一种自适应柔性果蔬采摘末端执行器的制造方法
【专利摘要】本实用新型是一种自适应柔性果蔬采摘末端执行器，包括抓取系统、传动系统和驱动系统；传动系统通过腱绳连接抓取系统的四根手指，驱动系统通过滚轴丝杠连接传动系统。本实用新型由两根腱绳带动手指的旋转弯曲，通过定滑轮与动滑轮的转动，真正实现了四根手指所受的力达到相同，可以采摘不同大小的果实，有效避免果实的破坏，大大降低了生产成本，省去了剪切的过程，在成本与效率方面都有了很好的提升，适合于推广使用。
【专利说明】
【技术领域】
[0001] 本实用新型属于农业收获机械领域，涉及一种农业收获的机械装置，特别是一种 采摘水果蔬菜的末端执行器。 一种自适应柔性果蔬采摘末端执行器
【背景技术】
[0002] 目前，人们对于各种水果的收获大多采用人工采摘的方式，这种人工采摘的方式， 劳动强度非常大，劳动效率特别低，而且很耗费劳力，采摘的速度慢，而且在生长比较高的 地方采摘极为不方便，容易产生危险。近来，虽然有一些采摘方面的机械设备应用于农业之 中，但是由于果实的形状大小不一，柔软程度不同，因此，很容易对果实产生破坏，而且一种 末端执行器只能采摘比较单一的水果，这就造成了农业成本的急剧增长，我国大部分农业 用户负担不起这种高昂的成本。
【发明内容】
[0003] 发明目的
[0004] 本实用新型针对上述现有技术存在的问题提供一种自适应柔性果蔬采摘末端执 行器，能够不用人工而实现果实采摘，并且可以采摘不同形状不同种类果实。
[0005] 技术方案
[0006] -种自适应柔性果蔬采摘末端执行器，包括抓取系统、传动系统和驱动系统；其特 征在于：传动系统通过腱绳连接抓取系统的四根手指，驱动系统通过滚轴丝杠连接传动系 统；驱动系统包括电机、减速器、滚轴丝杠，电机输出轴套在减速器输入轴中，减速器输出轴 伸进滚轴丝杠中，减速器固定在电机安装座上；传动系统包括腱绳、定滑轮架、定滑轮、动滑 轮架和动滑轮；定滑轮架固定在手掌的上端盖内侧，定滑轮安装在定滑轮架上；动滑轮架 固定在滚轴丝杠上端，两个动滑轮垂直安装在动滑轮架的上下两端；绕在动滑轮上的腱绳 两端分别穿过相对的两个定滑轮后与两根对立的手指相连；抓取系统包括由上端盖和下端 盖构成的手掌和四根手指，每根手指均有三个指节和一个指跟滑块，指节包括上指、中指和 下指，指跟滑块连接下指，相邻指节之间及指节与指跟滑块之间均通过螺钉连接。
[0007] 手掌的下端盖与电机安装座通过第一螺纹孔相连，电机与减速器连接在一起，减 速器通过沉头孔与电机安装座固定在一起，减速器输出轴直接连接于滚轴丝杠内轴，滚轴 丝杠固定于动滑轮架上，并且位于动滑轮架的轴线上；动滑轮固定于动滑轮架的中线，并且 能够绕转轴转动，动滑轮架上的四个定位滑块位于下端盖的滑道中，在两个相对的定位滑 块之间的动滑轮架的内部径向位置处设有横梁，第一动滑轮与第二动滑轮设置在横梁的两 侦牝且第一动滑轮与第二动滑轮的轴线相互垂直；定滑轮架与上端盖通过第二螺纹孔固定 在一起，四个定滑轮固定在定滑轮架上间隔90度角分布设置。
[0008] 动滑轮架能够通过定位滑块在下端盖中的下端盖滑道中上下滑动。
[0009] 上端盖内侧设有四个通孔，上端盖内侧下表面连接定滑轮架，定滑轮架周向均匀 分布有四个定滑轮，定滑轮架通过周向分布的四个第二螺纹孔固定于上盖面内部，上端盖 与下端盖通过第四螺钉固定在一起。
