一种夹剪式机械臂末端执行器的制作方法

本发明涉及农业采摘领域，更具体的涉及一种夹剪式机械臂末端执行器。

背景技术：

果实采摘属于农产品生产过程中最耗费人力和时间的环节，人工采摘劳动时间长，劳动强度大，效率低。随着人力成本的提高，采摘机器人将逐步取代人工进行采摘作业。

近年来，农业采摘领域的农业采摘装置的相关技术已经在国内外都取得了不少成果。现有农业采摘装置技术中，采用绳传动的方式，能够实现采摘作业中的作物抓取和果柄切断两个任务。但是该执行器只是单纯地实现了夹持和剪断，这种夹持结构容易使绳子拉断或果实损伤。

同时，现有技术中的农业采摘装置采用气压驱动采摘装置，动力源复杂，控制难度大。

因此，如何设计出一种结构简单、夹持稳定的农业采摘装置成为本领域技术人员所要解决的重要技术问题。

技术实现要素：

为了解决上述技术问题，本发明的目的是设计一款结构紧凑，剪切稳定的用于农业采摘装置的机械手，具体来说，本发明提供了一种夹剪式机械臂末端执行器，其能够在简单的结构中实现对果蔬的稳定夹持功能，有效减少果实损伤。

本发明提供的夹剪式机械臂末端执行器，包括机架、驱动组件、夹剪机构及机械臂连接组件，所述夹剪机构包括安装于机架上的刀片转动销轴，安装于转动销轴上的左刀片和右刀片，通过圆螺母与转动销轴连接的压刀块；所述左刀片下方设有弹性夹指组件，右刀片下方设有刚性夹指组件。

优选地，所述弹性夹指组件设有弹性夹指上承架、弹性夹指下承架、连接弹性夹指上承架和弹性夹指下承架的支撑元件、活动指板、指板旋转铆钉以及指板弹簧。

优选地，所述刚性夹指组件包括刚性夹指以及垫块元件。

优选地，所述夹剪结构上方设有摆杆传动机构设有左摆杆组件和右摆杆组件。其中，左摆杆组件与右摆杆组件通过刀片复位弹簧连接，用以左右刀片剪切完成后的复位。

优选地，所述驱动组件设有舵机和舵机支撑板，所述舵机的输出轴与所述左摆杆组件紧固连接。

优选地，所述指板旋转铆钉铆接于弹性夹指上承架和弹性夹指下承架之间，所述活动指板连接于指板旋转铆钉，指板弹簧在活动指板和长圆柱螺套的预压缩作用下设在指板旋转铆钉上。其中，活动纸板经指板弹簧的预压缩作用下，通过指板止动螺钉止动限位。

优选地，所述机械臂连接组件包括通过紧固螺钉连接的机械臂连接件一与机械臂连接件二。

优选地，所述机械臂连接组件具有尺寸调换结构。使得机械臂连接组件可以根据不同机械臂末端的尺寸，更换不同的机械臂连接件，以适应多种不同型号的机械臂。

优选地，所述机架两侧设有用来支撑驱动组件的支撑梁。支撑梁用来支撑驱动组件在机架上的安装，改善其受力，使末端执行器驱动起来更有效。本发明的有益效果：

1)本发明提供的夹剪式机械臂末端执行器，包括机架、驱动组件、夹剪机构，其特征在于，所述夹剪机构包括安装于机架上的刀片转动销轴，安装于转动销轴上的左刀片和右刀片，通过圆螺母与转动销轴连接的压刀块；所述左刀片下方设有弹性夹指组件，右刀片下方设有刚性夹指组件。如此设置，本发明提供的夹剪式机械臂末端执行器，由于结构紧凑，控制可靠，即使夹剪动作完全由纯机械结构完成，机械结构简单，同时，便于维护，故障率低。

