一种吸持式柑桔采摘机器人末端执行器

1.本发明涉及农业采摘机器人领域，具体涉及一种吸持式柑桔采摘机器人末端执行器。
技术背景
2.近年来，农业工程领域的机械化采收也发展的如火如荼。柑桔的机械化采收过程中面临的一个重要问题是如何高效准确的采收柑桔，同时降低采收工具对柑桔的损伤。柑桔采摘末端执行器是柑桔采收机器人与柑桔直接接触的装置，是提高其采摘成功率，减小其采摘过程中装置对柑桔的损伤的最直接环节。
3.现有的柑桔采摘末端执行器抓取方式以吸入式和夹持式为主，吸入式的末端执行器通常靠吸盘的吸力来抓持果实，面对柑桔这种重量大的果实存在夹持不牢固的缺点；夹持式末端执行器主要靠末端夹爪来实现夹取，夹持稳定但是结构复杂，容易出现故障；因此，需要一种结合两种夹取方式优点而又稳定实用的柑桔采摘末端执行器来实现大规模果园的柑桔采收。而目前这种吸持式柑桔采摘末端执行器能够实现柑桔的无损采摘且夹取稳定，能够实现柑桔的自动化采摘。


技术实现要素：

[0004] 针对上述存在的问题 ,本发明提供了一种吸持式柑桔采摘末端执行器，该装置可实现果园柑桔采摘的自动化，便于下一步的分拣运输，可解决柑桔抓取不牢固和柑桔机械夹取损伤的问题。
[0005]
本发明所述的一种吸持式柑桔采摘机器人末端执行器的目的和功效，采用如下技术方案实现：一种吸持式柑桔采摘机器人末端执行器，包括吸入夹持装置、剪切装置、缓冲收集装置；具体地，所述吸入夹持装置2包括夹持壳体一7和夹持壳体二9，所述夹持壳体一7和夹持壳体二9通过左右对称设置的连接件一17固定在夹持移动臂18，所述的夹持移动臂18通过丝杆螺母外接装置28固定连接，所述的丝杆螺母外接装置28用于连接固定丝杆螺母，本装置设置正反丝杆11，通过电机一4的转动实现正反丝杆11转动从而实现左右对称设置的夹持移动臂18在丝杆螺母的移动下实现开合，并且本装置通过设置辅助导杆一10和辅助导杆二12增强传动中的稳定性，所述电机一4通过铜柱21固定在连接底板3，所述的连接底板3左右对称等距设置三个加强筋20增加连接底板3的稳定性；机械臂将采摘末端执行器运动到采摘果实坐标处，气缸29伸出进而将海绵吸盘13送出，此时海绵吸盘13吸附果实，气缸29伸出延时一定时间，果实在海绵吸盘13的作用下固定，果实随着气缸29的收缩一起运动，直至果实进入到夹持壳体一7和夹持壳体二9 的中间位置，夹持壳体一7和夹持壳体二9中间设置对射红外传感器38，对射红外传感器38常闭状态，果实进入夹持壳体一7和夹持壳体二9，对射红外传感器38检测到信号，电机一4开始转动，正反丝杆11与电机一4连接在一起，正反丝杆11转动此时丝杆螺母外接装置开始左右相向移动，夹持移动臂18开始开合夹持果
实，夹持壳体一7和夹持壳体二9设置的薄膜压力传感器37检测夹持压力，夹持压力达到设置的阈值，电机一4停止转动，果实固定夹持；果实固定夹持之后，通过剪切装置8对柑桔果梗剪切，所述剪切装置8包括剪切固定层14、连接板一30、剪切刀23；剪切过程包括如下步骤：固定在夹持移动臂18上的电机二19开始转动，电机二19通过联轴器一27与同步带轮二26连接，所述同步带轮二26通过同步带24与同步带轮一25连接，所述同步带轮一25固定锥齿轮轴34，所述锥齿轮轴34一端安装锥齿轮二35，所述锥齿轮二35连接锥齿轮一33，所述锥齿轮一33固定在单向丝杆32一端，单向丝杆32的丝杆螺母固定在固定槽一31上，所述固定槽一31安装在连接板一30上，所述连接板一30 