[实用新型]一种球状果实摘取机器人末端执行器

说明书

技术领域

本发明涉及机器人及其技术应用领域，特别是一种用来在农业生产活动中采摘球状果实的机器人末端执行器。

背景技术

农业机械（Agriculturalmachinery）随着科技的发展逐渐在农业生产活动中替代了人工从而实现生产自动化，不仅节约了全部生产过程中的劳动力总量，而且节约时间，提高了农业的经济效益。在农业机械化的过程中，果蔬摘取机器人得到了充分的发展，自从1983年第一台西红柿摘取机器人在美国问世以来，法国、荷兰等国家相继研究了包括摘取苹果、番茄、黄瓜、葡萄的果蔬摘取机器人。其中，末端执行器在机器人的运转中具有重要地位，通常被安装在机械臂末端，在工作时移动至相应的工作点，完成对应的工作任务。末端执行器的研究要求较高，要考虑诸多方面的因素，如使用成本与操作复杂度、摘取效果与效率、不同品种之间的通用性等。

现有技术中，果蔬摘取机器人存在如下几个较为典型的问题：末端执行器针对某种特定的果蔬设计，不具有通用性；仿手指末端执行器在拧断果柄时容易因为夹持力过大造成果实的损伤；操作手指偏多，机械结构复杂；果柄位置的定位具有难度；缺少反馈控制，无法适应不同种果蔬之间的果梗的硬度的变化；在一次的工作过程中只能摘取单个目标单位，造成了使用效率的偏低；不能根据果实的重量实现果实的分拣等。

基于以上原因，针对球状果实而言，需要一种具有优化的仿手指摘取结构、可以在一次摘取过程中摘取多个球状果实同时实现质量分拣的末端执行器被设计出来，提高球状果实摘取末端执行器的工作效率，从而加速其在农业生产活动中的推广使用。

发明内容

本发明的目的是提供一种可以实现摘取结构的优化，通过机械结构和传感器的配合，可以实现在一次采摘工作中摘取多个果实并对果实按照重量标准进行分类存放且机械结构简单、控制难度低的球状果实摘取机器人末端执行器。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：该球状果实摘取机器人末端执行器由末端执行器主体和在其上的果实切割结构以及在其下的果实暂存器组成；所述末端执行器主体与起固定作用的机架相连接，所述末端执行器主体的内部在与机架相对应的位置设置有限位块，所述限位块与所述果实切割结构配合使用；所述末端执行器主体的上方设置有内部带有导轨的边框，导轨上通过左滑动块与右滑动块设置有果实切割结构；所述左滑动块和所述右滑动块分布在所述导轨的左右两端；所述左滑动块的末端设置有左气缸，所述左气缸上固定安装有左置位管和左复位管，所述右滑动块的末端设置有右气缸，所述右气缸上固定安装右置位管和右复位管；所述左置位管和所述右置位管的末端通过置位管相连接，所述左复位管和所述右复位管的末端通过复位管相连接；所述末端执行器主体的下方通过所述导轨连接有果实暂存器，在所述果实暂存器的凸起的外部的中间设置有舵机。

采用上述技术方案，通过果实切割结构将果实切割并暂存于果实暂存器，末端执行器主体的底部的果实暂存器的中间安装舵机作为输出执行机构，通过PMW控制信号的输出，利用输出转角与输入信号脉冲宽度的关系，改变并维持舵机的位置，从而带动果实暂存器的转动，使得果实能够分别落入对应的收集位置，从而实现在一次采摘工作中摘取多个果实并对果实按照重量标准进行分类存放，该球状果实摘取机器人末端执行器机械结构简单、控制难度低，可控性高。

进一步改进在于，所述果实切割结构包括刀片、刀片保护器和凹形落刀槽；所述左滑动块的顶端设置有刀片和刀片保护器，所述刀片镶嵌在所述刀片保护器中并露出切割部；所述右滑动块的顶端设置有可容纳刀片的凹形落刀槽。通过置位管和复位管驱动滑动块移动带来的空间限制和刀片凹形落刀槽的配合，可以方便地进行对果柄的切割工作。

进一步改进在于，所述果实暂存器由若干个用来存储单个果实的单果暂存器组成，并绕所述舵机设置单果暂存器，所述单果暂存器的底部设置有半球形翻转结构。果实暂存器内部设置一个半球形翻转结构，其中一根传动轴的末端设置有传输动力的舵机，在指定区域放置果实时，舵机带动半球形翻转结构旋转180°后果实落下，再次旋转180°复位，实现果实落下和自身的复位。

进一步改进在于，所述左气缸的气缸力小于所述右气缸的气缸力。由于左气缸的气缸力小于右气缸，因此右气缸移动距离在相同的时间内长于左气缸，当右滑动块带动凹形落刀槽运动约2/3的位置时，球状果实在右滑动块、限位块以及末端执行器主体所包围的空间内，并产生一定的压力使得果柄能够绷直，从而方便刀片切割。

作为本发明的优先方案，所述单果暂存器的数量为3个，且绕所述舵机每隔120°设置。