2)本发明提供的优选方案中，所述弹性夹指组件设有弹性夹指上承架、弹性夹指下承架、连接弹性夹指上承架和弹性夹指下承架的支撑元件、活动指板、指板旋转铆钉以及指板弹簧。需要说明的是，所述活动指板、指板旋转铆钉是用于夹持果枝的，指板弹簧是控制活动指板夹紧果枝与复位的。指板旋转铆钉铆接于两上、下承板之间，活动指板连接于指板旋转铆钉并可绕其相对转动。如此弹性夹指组件设置，弹性夹指模块的活动指板的夹紧力完全由指板弹簧提供，指板弹簧自身的压缩反作用的特性实现了对母枝的柔性夹紧，无需再增设力传感器等传感器，简化了结构，降低了成本。

3)本发明提供的优选方案中，所述驱动组件设有舵机和舵机支撑板。如此设置，本发明提供的夹剪式机械臂末端执行器，由于驱动输出端与左摆杆组件连接，且左摆杆组件的左齿轮与右摆杆组件的右齿轮啮合，同时带动了右摆杆组件转动，全部动力仅来自舵机的驱动，只需要一个舵机即可完成执行器的夹持和剪切工作，控制可靠，成本较低。

4)本发明提供的夹剪式机械臂末端执行器，其能够在使用一个动力源的情况下实现对果蔬的稳定夹持，有效减低农业采摘过程中对果实的损伤。

附图说明

图1为本发明具体实施方式中整体结构轴测图；

图2为本发明具体实施方式中驱动组件结构轴测图；

图3为本发明具体实施方式中摆杆传动机构结构轴测图；

图4为本发明具体实施方式中左摆杆组件结构轴测图1；

图5为本发明具体实施方式中左摆杆组件结构轴测图2；

图6为本发明具体实施方式中右摆杆组件结构轴测图；

图7为本发明具体实施方式中夹剪机构轴测图1；

图8为本发明具体实施方式中夹剪机构轴测图2；

图9为本发明具体实施方式中弹性夹指结构轴测图；

图10为本发明具体实施方式中刚性夹指结构轴测图；

图11为本发明具体实施方式中机械臂连接组件结构轴测图；

图1-图11中：

驱动组件-100，摆杆传动机构-200，左摆杆组件-201，右摆杆组件-202，夹剪机构-300，机械臂连接组件-400，舵机-1，舵机支撑板-2，机架-3，左齿轮-4，紧固螺钉-5，左转轴下摆杆-6，左转轴-7，卡簧挡圈-8，左转轴上摆杆-9，左销钉-10，左滚轮-11，右滚轮-12，右销钉-13，右转轴上摆杆-14，右转轴下摆杆-15，右齿轮-16，右转轴上端约束板-17，右转轴-18，卡簧挡圈-19，刀片复位弹簧-20，右刀片-21，左刀片-22，压刀块-23，圆螺母-24，刀片转动销轴-25，弹性夹指组件-26，刚性夹指组件-27，指板旋转铆钉-28，活动指板-29，短固定螺钉-30，短圆柱螺套-31，紧固螺母-32，指板止动螺钉-33，长固定螺钉-34，短圆柱螺套-35，指板弹簧-36，长圆柱螺套-37，弹性夹指上承架-38，弹性夹指下承架-39，上垫片-40，圆柱垫块-41，下垫片-42，刚性夹指-43，机械臂连接件一-44，机械臂连接件二-45，连接件紧固螺钉-46，支撑梁-301。

具体实施方式

本发明提供了一种夹剪式机械手，其能够有效降低农业果蔬采摘过程中对果实的损伤以及实现果实的稳定夹持，同时，简化结构，降低生产成本。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1至图11，本具体实施方式所提供的夹剪式机械臂末端执行器，包括机架3、驱动组件100、夹剪机构300及机械臂连接组件400，所述夹剪机构300包括安装于机架3上的刀片转动销轴25，安装于转动销轴25上的左刀片22和右刀片21，通过圆螺母24与转动销轴25连接的压刀块23；所述左刀片22下方设有弹性夹指组件26，右刀片21下方设有刚性夹指组件27。