固定在剪切固定层14中间，连接板一30一端固定剪切刀23；电机二19转动，同步带轮二26开始转动，同步带轮二26通过同步带24的转动进而带动同步带轮一25转动，同步带轮一25带动锥齿轮二35转动，锥齿轮二35带动锥齿轮一33转动，锥齿轮一33带动单向丝杆32转动，单向丝杆32带动丝杆螺母垂直移动，丝杆螺母带动连接板一30在剪切固定层14伸缩，连接板一30伸出剪切果柄；果实果柄剪切之后，夹持装置2复位，果实落入夹持装置2下方设置的缓冲收集装置5，所述缓冲收集装置5包括缓冲挡板一41、缓冲挡板二42、缓冲挡板三44、缓冲挡板四45，所述缓冲挡板一41和缓冲挡板三44通过销轴连接，销轴固定扭转弹簧一40和扭转弹簧二43；果实落入缓冲装置5，果实在缓冲挡板的作用下缓冲，并且缓冲挡板一41和缓冲挡板三44在扭转弹簧一40和扭转弹簧二43的作用下复位，果实顺着收集管6落入收集框。
[0006]
与现有技术相比，本发明具有如下优点和积极效果：1、该末端执行器通过气缸将柑桔从果束中分离出来，并结合夹取装置进行夹取，可实现对果实的精确夹取，灵活性好，抓取牢固可靠。
[0007] 2、该末端执行器夹取装置内置薄膜压力传感器，根据不同形状大小的柑桔压力反馈，可避免流程化作业的末端执行器对不同大小的柑桔造成的机械夹取损伤。
附图说明
[0008]
构成本技术的一部分附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：图1为总体结构示意图；图2为剪切装置与吸入夹持装置示意图 ；图3为吸入夹持装置基架部分局部示意图；图4为剪切装置局部示意图；图5为缓冲收集装置局部示意图。
实施方式
[0009]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不应该理解为本发明上述主题范围仅限于下述实施例。在不脱离本发明上述技术思想的情况下，根据本领域普通技术知识和惯用手段，做出各种替换和变更，均应包括在本发明的保护范围内。
[0010]
一种吸持式柑桔采摘机器人末端执行器，其主体结构包括：连接卡盘1、吸入夹持装置2、连接底板3、电机一4、缓冲收集装置5、收集管6、夹持壳体一7、剪切装置8、夹持壳体
二9、辅助导杆一10、正反丝杆11、辅助导杆二12、海绵吸盘13、剪切固定层14、辅助复位弹簧15、弹簧固定凸台16、连接件一17、夹持移动臂18、电机二19、加强筋20、铜柱21、电机三22、剪切刀23、同步带24、同步带轮一25、同步带轮二26、联轴器一27、丝杆螺母外接装置28、气缸29、连接板一30、固定槽一31、单向丝杆32、锥齿轮一33、锥齿轮轴34、锥齿轮二35、保护盖板36、薄膜压力传感器37、对射红外传感器38、丝杆螺母固定螺母39、扭转弹簧一40、缓冲挡板一41、缓冲挡板二42、扭转弹簧二43、缓冲挡板三44、缓冲挡板四45。
[0011]
本装置通过连接卡盘1与机械臂末端固定，整个装置在机械臂的运动下将末端执行器送到采摘点实现采摘，以下结合附图1至附图5对本发明进行详细阐述：所述吸入夹持装置2包括夹持壳体一7和夹持壳体二9，所述夹持壳体一7和夹持壳体二9通过左右对称设置的连接件一17固定在夹持移动臂18，所述的夹持移动臂18通过丝杆螺母外接装置28固定连接，所述的丝杆螺母外接装置28用于连接固定丝杆螺母，本装置设置正反丝杆11，通过电机一4的转动实现正反丝杆11转动从而实现左右对称设置的夹持移动臂18在丝杆螺母的移动下实现开合，并且本装置通过设置辅助导杆一10和辅助导杆二12增强传动中的稳定性，所述电机一4通过铜柱21固定在连接底板3，所述的连接底板3左右对称等距设置三个加强筋20增加连接底板3的稳定性；机械臂将采摘末端执行器运动到采摘果实坐标处，气缸29伸出进而将海绵吸盘13送出，此时海绵吸盘13吸附果实，气缸29伸出延时一定时间，果实在海绵吸盘13的作用下固定，果实随着气缸29的收缩一起运动，直至果实进入到夹持壳体一7和夹持壳体二9 