專利名稱：多果型果蔬采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器及機(jī)器人的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輕化量的采摘機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種多果型果蔬采摘機(jī)器人 的末端執(zhí)行器及機(jī)器人。
背景技術(shù)：
我國(guó)是農(nóng)業(yè)大國(guó)，同時(shí)也是一個(gè)水果生產(chǎn)大國(guó)。尤其在我國(guó)南方，荔枝、龍眼等特 色水果的種植面積逐年增加。以廣東省為例，2007年全省水果種植面積101. 9萬(wàn)hm2，產(chǎn)量 829. 22萬(wàn)t。與1986年相比，全省水果種植面積增長(zhǎng)了 2倍，產(chǎn)量增長(zhǎng)率3. 25倍。然而， 現(xiàn)在大部分地區(qū)的水果采摘仍采用人工上樹(shù)進(jìn)行高空作業(yè)的收獲方式。工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、 生產(chǎn)效率低、且易發(fā)生危險(xiǎn)，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了水果種植業(yè)的發(fā)展要求。雖然目前國(guó)內(nèi)外研究 中已出現(xiàn)了一些簡(jiǎn)易的采摘機(jī)械手，但是這些產(chǎn)品大多數(shù)只是針對(duì)某種水果的采摘，功能 單一，通用性較差。為了改善勞動(dòng)條件，在提高采摘效率及機(jī)械化率的同時(shí)降低作業(yè)費(fèi)用， 故有必要對(duì)果蔬采摘機(jī)器人進(jìn)行研究。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種多果型果蔬采摘機(jī)器人的末端 執(zhí)行器，該末端執(zhí)行器使得機(jī)器人的采摘效率高、并且可適用于多種果型的采摘。本發(fā)明的另一目的在于提供一種帶有上述末端執(zhí)行器的多果型果蔬采摘機(jī)器人。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種多果型果蔬采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器，設(shè)于機(jī)器人的 機(jī)械手末端，包括夾持器、電磁鐵組件、偏心刀片、執(zhí)行器電機(jī)和執(zhí)行器外殼，夾持器一端設(shè) 于執(zhí)行器外殼內(nèi)部，另一端伸出執(zhí)行器外殼，夾持器設(shè)于執(zhí)行器外殼內(nèi)部的一端設(shè)有實(shí)現(xiàn) 夾持器夾緊或張開(kāi)用的電磁鐵組件，偏心刀片通過(guò)偏心機(jī)構(gòu)設(shè)于執(zhí)行器外殼的內(nèi)側(cè)，執(zhí)行 器電機(jī)與偏心機(jī)構(gòu)連接。所述電磁鐵組件包括電磁鐵芯和電磁鐵外殼，電磁鐵外殼設(shè)于電磁鐵芯外部，夾 持器包括兩個(gè)夾持柄，電磁鐵芯與一個(gè)夾持柄固定連接，電磁鐵外殼與另一個(gè)夾持柄固定 連接，電磁鐵組件設(shè)于執(zhí)行器外殼內(nèi)部。所述執(zhí)行器外殼由多個(gè)連接板構(gòu)成盒狀結(jié)構(gòu)，相鄰兩個(gè)連接板之間通過(guò)螺栓固定 連接。所述執(zhí)行器電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)。上述末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)中，根據(jù)果蔬種類的不同，可以更換偏心刀片或夾持器的類 型，使其采摘效率更高。一種帶有上述末端執(zhí)行器的多果型果蔬采摘機(jī)器人，包括依次連接的工作臺(tái)、大 臂、小臂和末端執(zhí)行器，工作臺(tái)設(shè)于固定機(jī)構(gòu)上，大臂和小臂組成機(jī)械手；工作臺(tái)與固定機(jī) 構(gòu)的連接處設(shè)有相連接的第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和第一伺服電機(jī)，大臂與工作臺(tái)的連接處設(shè)有依次 連接的第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、傳動(dòng)齒輪組和第二伺服電機(jī)，小臂與大臂的連接處設(shè)有相連接的第 三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和第三伺服電機(jī)，末端執(zhí)行器與小臂的連接處設(shè)有相連接的第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和第四伺服電機(jī)。所述工作臺(tái)為履帶式小車(chē)結(jié)構(gòu)的移動(dòng)平臺(tái)，使得機(jī)器人具有較高的機(jī)動(dòng)性。所述末端執(zhí)行器上設(shè)有雙目視覺(jué)單元或單目視覺(jué)單元，方便操作，可以與控制系 統(tǒng)構(gòu)成基于視覺(jué)系統(tǒng)的果蔬采摘機(jī)器人。為了有效減輕機(jī)器人的自重，機(jī)器人中各部分結(jié)構(gòu)(包括大臂、小臂等)可以采用 輕質(zhì)的材料進(jìn)行設(shè)計(jì)。