[发明专利]一种通用果蔬采摘轻型切割装置及其机器人

说明书

技术领域

本发明涉及农业采摘机械领域，特别涉及一种通用果蔬采摘轻型切割装置及其机器人。

背景技术

中国作为农业大国，果蔬产业是其中重要产业之一，果蔬采摘机器人是发展现代化果蔬产业的重要手段，而切割装置是果蔬采摘作业能否成功完成的关键。目前切割装置的设计大多局限于某种特定果蔬，在自然环境下作业时，功能单一且结构复杂的切割装置增加了末端执行器和周边机器的重量、尺寸，增大了机械臂和移动机构的负担，进一步影响机械臂移动时的惯性力和控制方法。如专利ZL201010565235.7将切割装置安装在末端执行器外壳之外，机构庞大且使用四自由度的机器人本体，避障能力较弱。因此，果蔬采摘机器人的切割装置必须轻巧且能有效切割，并可以适用多种果蔬的采摘，这也是果蔬产业现代化的迫切需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种切割装置轻巧、对果蔬损伤小、适用于采摘多种果蔬的通用果蔬采摘轻型切割装置。

本发明的另一目的在于提供一种带有上述轻型切割装置的末端执行器及其机器人。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种通用果蔬采摘轻型切割装置，包括切割刀具16、刀具套筒13、电机18和控制电路；切割刀具16通过螺钉15固定在刀具套筒13上，刀具套筒13与电机轴配合连接并通过紧定螺钉14锁紧；电机18设置于末端执行器外壳的内部且竖直穿过末端执行器底板19，并通过电机座17与末端执行器底板19垂直安装；电机18与控制电路连接，通过电信号调整电机转动参数。切割装置工作时，通过控制电路控制电机18的转速，电机18的转动可以通过刀具套筒13来带动切割刀具16回转，实现刀刃在夹指方向上的快速移动，从而切断果蔬。

一种带有通用果蔬采摘轻型切割装置的末端执行器12，包括上述通用果蔬采摘轻型切割装置、夹持机构和外壳，切割装置和夹持机构均安装在末端执行器的内部；所述外壳为由末端执行器底板19和法兰盘连接板20构成的盒状结构，法兰盘连接板20的相邻两个连接板之间通过螺栓连接；所述夹持机构包括动夹指22、定夹指23和平移装置24，动夹指22和定夹指23的一端设置于外壳的内部，动夹指22和定夹指23的另一端伸出外壳；平移装置24安装在电机18的后侧，可通过调整夹持机构的电信号来控制平移装置24的响应，实现夹持动作。

动夹指22和定夹指23的内侧和背面贴有纤维增强复合塑料(FRP)25，具有质量轻，机械强度高，耐腐蚀的优点。

动夹指22、定夹指23的内侧与纤维增强复合塑料(FRP)25的粘接处镶嵌有应变片21，用于检测夹持力大小，确保输出合适的夹持力。

动夹指22和定夹指23由塑钢材料加工而成，其中段设计成V型，适合圆形和近似圆截面目标的夹持。

一种通用果蔬采摘机器人，包括底座1、机器人本体以及设置于机器人末端的末端执行器12；所述通用果蔬采摘机器人为六自由度机器人，采用基于数字信号处理器的六轴联合控制；机器人本体包括机器人大臂4和机器人小臂6，机器人大臂4的一端通过由伺服电机与谐波减速器组成的第二旋转关节3安装在与第一旋转关节2相连的平台上，第一旋转关节2带动机器人整体转动，机器人大臂4的俯仰姿态由第二旋转关节3控制；机器人大臂4的另一端与第三旋转关节5连接，第三旋转关节5与小臂安装端8相连；机器人小臂6通过第四旋转关节9安装在小臂安装端8上；机器人小臂6的俯仰姿态由第三旋转关节5控制，偏转姿态由第四旋转关节9控制，从而实现机器人小臂6在垂直于第三旋转关节5方向的旋转；机器人小臂6的另一端设置有旋转轴相互垂直的腕部关节，腕部关节由第五旋转关节10和第六旋转关节11组成，可实现这两处旋转自由度的转动；末端执行器12安装在第六旋转关节11上，末端执行器12的姿态可通过腕部关节调整。

上述六个旋转关节均由谐波减速器与伺服电机控制，伺服电机产生的动力通过减速器输出后传递到与旋转关节相连接的部件，从而实现转动；通过六个旋转关节的联合控制，能有效的引导末端执行器12避开植株茎杆等障碍物，到达果蔬目标位置并实施采摘。

上述通用果蔬采摘机器人的机器人小臂6设置有立体视觉单元7，可以为采摘机器人提供采摘目标点空间坐标，并对目标的姿态进行识别，为机器人动作提供控制信息，实现基于双目立体视觉反馈的果蔬采摘过程。

上述通用果蔬采摘机器人可以安装在自动导航小车上，可沿预定轨迹移动，扩大机器人的工作范围，提高机器人的灵活性与实用性。