本發(fā)明涉及農業(yè)采摘領域，更具體的涉及一種夾剪式機械臂末端執(zhí)行器。

背景技術：

果實采摘屬于農產品生產過程中最耗費人力和時間的環(huán)節(jié)，人工采摘勞動時間長，勞動強度大，效率低。隨著人力成本的提高，采摘機器人將逐步取代人工進行采摘作業(yè)。

近年來，農業(yè)采摘領域的農業(yè)采摘裝置的相關技術已經在國內外都取得了不少成果。現(xiàn)有農業(yè)采摘裝置技術中，采用繩傳動的方式，能夠實現(xiàn)采摘作業(yè)中的作物抓取和果柄切斷兩個任務。但是該執(zhí)行器只是單純地實現(xiàn)了夾持和剪斷，這種夾持結構容易使繩子拉斷或果實損傷。

同時，現(xiàn)有技術中的農業(yè)采摘裝置采用氣壓驅動采摘裝置，動力源復雜，控制難度大。

因此，如何設計出一種結構簡單、夾持穩(wěn)定的農業(yè)采摘裝置成為本領域技術人員所要解決的重要技術問題。

技術實現(xiàn)要素：

為了解決上述技術問題，本發(fā)明的目的是設計一款結構緊湊，剪切穩(wěn)定的用于農業(yè)采摘裝置的機械手，具體來說，本發(fā)明提供了一種夾剪式機械臂末端執(zhí)行器，其能夠在簡單的結構中實現(xiàn)對果蔬的穩(wěn)定夾持功能，有效減少果實損傷。

本發(fā)明提供的夾剪式機械臂末端執(zhí)行器，包括機架、驅動組件、夾剪機構及機械臂連接組件，所述夾剪機構包括安裝于機架上的刀片轉動銷軸，安裝于轉動銷軸上的左刀片和右刀片，通過圓螺母與轉動銷軸連接的壓刀塊；所述左刀片下方設有彈性夾指組件，右刀片下方設有剛性夾指組件。

優(yōu)選地，所述彈性夾指組件設有彈性夾指上承架、彈性夾指下承架、連接彈性夾指上承架和彈性夾指下承架的支撐元件、活動指板、指板旋轉鉚釘以及指板彈簧。

優(yōu)選地，所述剛性夾指組件包括剛性夾指以及墊塊元件。

優(yōu)選地，所述夾剪結構上方設有擺桿傳動機構設有左擺桿組件和右擺桿組件。其中，左擺桿組件與右擺桿組件通過刀片復位彈簧連接，用以左右刀片剪切完成后的復位。

優(yōu)選地，所述驅動組件設有舵機和舵機支撐板，所述舵機的輸出軸與所述左擺桿組件緊固連接。

優(yōu)選地，所述指板旋轉鉚釘鉚接于彈性夾指上承架和彈性夾指下承架之間，所述活動指板連接于指板旋轉鉚釘，指板彈簧在活動指板和長圓柱螺套的預壓縮作用下設在指板旋轉鉚釘上。其中，活動紙板經指板彈簧的預壓縮作用下，通過指板止動螺釘止動限位。

優(yōu)選地，所述機械臂連接組件包括通過緊固螺釘連接的機械臂連接件一與機械臂連接件二。

優(yōu)選地，所述機械臂連接組件具有尺寸調換結構。使得機械臂連接組件可以根據(jù)不同機械臂末端的尺寸，更換不同的機械臂連接件，以適應多種不同型號的機械臂。

優(yōu)選地，所述機架兩側設有用來支撐驅動組件的支撐梁。支撐梁用來支撐驅動組件在機架上的安裝，改善其受力，使末端執(zhí)行器驅動起來更有效。本發(fā)明的有益效果：

1)本發(fā)明提供的夾剪式機械臂末端執(zhí)行器，包括機架、驅動組件、夾剪機構，其特征在于，所述夾剪機構包括安裝于機架上的刀片轉動銷軸，安裝于轉動銷軸上的左刀片和右刀片，通過圓螺母與轉動銷軸連接的壓刀塊；所述左刀片下方設有彈性夾指組件，右刀片下方設有剛性夾指組件。如此設置，本發(fā)明提供的夾剪式機械臂末端執(zhí)行器，由于結構緊湊，控制可靠，即使夾剪動作完全由純機械結構完成，機械結構簡單，同時，便于維護，故障率低。

