一種果蔬采摘機器人末端執行器結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及機器人及其部件的術領域，具體為一種果蔬采摘機器人末端執行器結構。
【背景技術】
[0002]水果是我們日常生活中不可或缺的重要食物。而水果采摘是農產品生產鏈中最費力、最耗時的環節之一，采摘作業季節性強、耗時費力、費用高，因此保證果實適時采收、降低收獲作業費用是果農增收的重要途徑。我國水果采摘自動化程度較低，目前大多采用人工作業，其大環境有待改善。
[0003]果蔬采摘機器人末端執行器是直接接觸果實的重要部件，通過多個指節的收攏實現果蔬的捏拿，是近年來國內外研宄的熱點與難點。歐美、日本等國均研制開發了各種果蔬采摘機器人末端執行器，但是其機構復雜度高、控制難度較大，使得其使用和制造成本較高，不適合推廣應用，而國內對于果蔬采摘末端執行器的研宄正處于發展階段，如公告號為CN102729256A的發明專利公開的欠驅動采摘機械手末端執行器裝置，其包括三個手指，每個手指包括三個指節，通過傳動機構實現手指的合攏運動，實現果蔬的采摘，但是傳動機構為齒輪傳動，手指通過齒輪傳動來實現合攏，其結構復雜而且其操控難度較大；如公告號為CN204031841U是實用新型授權專利公開的一種水果采摘機械手，其手指通過拉繩的牽拉實現手指的合攏，其結構簡單，操控性較好，但是由于手柄帶動拉繩的活動范圍較小，其對果蔬的捏拿的適用范圍較小，較難同時適應形狀相差懸殊的果蔬的采摘要求，其適應性較低，而且由于拉繩的經常受力會使拉繩出現拉升變形，從而會降低手指對果蔬的捏緊力，從而降低果蔬捏拿的穩定性。

【發明內容】

[0004]針對上述問題，本發明提供了一種果蔬采摘機器人末端執行器結構，在能夠有滿足果蔬采摘，保證果蔬捏拿穩定性的前提下，其結構簡單、控制難度較小，使得其使用和制造成本較低，適應性較高，適合推廣應用。
[0005]一種果蔬采摘機器人末端執行器結構，其包括驅動箱，其特征在于:所述驅動箱上設置有至少三個活動指節，所述活動指節周向布置形成收納腔，所述活動指節分別通過扭簧或者拉簧連接所述驅動箱，所述驅動箱上設置有與所述活動指節對應的驅動裝置，所述驅動裝置通過鍵繩連接所述活動指節。
[0006]其進一步特征在于:所述驅動箱上收納腔外側布置伸縮型切割裝置；
所述驅動裝置包括驅動電機，所述驅動電機連接減速器，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；
所述活動指節內側設置有壓力傳感器；
所述驅動箱上對應所述活動指節設置有固定指節，所述活動指節通過扭簧或者拉簧連接所述固定指節；
所述活動指節包括第一活動指節和第二活動指節，所述第一活動指節通過扭簧或者拉簧連接所述固定指節，所述第二活動指節通過扭簧或者拉簧連接所述第一活動指節；所述第一活動指節、所述第二活動指節和對應的所述固定指節上套裝有柔性軟管；所述驅動箱上對應所述收納腔上設置有吸盤。
[0007]本發明的上述結構中，由于在活動指節分別通過扭簧或者拉簧連接所述驅動箱，所述驅動箱上設置有與所述活動指節對應的驅動裝置，所述驅動裝置通過鍵繩連接所述活動指節，通過鍵繩的拉升和扭簧的復位，實現了活動指節對果蔬的采摘，在保證果蔬捏拿穩定性和提高末端執行器結構的適用性的前提下，其結構簡單、控制難度較小，使得其使用和制造成本較低，適合推廣應用。
【附圖說明】
[0008]圖1為本發明果蔬采摘機器人末端執行器結構示意圖；
圖2為本發明果蔬采摘機器人末端執行器結構立體圖。
【具體實施方式】
[0009]見圖1、圖2，一種果蔬采摘機器人末端執行器結構，其包括驅動箱1，驅動箱I上設置有三個活動指節2-1、2-2、2-3，活動指節2-1、2-2、2-3周向布置形成收納腔3，活動指節2-1、2-2、2-3分別通過扭簧或者拉簧4連接驅動箱1，驅動箱I上設置有與活動指節2_1、
2-2,2-3對應的驅動裝置5，驅動裝置5分別通過鍵繩6連接活動指節2_1、2_2、2_3，驅動箱I上收納腔外側布置伸縮型切割裝置7，活動指節2-1、2-2、2-3內側設置有壓力傳感器8，通過驅動裝置5收緊鍵繩，較好地克服了鍵繩的收縮，保證了活動指節的捏拿范圍，提高了果蔬捏拿的穩定性，同時提高了末端執行器結構的適用性。
[0010]驅動裝置5包括驅動電機9，驅動電機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]驅動箱I上對應活動指節2-1、2-2、2-3設置有固定指節11_1、11_2、11_3，活動指節2-1、2-2、2-3分別通過扭簧或者拉簧4連接固定指節11-1、11-2、11-3，由于固定指節11-1、11-2、11-3形成相對固定的收納腔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]活動指節2-1、2-2、2_3包括第一活動指節2a和第二活動指節2b，第一活動指節2a通過扭簧或者拉簧4分別連接固定指節11-1、11-2、11-3，第二活動指節2b通過扭簧或者拉簧4分別連接第一活動指節2a，第一活動指節2a、第二活動指節2b和對應的固定指節11-1、11-2、11-3上設置有鍵繩滑槽12，限制鍵繩的活動范圍，保證鍵繩動作的穩定性，由于第一活動指節和第二活動指節的折彎，實現了活動指節的雙重折彎，進一步保證了果蔬捏拿的穩定性。