[0010] 腱绳设置为两根，通过一根腱绳将相对的两根手指连接在一起，另一根腱绳将另 外两根手指连接在一起，两根腱绳第一腱绳与第二腱绳通过动滑轮架连接在一起；第一腱 绳的一端固定在上指中的膜绳孔之中，另一端由上指开始依次芽过中指、下指和指跟滑块 上面各自的腱通道孔，再穿过指跟滑道内的压缩弹簧和通孔后绕过第二定滑轮、第一动滑 轮，然后穿进对面的第四定滑轮、通孔、指跟滑道内的压缩弹簧、指跟滑块、下指、中指与对 面的上指固定在一起；第二腱绳一端固定在上指中的腱绳孔之中，另一端由上指开始依次 穿过中指、下指和指跟滑块上面各自的腱通道孔，再穿过指跟滑道内的压缩弹簧和通孔后 绕过第一定滑轮、第二动滑轮，然后穿进对面的第三定滑轮、通孔、指跟滑道内的压缩弹簧、 指跟滑块、下指、中指与对面的上指固定在一起。
[0011] 上指与中指之间通过第一螺钉相连，中指与下指之间通过第二螺钉相连，下指与 指跟滑块之间通过第三螺钉相连；指跟滑块的下部位于上端盖与下端盖之间的指跟滑道 中；手掌的上端盖上表面中心处安装有减震器。
[0012] 上指与中指之间、中指与下指之间、及下指与指跟滑块之间均设有手指挡板；上指 上设有第一拉簧挂孔，中指上设有第二拉簧挂孔，第一拉簧的两端固定于第一拉簧挂孔与 第二拉簧挂孔中；中指上设有第三拉簧挂孔，下指上设有第四拉簧挂孔，第二拉簧的两端固 定于第三拉簧挂孔和第四拉簧挂孔中；下指上设有第五拉簧挂孔，指跟滑块上设有第六拉 簧挂孔，第三拉簧的两端固定于第六拉簧挂孔和第五拉簧挂孔中；指跟滑块能够在滑道挡 板之间沿着指跟滑道自由滑动。
[0013] 优点及效果
[0014] 本实用新型提出了一种自适应柔性果蔬采摘末端执行器，具有如下优点及有益效 果：
[0015] (1)解决了采摘过程中人工采摘的危险性，解决了一种采摘末端执行器不能同时 采摘多种不同形状不同种类水果的缺陷
[0016] (2)本实用新型采用力传感装置，使采摘水果过程中形成柔性接触，避免了对果实 的损坏。
[0017] (3 )本实用新型采用腱绳传动，使各手指柔性转动，实现对果蔬的包络抓取。
[0018] (4)本实用新型末端执行器只用了一个电机实现了四个手指的柔性运动，大大降 低了成本。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 图1是本实用新型末端执行器总体示意图；
[0020] 图2是本实用新型的一根手指示意图；
[0021] 图3是本实用新型下端盖内部示意图；
[0022] 图4是本实用新型上端盖内部示意图；
[0023] 图5是下端盖仰视图。
[0024] 附图序号说明
[0025] 1.上指，2.中指，3.下指，4.指跟滑块，5.减震器，6.上端盖，7.下端盖，8.电机 安装座，9.减速器，10.电机，11.螺钉，12.横梁，13.第一拉簧挂孔，14.第二拉簧挂孔， 15.手指挡板，16.指跟滑道，18.腱通道孔，20.滑道，21.第六拉簧挂孔，22.第五拉簧挂 孔，23.定滑轮架，24.动滑轮架，25.第一动滑轮，26.滚轴丝杠，27.滑道挡板，28.第一螺 纹孔，30.第一腱绳，31.第二腱绳，32.第一定滑轮，33.沉头孔，34.传感器，35.第一拉簧， 36.压缩弹簧，37.第三拉簧挂孔，38.第四拉簧挂孔41.第二螺钉，42.第三螺钉，43.减速 器输出轴，44.定位滑块，45.第二动滑轮，46.通孔，47.第二拉簧，48.第三拉簧，49.第二 螺纹孔，50.第四螺钉，51.第二定滑轮，52.第三定滑轮，53.第四定滑轮。