如此设置，本具体实施方式所提供的夹剪式机械臂末端执行器，由于结构紧凑，控制可靠，即使夹剪动作完全由纯机械结构完成，机械结构简单，同时，便于维护，故障率低。

本具体实施方式所提供的刀片转动销轴25通过无头紧定螺钉锁紧，限制转动自由度。所述压刀块23通过紧固螺钉紧固于机架3上。所述弹性夹指组件26，通过短圆柱螺套31和35调节弹性夹指组件26与左刀片22的间距，通过短固定螺钉30、长固定螺钉34固定于左刀片下方，并用锁紧螺母紧固。所述刚性夹指组件27，通过长螺钉固定，锁紧螺母紧固。所述左刀片22和右刀片21通过刀片复位弹簧20连接，当动力卸载后，左、右刀片在复位弹簧20的作用下分别绕刀片转动销轴25张开。

优选地，所述弹性夹指组件26设有弹性夹指上承架38、弹性夹指下承架39、连接弹性夹指上承架38和弹性夹指下承架39的支撑元件、活动指板29、指板旋转铆钉28以及指板弹簧36。

需要说明的是，所述活动指板29、指板旋转铆钉28是用于夹持果枝的，指板弹簧36是控制活动指板夹紧果枝与复位的。指板旋转铆钉28铆接于两上、下承板之间，活动指板29连接于指板旋转铆钉28并可绕其相对转动。如此弹性夹指组件设置，弹性夹指组件的活动指板的夹紧力完全由指板弹簧36提供，指板弹簧36自身的压缩反作用的特性实现了对母枝的柔性夹紧，无需再增设力传感器等传感器，简化了结构，降低了成本。

本具体实施方式所提供的连接弹性夹指上承架38和弹性夹指下承架39的支撑元件包括指板止动螺钉33、紧固螺母32、长固定螺钉34、长圆柱螺套37，指板弹簧36在活动指板29和长圆柱螺套37的预压缩作用下安装于指板旋转铆钉28上，活动指板29在指板弹簧36的预压回弹作用下受指板止动螺钉33止动限位。

优选地，所述刚性夹指组件27包括刚性夹指43以及各垫块元件。

需要说明的是，垫片元件是用于为使刚性夹指指面与活动指板指面对应于同一高度的。

本具体实施方式所提供的垫片元件包括上垫片40、圆柱垫块41和下垫片42。

优选地，所述夹剪机构300上方设有摆杆传动机构200，摆杆传动机构200包括左摆杆组件201和右摆杆组件202。

需要说明的是，左摆杆组件201和右摆杆组件202，是用于传递驱动组件100的驱动动力的。如此设置，只需一个驱动组件100通过左、右齿轮的啮合传动即可将部分动力传递至右摆杆组件202。

本具体实施方式所提供的左摆杆组件201和右摆杆组件202分别安装于机架3上，并分别通过卡簧挡圈8和19固定，约束轴向自由度。所述左、右摆杆组件通过左齿轮4与右齿轮16啮合传动。左摆杆组件201包括左转轴7，紧固于轴端面处的左齿轮4，紧固于左齿轮4下方的左转轴上摆杆9，紧固于轴凹槽处的左转轴下摆杆6，安装于两摆杆末端圆孔之间的左滚子组件。所述左滚子组件包括左销钉10，紧固于销钉上的左滚轮11，左转轴上摆杆9与左转轴下摆杆6的末端圆孔处于同一轴线上，左销钉10能在末端圆孔内相对转动。所述左转轴7、左齿轮4、左转轴上摆杆9、左转轴下摆杆6通过紧固螺钉5紧固连接。所述右摆杆组件202包括右转轴18，右转轴上端约束板17，紧固于轴上的右齿轮16，分别紧固于上、下轴肩处的右转轴上摆杆14、右转轴下摆杆15，安装于两摆杆末端圆孔之间的右滚子组件。所述右滚子组件包括右销钉13，紧固于销钉上的右滚轮12，右转轴上摆杆14与右转轴下摆杆15的末端圆孔处于同一轴线上，右销钉13能在末端圆孔内相对转动。所述右转轴18、右转轴上摆杆14、右转轴下摆杆15通过紧固螺钉紧固连接。所述右转轴上端约束板17套于右摆杆组件202的右转轴18并紧固于机架3上，右转轴上端约束板17与卡簧挡圈19对右摆杆组件202形成简支梁力学模型，改善右摆杆组件202在传递动力时的力学性能。