[0013]第一活動指節2a、第二活動指節2b和對應的固定指節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對所抓取蘋果的表面損傷以及增加摩擦力從而取代在指節內側置有橡膠材料的方式，而且可以提高末端執行器的柔性和美觀度。
[0014]驅動箱I上對應收納腔上設置有吸盤14，保證了果蔬采摘是在末端執行器內的穩定定位，同時緩沖指節對果蔬的沖擊。
[0015]本實施例中，重要零部件扭簧采用單臂彎曲扭轉彈簧，無需潤滑、占用空間小、彈性范圍廣，可往復使用且能提供穩定的性能。
[0016]下面結合附圖來說明本發明的工作原理:
安置在驅動箱內的驅動電機9正轉時，經過減速器10減速，減速軸帶動腱繩6向遠離指節的方向拉動，使得第一活動指節2a和第二活動指節2b旋轉，進而第一活動指節2a和第二活動指節2b彎曲，觸碰果實，壓力傳感器8接觸果實并產生壓力信號，控制手指直到牢牢抓緊包絡蘋果，同時，連接第一活動指節2a、第二活動指節2b和固定指節11-1、11-2、11-3上的扭簧被進一步壓縮，吸盤14吸住果蔬，緩沖手指對蘋果的沖擊，伸縮型切刀7a對果梗進行切割；驅動電機9反轉時，扭簧4變形減小，在扭簧力的作用下，腱繩6反向運動，指節在扭簧4的驅動下反轉，由于腱繩6的連接作用，第一活動指節2a和第二活動指節2b反轉受到了一定的緩沖作用，直到手指平穩地達到完全伸直狀態，同時，柔性軟管13恢復到直線狀態，進而保護指節不受損傷。
[0017]本發明提供的果蔬采摘機器人末端執行器，指節式手指結構的夾持力較大、包絡較為緊湊、張開的范圍大并且靈活，因此，夾持過程中的運動精度更高。同時，整體采用三根手指結構，各個手指有兩個轉動關節，與人的手指類似，這樣，自由度與復雜度適中，在保證了必要運動的同時，也便于穩定控制。由于剛性手指適應性較差，本末端執行器的上端第一活動指節、第二活動指節的軸線處在同一個平面上，下端的固定指節與此平面平行安放，并相對第一活動指節、第二活動指節對稱安置，這樣可以有效增加末端執行器的適應范圍，以便抓取多種不同形狀的果實。多指節手指采用腱繩牽引的方式，各個手指均由兩個單自由度關節串聯構成，而每個多指節手指僅用一根腱繩驅動其彎曲運動，在滿足抓取要求的同時，整體結構簡單，有效減小機構的復雜度，使得制造成本降低。
[0018]當然也可以采用其他數量的活動指節，只要是通過驅動裝置帶動鍵繩拉動指節彎曲對果蔬進行抓取固定果蔬，實現果蔬的采摘，都是本發明的保護范圍。
【主權項】
1.一種果蔬采摘機器人末端執行器結構，其包括驅動箱，其特征在于:所述驅動箱上設置有至少三個活動指節，所述活動指節周向布置形成收納腔，所述活動指節分別通過扭簧或者拉簧連接所述驅動箱，所述驅動箱上設置有與所述活動指節對應的驅動裝置，所述驅動裝置通過鍵繩連接所述活動指節。2.根據權利要求1所述的一種果蔬采摘機器人末端執行器結構，其特征在于:所述驅動箱上收納腔外側布置伸縮型切割裝置。3.根據權利要求1所述的一種果蔬采摘機器人末端執行器結構，其特征在于:所述驅動裝置包括驅動電機，所述驅動電機連接減速器，所述減速器軸連接所述鍵繩。4.根據權利要求2所述的一種果蔬采摘機器人末端執行器結構，其特征在于:所述伸縮型切割裝置包括切刀。5.根據權利要求1所述的一種果蔬采摘機器人末端執行器結構，其特征在于:所述活動指節內側設置有壓力傳感器。6.根據權利要求1所述的一種果蔬采摘機器人末端執行器結構，其特征在于:所述驅動箱上對應所述活動指節設置有固定指節，所述活動指節通過扭簧或者拉簧連接所述固定指節。7.根據權利要求6所述的一種果蔬采摘機器人末端執行器結構，其特征在于:所述活動指節包括第一活動指節和第二活動指節，所述第一活動指節通過扭簧或者拉簧連接所述固定指節，所述第二活動指節通過扭簧或者拉簧連接所述第一活動指節。8.根據權利要求7所述的一種果蔬采摘機器人末端執行器結構，其特征在于:所述第一活動指節、所述第二活動指節和對應的所述固定指節上套裝有柔性軟管。9.根據權利要求1-8任一所述的一種果蔬采摘機器人末端執行器結構，其特征在于:所述驅動箱上對應所述收納腔上設置有吸盤。
【專利摘要】本發明提供了一種果蔬采摘機器人末端執行器結構，在能夠有滿足果蔬采摘，保證果蔬捏拿穩定性的前提下，其結構簡單、控制難度較小，使得其使用和制造成本較低，適應性較高，適合推廣應用，其包括驅動箱，其特征在于：所述驅動箱上設置有至少三個活動指節，所述活動指節周向布置形成收納腔，所述活動指節分別通過扭簧或者拉簧連接所述驅動箱，所述驅動箱上設置有與所述活動指節對應的驅動裝置，所述驅動裝置通過鍵繩連接所述活動指節。
【IPC分類】A01D46/30
【公開號】CN104885706
【申請號】CN201510261693
【發明人】李想, 俞金虎
【申請人】江南大學
【公開日】2015年9月9日
【申請日】2015年5月21日