【具体实施方式】
[0026] 下面结合附图和具体的实施例对本实用新型做进一步的说明：
[0027] 如图所示，本实用新型是一种自适应柔性果蔬采摘末端执行器，包括抓取系统、传 动系统和驱动系统；其特征在于：传动系统通过腱绳连接抓取系统的四根手指，驱动系统 通过滚轴丝杠连接传动系统；驱动系统包括电机10、减速器9、滚轴丝杠26,电机10输出轴 套在减速器输入轴中，减速器输出轴43伸进滚轴丝杠26中，减速器9固定在电机安装座8 上；传动系统包括腱绳、定滑轮架23、定滑轮、动滑轮架24和动滑轮；定滑轮架23固定在手 掌的上端盖6内侧，定滑轮安装在定滑轮架23上；动滑轮架24固定在滚轴丝杠26上端，两 个动滑轮垂直安装在动滑轮架24的上下两端；绕在动滑轮上的腱绳两端分别穿过相对的 两个定滑轮后与两根对立的手指相连；抓取系统包括由上端盖6和下端盖7构成的手掌和 四根手指，每根手指均有三个指节和一个指跟滑块4,指节包括上指1、中指2和下指3,指跟 滑块4连接下指3,相邻指节之间及指节与指跟滑块之间均通过螺钉连接。
[0028] 手掌的下端盖7与电机安装座8通过第一螺纹孔28相连，电机10与减速器9连 接在一起，减速器9通过沉头孔33与电机安装座8固定在一起，减速器输出轴43直接连接 于滚轴丝杠26内轴，滚轴丝杠26固定于动滑轮架24上垂直于下端盖7,并且位于动滑轮 架的轴线上；动滑轮固定于动滑轮架24的中线，并且能够绕转轴转动，动滑轮架24上的四 个定位滑块44位于下端盖7的滑道20中，两个动滑轮固定在动滑轮架24上，在两个相对 的定位滑块44之间的动滑轮架24的内部径向位置处设有横梁12,第一动滑轮25与第二 动滑轮45设置在横梁12的两侧，且第一动滑轮25与第二动滑轮45的轴线相互垂直；定滑 轮架23与上端盖6通过第二螺纹孔49固定在一起，四个定滑轮固定在定滑轮架23上间隔 90度角分布设置。
[0029] 下端盖7内部设有滑道20,动滑轮架24安装在下端盖7内侧，动滑轮架24能够通 过其定位滑块44在下端盖7中的滑道20中上下滑动。
[0030] 上端盖6内侧设有4个通孔46,上端盖6内侧下表面连接定滑轮架23,定滑轮架 23周向均匀分布有四个定滑轮，定滑轮架23通过周向分布的四个第二螺纹孔49固定于上 盖面6内部，上端盖6与下端盖7通过第四螺钉50固定在一起。
[0031] 腱绳设置为两根，实现手指的张开闭合，通过一根腱绳将相对的两根手指连接在 一起，另一根腱绳将另外两根手指连接在一起，两根腱绳第一腱绳30与第二腱绳31通过动 滑轮架24连接在一起。
[0032] 弟一膜绳30的一端固定在上指1中的膜绳孔之中，另一端由上指1开始依次芽过 中指2、下指3和指跟滑块4上面各自的腱通道孔18,再穿过指跟滑道16内的压缩弹簧36 和通孔46后绕过第二定滑轮51、第一动滑轮25,然后穿进对面的第四定滑轮53、通孔46、 指跟滑道16内的压缩弹簧36、指跟滑块4、下指3、中指2与对面的上指1固定在一起；这 样就将两根对立的手指通过定滑轮、动滑轮与电机用一根腱绳连接在一起了，同理，另外两 个对立的手指也是如此连接。