2)本發(fā)明提供的優(yōu)選方案中，所述彈性夾指組件設有彈性夾指上承架、彈性夾指下承架、連接彈性夾指上承架和彈性夾指下承架的支撐元件、活動指板、指板旋轉鉚釘以及指板彈簧。需要說明的是，所述活動指板、指板旋轉鉚釘是用于夾持果枝的，指板彈簧是控制活動指板夾緊果枝與復位的。指板旋轉鉚釘鉚接于兩上、下承板之間，活動指板連接于指板旋轉鉚釘并可繞其相對轉動。如此彈性夾指組件設置，彈性夾指模塊的活動指板的夾緊力完全由指板彈簧提供，指板彈簧自身的壓縮反作用的特性實現(xiàn)了對母枝的柔性夾緊，無需再增設力傳感器等傳感器，簡化了結構，降低了成本。

3)本發(fā)明提供的優(yōu)選方案中，所述驅動組件設有舵機和舵機支撐板。如此設置，本發(fā)明提供的夾剪式機械臂末端執(zhí)行器，由于驅動輸出端與左擺桿組件連接，且左擺桿組件的左齒輪與右擺桿組件的右齒輪嚙合，同時帶動了右擺桿組件轉動，全部動力僅來自舵機的驅動，只需要一個舵機即可完成執(zhí)行器的夾持和剪切工作，控制可靠，成本較低。

4)本發(fā)明提供的夾剪式機械臂末端執(zhí)行器，其能夠在使用一個動力源的情況下實現(xiàn)對果蔬的穩(wěn)定夾持，有效減低農業(yè)采摘過程中對果實的損傷。

附圖說明

圖1為本發(fā)明具體實施方式中整體結構軸測圖；

圖2為本發(fā)明具體實施方式中驅動組件結構軸測圖；

圖3為本發(fā)明具體實施方式中擺桿傳動機構結構軸測圖；

圖4為本發(fā)明具體實施方式中左擺桿組件結構軸測圖1；

圖5為本發(fā)明具體實施方式中左擺桿組件結構軸測圖2；

圖6為本發(fā)明具體實施方式中右擺桿組件結構軸測圖；

圖7為本發(fā)明具體實施方式中夾剪機構軸測圖1；

圖8為本發(fā)明具體實施方式中夾剪機構軸測圖2；

圖9為本發(fā)明具體實施方式中彈性夾指結構軸測圖；

圖10為本發(fā)明具體實施方式中剛性夾指結構軸測圖；

圖11為本發(fā)明具體實施方式中機械臂連接組件結構軸測圖；

圖1-圖11中：

驅動組件-100，擺桿傳動機構-200，左擺桿組件-201，右擺桿組件-202，夾剪機構-300，機械臂連接組件-400，舵機-1，舵機支撐板-2，機架-3，左齒輪-4，緊固螺釘-5，左轉軸下擺桿-6，左轉軸-7，卡簧擋圈-8，左轉軸上擺桿-9，左銷釘-10，左滾輪-11，右滾輪-12，右銷釘-13，右轉軸上擺桿-14，右轉軸下擺桿-15，右齒輪-16，右轉軸上端約束板-17，右轉軸-18，卡簧擋圈-19，刀片復位彈簧-20，右刀片-21，左刀片-22，壓刀塊-23，圓螺母-24，刀片轉動銷軸-25，彈性夾指組件-26，剛性夾指組件-27，指板旋轉鉚釘-28，活動指板-29，短固定螺釘-30，短圓柱螺套-31，緊固螺母-32，指板止動螺釘-33，長固定螺釘-34，短圓柱螺套-35，指板彈簧-36，長圓柱螺套-37，彈性夾指上承架-38，彈性夾指下承架-39，上墊片-40，圓柱墊塊-41，下墊片-42，剛性夾指-43，機械臂連接件一-44，機械臂連接件二-45，連接件緊固螺釘-46，支撐梁-301。

具體實施方式

本發(fā)明提供了一種夾剪式機械手，其能夠有效降低農業(yè)果蔬采摘過程中對果實的損傷以及實現(xiàn)果實的穩(wěn)定夾持，同時，簡化結構，降低生產成本。

