[发明专利]一种球面剪切式果实采摘末端执行器及其方法

说明书

本发明公开了一种球面剪切式果实采摘末端执行器及其方法，包括剪切装置，果实保护机构，接果篮和安装法兰座；剪切装置由弧形刀片和连杆开合机构构成，剪切装置由固定在安装法兰座上的直线气缸提供动力，其中心设有距离传感器；果实保护机构设置在剪切装置的弧形刀片上，防止刀片误伤到果实；果实保护机构上还设有薄膜型压力传感器，以实现果实定位误差的修正和保证果实的无损采摘，接果篮设在剪切装置的下方，当果实果梗完成剪切之后，果实落入接果篮中从而完成果实采摘。本发明结构简单，对果实定位误差包容性强、提高了果实采摘效率。

技术领域

本发明涉及农业采摘果实机械的技术领域，具体涉及一种球面剪切式果实采摘末端执行器及其方法。

背景技术

近年来，我国水果的种植面积高速增长，但是水果产业中的成熟果实基本依靠人工才采摘。水果田间生产作业过程包括灌溉、施肥、修剪、采摘和运输五个工序。其中采摘工序是生产过程中复杂程度最高、劳动力需求最大的一个环节，占整个生产过程劳动力需求的50％到70％。随着计算机图像处理技术、工业机器人技术以及人工智能控制等技术的发展和日趋成熟。日本和欧美等国家相继立项研究采摘苹果、柑桔、西红柿、西瓜和葡萄等智能机器人。但是由于采摘对象的复杂性和采摘环境的特殊性目前市场上仍没有商品化的采摘机器人。

申请号为CN202110323917.5的发明专利申请公开了一种果实平留梗采摘的机器人末端执行器及作业方法，该末端执行器主要包括半圆条形摆刀和两1/4球面指，采摘时，果实进入两1/4球面指之间，1/4球面指快速合拢同时膨胀环形气囊向上滑动到采摘位形成对果实的可靠柔性抓握，1/4球面指开口缝隙适应果梗的方位偏差；半圆条形摆刀齐平于果蒂完成果梗切割，环形气囊收缩使果实落入送果软管完成回收。该发明通过双1/4球面指、半圆条形摆刀与筒内可移动环形气囊的有机组合，实现树上果实大小、位姿自适应的机器人平留梗采摘与回收作业，结构简单可靠。但是该方案对于判定果实位置的精度敏感性、剪切过程中如何避免剪切到相邻果实，以及如何避免果实在采摘过程中触碰造成果实损坏的问题，为解决上述技术问题该申请所公开的技术方案均不存在相应的技术启示。

目前，水果采摘末端大多安装于机械臂上进行采摘作业，仍存在非结构化环境下的定位与识别不准确、采摘末端包容性差和果梗剪切定位困难等问题。本申请公开了一种球面剪切式果实采摘末端执行器及其方法，末端执行器作为直接接触采摘对象的部件，其性能优越和通用性对于图像识别定位、机械误差有着良好的包容性，对于采摘机器人实际应用有着关键作用。

发明内容

本发明的发明目的在于，针对上述存在的问题，提供了一种球面剪切式果实采摘末端执行器，包括剪切装置，剪切装置安装在安装法兰座上；所述剪切装置为球形包拢结构，包括弧形刀片，连杆开合机构、支撑架和直线气缸，弧形刀片远离安装法兰座的一端设置有圆孔，将弧形刀片安装在连杆开合机构上，连杆开合机构控制弧形刀片的剪切动作；包括直线气缸，直线气缸带动连杆开合机构作往复直线运动，带动连杆开合机构做张开和闭合的两个动作，球形包拢结构包拢果实，驱动弧形刀片对果实的果梗进行剪切。本发明结构简单，对果实定位误差包容性强、提高了果实采摘效率。

本发明采用的技术方案如下：

本发明公开了一种球面剪切式果实采摘末端执行器，包括剪切装置，剪切装置安装在安装法兰座上；所述剪切装置为球形包拢结构，包括弧形刀片，连杆开合机构、支撑架和直线气缸，弧形刀片远离安装法兰座的一端设置有圆孔，将弧形刀片安装在连杆开合机构上，连杆开合机构控制弧形刀片的剪切动作；所述弧形刀片和连杆开合机构的运动形成一个球形包拢空间，便于果实容纳以及随机生长的果实果梗的剪切。

包括直线气缸，直线气缸带动连杆开合机构作往复直线运动，带动连杆开合机构做张开和闭合的两个动作，球形包拢结构包拢果实，驱动弧形刀片对果实的果梗进行剪切。