一種果蔬采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機(jī)器人及其部件的術(shù)領(lǐng)域，具體為一種果蔬采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]水果是我們?nèi)粘Ｉ钪胁豢苫蛉钡闹匾澄?。而水果采摘是農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)鏈中最費(fèi)力、最耗時(shí)的環(huán)節(jié)之一，采摘作業(yè)季節(jié)性強(qiáng)、耗時(shí)費(fèi)力、費(fèi)用高，因此保證果實(shí)適時(shí)采收、降低收獲作業(yè)費(fèi)用是果農(nóng)增收的重要途徑。我國(guó)水果采摘自動(dòng)化程度較低，目前大多采用人工作業(yè)，其大環(huán)境有待改善。
[0003]果蔬采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器是直接接觸果實(shí)的重要部件，通過多個(gè)指節(jié)的收攏實(shí)現(xiàn)果蔬的捏拿，是近年來國(guó)內(nèi)外研宄的熱點(diǎn)與難點(diǎn)。歐美、日本等國(guó)均研制開發(fā)了各種果蔬采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器，但是其機(jī)構(gòu)復(fù)雜度高、控制難度較大，使得其使用和制造成本較高，不適合推廣應(yīng)用，而國(guó)內(nèi)對(duì)于果蔬采摘末端執(zhí)行器的研宄正處于發(fā)展階段，如公告號(hào)為CN102729256A的發(fā)明專利公開的欠驅(qū)動(dòng)采摘機(jī)械手末端執(zhí)行器裝置，其包括三個(gè)手指，每個(gè)手指包括三個(gè)指節(jié)，通過傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)手指的合攏運(yùn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)果蔬的采摘，但是傳動(dòng)機(jī)構(gòu)為齒輪傳動(dòng)，手指通過齒輪傳動(dòng)來實(shí)現(xiàn)合攏，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜而且其操控難度較大；如公告號(hào)為CN204031841U是實(shí)用新型授權(quán)專利公開的一種水果采摘機(jī)械手，其手指通過拉繩的牽拉實(shí)現(xiàn)手指的合攏，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，操控性較好，但是由于手柄帶動(dòng)拉繩的活動(dòng)范圍較小，其對(duì)果蔬的捏拿的適用范圍較小，較難同時(shí)適應(yīng)形狀相差懸殊的果蔬的采摘要求，其適應(yīng)性較低，而且由于拉繩的經(jīng)常受力會(huì)使拉繩出現(xiàn)拉升變形，從而會(huì)降低手指對(duì)果蔬的捏緊力，從而降低果蔬捏拿的穩(wěn)定性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)上述問題，本發(fā)明提供了一種果蔬采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)，在能夠有滿足果蔬采摘，保證果蔬捏拿穩(wěn)定性的前提下，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制難度較小，使得其使用和制造成本較低，適應(yīng)性較高，適合推廣應(yīng)用。
[0005]一種果蔬采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)，其包括驅(qū)動(dòng)箱，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)箱上設(shè)置有至少三個(gè)活動(dòng)指節(jié)，所述活動(dòng)指節(jié)周向布置形成收納腔，所述活動(dòng)指節(jié)分別通過扭簧或者拉簧連接所述驅(qū)動(dòng)箱，所述驅(qū)動(dòng)箱上設(shè)置有與所述活動(dòng)指節(jié)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置，所述驅(qū)動(dòng)裝置通過鍵繩連接所述活動(dòng)指節(jié)。
[0006]其進(jìn)一步特征在于:所述驅(qū)動(dòng)箱上收納腔外側(cè)布置伸縮型切割裝置；
所述驅(qū)動(dòng)裝置包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接減速器，所述減速器軸連接所述鍵繩；
所述伸縮型切割裝置包括切刀；
所述活動(dòng)指節(jié)內(nèi)側(cè)設(shè)置有壓力傳感器；
