专利名称：一种多瓜果采摘机器人的末端执行器的制作方法
技术领域：
本发明涉及轻量化的采摘机器人技术领域，特别涉及一种多瓜果采摘机器人的末端执行器。
背景技术：
我国是农业生广大国，每年我国蔬菜的种植面积大体是2. 8亿亩，2011年我国的蔬菜产量6亿多吨，整个蔬菜播种面积在2010年的基础上增加了 3%。传统的采收是体力、劳力消耗巨大的作业环节，随着种植面积的不断扩大，劳动力成本不断攀升，对瓜果采收的自动化设备提出了新的需求。研制瓜果采摘机器人可以把劳动力从这种繁杂、单调的工作中解放出来。随着农业智能化的发展和相关科学技术的普及，采摘机器人必将有广阔的前 旦
o末端执行器是采摘机器人最重要的组成部分。末端执行器是安装在机械臂的前端，附属于主机，但又相对独立、且程序固定地自动完成某一任务的装置。在国内外的研究经历了 20多年，取得了一定的成果。但是主要集中在对苹果、柑橘等水果及黄瓜、茄子等蔬菜的采收上。且这些末端执行器的适应对象都相对单一，通用性较差。为了改善劳动条件，在提高采收效率及机械化率的同时降低作业费用，因此有必要设计一种能适用于多种瓜果采摘的末端执行器。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能适用于多瓜果采摘的多瓜果采摘机器人的末端执行器。为了达到上述目的，本发明提供了如下技术方案一种多瓜果采摘机器人的末端执行器，其包括执行端和驱动端，其中，所述执行端包括剪切固定端10和剪切运动端5，所述剪切固定端10和剪切运动端5在中部铰接，呈剪刀状；其中，剪切运动端5的头部布置有剪切运动端挡块8，尾端上开有沟槽，钢丝绳3的一端固定在所述沟槽里；剪切固定端10的头部布置有剪切固定端刀片6，剪切固定端刀片6下边固定有夹紧块7 ;剪切固定端10的尾部固定到固定底板2 ;弹簧22的两端分别固定在剪切运动端5的尾部和剪切固定端10的尾部上；所述驱动端包括电机20、绕线轮19，其中，钢丝绳3的另一端连接到绕线轮19上，绕线轮19连接在电机20的电机轴上。所述剪切运动端挡块8在剪刀状内侧为内凹的弧形。所述夹紧块7与剪切运动端挡块8的距离大于剪切固定端刀片6与剪切运动端挡块8的距离。本发明的有益效果在于
I.末端执行器采用驱动端和执行端相分离的设计，减轻了机械臂末端的重量。2.末端执行器的剪切和夹紧功能相结合，实现单一驱动完成两个功能。3.机械臂运动之后，末端执行器执行端和驱动端之间的距离会发生变化，用套管和绳子这种传动方式，实现变距离传动。4.执行部分采用一端固定，一端运动的方式，相对于两端同时运动的方式，简化了运动传动的难度。5.剪切运动端挡块是弧形的，可防止剪切过程中果梗滑出。
图I为本发明的末端执行器的执行端示意图；图2为本发明的末端执行器的驱动端示意图。主要组件符号说明I 机械臂2 固定底板3 钢丝绳4 压头5 剪切运动端6 剪切固定端刀片7 夹紧块8 剪切运动端挡块 9 无孔压紧片10 剪切固定端11 有孔压紧片12 套管13 套管固定块14 螺母15 机械臂连接板16 螺栓17 键18 螺栓
19 绕线轮20 电机21 电机座22 弹簧
具体实施例方式下面根据附图对本发明的具体实施方式
作进一步说明。本发明的一种多瓜果采摘机器人的末端执行器由执行端和驱动端组成。如图I所示，为本发明的末端执行器的执行端示意图，该执行端包括剪切固定端10和剪切运动端5，所述剪切固定端10和剪切运动端5在中部销连接，组成一个可以相对转动的铰链，呈剪刀状。其中，剪切运动端5的 头部布置有剪切运动端挡块8，该剪切运动端挡块8在剪刀状内侧、面对夹紧块7与剪切固定端刀片6的方向为内凹的弧形。在剪切运动端5的尾端上开有沟槽。钢丝绳3的一端栓成一个圈，由压头4将其卡在沟槽里。剪切固定端10的头部布置有剪切固定端刀片6，剪切固定端刀片6下边固定有夹紧块7。该夹紧块7与剪切运动端挡块8的距离略大于剪切固定端刀片6与剪切运动端挡块8的距离。剪切固定端10的尾部由压紧片9、11将其固定到固定底板2上；其中，靠近剪切固定端10尾部的压紧片11开孔，钢丝绳3可由此穿过，它同时把套管12的一端一同压紧，将其固定在剪切固定端10上。