果品快速采摘机器人末端执行器及采摘方法

1.本发明属于农业机器人领域，涉及一种果品快速采摘机器人末端执行器与采摘方法，实现对果品的采摘和运输作业。


背景技术：

2.目前，随着果园产业的迅速发展，苹果、番茄等果品的种植面积及年产量越来越大，但是，苹果、番茄等果品的收获基本还处于依靠人工采摘的阶段，人工采摘作业量大，劳动强度高，效率低，所以，急需提高机械化收获水平。
3.现有采摘机器人的末端执行器多采用机械手方案，采摘控制复杂、采摘速度慢，采摘效率低，针对现有末端执行器存在的不足，急需发明一种果品采摘机器人末端执行器及采收方法，提高采摘速度，简化采摘过程，提高采收效率。


技术实现要素：

4.本发明针对现有果品采摘机器人末端执行器存在的缺陷，提供了一种果品快速采摘机器人末端执行器及采收方法，实现对果品的快速采摘和运输，控制过程简单，采收效率高。
5.为解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案：
6.果品快速采摘机器人末端执行器，包括机架、托板、夹持调节机构，机架和托板之间安装有带轮固定机构和夹持浮动板，托板安装在带轮固定机构和夹持浮动板的下方，带轮固定机构用于固定带轮，夹持调节机构固定在托板底部，夹持调节机构用于调整带轮固定机构和夹持浮动板之间的间距。
7.进一步的，所述带轮固定机构的两端分别固定安装有夹果轮和主动轮，夹果轮和主动轮之间套有摘果带,夹果轮用于支撑摘果带，主动轮用于驱动摘果带转动。
8.进一步的，所述带轮固定机构包括两个位于夹果轮和主动轮上下两侧的带轮浮动板，夹果轮的轮轴和主动轮的轮轴通过两个带轮浮动板进行固定；
9.所述夹果轮的轴心固定在带轮浮动板上，可以绕轴心自由转动。
10.进一步的，所述主动轮连接有摘果电机，摘果电机用于驱动主动轮转动，主动轮转动带动摘果带动作，摘果电机固定在机架上。
11.进一步的，所述带轮固定机构和夹持浮动板上均设有一转轴，带轮浮动板和夹持浮动板通过转轴连接机架和托板，带轮浮动板和夹持浮动板可绕转轴在机架和托板之间摆动。
12.进一步的，所述托板的上开设有漏果孔，漏果孔连接有运输管，运输管位于托板底部，运输管用于运输果品。
13.进一步的，所述漏果孔远离末端执行器开口一侧设有压板，压板固定在托板上，压板位于漏果孔后方，压板用于调整果品的运动方向，使其进入运输管。
14.进一步的，所述夹持调节机构包括扭簧，带轮浮动板和夹持浮动板均通过扭簧安
装在机架上。
15.进一步的，所述夹持调节机构还包括两根张紧绳、开口电机和导向块，导向块固定安装在托板底部前端，开口电机固定在托板底部，位于导向块后方，两个张紧绳的一端分别与夹持浮动板、夹果轮轴线相连，经过导向块改变连接方向，另一端均与开口电机转轴相连，通过开口电机的转动拉动张紧绳，使带轮固定机构和夹持浮动板绕转轴转动。
16.果品快速采摘机器人末端执行器的采收方法，所述采收方法包括以下步骤：
17.步骤1，调节开口间隙：根据果品的大小不同，通过夹持调节机构调节带轮固定机构和夹持浮动板之间的间距来调节末端执行器开口大小，开口电机正向转动，拉紧张紧绳，带轮浮动板和夹持浮动板绕转轴转动，减小末端执行器开口间隙；开口电机反向转动，松开张紧绳，带轮浮动板和夹持浮动板绕转轴反向转动，末端执行器开口增大；
18.步骤2，果品采摘：当末端执行器靠近果品时，果品先进入夹果轮和夹持浮动板之间，果品在摘果带和夹持浮动板的摩擦作用下，一边旋转一边向后运动，果品在旋转时，果梗被扭断；
19.步骤3，果品输送：果梗扭断后，果品继续向后运动，并脱离托板的支撑，在压板的作用下，进入运输管，在重力的作用下下落，完成输送。
20.本发明采用以上技术方案，与现有技术相比，具有如下技术效果：
21.1、本发明对不同品种的果品适应性好，损伤程度小，收获效率高；
22.2、本发明不仅适合摘取单果，也适合果品聚集情况下的采摘，可实现果品的逐个快速收获。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
