[发明专利]一种番茄吸附夹持同步采摘机械手末端执行器

说明书

技术领域

本发明涉及农业采摘机器人领域，具体地，涉及一种番茄吸附夹持同步采摘机械手末端执行器。

背景技术

随着我国大棚番茄种植技术推广，种植面积及年产量越来越大，番茄的果实营养丰富，具特殊风味，可以生食、煮食、加工番茄酱、汁或整果罐藏，成为人们的主要蔬菜之一，目前我国番茄的收获完全依靠人工采摘，在我国番茄的人工收获作业量大，劳动强度高，效率低，随着我国城镇化进程和人口的老龄化，农村劳动力不足现象日趋明显，研究并推广番茄自动化收获技术，成为现阶段亟待解决的问题。

番茄2～5个成束生长、相互触碰，采摘过程中末端执行器难以以理想姿态接近和夹持果实，极易造成夹持的失败和相邻果实的损伤，番茄采收时应轻摘轻放，摘时最好不带果蒂，以防装运中果实相互被刺伤，目前对于番茄采摘机器人研究中有通过吸盘首先吸持住番茄并将其拉离果束，再夹持果实旋转分离果梗的采摘方法，但是番茄果梗采用扭断或拉断方式均需很长时间，据试验数据分析折断果梗是最省力的方式，所以该扭断果梗的方法采摘效率太低。

番茄采摘机器人的机械手末端执行器是安装在机械臂前端，直接与番茄相接触，是采摘的关键执行部分。机械手末端执行器对于作业对象与环境的柔嫩性、不规则性和复杂多变性的适应能力决定了果实采摘的效率和成功率，因此需要一种番茄吸附夹持同步采摘机械手末端执行器，而目前这种采摘机械手末端执行器市场上是没有的。番茄采摘机械手末端执行器的机构参数将严重影响采摘效率和成功率，其研究发展对提高农业生产效率及番茄的市场价值均起着至关重要的作用。

发明内容

针对上述现有技术中的缺陷，本发明提供一种番茄吸附夹持同步采摘机械手末端执行器，克服现有番茄手工采摘效率低、机械化程度低的缺陷，本发明采用吸拉果实同步夹持，然后摆动折断果梗的采摘方式，解决了番茄采摘效率低的技术难题。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种番茄吸附夹持同步采摘机械手末端执行器，是由安装底座、一号气缸、二号汽缸、吸盘气缸、U型支架、弹簧支架、弹簧、仿形手指结构、吸盘、手指压盘和伸缩气缸轴组成的，所述的仿形手指结构包括左仿形手指、压力传感器、转轴、左手指半圆压板、右手指半圆压板和右仿形手指，其特征是：所述安装底座与机械臂连接，所述一号气缸和二号汽缸垂直于安装底座安装，所述一号气缸和二号汽缸的轴端与U型支架连接，所述吸盘气缸安装在U型支架上，所述弹簧支架安装在U型支架两端，所述弹簧一端与弹簧支架连接，另一端与仿形手指结构连接，所述吸盘安装在伸缩气缸轴末端上，所述手指压盘安装在伸缩气缸轴；所述左仿形手指通过转轴与U型支架连接，所述压力传感器粘附在左仿形手指表面，所述左手指半圆压板设置在左仿形手指末端，所述右手指半圆压板设置在右仿形手指末端，所述左手指半圆压板和右手指半圆压板拼合成圆形，所述右仿形手指通过转轴与U型支架连接。

优选地，所述左手指半圆压板和右手指半圆压板拼合成圆形直径为8.5mm，所述伸缩气缸轴外径为8mm。

优选地，所述手指压盘外径为10mm，距离吸盘有15mm。

更优选地，所述左仿形手指和右仿形手指内表面都附有3mm的软硅胶材料。

具体的，所述弹簧原长状态使左仿形手指和右仿形手指开口距离为90mm。

本发明一种番茄吸附夹持同步采摘机械手末端执行器的工作过程包括对准果实、吸附果实、吸拉夹持和摆动折断，其详细工作过程为：图像处理获取番茄空间三维坐标，机械臂将机械手末端执行器送至相应位置，完成对准果实过程；吸盘气缸工作，伸缩气缸轴伸出，手指压盘离开左手指半圆压板和右手指半圆压板，左仿形手指和右仿形手指在弹簧拉力作用下张开至90mm，吸盘触碰到番茄时吸持住，完成吸附果实过程；吸盘气缸工作，伸缩气缸轴缩回，手指压盘顶着左手指半圆压板和右手指半圆压板运动，同时左仿形手指和右仿形手指慢慢将吸盘拉离果束的番茄夹持住，完成吸拉夹持过程；一号气缸轴伸出同时二号汽缸轴缩回，然后二号气缸轴伸出同时一号汽缸轴缩回，仿形手指结构左右摆动，果梗受剪切力而折断，完成摆动折断过程。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明设计的一种番茄吸附夹持同步采摘机械手末端执行器利用多关节机械臂，通过多传感器信息融合实时获取、感知工作环境及番茄信息，确保在不损伤番茄的前提下，完成对准果实、吸附果实、吸拉夹持和摆动折断工作过程，本发明采用吸拉果实同步夹持，然后摆动折断果梗的采摘方式，解决了番茄采摘效率低的技术难题。