所述驅(qū)動(dòng)箱上對(duì)應(yīng)所述活動(dòng)指節(jié)設(shè)置有固定指節(jié)，所述活動(dòng)指節(jié)通過扭簧或者拉簧連接所述固定指節(jié)；
所述活動(dòng)指節(jié)包括第一活動(dòng)指節(jié)和第二活動(dòng)指節(jié)，所述第一活動(dòng)指節(jié)通過扭簧或者拉簧連接所述固定指節(jié)，所述第二活動(dòng)指節(jié)通過扭簧或者拉簧連接所述第一活動(dòng)指節(jié)；所述第一活動(dòng)指節(jié)、所述第二活動(dòng)指節(jié)和對(duì)應(yīng)的所述固定指節(jié)上套裝有柔性軟管；所述驅(qū)動(dòng)箱上對(duì)應(yīng)所述收納腔上設(shè)置有吸盤。
[0007]本發(fā)明的上述結(jié)構(gòu)中，由于在活動(dòng)指節(jié)分別通過扭簧或者拉簧連接所述驅(qū)動(dòng)箱，所述驅(qū)動(dòng)箱上設(shè)置有與所述活動(dòng)指節(jié)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置，所述驅(qū)動(dòng)裝置通過鍵繩連接所述活動(dòng)指節(jié)，通過鍵繩的拉升和扭簧的復(fù)位，實(shí)現(xiàn)了活動(dòng)指節(jié)對(duì)果蔬的采摘，在保證果蔬捏拿穩(wěn)定性和提高末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)的適用性的前提下，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制難度較小，使得其使用和制造成本較低，適合推廣應(yīng)用。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發(fā)明果蔬采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明果蔬采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)立體圖。
【具體實(shí)施方式】
[0009]見圖1、圖2，一種果蔬采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)，其包括驅(qū)動(dòng)箱1，驅(qū)動(dòng)箱I上設(shè)置有三個(gè)活動(dòng)指節(jié)2-1、2-2、2-3，活動(dòng)指節(jié)2-1、2-2、2-3周向布置形成收納腔3，活動(dòng)指節(jié)2-1、2-2、2-3分別通過扭簧或者拉簧4連接驅(qū)動(dòng)箱1，驅(qū)動(dòng)箱I上設(shè)置有與活動(dòng)指節(jié)2_1、
2-2,2-3對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置5，驅(qū)動(dòng)裝置5分別通過鍵繩6連接活動(dòng)指節(jié)2_1、2_2、2_3，驅(qū)動(dòng)箱I上收納腔外側(cè)布置伸縮型切割裝置7，活動(dòng)指節(jié)2-1、2-2、2-3內(nèi)側(cè)設(shè)置有壓力傳感器8，通過驅(qū)動(dòng)裝置5收緊鍵繩，較好地克服了鍵繩的收縮，保證了活動(dòng)指節(jié)的捏拿范圍，提高了果蔬捏拿的穩(wěn)定性，同時(shí)提高了末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)的適用性。
[0010]驅(qū)動(dòng)裝置5包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)9，驅(qū)動(dòng)電機(jī)9連接減速器10，減速器軸12連接鍵繩6，伸縮型切割裝置7包括切刀7a。
[0011]驅(qū)動(dòng)箱I上對(duì)應(yīng)活動(dòng)指節(jié)2-1、2-2、2-3設(shè)置有固定指節(jié)11_1、11_2、11_3，活動(dòng)指節(jié)2-1、2-2、2-3分別通過扭簧或者拉簧4連接固定指節(jié)11-1、11-2、11-3，由于固定指節(jié)11-1、11-2、11-3形成相對(duì)固定的收納腔3，保證了果蔬的收納放置，有效避免了果蔬在采摘過程中的受力損壞。
[0012]活動(dòng)指節(jié)2-1、2-2、2_3包括第一活動(dòng)指節(jié)2a和第二活動(dòng)指節(jié)2b，第一活動(dòng)指節(jié)2a通過扭簧或者拉簧4分別連接固定指節(jié)11-1、11-2、11-3，第二活動(dòng)指節(jié)2b通過扭簧或者拉簧4分別連接第一活動(dòng)指節(jié)2a，第一活動(dòng)指節(jié)2a、第二活動(dòng)指節(jié)2b和對(duì)應(yīng)的固定指節(jié)11-1、11-2、11-3上設(shè)置有鍵繩滑槽12，限制鍵繩的活動(dòng)范圍，保證鍵繩動(dòng)作的穩(wěn)定性，由于第一活動(dòng)指節(jié)和第二活動(dòng)指節(jié)的折彎，實(shí)現(xiàn)了活動(dòng)指節(jié)的雙重折彎，進(jìn)一步保證了果蔬捏拿的穩(wěn)定性。