的中间位置，夹持壳体一7和夹持壳体二9中间设置对射红外传感器38，对射红外传感器38常闭状态，果实进入夹持壳体一7和夹持壳体二9，对射红外传感器38检测到信号，电机一4开始转动，正反丝杆11与电机一4连接在一起，正反丝杆11转动此时丝杆螺母外接装置开始左右相向移动，夹持移动臂18开始开合夹持果实，夹持壳体一7和夹持壳体二9设置的薄膜压力传感器37检测夹持压力，夹持压力达到设置的阈值，电机一4停止转动，果实固定夹持；果实固定夹持之后，通过剪切装置8对柑桔果梗剪切，所述剪切装置8包括剪切固定层14、连接板一30、剪切刀23；剪切过程包括如下步骤：固定在夹持移动臂18上的电机二19开始转动，电机二19通过联轴器一27与同步带轮二26连接，所述同步带轮二26通过同步带24与同步带轮一25连接，所述同步带轮一25固定锥齿轮轴34，所述锥齿轮轴34一端安装锥齿轮二35，所述锥齿轮二35连接锥齿轮一33，所述锥齿轮一33固定在单向丝杆32一端，单向丝杆32的丝杆螺母固定在固定槽一31上，所述固定槽一31安装在连接板一30上，所述连接板一30 固定在剪切固定层14中间，连接板一30一端固定剪切刀23；电机二19转动，同步带轮二26开始转动，同步带轮二26通过同步带24的转动进而带动同步带轮一25转动，同步带轮一25带动锥齿轮二35转动，锥齿轮二35带动锥齿轮一33转动，锥齿轮一33带动单向丝杆32转动，单向丝杆32带动丝杆螺母垂直移动，丝杆螺母带动连接板一30在剪切固定层14伸缩，连接板一30伸出剪切果柄；果实果柄剪切之后，夹持装置2复位，果实落入夹持装置2下方设置的缓冲收集装置5，所述缓冲收集装置5包括缓冲挡板一41、缓冲挡板二42、缓冲挡板三44、缓冲挡板四45，所述缓冲挡板一41和缓冲挡板三44通过销轴连接，销轴固定扭转弹簧一40和扭转弹簧二43；果实落入缓冲装置5，果实在缓冲挡板的作用下缓冲，并且缓冲挡板一41和缓冲挡板三44在扭转弹簧一40和扭转弹簧二43的作用下复位，果实顺着收集管6落入收集框。
[0012]
以上所述仅为本发明较佳实施例而已，非全部实施例，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或者相近似的技术方案，均属于本发明的保护范围。

技术特征：
1.一种柑桔采摘机器人的末端执行器，其特征在于：其主要由吸入夹持装置、剪切装置、缓冲收集装置三部分组成，具体地有：连接卡盘（1）、吸入夹持装置（2）、连接底板（3）、电机一（4）、缓冲收集装置（5）、收集管（6）、夹持壳体一（7）、剪切装置（8）、夹持壳体二（9）、辅助导杆一（10）、正反丝杆（11）、辅助导杆二（12）、海绵吸盘（13）、剪切固定层（14）、辅助复位弹簧（15）、弹簧固定凸台（16）、连接件一（17）、夹持移动臂（18）、电机二（19）、加强筋（20）、铜柱（21）、电机三（22）、剪切刀（23）、同步带（24）、同步带轮一（25）、同步带轮二（26）、联轴器一（27）、丝杆螺母外接装置（28）、气缸（29）、连接板一（30）、固定槽一（31）、单向丝杆（32）、锥齿轮一（33）、锥齿轮轴（34）、锥齿轮二（35）、保护盖板（36）、薄膜压力传感器（37）、对射红外传感器（38）、丝杆螺母固定螺母（39）、扭转弹簧一（40）、缓冲挡板一（41）、缓冲挡板二（42）、扭转弹簧二（43）、缓冲挡板三（44）、缓冲挡板四（45）。2.