本多果型果蔬采摘機(jī)器人及其末端執(zhí)行器使用時(shí)，其工作原理為多果型果蔬采 摘機(jī)器人中，采用4臺(tái)伺服電機(jī)控制，具有4個(gè)自由度。機(jī)械手安裝在可旋轉(zhuǎn)的工作臺(tái)上， 工作臺(tái)與第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)相連，第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)的旋轉(zhuǎn)角度由第一伺服電機(jī)控制，第一旋轉(zhuǎn)關(guān) 節(jié)與第一伺服電機(jī)之間通過(guò)一對(duì)嚙合的齒輪聯(lián)接；大臂與工作臺(tái)的連接處，傳動(dòng)齒輪組由 兩個(gè)大小不相等的齒輪同軸設(shè)置組成，第二伺服電機(jī)輸出的動(dòng)力通過(guò)傳動(dòng)齒輪組傳遞到第 二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)減速增矩的功能及對(duì)大臂的位姿角度的控制；小臂與大臂的連接處， 第三伺服電機(jī)控制第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)小臂的位姿角度的控制；末端執(zhí)行器與 小臂的連接處，第四伺服電機(jī)控制第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)末端執(zhí)行器的位姿角度 的控制。該機(jī)械手通過(guò)控制4個(gè)伺服電機(jī)的工作狀態(tài)，即能改變末端執(zhí)行器的空間位姿，滿 足不同位置的采摘需要。末端執(zhí)行器中，夾持器的兩個(gè)夾持柄分別固定在電磁鐵芯和電磁鐵外殼上，進(jìn)行 果蔬采摘時(shí)，當(dāng)電磁鐵組件通電時(shí)，電磁鐵芯和電磁鐵外殼吸合，帶動(dòng)夾持器的兩個(gè)夾持柄 夾緊果蔬或果梗，然后通過(guò)執(zhí)行器電機(jī)帶動(dòng)偏心刀片旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)果蔬采摘。本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果本多果型果蔬采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器使用于果蔬采摘時(shí)，其反應(yīng)靈活，使用方 便。夾持器通過(guò)電磁鐵組件的吸合進(jìn)行夾持，其使用可靠，結(jié)構(gòu)也相對(duì)簡(jiǎn)單；采用偏心刀片 作為剪切機(jī)構(gòu)，偏心機(jī)構(gòu)在電機(jī)的帶動(dòng)下，驅(qū)動(dòng)偏心刀片進(jìn)行剪切，其采摘速度快，采摘效率高。本多果型果蔬采摘機(jī)器人使用時(shí)，通過(guò)4個(gè)伺服電機(jī)控制4個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，使得末端 執(zhí)行器可以任意配合不同位置的采摘需要，其運(yùn)動(dòng)靈活，伺服電機(jī)比傳統(tǒng)的采摘機(jī)械手使 用的步進(jìn)電機(jī)控制也更加精確。
圖1為本多果型果蔬采摘機(jī)器人的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本多果型果蔬采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3為圖2中A方向上夾持器與電磁鐵組件的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不 限于此。實(shí)施例一本實(shí)施例一種多果型果蔬采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器，設(shè)于機(jī)器人的機(jī)械手末端， 其結(jié)構(gòu)如圖2所示，包括夾持器15、電磁鐵組件14、偏心刀片13、執(zhí)行器電機(jī)12和執(zhí)行器外殼16，夾持器15 —端設(shè)于執(zhí)行器外殼16內(nèi)部，另一端伸出執(zhí)行器外殼16，夾持器15設(shè)于 執(zhí)行器外殼16內(nèi)部的一端設(shè)有實(shí)現(xiàn)夾持器15夾緊或張開(kāi)用的電磁鐵組件14，偏心刀片13 通過(guò)偏心機(jī)構(gòu)設(shè)于執(zhí)行器外殼16的內(nèi)側(cè)，執(zhí)行器電機(jī)12與偏心機(jī)構(gòu)連接。上述結(jié)構(gòu)中，如圖3所示，電磁鐵組件14包括電磁鐵芯17和電磁鐵外殼18，電磁 鐵外殼18設(shè)于電磁鐵芯17外部，夾持器15包括兩個(gè)夾持柄，電磁鐵芯17與一個(gè)夾持柄固 定連接，電磁鐵外殼18與另一個(gè)夾持柄固定連接，如圖2所示，電磁鐵組件14設(shè)于執(zhí)行器 外殼16內(nèi)部。如圖2所示，執(zhí)行器外殼16由多個(gè)連接板構(gòu)成盒狀結(jié)構(gòu)，相鄰兩個(gè)連接板之間通 過(guò)螺栓固定連接。本實(shí)施例中，執(zhí)行器電機(jī)12為步進(jìn)電機(jī)。