專利名稱：蘋果采摘機(jī)器人欠驅(qū)動(dòng)末端工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種果實(shí)采摘設(shè)備，特別是涉及一種用于機(jī)器人采摘的欠驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)末
端工具。
背景技術(shù)：
在果園生產(chǎn)活動(dòng)中，果實(shí)采摘所用勞動(dòng)力占全部生產(chǎn)過程勞動(dòng)力總量的將近一半。采摘作業(yè)復(fù)雜，季節(jié)性強(qiáng)，目前的果園大多使用人工采摘方式，效率低、勞動(dòng)量大，容易造成果實(shí)損傷。發(fā)展機(jī)械化采摘技術(shù)可提高采摘效率，同時(shí)降低果實(shí)損傷率，節(jié)省人工成本，提高果農(nóng)經(jīng)濟(jì)效益。中國專利第200910156624.1號(hào)提供了一種球果采摘機(jī)器人的柔性末端執(zhí)行器，這種末端執(zhí)行器包括機(jī)架，機(jī)架上設(shè)有抓取果蔬的手爪機(jī)構(gòu)。手爪機(jī)構(gòu)包括底座和手指，手指包括固定于底座上的固定桿和與固定桿鉸接的連桿。連桿與推動(dòng)其相對于固定桿擺動(dòng)的橡皮管連接，該橡皮管頂端密封、底端與充氣機(jī)構(gòu)連接，底座上設(shè)有至少三個(gè)手指。該發(fā)明包含至少三個(gè)操作手指，機(jī)械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，同時(shí)該發(fā)明不包含切斷果梗的機(jī)構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種用于機(jī)器人采摘，可靈活適應(yīng)蘋果的生長姿態(tài)，可將蘋果與所在枝條分離，并切斷蘋果果梗的末端工具。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明蘋果采摘機(jī)器人欠驅(qū)動(dòng)末端工具予以實(shí)現(xiàn)的技術(shù)方案是，包括:果實(shí)姿態(tài)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)，果實(shí)分離、切割機(jī)構(gòu)。其中，果實(shí)分離、切割機(jī)構(gòu)為欠驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)形式。果實(shí)分離、切割機(jī)構(gòu)設(shè)置于果實(shí)姿態(tài)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)上，果實(shí)姿態(tài)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)安裝于外設(shè)蘋果采摘機(jī)器人的定位機(jī)構(gòu)。
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果實(shí)姿態(tài)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)包括:支座；通過軸承I及軸承II鉸接于支座的外框；通過銷軸I及銷軸II鉸接于外框的內(nèi)框。果實(shí)分離、切割機(jī)構(gòu)包括:內(nèi)框；滑動(dòng)安裝于內(nèi)框左側(cè)的左分離器；滑動(dòng)安裝于左分離器內(nèi)部的左刀片；固定安裝于左刀片上滑動(dòng)于左分離器導(dǎo)向槽內(nèi)的左導(dǎo)向塊I及左導(dǎo)向塊II ;固定安裝于內(nèi)框左側(cè)的左氣缸；固定安裝于左氣缸上的左動(dòng)作管和左復(fù)位管；滑動(dòng)安裝于左氣缸內(nèi)的左活塞桿；固定于左刀片上與左活塞桿連接的左支桿；固結(jié)于左刀片上與左分離器左側(cè)面連接的左彈簧；滑動(dòng)安裝于內(nèi)框右側(cè)的右分離器；滑動(dòng)安裝于右分離器內(nèi)部的右刀片；固定安裝于右刀片上滑動(dòng)于右分離器導(dǎo)向槽內(nèi)的右導(dǎo)向塊I及右導(dǎo)向塊