另外，为了提高本具体实施方式所提供的夹剪式机械末端执行器的可靠性，本具体实施方式所提供的夹剪式机械末端执行器，左摆杆组件201的左滚轮与左刀片22的刀背接触，右摆杆组件202的右滚轮与右刀片21的刀背接触。

如此设置，本具体实施方式所提供的夹剪式机械末端执行器，在非工作状态下，左、右摆杆组件处于一确定位置，左、右刀片在刀片复位弹簧20的预压缩力作用下分别贴紧左、右滚轮，使左、右刀片，包括分别固定于左刀片22下方的弹性夹指组件26和固定于右刀片21下方的刚性夹指组件27处于张开状态。所述左、右刀片在张开状态下，刀刃夹角为16°。能够有效地使夹剪式机械末端执行器结构紧凑，执行可靠。

优选地，所述驱动组件100设有舵机1和舵机支撑板2。

本具体实施方式所提供的夹剪式机械末端执行器所述舵机1安装于舵机支撑板2上，舵机支撑板2安装于机架3上。所述舵机1输出轴与摆杆传动机构200中的左摆杆组件201连接。如此设置，只需一个驱动100通过左、右齿轮的啮合传动即可将部分动力传递至右摆杆组件202。

优选地，所述指板旋转铆钉28铆接于弹性夹指上承架38和弹性夹指下承架39之间，所述活动指板29连接于指板旋转铆钉28，指板弹簧36在活动指板29和长圆柱螺套37的预压缩作用下设在指板旋转铆钉28上。

优选地，所述机械臂连接组件400包括通过紧固螺钉46连接的机械臂连接件一44与机械臂连接件二45。

本具体实施方式所提供的夹剪式机械末端执行器中：

工作时，驱动组件100的舵机1输出驱动力，动力由输出轴传递至摆杆传动机构200的左摆杆组件201，通过左摆杆组件201的左齿轮4与右摆杆组件202的右齿轮16啮合，左摆杆组件201将一部分动力传递至右摆杆组件202，左、右摆杆组件分别绕其左、右转轴相对啮合转动。同时，左摆杆组件201的左滚轮11压迫左刀片22的刀背，右摆杆组件202的右滚轮12压迫右刀片21的刀背，左、右刀片分别在左、右摆杆组件的带动下绕刀片转动销轴25作相对闭合转动。左、右刀片闭合时，分别固定于左、右刀片下方的弹性夹指组件26、刚性夹指组件27首先闭合夹持果枝，随着左、右刀片不断闭合，两夹指夹持果枝的夹紧力不断增大，直至左、右刀片闭合完全剪断果枝，夹紧力达到最大值。当舵机1卸载，摆杆传动机构200在舵机1输出轴的带动下复位，左、右刀片分别受左、右滚轮的压迫消失，左、右刀片以及分别固定于下方的弹性夹指组件26、刚性夹指组件27在刀片复位弹簧20的作用下绕刀片旋转销轴25张开复位，弹性夹指组件26的活动指板29在指板弹簧36的作用下绕指板旋转铆钉28逐渐旋转复位，直至遇到指板止动螺钉33时止动限位，当指板弹簧36不足以提供足够的夹紧力时果枝被松开，串果或单果采摘目标下落至果筐中。

以上对本发明所提供的一种夹剪式机械臂末端执行器进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。