[实用新型]一种基于气压驱动的果实采摘机器人末端执行器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种基于气压驱动的果实采摘机器人末端执行器，属于农业果蔬自动化采摘末端执行器开发技术领域。

背景技术

通常，末端执行器安装在机械臂末端腕部关节上一起共同完成对目标的作业任务，其中机械臂动作决定了作业的位置和姿态，末端执行器在到达作业点后，按照自身的作业动作进行工作，无论在工业领域和还是农业采摘机器人领域，末端执行器的作业的成功率和效率都极大影响机器人整体功能的实现。

近年来，农林业领域的自动化收获技术已成为研发热点，其中果实采摘机器人的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，要求包括：1）末端执行器在进行采摘的过程中不能损伤水果；2）采摘效率和采摘成功率高；3）末端执行器的成本要低，能使广大用户接受；4）在保证智能化的同时降低控制系统的复杂性，利于农民操作和机器人整机的采摘过程控制；5）要求机构在保证精巧（提高避障能力）的同时，其可靠性、强度要高；6）提高通用性，使一种末端执行器能采摘多种水果。

直至目前，实现采摘的方式主要有两种，第一种是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。第二种是利用吸盘将果实吸牢，并将其拖入夹持手指之间，再利用剪刀或其他方式将果柄打断，这种方法需要检测好果柄的位置，并要精确的调整好末端执行器的姿态，从而增加了系统控制的难度和机构的复杂性。Peter P. Ling等人设计了一种4个手指的末端执行件（Peter P. Ling ，Sensing and the end effector for a robotic tomato harvester[R].ASer,No.043088.），该末端执行件主要由数字线性步进电机、4 个手指和吸引器组成。手指利用缆绳和筋腱使其弯曲，利用扭矩弹簧使其伸展；采用数字线性步进电机驱动筋腱，增强了末端执行件运动的可控性和精确性；在手指的选材上，选择了轻便且硬度好的材料，但是，其耐疲劳性不是很理想。应再考虑质量和抗疲劳性，以达到更理想的效果，另外其由于采用了数字线性步进电机使成本偏高，很大程度上影响了实用化和商品化。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种无需控制夹持力和采摘姿态，又可靠耐用、控制简单、整体重量轻、成本低廉的果实采摘机器人末端执行器。

为解决上述技术问题，克服现有技术存在的缺陷，本实用新型提供一种基于气压驱动的果实采摘机器人末端执行器。本实用新型采用如下技术方案：一种基于气压驱动的果实采摘机器人末端执行器，其特征在于，包括气动平移夹持组件和气动转刀组件，所述气动平移夹持组件包括基板、双作用气缸I、气缸顶片、后齿条连接板、后齿条、后导轨块、后导轨条、前齿条、前导轨块、前导轨条、前齿条连接板、前加强板、右手指架板、右手指、后加强板、左手指架板、左手指，所述气动转刀组件包括双作用气缸II、气缸顶块、同步带连接板、直线滑块、直线导轨、同步带压块、 圆弧齿同步带、前圆弧齿同步轮、后圆弧齿同步轮、后同步轮轴、同步带张紧轴、张紧轮、刀架连接板、刀架折弯板、刀片、压刀片。

优选地，双作用气缸I通过气缸支架固定设置在基板上，双作用气缸I的活塞杆与气缸顶片采用螺母旋紧固定联接。

优选地，后加强板、左手指架板、左手指、气缸顶片、后齿条连接板、后齿条与后导轨条通过螺纹联接为一整体构件，前齿条、前导轨条、前齿条连接板、前加强板、右手指架板与右手指通过螺纹联接为另一整体构件。

优选地，左手指与右手指的形状为球凹形，左手指内侧的球凹面上胶接固定有左手指橡胶层，右手指内侧的球凹面上胶接固定有右手指橡胶层。

优选地，前齿条与后齿条通过齿轮联接，齿轮内部设置有相啮合的齿轮轴，齿轮与齿轮轴之间设置有平键进行联接。

优选地，基板上还设置有轴承座，轴承座内部设置有两个深沟球轴承，用来平稳支撑齿轮轴的转动。

优选地，基板上还固定设置有机械臂连接板，机械臂连接板上开有与机械臂腕部联接的螺纹孔及螺纹间隙孔，用来方便后期末端执行器与机械臂的对接组装。

优选地，双作用气缸II固定设置于后齿条连接板上，双作用气缸II的活塞杆通过旋紧螺母与气缸顶块固定联接，气缸顶块、同步带连接板与直线滑块通过螺纹固定连接在一起，后同步轮轴与同步带张紧轴分别固定设置在左手指架板上。