II;固定安裝于內(nèi)框右側(cè)的右氣缸；固定安裝于右氣缸上的右動(dòng)作管和右復(fù)位管；滑動(dòng)安裝于右氣缸內(nèi)的右活塞桿；固結(jié)于右刀片上與右分離器右側(cè)面連接的右彈簧；連接于左動(dòng)作管及右動(dòng)作管的動(dòng)作管；連接于左復(fù)位管和右復(fù)位管的復(fù)位管。本發(fā)明蘋果采摘機(jī)器人欠驅(qū)動(dòng)末端工具有以下有益效果:(I)果實(shí)姿態(tài)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)可以在兩個(gè)方向調(diào)整果實(shí)分離、切割機(jī)構(gòu)相對于采摘對象果實(shí)的姿態(tài)，適應(yīng)不同的果實(shí)生長姿態(tài)。
(2)果實(shí)分離、切割機(jī)構(gòu)為欠驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)形式，采用同一組動(dòng)作、復(fù)位機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)簡單。該果實(shí)分離、切割機(jī)構(gòu)可依次完成果實(shí)與枝條的分離、果實(shí)果梗的切斷動(dòng)作。


圖1是本發(fā)明蘋果采摘機(jī)器人欠驅(qū)動(dòng)末端工具整體結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明蘋果采摘機(jī)器人欠驅(qū)動(dòng)末端工具X方向姿態(tài)自適應(yīng)調(diào)整示意圖；圖3是本發(fā)明蘋果采摘機(jī)器人欠驅(qū)動(dòng)末端工具Y方向姿態(tài)自適應(yīng)調(diào)整示意圖；圖4是本發(fā)明蘋果采摘機(jī)器人欠驅(qū)動(dòng)末端工具果實(shí)分離、切割機(jī)構(gòu)示意圖；圖5是本發(fā)明蘋果采摘機(jī)器人欠驅(qū)動(dòng)末端工具果實(shí)分離、切割機(jī)構(gòu)捕獲果實(shí)示意圖；圖6是本發(fā)明蘋 果采摘機(jī)器人欠驅(qū)動(dòng)末端工具果實(shí)分離、切割機(jī)構(gòu)分離果實(shí)示意圖；圖7是本發(fā)明蘋果采摘機(jī)器人欠驅(qū)動(dòng)末端工具果實(shí)分離、切割機(jī)構(gòu)切割果梗示意圖；附圖標(biāo)記:1.支座2.外框3.內(nèi)框4.左導(dǎo)向塊I5.左刀片6.左分離器7.左導(dǎo)向塊II8.銷軸I9.右導(dǎo)向塊I10.右分離器11.右刀片12.右導(dǎo)向塊II13.銷軸II14.右彈簧15.右氣缸16.右復(fù)位管17.右動(dòng)作管18.左彈簧19.左氣缸20.左復(fù)位管21.左動(dòng)作管22.動(dòng)作管.23.復(fù)位管24.枝條25.果梗26.蘋果27.軸承I28.軸承II29.左活塞桿30.左支桿31.右活塞桿
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明蘋果采摘機(jī)器人欠驅(qū)動(dòng)末端工具做出詳細(xì)說明。如圖1所示，本發(fā)明蘋果采摘機(jī)器人欠驅(qū)動(dòng)末端工具，包括:果實(shí)姿態(tài)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)，果實(shí)分離、切割機(jī)構(gòu)。其特征在于，果實(shí)分離、切割機(jī)構(gòu)置于果實(shí)姿態(tài)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)，果實(shí)姿態(tài)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)可安裝于蘋果采摘機(jī)器人的定位機(jī)構(gòu)。如圖2、3所示，果實(shí)姿態(tài)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)包括:支座I ;通過軸承127及軸承1128鉸接于支座I的外框2 ;通過銷軸18及銷軸1113鉸接于外框2的內(nèi)框3。