上述末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)中，根據(jù)果蔬種類的不同，可以更換偏心刀片或夾持器的類 型，使其采摘效率更高。本多果型果蔬采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器使用時(shí)，夾持器15的兩個(gè)夾持柄分別固 定在電磁鐵芯17和電磁鐵外殼18上，進(jìn)行果蔬采摘時(shí)，當(dāng)電磁鐵組件14通電時(shí)，電磁鐵芯 17和電磁鐵外殼18吸合，帶動(dòng)夾持器15的兩個(gè)夾持柄夾緊果蔬或果梗，然后通過(guò)執(zhí)行器電 機(jī)12帶動(dòng)偏心刀片13旋轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)果蔬采摘。實(shí)施例二本實(shí)施例一種帶有實(shí)施例一所述末端執(zhí)行器的多果型果蔬采摘機(jī)器人，其結(jié)構(gòu)如 圖1所示，包括依次連接的工作臺(tái)11、大臂6、小臂8和末端執(zhí)行器10(末端執(zhí)行器的具體 結(jié)構(gòu)如圖2和3所示)，工作臺(tái)11設(shè)于固定機(jī)構(gòu)上，大臂6和小臂8組成機(jī)械手；工作臺(tái)11 與固定機(jī)構(gòu)的連接處設(shè)有相連接的第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)1和第一伺服電機(jī)2，大臂6與工作臺(tái)11 的連接處設(shè)有依次連接的第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)5、傳動(dòng)齒輪組4和第二伺服電機(jī)3，小臂8與大臂 6的連接處設(shè)有相連接的第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)7和第三伺服電機(jī)，末端執(zhí)行器10與小臂8的連接 處設(shè)有相連接的第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)9和第四伺服電機(jī)(圖中未示出第三伺服電機(jī)和第四伺服電 機(jī))。上述機(jī)器人結(jié)構(gòu)中，工作臺(tái)11為履帶式小車(chē)結(jié)構(gòu)的移動(dòng)平臺(tái)，使得機(jī)器人具有較 高的機(jī)動(dòng)性。末端執(zhí)行器10上還可以設(shè)有雙目視覺(jué)單元或單目視覺(jué)單元，方便操作，可以與控 制系統(tǒng)構(gòu)成基于視覺(jué)系統(tǒng)的果蔬采摘機(jī)器人。為了有效減輕機(jī)器人的自重，機(jī)器人中各部分結(jié)構(gòu)(包括大臂、小臂等)可以采用 輕質(zhì)的材料進(jìn)行設(shè)計(jì)。本多果型果蔬采摘機(jī)器人及其末端執(zhí)行器使用時(shí)，其工作原理為多果型果蔬采 摘機(jī)器人中采用4臺(tái)伺服電機(jī)控制，具有4個(gè)自由度。機(jī)械手安裝在可旋轉(zhuǎn)的工作臺(tái)11上， 工作臺(tái)11與第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)1相連，第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)1的旋轉(zhuǎn)角度由第一伺服電機(jī)2控制，第 一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)1與第一伺服電機(jī)2之間通過(guò)一對(duì)嚙合的齒輪聯(lián)接；大臂6與工作臺(tái)11的連接 處，傳動(dòng)齒輪組4由兩個(gè)大小不相等的齒輪同軸設(shè)置組成，第二伺服電機(jī)3輸出的動(dòng)力通過(guò) 傳動(dòng)齒輪組4傳遞到第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)5，從而實(shí)現(xiàn)減速增矩的功能及對(duì)大臂6的位姿角度的 控制；小臂8與大臂6的連接處，第三伺服電機(jī)控制第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)7轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)小臂 8的位姿角度的控制；末端執(zhí)行器10與小臂8的連接處，第四伺服電機(jī)控制第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)9轉(zhuǎn)動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)末端執(zhí)行器10的位姿角度的控制。該機(jī)械手通過(guò)控制4個(gè)伺服電機(jī)的 工作狀態(tài)，即能改變末端執(zhí)行器10的空間位姿，滿足不同位置的采摘需要。
如上所述，便可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用 來(lái)限定本發(fā)明的實(shí)施范圍；即凡依本發(fā)明內(nèi)容所作的均等變化與修飾，都為本發(fā)明權(quán)利要 求所要求保護(hù)的范圍所涵蓋。
權(quán)利要求