根据权利要求1所述的一种吸持式柑桔采摘机器人末端执行器，其特征在于：所述吸入夹持装置（2）包括夹持壳体一（7）和夹持壳体二（9），所述夹持壳体一（7）和夹持壳体二（9）通过左右对称设置的连接件一（17）固定在夹持移动臂（18），所述的夹持移动臂（18）通过丝杆螺母外接装置（28）固定连接，所述的丝杆螺母外接装置（28）用于连接固定丝杆螺母，本装置设置正反丝杆（11），通过电机一（4）的转动实现正反丝杆（11）转动从而实现左右对称设置的夹持移动臂（18）在丝杆螺母的移动下实现开合，并且本装置通过设置辅助导杆一（10）和辅助导杆二（12）增强传动中的稳定性，所述电机一（4）通过铜柱（21）固定在连接底板（3），所述的连接底板（3）左右对称等距设置三个加强筋（20）增加连接底板（3）的稳定性；机械臂将采摘末端执行器运动到采摘果实坐标处，气缸（29）伸出进而将海绵吸盘（13）送出，此时海绵吸盘（13）吸附果实，气缸（29）伸出延时一定时间，果实在海绵吸盘（13）的作用下固定，果实随着气缸（29）的收缩一起运动，直至果实进入到夹持壳体一（7）和夹持壳体二（9）的中间位置，夹持壳体一（7）和夹持壳体二（9）中间设置对射红外传感器（38），对射红外传感器（38）常闭状态，果实进入夹持壳体一（7）和夹持壳体二（9），对射红外传感器（38）检测到信号，电机一（4）开始转动，正反丝杆（11）与电机一（4）连接在一起，正反丝杆（11）转动此时丝杆螺母外接装置开始左右相向移动，夹持移动臂（18）开始开合夹持果实，夹持壳体一（7）和夹持壳体二（9）设置的薄膜压力传感器（37）检测夹持压力，夹持压力达到设置的阈值，电机一（4）停止转动，果实固定夹持；果实固定夹持之后，通过剪切装置（8）对柑桔果梗剪切，所述剪切装置（8）包括剪切固定层（14）、连接板一（30）、剪切刀（23）；电机二（19）固定在夹持移动臂（18）上，电机二（19）通过联轴器一（27）与同步带轮二（26）连接，所述同步带轮二（26）通过同步带（24）与同步带轮一（25）连接，所述同步带轮一（25）固定锥齿轮轴（34），所述锥齿轮轴（34）一端安装锥齿轮二（35），所述锥齿轮二（35）连接锥齿轮一（33），所述锥齿轮一（33）固定在单向丝杆（32）一端，单向丝杆（32）的丝杆螺母固定在固定槽一（31）上，所述固定槽一（31）安装在连接板一（30）上，所述连接板一（30） 固定在剪切固定层（14）中间，连接板一（30）一端固定剪切刀（23）；电机二（19）转动，同步带轮二（26）开始转动，同步带轮二（26）通过同步带（24）的转动进而带动同步带轮一(25)转动，同步带轮一(25)带动锥齿轮二(35)转动，锥齿轮二(35)带动锥齿轮一(33)转动，锥齿轮一（33）带动单向丝杆（32）转动，单向丝杆(32)带动丝杆螺母垂直移动，丝杆螺母带动连接板一(30)在剪切固定层(14)伸缩，连接板一(30)伸出剪切果柄；
果实果柄剪切之后，夹持装置(2)复位，果实落入夹持装置(2)下方设置的缓冲收集装置(5)，所述缓冲收集装置(5)包括缓冲挡板一(41)、缓冲挡板二(42)、缓冲挡板三(44)、缓冲挡板四(45)，所述缓冲挡板一(41)和缓冲挡板三(44)通过销轴连接，销轴固定扭转弹簧一(40)和扭转弹簧二(43)；果实落入缓冲装置(5)，果实在缓冲挡板的作用下缓冲，并且缓冲挡板一(41)和缓冲挡板三(44)在扭转弹簧一(40)和扭转弹簧二(43)的作用下复位，果实顺着收集管(6)落入收集框。

技术总结
本发明提供一种吸持式柑桔采摘机器人末端执行器，其结构包括吸入夹持装置、剪切装置、缓冲收集装置等；所述吸入夹持装置主要由气缸实现对柑桔的吸入和分离，进而由具有传感器的夹持装置实现具有力反馈的恒压柑桔夹持；所述剪切装置由剪切刀、动力传动装置等组成，在吸入夹持装置完成既定工作后由剪切刀对柑桔果梗进行剪切；所述缓冲收集装置主要由收集管、缓冲挡板和扭转弹簧等组成，通过对剪切后的柑桔进行缓冲和导向以实现最终对柑桔的收集；本发明的目的是提供一种采摘效率高，可大批量生产，稳定性好且便于后续柑桔收集的智能柑桔采摘末端执行器。摘末端执行器。摘末端执行器。


技术研发人员：张云峰 李丽 文乙峰 梁继元
受保护的技术使用者：西南大学
技术研发日：2023.03.27
技术公布日：2023/7/17