[0033] 第二腱绳31 -端固定在上指1中的腱绳孔之中，另一端由上指1开始依次穿过中 指2、下指3和指跟滑块4上面各自的腱通道孔18,再穿过指跟滑道16内的压缩弹簧36和 通孔46后绕过第一定滑轮32、第二动滑轮45,然后穿进对面的第三定滑轮52、通孔46、指 跟滑道16内的压缩弹簧36、指跟滑块4、下指3、中指2与对面的上指1固定在一起。
[0034] 上指1与中指2之间通过第一螺钉11相连，中指2与下指3之间通过第二螺钉41 相连，下指3与指跟滑块4之间通过第三螺钉42相连；指跟滑块4的下部位于上端盖6与 下端盖7之间的指跟滑道16中(指跟滑块4与上端盖6接触，能够在指跟滑道16中移动）； 手掌的上端盖6上表面中心处设置有减震器5。
[0035] 上指1与中指2之间、中指2与下指3之间、及下指3与指跟滑块4之间均设有手 指挡板15 ;上指1上设有第一拉簧挂孔13,中指2上设有第二拉簧挂孔14,第一拉簧35的 两端固定于第一拉簧挂孔13与第二拉簧挂孔14中，用来恢复手指的初始位置；中指2上设 有第三拉簧挂孔37,下指3上设有第四拉簧挂孔38,第二拉簧47的两端固定于第三拉簧挂 孔37和第四拉簧挂孔38中，用来恢复手指的初始位置；下指3上设有第五拉簧挂孔22,指 跟滑块4上设有第六拉簧挂孔21，第三拉簧48的两端固定于第六拉簧挂孔21和第五拉簧 挂孔22中，用来恢复手指的初始位置；指跟滑块4能够在滑道挡板27之间沿着指跟滑道16 自由滑动。
[0036] 上指1与中指2之间通过手指挡板15控制上指1与中指2二者之间的最大张角， 使其最大张开角度控制在180度范围内，使两手指位于同一直线上，中指2与下指3通过手 指挡板15控制张角在180度范围内，下指3与指跟滑块4通过手指挡板15控制张角在180 度范围内。
[0037] 指跟滑块4可以在电机的旋转下通过滚轴丝杠26的旋转带动动滑轮架24的上下 移动，进一步拉动第一动滑轮25上的腱绳20,进而带动指跟滑块沿着上端盖6的轴心方向 移动，使抓取的圆径随意变换。
[0038] 各手指之间的初始位置为平行的，由拉簧固定，压缩弹簧36的强度小于第三拉簧 48的强度，第三拉簧48的强度小于第二拉簧47的强度，第二拉簧47的强度小于第一拉簧 35的强度，基于此，当拉动腱绳时，其运动方式先是指跟滑块4沿着指跟滑道16向里运动， 然后下指3向里弯曲，接着中指2向里弯曲，最后上指1向里弯曲，最后实现果实的包络抓 取。
[0039] 本实用新型工作时：
[0040] 在工作过程的初始状态时，四根手指是伸直相互平行的，当要抓取果实时，首先整 个末端执行器移动到果实下部，使果实接触到减震器5,减震器上面的接触信号触发后电机 10开始转动，从而带动减速器9转动，减速器9带动滚轴丝杠的轴转动，由于滚轴丝杠固定 在动滑轮架24上，因为动滑轮架定位滑块44的作用，使得滚轴丝杠26不能转动，因此将 做沿着轴线的直线运动，因此动滑轮架24带动动滑轮向下运动，动滑轮又带动腱绳向下运 动，腱绳的拉伸运动又带动指跟滑块4沿着指跟滑道16向轴心运动，使抓取的半径逐渐减 小，当继续缩小抓取半径，接触果实并且压缩弹簧36的压力大于所有拉簧的拉力和时，指 跟滑块4不再运动，接下来下指3开始向里旋转，当接触到果实并且第三拉簧48的拉力大 于第二拉簧47的拉力时，下指3停止旋转，中指2开始转动，当中指接触果实并且第二拉簧 47的拉力大于第一拉簧35的拉力时，中指2停止转动，上指1开始转动，当接触区的压力传 感器34检测到压力信号达到所设定的值时，电机10停止转动，这时机械手实现柔性抓取。 [0041] 在抓取过程中，整个系统有两根腱绳带动手指的旋转弯曲，如果四根手指所受的 力不相同，通过动滑轮和定滑轮的转动，使腱绳向受力大的手指移动，从而实现每个手指所 受的力是一样大的，通过指跟滑块向着轴心的横向移动，实现了可以采摘不同大小的果实 的功能，手指表面添加了力传感器，使在抓取果实时根据力反馈调节抓取时施加的力大小， 从而避免了果实的破坏，整个装置由一个电机一个减速器驱动，大大降低了生产成本，抓取 果实后通过手掌的旋转拧下果实，省去了剪切的过程，在成本与效率方面都有了很好的提 升，适合于推广使用。
【权利要求】
1. 一种自适应柔性果蔬采摘末端执行器，包括抓取系统、传动系统和驱动系统；其特 征在于：传动系统通过腱绳连接抓取系统的四根手指，驱动系统通过滚轴丝杠连接传动系 统；驱动系统包括电机（10)、减速器（9)、滚轴丝杠（26)，电机（10)输出轴套在减速器输入 轴中，减速器输出轴（43)伸进滚轴丝杠（26)中，减速器（9)固定在电机安装座（8)上；传动 系统包括腱绳、定滑轮架（23 )、定滑轮、动滑轮架（24)和动滑轮；定滑轮架（23 )固定在手掌 的上端盖（6)内侧，定滑轮安装在定滑轮架（23)上；动滑轮架（24)固定在滚轴丝杠（26)上 端，两个动滑轮垂直安装在动滑轮架（24)的上下两端；绕在动滑轮上的腱绳两端分别穿过 相对的两个定滑轮后与两根对立的手指相连；抓取系统包括由上端盖（6)和下端盖（7)构 成的手掌和四根手指，每根手指均有三个指节和一个指跟滑块（4)，指节包括上指（1)、中 指（2)和下指（3)，指跟滑块（4)连接下指（3)，相邻指节之间及指节与指跟滑块之间均通过 螺钉连接。
2. 根据权利要求1所述的自适应柔性果蔬采摘末端执行器，其特征在于：手掌的下端 盖（7)与电机安装座（8)通过第一螺纹孔（28)相连，电机（10)与减速器（9)连接在一起， 减速器（9 )通过沉头孔（33 )与电机安装座（8 )固定在一起，减速器输出轴（43 )直接连接于 滚轴丝杠（26)内轴，滚轴丝杠（26)固定于动滑轮架（24)上，并且位于动滑轮架的轴线上； 动滑轮固定于动滑轮架（24)的中线，并且能够绕转轴转动，动滑轮架（24)上的四个定位滑 块（44)位于下端盖（7)的滑道（20)中，在两个相对的定位滑块（44)之间的动滑轮架（24) 的内部径向位置处设有横梁（12)，第一动滑轮（25)与第二动滑轮（45)设置在横梁（12)的 两侧，且第一动滑轮（25)与第二动滑轮（45)的轴线相互垂直；定滑轮架（23)与上端盖（6) 通过第二螺纹孔（49)固定在一起，四个定滑轮固定在定滑轮架（23)上间隔90度角分布设 置。
3. 根据权利要求2所述的自适应柔性果蔬采摘末端执行器，其特征在于：动滑轮架 (24)能够通过定位滑块（44)在下端盖（7)中的下端盖滑道（20)中上下滑动。