下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

請參考圖1至圖11，本具體實施方式所提供的夾剪式機械臂末端執(zhí)行器，包括機架3、驅動組件100、夾剪機構300及機械臂連接組件400，所述夾剪機構300包括安裝于機架3上的刀片轉動銷軸25，安裝于轉動銷軸25上的左刀片22和右刀片21，通過圓螺母24與轉動銷軸25連接的壓刀塊23；所述左刀片22下方設有彈性夾指組件26，右刀片21下方設有剛性夾指組件27。

如此設置，本具體實施方式所提供的夾剪式機械臂末端執(zhí)行器，由于結構緊湊，控制可靠，即使夾剪動作完全由純機械結構完成，機械結構簡單，同時，便于維護，故障率低。

本具體實施方式所提供的刀片轉動銷軸25通過無頭緊定螺釘鎖緊，限制轉動自由度。所述壓刀塊23通過緊固螺釘緊固于機架3上。所述彈性夾指組件26，通過短圓柱螺套31和35調節(jié)彈性夾指組件26與左刀片22的間距，通過短固定螺釘30、長固定螺釘34固定于左刀片下方，并用鎖緊螺母緊固。所述剛性夾指組件27，通過長螺釘固定，鎖緊螺母緊固。所述左刀片22和右刀片21通過刀片復位彈簧20連接，當動力卸載后，左、右刀片在復位彈簧20的作用下分別繞刀片轉動銷軸25張開。

優(yōu)選地，所述彈性夾指組件26設有彈性夾指上承架38、彈性夾指下承架39、連接彈性夾指上承架38和彈性夾指下承架39的支撐元件、活動指板29、指板旋轉鉚釘28以及指板彈簧36。

需要說明的是，所述活動指板29、指板旋轉鉚釘28是用于夾持果枝的，指板彈簧36是控制活動指板夾緊果枝與復位的。指板旋轉鉚釘28鉚接于兩上、下承板之間，活動指板29連接于指板旋轉鉚釘28并可繞其相對轉動。如此彈性夾指組件設置，彈性夾指組件的活動指板的夾緊力完全由指板彈簧36提供，指板彈簧36自身的壓縮反作用的特性實現(xiàn)了對母枝的柔性夾緊，無需再增設力傳感器等傳感器，簡化了結構，降低了成本。

本具體實施方式所提供的連接彈性夾指上承架38和彈性夾指下承架39的支撐元件包括指板止動螺釘33、緊固螺母32、長固定螺釘34、長圓柱螺套37，指板彈簧36在活動指板29和長圓柱螺套37的預壓縮作用下安裝于指板旋轉鉚釘28上，活動指板29在指板彈簧36的預壓回彈作用下受指板止動螺釘33止動限位。

優(yōu)選地，所述剛性夾指組件27包括剛性夾指43以及各墊塊元件。

需要說明的是，墊片元件是用于為使剛性夾指指面與活動指板指面對應于同一高度的。

本具體實施方式所提供的墊片元件包括上墊片40、圓柱墊塊41和下墊片42。

優(yōu)選地，所述夾剪機構300上方設有擺桿傳動機構200，擺桿傳動機構200包括左擺桿組件201和右擺桿組件202。

需要說明的是，左擺桿組件201和右擺桿組件202，是用于傳遞驅動組件100的驅動動力的。如此設置，只需一個驅動組件100通過左、右齒輪的嚙合傳動即可將部分動力傳遞至右擺桿組件202。

本具體實施方式所提供的左擺桿組件201和右擺桿組件202分別安裝于機架3上，并分別通過卡簧擋圈8和19固定，約束軸向自由度。所述左、右擺桿組件通過左齒輪4與右齒輪16嚙合傳動。左擺桿組件201包括左轉軸7，緊固于軸端面處的左齒輪4，緊固于左齒輪4下方的左轉軸上擺桿9，緊固于軸凹槽處的左轉軸下擺桿6，安裝于兩擺桿末端圓孔之間的左滾子組件。所述左滾子組件包括左銷釘10，緊固于銷釘上的左滾輪11，左轉軸上擺桿9與左轉軸下擺桿6的末端圓孔處于同一軸線上，左銷釘10能在末端圓孔內相對轉動。所述左轉軸7、左齒輪4、左轉軸上擺桿9、左轉軸下擺桿6通過緊固螺釘5緊固連接。所述右擺桿組件202包括右轉軸18，右轉軸上端約束板17，緊固于軸上的右齒輪16，分別緊固于上、下軸肩處的右轉軸上擺桿14、右轉軸下擺桿15，安裝于兩擺桿末端圓孔之間的右滾子組件。所述右滾子組件包括右銷釘13，緊固于銷釘上的右滾輪12，右轉軸上擺桿14與右轉軸下擺桿15的末端圓孔處于同一軸線上，右銷釘13能在末端圓孔內相對轉動。所述右轉軸18、右轉軸上擺桿14、右轉軸下擺桿15通過緊固螺釘緊固連接。所述右轉軸上端約束板17套于右擺桿組件202的右轉軸18并緊固于機架3上，右轉軸上端約束板17與卡簧擋圈19對右擺桿組件202形成簡支梁力學模型，改善右擺桿組件202在傳遞動力時的力學性能。

