行夹持抓牢，再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，同时需要严格控制好夹持果实的力的大小，否则极易损伤果实。刀割切断式主要是利用电机驱动圆锯刀或剪刀动作直接将果梗割断，这种方法传动机构方案和控制传感系统往往比较冗繁，从而增加了系统控制的难度和机构的复杂性，增加了成本。

发明内容

本发明的针对现有技术中的不足，提供一种结构紧凑、轻便小巧、可靠耐用、控制简单、成本低廉且通用性强的果实采摘机器人末端执行器。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种采摘机器人末端执行器，其特征在于，包括平移夹持果梗组件和斜刀切割果梗组件；所述平移夹持果梗组件包括平移手指气缸、左梯形齿手指、右梯形齿手指、挡片和机械臂对接件，所述斜刀切割果梗组件包括双杆导向气缸、切刀安装板、切刀压板和切刀；所述左梯形齿手指和右梯形齿手指分别与平移手指气缸的左右平移手指固定联接，左梯形齿手指和右梯形齿手指的前部均具有梯形齿结构，所述挡片固定在左梯形齿手指的梯形齿结构的后侧，挡片阻挡在左梯形齿手指和右梯形齿手指之间，所述机械臂对接件与平移手指气缸和双杆导向气缸均固定联接，所述切刀安装板安装在双杆导向气缸的推板上，所述切刀压板将切刀固定压在切刀安装板上。

为优化上述技术方案，采取的具体措施还包括：

所述切刀安装板的底面安装在双杆导向气缸的推板上，切刀安装板的顶面设有台阶面，台阶面上开设有放置切刀的斜槽，所述切刀压板的底面设有斜凸台，所述斜凸台与斜槽相适配并通过螺钉旋紧，使切刀固定在切刀安装板和切刀压板之间。

所述机械臂对接件的后部加工预留有与采摘机械臂腕部连接的安装孔。

所述平移夹持果梗组件还包括弹性遮光布、对射式光电开关和视觉传感器。

所述对射式光电开关由发射端和接收端组成，左梯形齿手指和右梯形齿手指的梯形齿结构的下方均设有安装孔，所述发射端和接收端分别安装在左梯形齿手指和右梯形齿手指的安装孔中，发射端和接收端相互正对。

所述弹性遮光布的两端分别固定压牢在左梯形齿手指和右梯形齿手指上，弹性遮光布位于对射式光电开关的安装孔前侧。

所述视觉传感器固定在平移手指气缸的下方中间处。