如圖4所示，果實(shí)分離、切割機(jī)構(gòu)包括:內(nèi)框3 ;滑動(dòng)安裝于內(nèi)框3左側(cè)的左分離器6 ;滑動(dòng)安裝于左分離器6內(nèi)部的左刀片5 ;固定安裝于左刀片5上滑動(dòng)于左分離器6導(dǎo)向槽內(nèi)的左導(dǎo)向塊14及左導(dǎo)向塊117 ;固定安裝于內(nèi)框3左側(cè)的左氣缸19 ;固定安裝于左氣缸19上的左動(dòng)作管21和左復(fù)位管20 ;滑動(dòng)安裝于左氣缸19內(nèi)的左活塞桿29 ;固定于左刀片5上與左活塞桿29連接的左支桿30 ;固結(jié)于左刀片5上與左分離器6左側(cè)面連接的左彈簧18 ;滑動(dòng)安裝于內(nèi)框3右側(cè)的右分離器10 ;滑動(dòng)安裝于右分離器10內(nèi)部的右刀片11 ；固定安裝于右刀片11上滑動(dòng)于右分離器10導(dǎo)向槽內(nèi)的右導(dǎo)向塊19及右導(dǎo)向塊1112 ;固定安裝于內(nèi)框3右側(cè)的右氣缸15 ;固定安裝于右氣缸15上的右動(dòng)作管17和右復(fù)位管16 ；滑動(dòng)安裝于右氣缸15內(nèi)的右活塞桿31 ;固結(jié)于右刀片11上與右分離器10右側(cè)面連接的右彈簧14 ;連接于左動(dòng)作管21及右動(dòng)作管17的動(dòng)作管22 ;連接于左復(fù)位管20和右復(fù)位管16的復(fù)位管23。下面將說明本發(fā)明蘋果采摘機(jī)器人欠驅(qū)動(dòng)末端工具動(dòng)作實(shí)施過程1.果實(shí)姿態(tài)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)姿態(tài)自適應(yīng)調(diào)整動(dòng)作圖2中蘋果26所在枝條24在圖示X方向傾斜，導(dǎo)致蘋果26的生長姿態(tài)傾斜。圖2中支座I在外設(shè)機(jī)器人定位機(jī)構(gòu)作用下，帶動(dòng)外框2及內(nèi)框3豎直向上套在蘋果26外側(cè)。由于枝條24傾斜，枝條24的較低部位24x將首先觸碰到內(nèi)框3的3x部位或外框2的2x部位，枝條24x部位將阻止內(nèi)框3x部位或外框2x部位上移。支座I繼續(xù)上移時(shí)，內(nèi)框3x部位及外框2x部位將在枝條24x阻力作用推動(dòng)外框2及內(nèi)框3繞軸承127及軸承1128在X逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)，如圖2所示。該過程可調(diào)整末端工具的外框2及內(nèi)框3的上端面趨近于蘋果26的果梗25的垂直方向，即可使果實(shí)分離、切割機(jī)構(gòu)適應(yīng)蘋果26的生長姿態(tài)，便于切斷果梗25。若枝條24在X方向的傾斜方向與圖2所示相反，則末端工具的外框2及內(nèi)框3的轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)閳D示X順時(shí)針方向。圖3中蘋果26所在枝條24在圖示Y方向傾斜，導(dǎo)致蘋果26的生長姿態(tài)傾斜。圖3中支座I在外部機(jī)器人定位機(jī)構(gòu)作用下，帶動(dòng)外框2及內(nèi)框3豎直向上套在蘋果26外側(cè)。由于枝條24傾斜，枝條24的較低部位24y將首先觸碰到內(nèi)框3的3y部位，枝條24y部位將阻止內(nèi)框3y部位上移。支座I繼續(xù)上移時(shí)，內(nèi)框3y部位將在枝條24y阻力作用推動(dòng)內(nèi)框3繞銷軸18及銷軸1113在Y方向順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，如圖3所示。該轉(zhuǎn)動(dòng)可調(diào)整末端工具的內(nèi)框3的上端面趨近于蘋果26的果梗25的垂直方向，即可使果實(shí)分離、切割機(jī)構(gòu)適應(yīng)蘋果26的生長姿態(tài)，便于切斷 果梗25。