[0013]第一活動(dòng)指節(jié)2a、第二活動(dòng)指節(jié)2b和對(duì)應(yīng)的固定指節(jié)11_1、11_2、11_3上套裝有柔性軟管13，不僅可以避免剛性指節(jié)對(duì)所抓取蘋果的表面損傷以及增加摩擦力從而取代在指節(jié)內(nèi)側(cè)置有橡膠材料的方式，而且可以提高末端執(zhí)行器的柔性和美觀度。
[0014]驅(qū)動(dòng)箱I上對(duì)應(yīng)收納腔上設(shè)置有吸盤14，保證了果蔬采摘是在末端執(zhí)行器內(nèi)的穩(wěn)定定位，同時(shí)緩沖指節(jié)對(duì)果蔬的沖擊。
[0015]本實(shí)施例中，重要零部件扭簧采用單臂彎曲扭轉(zhuǎn)彈簧，無需潤(rùn)滑、占用空間小、彈性范圍廣，可往復(fù)使用且能提供穩(wěn)定的性能。
[0016]下面結(jié)合附圖來說明本發(fā)明的工作原理:
安置在驅(qū)動(dòng)箱內(nèi)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)9正轉(zhuǎn)時(shí)，經(jīng)過減速器10減速，減速軸帶動(dòng)腱繩6向遠(yuǎn)離指節(jié)的方向拉動(dòng)，使得第一活動(dòng)指節(jié)2a和第二活動(dòng)指節(jié)2b旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而第一活動(dòng)指節(jié)2a和第二活動(dòng)指節(jié)2b彎曲，觸碰果實(shí)，壓力傳感器8接觸果實(shí)并產(chǎn)生壓力信號(hào)，控制手指直到牢牢抓緊包絡(luò)蘋果，同時(shí)，連接第一活動(dòng)指節(jié)2a、第二活動(dòng)指節(jié)2b和固定指節(jié)11-1、11-2、11-3上的扭簧被進(jìn)一步壓縮，吸盤14吸住果蔬，緩沖手指對(duì)蘋果的沖擊，伸縮型切刀7a對(duì)果梗進(jìn)行切割；驅(qū)動(dòng)電機(jī)9反轉(zhuǎn)時(shí)，扭簧4變形減小，在扭簧力的作用下，腱繩6反向運(yùn)動(dòng)，指節(jié)在扭簧4的驅(qū)動(dòng)下反轉(zhuǎn)，由于腱繩6的連接作用，第一活動(dòng)指節(jié)2a和第二活動(dòng)指節(jié)2b反轉(zhuǎn)受到了一定的緩沖作用，直到手指平穩(wěn)地達(dá)到完全伸直狀態(tài)，同時(shí)，柔性軟管13恢復(fù)到直線狀態(tài)，進(jìn)而保護(hù)指節(jié)不受損傷。
[0017]本發(fā)明提供的果蔬采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器，指節(jié)式手指結(jié)構(gòu)的夾持力較大、包絡(luò)較為緊湊、張開的范圍大并且靈活，因此，夾持過程中的運(yùn)動(dòng)精度更高。同時(shí)，整體采用三根手指結(jié)構(gòu)，各個(gè)手指有兩個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)，與人的手指類似，這樣，自由度與復(fù)雜度適中，在保證了必要運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，也便于穩(wěn)定控制。由于剛性手指適應(yīng)性較差，本末端執(zhí)行器的上端第一活動(dòng)指節(jié)、第二活動(dòng)指節(jié)的軸線處在同一個(gè)平面上，下端的固定指節(jié)與此平面平行安放，并相對(duì)第一活動(dòng)指節(jié)、第二活動(dòng)指節(jié)對(duì)稱安置，這樣可以有效增加末端執(zhí)行器的適應(yīng)范圍，以便抓取多種不同形狀的果實(shí)。多指節(jié)手指采用腱繩牽引的方式，各個(gè)手指均由兩個(gè)單自由度關(guān)節(jié)串聯(lián)構(gòu)成，而每個(gè)多指節(jié)手指僅用一根腱繩驅(qū)動(dòng)其彎曲運(yùn)動(dòng)，在滿足抓取要求的同時(shí)，整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，有效減小機(jī)構(gòu)的復(fù)雜度，使得制造成本降低。