24.图1为本发明中一种果品快速采摘机器人末端执行器的结构示意图；
25.图2为本发明中一种果品快速采摘机器人末端执行器主视图；
26.图3为本发明中一种果品采摘机器人末端执行器侧视图；
27.图中：1、夹果轮；2、夹持浮动板；3、扭簧；4、主动轮；5、摘果带；6、机架；7、摘果电机；8、导向块；9、张紧绳；10、托板；11、压板；12、开口电机；13、运输管；14、带轮浮动板，15、漏果孔。
具体实施方式
28.实施例1，如图1至图3所示，果品快速采摘机器人末端执行器，包括机架6、带轮固定机构、托板10和夹持浮动板2，带轮固定机构的两端分别固定安装有夹果轮1和主动轮4，夹果轮1和主动轮4之间套有摘果带5，夹果轮1用于支撑摘果带5，主动轮4用于驱动摘果带5转动，夹持浮动板2和摘果带5配合，夹持采摘果品。
29.所述带轮固定机构包括两个位于夹果轮1和主动轮4上下两侧的带轮浮动板14，夹果轮1的轮轴和主动轮4的轮轴通过两个带轮浮动板14进行固定。
30.所述夹果轮1的轴心固定在带轮浮动板14上，可以绕轴心自由转动。
31.所述摘果带5采用柔性材料，既可以增大和果品的摩擦力，提高采摘效率，又可以起到保护作用，实现无损采收，摘果带5通过主动轮4的带动，作用于夹果轮1。
32.所述主动轮4连接有摘果电机7，摘果电机7用于驱动主动轮4转动，主动轮4转动带动摘果带5动作，摘果电机7固定在机架6上。
33.所述托板10安装在带轮固定机构和夹持浮动板2的下方，托板10上开设有漏果孔15，漏果孔15远离末端执行器开口一侧设有压板11，漏果孔15连接有运输管13，运输管13位于托板10底部，压板11固定在托板10上，压板11位于漏果孔15后方，压板11用于调整果品的运动方向，使其进入运输管13，运输管13用于运输果品。
34.所述带轮浮动板14和夹持浮动板2均通过扭簧3安装在机架6上。
35.所述带轮固定机构和夹持浮动板2上均设有一转轴，转轴的两端分别安装在机架6和托板10上，带轮浮动板14和夹持浮动板2通过转轴连接机架6和托板10，带轮浮动板14和夹持浮动板2可绕转轴在机架6和托板10之间摆动。
36.所述末端执行器还包括夹持调节机构，夹持调节机构用于调整夹持间隙，适应不同尺寸的果品，夹持调节机构包括扭簧3、张紧绳9、开口电机12和导向块8，张紧绳9的数量为两根，导向块8固定安装在托板10底部前端，开口电机12固定在托板10底部，位于导向块8后方，两个张紧绳9的一端分别与夹持浮动板2、夹果轮1轴线相连，经过导向块8改变连接方向，另一端均与开口电机12转轴相连，通过开口电机12的转动拉动张紧绳9，使带轮浮动板14和夹持浮动板2绕转轴转动，进而改变摘果带5和夹持浮动板2之间的夹持间距，夹持过程带轮浮动板14和夹持浮动板2受到的拉力产生的力矩与扭簧3产生的力矩平衡。
37.一种果品快速采摘机器人末端执行器的采收方法包括如下步骤：
38.步骤1，调节开口间隙：当采摘大小不同的果品时，需要对夹持调节机构进行控制，当果品体积较小时，控制夹持调节机构，通过开口电机12正向转动，拉紧张紧绳9，带轮浮动板14和夹持浮动板2绕转轴转动，减小末端执行器开口间隙；当果品体积较大时，控制夹持调节机构，通过开口电机12反向转动，松开张紧绳9，带轮浮动板14和夹持浮动板2绕转轴反向转动，末端执行器开口增大；
39.步骤2，果品采摘：当末端执行器靠近果品时，果品先进入夹果轮1和夹持浮动板2之间，果品在摘果带5和夹持浮动板2的摩擦作用下，一边旋转一边向后运动，果品在旋转时，果梗被扭断；
40.步骤3，果品输送：果梗扭断后，果品继续向后运动，并脱离托板10的支撑，在压板11的作用下，进入运输管13，在重力的作用下下落，完成输送。
41.本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好的说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。