4. 根据权利要求1所述的自适应柔性果蔬采摘末端执行器，其特征在于：上端盖（6)内 侧设有四个通孔（46)，上端盖（6)内侧下表面连接定滑轮架（23)，定滑轮架（23)周向均匀 分布有四个定滑轮，定滑轮架（23)通过周向分布的四个第二螺纹孔（49)固定于上盖面（6) 内部，上端盖（6 )与下端盖（7 )通过第四螺钉（50 )固定在一起。
5. 根据权利要求1所述的自适应柔性果蔬采摘末端执行器，其特征在于：腱绳设置为 两根，通过一根腱绳将相对的两根手指连接在一起，另一根腱绳将另外两根手指连接在一 起，两根腱绳第一腱绳（30)与第二腱绳（31)通过动滑轮架（24)连接在一起；第一腱绳（30) 的一端固定在上指（1)中的膜绳孔之中，另一端由上指（1)开始依次芽过中指（2)、下指（3) 和指跟滑块（4)上面各自的腱通道孔（18)，再穿过指跟滑道（16)内的压缩弹簧（36)和通 孔（46)后绕过第二定滑轮（51)、第一动滑轮（25)，然后穿进对面的第四定滑轮（53)、通孔 (46)、指跟滑道（16)内的压缩弹簧（36)、指跟滑块（4)、下指（3)、中指（2)与对面的上指 (1)固定在一起；弟-膜绳（31) -端固定在上指（1)中的膜绳孔之中，另一端由上指（1)开 始依次穿过中指（2)、下指（3)和指跟滑块（4)上面各自的腱通道孔（18)，再穿过指跟滑道 (16)内的压缩弹簧（36)和通孔（46)后绕过第一定滑轮（32)、第二动滑轮（45)，然后穿进 对面的第三定滑轮（52)、通孔（46)、指跟滑道（16)内的压缩弹簧（36)、指跟滑块（4)、下指 (3)、中指（2)与对面的上指（1)固定在一起。
6. 根据权利要求1所述的自适应柔性果蔬采摘末端执行器，其特征在于：上指（1)与 中指（2)之间通过第一螺钉（11)相连，中指（2)与下指（3)之间通过第二螺钉（41)相连， 下指（3)与指跟滑块（4)之间通过第三螺钉（42)相连；指跟滑块（4)的下部位于上端盖（6) 与下端盖（7)之间的指跟滑道（16)中；手掌的上端盖（6)上表面中心处安装有减震器（5)。
7. 根据权利要求6所述的自适应柔性果蔬采摘末端执行器，其特征在于：上指（1)与 中指（2)之间、中指（2)与下指（3)之间、及下指（3)与指跟滑块（4)之间均设有手指挡板 (15);上指（1)上设有第一拉簧挂孔（13)，中指（2)上设有第二拉簧挂孔（14)，第一拉簧 (35)的两端固定于第一拉簧挂孔（13)与第二拉簧挂孔（14)中；中指（2)上设有第三拉簧 挂孔（37)，下指（3)上设有第四拉簧挂孔（38)，第二拉簧（47)的两端固定于第三拉簧挂孔 (37)和第四拉簧挂孔（38)中；下指（3)上设有第五拉簧挂孔（22)，指跟滑块（4)上设有第 六拉簧挂孔（21 )，第三拉簧（48)的两端固定于第六拉簧挂孔（21)和第五拉簧挂孔（22)中； 指跟滑块（4)能够在滑道挡板（27)之间沿着指跟滑道（16)自由滑动。
【文档编号】A01D46/30GK203896769SQ201420331745
【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年6月20日 优先权日:2014年6月20日
【发明者】张禹, 李欢, 刘慧芳 申请人:沈阳工业大学