弹簧22的两端分别固定在剪切运动端5尾部和剪切固定端10尾部上。固定底板2通过多个螺栓16和螺母14连接到机械臂I的机械臂连接板15。图2为本发明的末端执行器的驱动端示意图，该驱动端包括电机20、绕线轮19、电机座21、套管固定块13。其中，电机20由螺栓18固定于电机座21上，套管12的另一端通过套管固定块13也固定于电机座21上，钢丝绳3的另一端穿过套管12连接到绕线轮19上，绕线轮19用键17连接在电机20的电机轴上，一般状态下，末端执行器执行端的剪切运动端5和剪切固定端10之间是张开的。当机械臂I将末端执行器运动到指定位置(使得瓜果的果梗在剪切固定端刀片6和剪切运动端挡块8之间)，末端执行器开始工作。工作时采摘机器人检测到目标瓜果的位置后，机械臂I将末端执行器移动到目标瓜果的前方，然后控制器控制末端执行器动作，而末端执行器通过接收控制信号，控制电机的转动进而完成到、夹、放，实现瓜果的米摘。剪切、夹紧过程驱动端电机20正转指定角度，通过键I 7带着绕线轮19正转，卷起钢丝绳3完成绕线过程。执行端的剪切运动端5在钢丝绳3的拉动下渐渐向剪切固定端10靠拢，同时剪切运动端挡块8渐渐向剪切固定端刀片6靠拢，弹簧22被压缩，逐渐变短。当剪切运动端挡块8与剪切固定端刀片6完全贴合时，完成切割。而夹紧块7装配在剪切固定端刀片6下端，当剪切运动端挡块8与剪切固定端刀片6完全贴合时，夹紧块7和剪切运动端挡块8已经完全夹住了瓜果的果梗。机械臂带着夹着摘下瓜果的末端执行器运动到果实框，接下来控制器控制末端执行器放置果实。放置果实的过程驱动端电机20反转转指定角度，通过键17带着绕线轮19反转，放出钢丝绳3完成放线过程。由于钢丝绳3放松，弹簧22逐渐舒展恢复原长，执行端的剪切运动端5在弹簧回复力的作用下渐渐远离剪切固定端10，同时剪切运动端挡块8渐渐远离剪切固定端刀片6。由于夹紧块7装配在剪切固定端刀片6下端，所以当剪切运动端挡块8与剪切固定端刀片6渐渐远离时，夹紧块7和剪切运动端挡块8之间的间隙增大，将夹住的果实释放。此时，机械臂I复位，末端执行器回到初试位置，完成了一个采摘过程。
权利要求
1.一种多瓜果采摘机器人的末端执行器，其特征在干 其包括执行端和驱动端，其中， 所述执行端包括剪切固定端(10)和剪切运动端(5)，所述剪切固定端(10)和剪切运动端(5)在中部铰接，呈剪刀状； 其中，剪切运动端(5)的头部布置有剪切运动端挡块(8)，尾端上开有沟槽，钢丝绳(3)的一端固定在所述沟槽里；剪切固定端(10)的头部布置有剪切固定端刀片(6)，剪切固定端刀片(6)下边固定有夹紧块(7);剪切固定端(10)的尾部固定到固定底板(2);弹簧(22)的两端分别固定在剪切运动端(5)的尾部和剪切固定端(10)的尾部上； 所述驱动端包括电机(20)、绕线轮(19)，其中，钢丝绳(3)的另一端连接到绕线轮(19)上，绕线轮(19)连接在电机(20)的电机轴上。
2.如权利要求I所述的多瓜果采摘机器人的末端执行器，其特征在于所述剪切运动端挡块(8)在剪刀状内侧为内凹的弧形。
3.如权利要求I或2所述的多瓜果采摘机器人的末端执行器，其特征在于所述夹紧块(7)与剪切运动端挡块(8)的距离大于剪切固定端刀片(6)与剪切运动端挡块(8)的距离。
全文摘要
本发明涉及轻量化的采摘机器人技术领域，特别涉及一种多瓜果采摘机器人的末端执行器。所述多瓜果采摘机器人的末端执行器，它包括执行端和驱动端，其中，执行端包括剪切固定端(10)和剪切运动端(5)，所述剪切固定端(10)和剪切运动端(5)在中部可旋转连接，呈剪刀状；驱动端包括电机(20)、绕线轮(19)。本发明的多瓜果采摘机器人末端执行器通过接收控制信号，控制电机的转动，进而完成夹、剪、放三个动作，实现瓜果的采摘。
文档编号B25J15/00GK102668818SQ201210160479
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月22日 优先权日2012年5月22日
发明者张俊雄, 张震华, 李伟, 纪超, 谭豫之 申请人:中国农业大学