若枝條24在Y方向的傾斜方向與圖3所示相反，則末端工具的內(nèi)框3轉(zhuǎn)動(dòng)方向?yàn)閳D示Y的逆時(shí)針方向。2.果實(shí)分離、切割機(jī)構(gòu)分離果實(shí)動(dòng)作圖5中支座I在外設(shè)機(jī)器人定位機(jī)構(gòu)作用下豎直向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)左分離器6和右分離器10上端面略高于蘋果26后，末端工具開始捕獲并分離蘋果26的動(dòng)作。動(dòng)作管22內(nèi)的工作氣體壓力上升，即右動(dòng)作管17及左動(dòng)作管21內(nèi)的工作氣體壓力上升，分別推動(dòng)右氣缸15內(nèi)的右活塞桿31及左氣缸19中的左活塞桿29向中間蘋果26方向運(yùn)動(dòng)。左活塞桿29通過左支桿30推動(dòng)左刀片5向右運(yùn)動(dòng)，左刀片5通過左彈簧18向右推動(dòng)左分離器6。右活塞桿31向左推動(dòng)右刀片11，右刀片11通過右彈簧14向左推動(dòng)右分離器10。圖6中左分離器6和右分離器10由圖5中初始位置向蘋果26方向運(yùn)動(dòng)一定行程后，左分離器6及右分離器10的下部內(nèi)凹球面將貼近包圍蘋果26的上半部外凸球面。在動(dòng)作管22內(nèi)氣體的壓力及左彈簧18、右彈簧14作用下，左分離器6及右分離器10的下部內(nèi)凹球面將共同包緊蘋果26的上半部外凸球面并將其向下擠壓，使蘋果26遠(yuǎn)離枝條24，并使左分離器6及右分離器10處于蘋果26與枝條24之間，完成蘋果26與所在枝條24的分離。由于左動(dòng)作管21和右動(dòng)作管17共同連接至動(dòng)作管22，故左分離器6及右分離器10向蘋果26運(yùn)動(dòng)的速度及對蘋果26包圍擠壓力大小相等。
3.果實(shí)分尚、切IllJ機(jī)構(gòu)切IllJ果梗動(dòng)作圖6中左分離器6和右分離器10完成包圍擠壓蘋果26并使其與枝條24分離后，左分離器6和右分離器10由于蘋果26的阻礙停止運(yùn)動(dòng)。增大動(dòng)作管22內(nèi)的工作氣體壓力，左動(dòng)作管21及右動(dòng)作管17內(nèi)的工作氣體壓力上升，推動(dòng)右氣缸15內(nèi)的右活塞桿31及左氣缸19內(nèi)的左活塞桿29向中間蘋果26方向繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。左活塞桿29推動(dòng)左刀片5克服左彈簧18的拉力向右運(yùn)動(dòng)，右活塞桿31推動(dòng)右刀片11克服右彈簧14的拉力向左運(yùn)動(dòng)。左刀片5及右刀片11上的菱形切口封閉包圍果梗25，并最終切斷果梗25，完成切割動(dòng)作，如圖7所示。4.末端工具復(fù)位動(dòng)作圖7中左刀片5及右刀片11切斷果梗25后，復(fù)位管23內(nèi)的工作氣體壓力增大。與復(fù)位管23連接的左復(fù)位管20及右復(fù)位管16內(nèi)壓力上升。左復(fù)位管20推動(dòng)左氣缸19內(nèi)的左活塞桿29向左運(yùn) 動(dòng)，右復(fù)位管16推動(dòng)右氣缸15內(nèi)的右活塞桿31向右運(yùn)動(dòng)。左活塞桿29推動(dòng)左刀片5及左分離器6向左運(yùn)動(dòng)至其初始位置，右活塞桿31推動(dòng)右刀片11及右分離器10向右運(yùn)動(dòng)至其初始位置，完成末端工具的復(fù)位動(dòng)作。
權(quán)利要求
1.一種蘋果采摘機(jī)器人欠驅(qū)動(dòng)末端工具，包括:果實(shí)姿態(tài)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)，果實(shí)分離、切割機(jī)構(gòu)。