1.多果型果蔬采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器，設(shè)于機(jī)器人的機(jī)械手末端，其特征在于，包括 夾持器、電磁鐵組件、偏心刀片、執(zhí)行器電機(jī)和執(zhí)行器外殼，夾持器一端設(shè)于執(zhí)行器外殼內(nèi) 部，另一端伸出執(zhí)行器外殼，夾持器設(shè)于執(zhí)行器外殼內(nèi)部的一端設(shè)有實(shí)現(xiàn)夾持器夾緊或張 開(kāi)用的電磁鐵組件，偏心刀片通過(guò)偏心機(jī)構(gòu)設(shè)于執(zhí)行器外殼的內(nèi)側(cè)，執(zhí)行器電機(jī)與偏心機(jī) 構(gòu)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述多果型果蔬采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器，其特征在于，所述電磁 鐵組件包括電磁鐵芯和電磁鐵外殼，電磁鐵外殼設(shè)于電磁鐵芯外部，夾持器包括兩個(gè)夾持 柄，電磁鐵芯與一個(gè)夾持柄固定連接，電磁鐵外殼與另一個(gè)夾持柄固定連接，電磁鐵組件設(shè) 于執(zhí)行器外殼內(nèi)部。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述多果型果蔬采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器，其特征在于，所述執(zhí)行 器外殼由多個(gè)連接板構(gòu)成盒狀結(jié)構(gòu)，相鄰兩個(gè)連接板之間通過(guò)螺栓固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述多果型果蔬采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器，其特征在于，所述執(zhí)行 器電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)。
5.帶有權(quán)利要求1 4任一項(xiàng)所述末端執(zhí)行器的多果型果蔬采摘機(jī)器人，其特征在于， 包括依次連接的工作臺(tái)、大臂、小臂和末端執(zhí)行器，工作臺(tái)設(shè)于固定機(jī)構(gòu)上，大臂和小臂組 成機(jī)械手；工作臺(tái)與固定機(jī)構(gòu)的連接處設(shè)有相連接的第一旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和第一伺服電機(jī)，大臂 與工作臺(tái)的連接處設(shè)有依次連接的第二旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)、傳動(dòng)齒輪組和第二伺服電機(jī)，小臂與大 臂的連接處設(shè)有相連接的第三旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和第三伺服電機(jī)，末端執(zhí)行器與小臂的連接處設(shè)有 相連接的第四旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和第四伺服電機(jī)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述多果型果蔬采摘機(jī)器人，其特征在于，所述工作臺(tái)為履帶式小 車(chē)結(jié)構(gòu)的移動(dòng)平臺(tái)。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述多果型果蔬采摘機(jī)器人，其特征在于，所述末端執(zhí)行器上設(shè)有 雙目視覺(jué)單元或單目視覺(jué)單元。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種多果型果蔬采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器及機(jī)器人，末端執(zhí)行器包括夾持器、電磁鐵組件、偏心刀片、執(zhí)行器電機(jī)和執(zhí)行器外殼，夾持器一端設(shè)于執(zhí)行器外殼內(nèi)部，另一端伸出執(zhí)行器外殼，夾持器設(shè)于執(zhí)行器外殼內(nèi)部的一端設(shè)有實(shí)現(xiàn)夾持器夾緊或張開(kāi)用的電磁鐵組件，偏心刀片通過(guò)偏心機(jī)構(gòu)設(shè)于執(zhí)行器外殼的內(nèi)側(cè)，執(zhí)行器電機(jī)與偏心機(jī)構(gòu)連接；機(jī)器人包括依次連接的工作臺(tái)、大臂、小臂和末端執(zhí)行器，工作臺(tái)設(shè)于固定機(jī)構(gòu)上，大臂和小臂組成機(jī)械手，機(jī)器人上設(shè)有相應(yīng)的4個(gè)伺服電機(jī)和4個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)，實(shí)現(xiàn)4個(gè)自由度控制。本發(fā)明使用時(shí)，其反應(yīng)靈活、使用方便，采摘速度快、采摘效率也高。
文檔編號(hào)A01D46/00GK102090210SQ20101056523
公開(kāi)日2011年6月15日 申請(qǐng)日期2010年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月30日
發(fā)明者葉敏, 孫權(quán), 鄒海鑫, 鄒湘軍 申請(qǐng)人:華南農(nóng)業(yè)大學(xué)