[发明专利]一种抓切一体式的球形果蔬采摘机器人末端执行器

说明书

技术领域

本发明涉及一种执行机构，属于农业工程领域，特别涉及一种以果蔬采摘机器人为载体的末端执行器，具体地说是一种基于采摘机器人的抓切一体式球形果蔬采摘机器人末端执行器。

背景技术

在果蔬生产中，采摘作业是最耗时、最费力的一个环节，占整个过程所用劳动力的33％～50％，若使用人工采摘，不仅效率低、劳动量大，而且容易造成果实的损伤；同时，随着人口老龄化日趋严重和农业劳动力向工业及其他行业的转移,农业生产成本也相应提高，大大降低了产品竞争力。采摘机器人的出现，不仅提高采摘效率，降低损伤率，而且节约人工成本，提高农户经济效益。

果蔬采摘机器人进行作业时，末端执行器是直接与果蔬接触的部分，是整个采摘机器人工作的关键，因此末端执行器的结构和功能将直接决定整个采摘过程好坏，但采摘机器人末端执行器现状普遍为抓剪装置分别置于不同手臂，且置于同一手臂上的大多为固定式结构，缺乏对不同生长位姿果蔬适应性，而且多为电动机直接驱动铰接机构，产生刚性握力，最后造成较多果蔬在抓取时出现损坏；为此，本发明提出一种抓切一体式末端执行器，其爪部机构和连接部分旋转机构让爪部机构能够通过旋转来适应不同生长位姿果蔬，爪部机构4个柔顺包络单爪(41A、41B、41C、41D)采用软轴驱动，同时4个柔顺包络单爪(41A、41B、41C、41D)两两之间采用不同紧固方式，使该装置具有柔性抓取效果，能有效避免果蔬表面损坏，除此之外，将切割装置和抓取装置结合为一体，实现机器人一条手臂一次动作完成球类果蔬抓、割作业，提高采摘效率。

发明内容

本发明目的是针对采摘机器人末端执行器缺乏对果蔬不同生长位姿的适应性以及抓取时为刚性抓取的现状，设计一种抓切一体式、能适应果蔬不同生长位姿、具有柔性握力的末端执行器，有望提高采摘效率的同时还能有效避免果蔬表面损坏。

本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：

一种抓切一体式的球形果蔬采摘机器人末端执行器，所述装置包括切割盘刀(23)、软轴(17)、伺服电动机、基座(16)、4个柔顺包络单爪(41A、41B、41C、41D)，其特征在于上连接板(20)和下连接板(18)通过六角螺栓连接将转动伺服电动机(19)紧固其中，切割转向伺服电动机(12)通过螺栓固定于上连接板(20)上，在其输出轴上装配伸出板(21)，伸出板上装有直流电动机(22)和切割盘刀(23)，切割转向伺服电动机(12)、伸出板(21)、直流电动机(22)、切割盘刀(23)一起组成切割装置，两万向轴承(31)由螺栓固定在夹板(33)上，转动轴(32)置于其中，一端通过联轴器联接转动伺服电动机(19)输出轴，另一端连接在驱动伺服电动机(14)固定架(13)上，基座(16)和固定架(13)由螺栓联接紧固，4个柔顺包络单爪(41A、41B、41C、41D)装配在软轴(17)上，软轴(17)穿过基座(16)的限位孔，两端分别通过凸缘联轴器(15)连接于两驱动伺服电动机(14)输出轴。

本发明的工作原理是：

以三臂棚室采摘机器人为载体，安装于三臂棚室采摘机器人的右臂上，机器人视觉系统确定目标果蔬位置后，右机械臂带动该装置到达指定位置，进行果蔬抓取和茎杆切割，实现机器人一条手臂一次动作完成对不同位姿球类果蔬的收、割作业，若被采摘果蔬由于生长位姿过度倾斜，导致其茎杆部分不在切割盘刀(23)的切割范围内，则可根据视觉系统识别到果蔬实际位姿后得到需要调整的倾斜角度，通过转动爪部改变被包络在爪部中果蔬旋转，使其茎杆转动到切割盘刀(23)切割范围内。

本发明的有益效果是：