其特征在于，果實(shí)分離、切割機(jī)構(gòu)置于果實(shí)姿態(tài)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)，果實(shí)姿態(tài)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)可安裝于外設(shè)的蘋果采摘機(jī)器人定位機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蘋果采摘機(jī)器人欠驅(qū)動(dòng)末端工具，其特征在于，所述的果實(shí)姿態(tài)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)包括:支座(I);通過軸承1(27)及軸承11(28)鉸接于支座(I)的外框(2);通過銷軸1(8)及銷軸11(13)鉸接于外框(2)的內(nèi)框(3)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的蘋果采摘機(jī)器人欠驅(qū)動(dòng)末端工具，其特征在于，所述的果實(shí)分離、切割機(jī)構(gòu)包括:內(nèi)框(3);滑動(dòng)安裝于內(nèi)框(3)左側(cè)的左分離器(6);滑動(dòng)安裝于左分離器(6)內(nèi)部的左刀片(5);固定安裝于左刀片(5)上滑動(dòng)于左分離器(6)導(dǎo)向槽內(nèi)的左導(dǎo)向塊I (4)及左導(dǎo)向塊II (7);固定安裝于內(nèi)框(3)左側(cè)的左氣缸(19);固定安裝于左氣缸(19)上的左動(dòng)作管(21)和左復(fù)位管(20);滑動(dòng)安裝于左氣缸(19)內(nèi)的左活塞桿(29)；固定于左刀片(5)上與左活塞桿(29)連接的左支桿(30);固結(jié)于左刀片(5)上與左分離器(6)左側(cè)面連接的左彈簧(18);滑動(dòng)安裝于內(nèi)框(3)右側(cè)的右分離器(10);滑動(dòng)安裝于右分離器(10)內(nèi)部的右刀片(11);固定安裝于右刀片(11)上滑動(dòng)于右分離器(10)導(dǎo)向槽內(nèi)的右導(dǎo)向塊I (9)及右導(dǎo)向塊II (12);固定安裝于內(nèi)框(3)右側(cè)的右氣缸(15);固定安裝于右氣缸(15)上的右動(dòng)作管(17)和右復(fù)位管(16);滑動(dòng)安裝于右氣缸(15)內(nèi)的右活塞桿(31);固結(jié)于右刀片(11)上與右分離器(10)右側(cè)面連接的右彈簧(14);連接于左動(dòng)作管(21)及右動(dòng)作管(17)的動(dòng)作管(22);連接于左復(fù)位管(20)和右復(fù)位管(16)的復(fù)位 管(23)。
全文摘要
本發(fā)明公開一種蘋果采摘機(jī)器人欠驅(qū)動(dòng)末端工具，包括果實(shí)姿態(tài)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)，果實(shí)分離、切割機(jī)構(gòu)。其中，果實(shí)分離、切割機(jī)構(gòu)置于果實(shí)姿態(tài)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)，果實(shí)姿態(tài)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)可安裝于蘋果采摘機(jī)器人的定位機(jī)構(gòu)。該末端工具的果實(shí)姿態(tài)自適應(yīng)機(jī)構(gòu)可調(diào)整其果實(shí)分離、切割機(jī)構(gòu)相對于采摘對象果實(shí)的生長姿態(tài)。該末端工具的果實(shí)分離、切割機(jī)構(gòu)整體為欠驅(qū)動(dòng)形式，采用同一套動(dòng)作元件依次實(shí)現(xiàn)果實(shí)分離、切斷果梗的順序動(dòng)作。該蘋果采摘機(jī)器人欠驅(qū)動(dòng)末端工具可應(yīng)用于機(jī)器人采摘領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)蘋果類球形果實(shí)的機(jī)械化采摘作業(yè)。
文檔編號(hào)B25J11/00GK103120070SQ201310005609
公開日2013年5月29日 申請日期2013年1月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月8日
發(fā)明者羅海風(fēng) 申請人:北京林業(yè)大學(xué)