一种小植株剪枝末端执行器

1.本发明属于机器人自动化剪枝领域，涉及一种小植株剪枝末端执行器。


背景技术：

2.小型植株枝条的自动化剪切对于剪切机械末端执行器的要求有以下几点：1.能够对枝条固定，防止抖动；2.剪切速度快；3.剪切位置准确度高。实现小型植株的自动化剪枝对于机械臂的末端执行器有一定的要求，对于细小枝芽需要末端执行器手爪足够精密以能够准确对其进行固定，而对于尺寸较大枝条则需要手爪能够提供足够的预紧力，防止在对枝条进行切割时产生剧烈振动甚至脱离手爪固定。而对于枝条的切割，需要按照恰当的切割方式设计切割装置，以达到快速高效的切割效率。
3.目前市场中十分缺乏应用于机器人基于机械臂针对小型植株如番茄、黄瓜等植株的剪枝末端执行器，这对于实现农业自动化产生了阻碍。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明的目的在于提供一种小植株剪枝末端执行器，解决现存的痛点，用于枝条的自动化剪切。
5.为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：一种小植株剪枝末端执行器，包括枝条剪断机构，以及设置在枝条剪断机构顶部的枝条夹持机构，枝条剪断机构包括壳体，设置在壳体内的传动组件，以及设置在壳体外的圆形锯片，传动组件通过贯穿壳体的第二滑块与圆形锯片连接；壳体上还开设有供第二滑块上下滑动的滑槽。
6.可选的，传动组件包括分别上、下设置在壳体内的两个第二轴承，安装在两个第二轴承上的第二丝杆，以及与该第二丝杆连通的伺服电机；
7.第二滑块配合设置在第二丝杆上，并通过丝杆转动控制滑块上下滑动；第二轴承通过第二轴承座固定在壳体内。
8.可选的，第二滑块与圆形锯片之间还设置有用于驱动圆形锯片用的电机。
9.可选的，枝条夹持机构包括固定在壳体上的安装座，分别设置在安装座内的两个第一轴承，安装在两个第一轴承上的第一丝杆，以及用于夹持枝条用的两个手爪；第一轴承通过第一轴承座固定在安装座内。
10.可选的，安装座上开设有滑槽，该滑槽内设置有与手爪匹配的第一滑块，第一滑块底部与第一丝杆连接；两个手爪其中一个通过第一滑块水平活动在滑槽内，另一个固定设置在安装座上。
11.可选的，第一丝杆在安装座内还连接有小伺服电机。
12.可选的，连个手爪相对表面还设置有用于测量夹持枝条对枝条施加压力的压力传感器。
13.本发明的有益效果在于：本发明一种小植株剪枝末端执行器，能够从枝叶下方靠近待剪枝条，通过控制手爪夹持力对枝条进行固定，然后剪断，配合机器人以达到自动化剪
枝的目的。
14.本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
15.为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
16.图1为本发明的整体结构示意图；
17.图2为本发明的局部放大图；
18.图3为本发明的枝条剪断机构剖视图；
19.图4为本发明的枝条夹持机构剖视图。
20.附图标记：枝条剪断机构1、枝条夹持机构2、手爪3、圆形锯片4、电机5、小伺服电机6、压力传感器7、第二滑块8、第一滑块9、第一轴承10、第一轴承座11、第一丝杆12、伺服电机13、第二丝杆14、第二轴承15、第二轴承座16。
具体实施方式
21.以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
22.其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
23.本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
24.请参阅图1～图4，为一种小植株剪枝末端执行器，包括枝条剪断机构1，以及设置在枝条剪断机构1顶部的枝条夹持机构2，枝条剪断机构1包括壳体，设置在壳体内的传动组件，以及设置在壳体外的圆形锯片4，传动组件通过贯穿壳体的第二滑块8与圆形锯片4连接；壳体上还开设有供第二滑块8上下滑动的滑槽，传动组件包括分别上、下设置在壳体内的两个第二轴承15，安装在两个第二轴承15上的第二丝杆14，以及与该第二丝杆14连通的
伺服电机13；第二滑块8配合设置在第二丝杆14上，并通过丝杆转动控制滑块上下滑动；第二轴承15通过第二轴承座16固定在壳体内，第二滑块8与圆形锯片4之间还设置有用于驱动圆形锯片4用的电机5，枝条夹持机构2包括固定在壳体上的安装座，分别设置在安装座内的两个第一轴承10，安装在两个第一轴承10上的第一丝杆12，以及用于夹持枝条用的两个手爪3；第一轴承10通过第一轴承座11固定在安装座内，安装座上开设有滑槽，该滑槽内设置有与手爪3匹配的第一滑块9，第一滑块9底部与第一丝杆12连接；两个手爪3其中一个通过第一滑块9水平活动在滑槽内，另一个固定设置在安装座上，第一丝杆12在安装座内还连接有小伺服电机6。
25.在本实施例中，压力传感器7固设于固定端手爪3的夹持表面处，用于检测枝条夹持机构2对枝条进行固定时的夹持力；压力传感器7数据最终反馈给伺服电机13与小伺服电机6，作用于对第一滑块9和第二滑块8的进给。
26.在本实施例中，本发明一种小植株剪枝末端执行器固定在农业机器人的机械臂上，在剪切之前，农业机器人移动平台首先通过深度相机和激光雷达，利用slam算法进行定位和建图，再通过路径规划到达作物附近，再通过双目立体视觉系统，利用深度学习算法进行目标识别，以及相机标定确定目标三维位置，再次通过路径规划，机械臂带动末端执行器接近枝条，实现枝条夹持以及剪切动作，完成枝条剪切。
27.具体的，机器人通过双目立体视觉系统识别到待剪切枝条，进行三维定位获取枝条位置和姿态后，机械臂带动末端执行器从下方接近枝条，且通过视觉系统不断迭代枝条三维位置，判断末端执行器是否进入可夹持位置。进入夹持位置后，小伺服电机6转动，第一滑块9进给，手爪3闭合，对枝条进行固定，同时压力传感器7检测手爪3对枝条的预紧力，当预紧力达到设定的固定枝条阈值，小伺服电机6停止转动，并保持当前夹持姿势。下一步，电机5带动圆形锯片4开始转动，锯片平稳转动后，枝条剪断机构1伺服电机13开始转动，第二滑块8开始带动锯片进给，完成枝条剪断，实现自动化剪枝。
28.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。