[0018]當(dāng)然也可以采用其他數(shù)量的活動(dòng)指節(jié)，只要是通過驅(qū)動(dòng)裝置帶動(dòng)鍵繩拉動(dòng)指節(jié)彎曲對(duì)果蔬進(jìn)行抓取固定果蔬，實(shí)現(xiàn)果蔬的采摘，都是本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種果蔬采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)，其包括驅(qū)動(dòng)箱，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)箱上設(shè)置有至少三個(gè)活動(dòng)指節(jié)，所述活動(dòng)指節(jié)周向布置形成收納腔，所述活動(dòng)指節(jié)分別通過扭簧或者拉簧連接所述驅(qū)動(dòng)箱，所述驅(qū)動(dòng)箱上設(shè)置有與所述活動(dòng)指節(jié)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置，所述驅(qū)動(dòng)裝置通過鍵繩連接所述活動(dòng)指節(jié)。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種果蔬采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)箱上收納腔外側(cè)布置伸縮型切割裝置。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種果蔬采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)裝置包括驅(qū)動(dòng)電機(jī)，所述驅(qū)動(dòng)電機(jī)連接減速器，所述減速器軸連接所述鍵繩。4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種果蔬采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述伸縮型切割裝置包括切刀。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種果蔬采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述活動(dòng)指節(jié)內(nèi)側(cè)設(shè)置有壓力傳感器。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種果蔬采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)箱上對(duì)應(yīng)所述活動(dòng)指節(jié)設(shè)置有固定指節(jié)，所述活動(dòng)指節(jié)通過扭簧或者拉簧連接所述固定指節(jié)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種果蔬采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述活動(dòng)指節(jié)包括第一活動(dòng)指節(jié)和第二活動(dòng)指節(jié)，所述第一活動(dòng)指節(jié)通過扭簧或者拉簧連接所述固定指節(jié)，所述第二活動(dòng)指節(jié)通過扭簧或者拉簧連接所述第一活動(dòng)指節(jié)。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種果蔬采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述第一活動(dòng)指節(jié)、所述第二活動(dòng)指節(jié)和對(duì)應(yīng)的所述固定指節(jié)上套裝有柔性軟管。9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一所述的一種果蔬采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述驅(qū)動(dòng)箱上對(duì)應(yīng)所述收納腔上設(shè)置有吸盤。
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種果蔬采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)，在能夠有滿足果蔬采摘，保證果蔬捏拿穩(wěn)定性的前提下，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、控制難度較小，使得其使用和制造成本較低，適應(yīng)性較高，適合推廣應(yīng)用，其包括驅(qū)動(dòng)箱，其特征在于：所述驅(qū)動(dòng)箱上設(shè)置有至少三個(gè)活動(dòng)指節(jié)，所述活動(dòng)指節(jié)周向布置形成收納腔，所述活動(dòng)指節(jié)分別通過扭簧或者拉簧連接所述驅(qū)動(dòng)箱，所述驅(qū)動(dòng)箱上設(shè)置有與所述活動(dòng)指節(jié)對(duì)應(yīng)的驅(qū)動(dòng)裝置，所述驅(qū)動(dòng)裝置通過鍵繩連接所述活動(dòng)指節(jié)。
【IPC分類】A01D46/30
【公開號(hào)】CN104885706
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510261693
【發(fā)明人】李想, 俞金虎
【申請(qǐng)人】江南大學(xué)
【公開日】2015年9月9日
【申請(qǐng)日】2015年5月21日