另外，為了提高本具體實施方式所提供的夾剪式機械末端執(zhí)行器的可靠性，本具體實施方式所提供的夾剪式機械末端執(zhí)行器，左擺桿組件201的左滾輪與左刀片22的刀背接觸，右擺桿組件202的右滾輪與右刀片21的刀背接觸。

如此設置，本具體實施方式所提供的夾剪式機械末端執(zhí)行器，在非工作狀態(tài)下，左、右擺桿組件處于一確定位置，左、右刀片在刀片復位彈簧20的預壓縮力作用下分別貼緊左、右滾輪，使左、右刀片，包括分別固定于左刀片22下方的彈性夾指組件26和固定于右刀片21下方的剛性夾指組件27處于張開狀態(tài)。所述左、右刀片在張開狀態(tài)下，刀刃夾角為16°。能夠有效地使夾剪式機械末端執(zhí)行器結構緊湊，執(zhí)行可靠。

優(yōu)選地，所述驅動組件100設有舵機1和舵機支撐板2。

本具體實施方式所提供的夾剪式機械末端執(zhí)行器所述舵機1安裝于舵機支撐板2上，舵機支撐板2安裝于機架3上。所述舵機1輸出軸與擺桿傳動機構200中的左擺桿組件201連接。如此設置，只需一個驅動100通過左、右齒輪的嚙合傳動即可將部分動力傳遞至右擺桿組件202。

優(yōu)選地，所述指板旋轉鉚釘28鉚接于彈性夾指上承架38和彈性夾指下承架39之間，所述活動指板29連接于指板旋轉鉚釘28，指板彈簧36在活動指板29和長圓柱螺套37的預壓縮作用下設在指板旋轉鉚釘28上。

優(yōu)選地，所述機械臂連接組件400包括通過緊固螺釘46連接的機械臂連接件一44與機械臂連接件二45。

本具體實施方式所提供的夾剪式機械末端執(zhí)行器中：

工作時，驅動組件100的舵機1輸出驅動力，動力由輸出軸傳遞至擺桿傳動機構200的左擺桿組件201，通過左擺桿組件201的左齒輪4與右擺桿組件202的右齒輪16嚙合，左擺桿組件201將一部分動力傳遞至右擺桿組件202，左、右擺桿組件分別繞其左、右轉軸相對嚙合轉動。同時，左擺桿組件201的左滾輪11壓迫左刀片22的刀背，右擺桿組件202的右滾輪12壓迫右刀片21的刀背，左、右刀片分別在左、右擺桿組件的帶動下繞刀片轉動銷軸25作相對閉合轉動。左、右刀片閉合時，分別固定于左、右刀片下方的彈性夾指組件26、剛性夾指組件27首先閉合夾持果枝，隨著左、右刀片不斷閉合，兩夾指夾持果枝的夾緊力不斷增大，直至左、右刀片閉合完全剪斷果枝，夾緊力達到最大值。當舵機1卸載，擺桿傳動機構200在舵機1輸出軸的帶動下復位，左、右刀片分別受左、右滾輪的壓迫消失，左、右刀片以及分別固定于下方的彈性夾指組件26、剛性夾指組件27在刀片復位彈簧20的作用下繞刀片旋轉銷軸25張開復位，彈性夾指組件26的活動指板29在指板彈簧36的作用下繞指板旋轉鉚釘28逐漸旋轉復位，直至遇到指板止動螺釘33時止動限位，當指板彈簧36不足以提供足夠的夾緊力時果枝被松開，串果或單果采摘目標下落至果筐中。

以上對本發(fā)明所提供的一種夾剪式機械臂末端執(zhí)行器進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想。應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以對本發(fā)明進行若干改進和修飾，這些改進和修飾也落入本發(fā)明權利要求的保護范圍內。