[发明专利]一种果实采摘机器人末端执行器

说明书

本发明提供一种果实采摘机器人末端执行器，主要由剪刀、滑轨组件、偏心轮滑块组件及低能耗无线控制模块组成，剪刀的动刀片与定刀片在定点铰接，定刀片与滑轨组件的定轨固定连接，偏心轮与连杆、连杆与滑轨、滑轨与动刀片及滑块均用销轴铰接，滑轨在定轨槽中、滑块在定刀片弧形槽中形成点接触滑动，直流减速电机输出轴与偏心轮用紧定螺钉连接，电机驱动偏心轮转动，通过连杆、滑轨、滑块和动刀片的运动，使剪刀做张开与合拢动作，定轨安装在机器人机械臂的转轴上，电机安装在定轨上，电机电气输入端接低能耗无线控制单片机模块端口，用本末端执行器的剪切功能及机器人的移动、伸展和机械臂位姿变换功能，打开手机蓝牙，操作手机，实现遥控采摘高枝果实。

技术领域

本发明涉及农业果蔬采摘机器人技术领域，尤其是一种果实采摘机器人末端执行器。

背景技术

采摘机器人的末端执行器是安装在机器人机械臂前端，直接与采摘生物目标相接触，以实现果蔬采摘所需运动和附加功能的装置，是采摘机器人实现果蔬采摘的关键执行部分。目前在水果收获中，果实多为人工采摘，特别是处于较高树枝上的果实采摘，一定要借助采摘工具，或爬上枝头进行人工采摘，采摘的效率低，容易出现人生安全和果实损伤等问题。目前国内用于采摘果实的机器人还处于样机实验研究阶段，而用于采摘果实的采摘器品种较多，如用于采摘处于较高树枝上的果实，如采摘苹果、桃子等较大果实的采摘器。这些采摘器多由直杆和采摘器结合使用，人手握住直杆，按动手柄或拉动绳索使剪刀或切刀剪断果实果柄或挂果果枝。这些采摘器都属于人工采摘果实的工具，其直杆的长度有限，质量较重，手持时间和采摘高度受到限制，而且它们不能作为末端执行器安装在采摘机器人的机械臂上，以便实现果实的机械化和自动化采摘。

发明内容

为了实现机械化和自动化采摘长在较高树枝上的果实，本发明提供一种具有剪刀、滑轨组件、偏心轮滑块组件、直流减速电机和低能耗无线控制模块组成的末端执行器，该末端执行器具有手机遥控剪切果实果柄或挂果果枝的功能，将其安装在机器人的机械臂上，利用机器人平台的移动、伸展自由度及机械臂位姿自由度，打开手机蓝牙，操作手机，实现对杨梅、枇杷等处于较高树枝上果实的机械化和自动化采摘。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种果实采摘机器人末端执行器，由剪刀、滑轨组件、偏心轮滑块组件、直流减速电机和低能耗无线控制模块组成，其特征是：末端执行器的前端是一个张开、合拢式剪刀，剪刀的定刀片与滑轨组件的定轨连接，定刀片上开有弧形滑槽，动刀片与定刀片用定点销轴铰接，动刀片可绕铰接点摆动，动刀片上铰接点的另一端与滑块、滑轨用销轴铰接，滑块在定刀片的弧形滑槽中移动，由滑槽控制动刀片的张开与合拢定位。剪刀的剪切运动采用的是偏心轮滑块摆杆机构，将偏心轮与连杆、连杆与滑轨、滑轨与动刀片及滑块均用销轴铰接形成机构中的转动副，而滑轨和滑块与定轨槽和定刀片弧形槽形成机构中的高副接触。直流减速电机安装在定轨上，电机轴与偏心轮孔配合，用紧定螺钉定位和固定，由直流减速电机驱动机构中的偏心轮转动，由偏心轮、连杆、滑轨、滑块和动刀片的运动传递，使剪刀作张开与合拢动作。

本末端执行器的动刀片与定刀片、偏心轮与连杆、连杆与滑轨均用销轴螺钉组件铰接为动连接，滑轨与动刀片及放置在定刀片弧形槽中的滑块一起用销轴螺钉组件铰接为动连接。

滑轨组件采用二节钢珠抽屉轨道，该轨道由定轨、滑轨、钢珠和保持架组成，其中定轨的前端与剪刀的定刀片用螺钉固定连接，后端与机器人机械臂转轴用螺钉固定连接，直流减速电机与垫板用胶水粘贴固定在定轨的后端偏心轮中心下方处。

由于滑轨组件采用钢珠抽屉轨道，其定轨轨道槽中两侧内有钢珠，所以滑轨移动灵活，此外，抽屉轨道结构紧凑，刚性强，其定轨和滑轨上的安装孔可用于连接定刀片、直流减速电机、机械臂转轴、连杆、滑块和动刀片。

在直流减速电机电气输入端接低能耗无线控制单片机模块端口，打开手机蓝牙，操作手机，可以无线控制直流减速电机的转数，正反转，停止和启动等命令，实现遥控采摘处于较高树枝上的果实。