果蔬采摘机器人的末端执行器制造技术

一种果蔬采摘机器人的末端执行器，包括抓取系统、切割系统、传感系统、外壳等，抓取系统是利用五个高速旋转的橡胶滚筒在高速旋转带有巨大摩擦力而将水果拽到执行器内腔，实现抓取水果的动作；切割系统是丝杆驱动菱形框架前后伸缩移动，推动电磁机构和锯片前后伸缩移动，使用电磁机构高速反复驱动锯齿刀片对枝条进行切割；传感系统由压力传感器、微型视觉传感器等组成，在抓取果实、切割果柄的过程中起到连接动作和控制过程的作用。本发明专利技术用新颖的抓取、传动、切割方式，简单可靠，大幅提高智能采摘机器人的采摘速度，控制难度及成本低。可满足球状采摘机器人的需要，对提高果实采摘机器人采摘速度及对该类型机器人的实用化和商品化大有裨益。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种果蔬采摘机器人的末端执行器，属于机械

技术介绍
柑橘属这类水果亩产量数量较大采摘更需要耗费巨大的人力，目前世界上没有什么方法或农业机械能够有效的解决这一问题。现有两种末端执行器，一种为利用腕关节的两个垂直方向上的转动来模拟人掰拧果柄的动作，另一种为两半球形夹盖夹取水果后，利用旋转刀片切割。两种执行器分别有无法连续采摘、易破坏果实表面不利于存储和抓取准确率低的缺点，且两种方法皆无法实现对果实连续的采摘作业，无法应付生长密度高的柑橘属这类水果的采摘。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对现有技术不足，提供一种果蔬采摘机器人的末端执行器。本专利技术所述末端执行器结构包括：抓取系统、切割系统、传感控制系统、外壳四部分。所述抓取系统结构包括电动机、直齿圆柱齿轮、橡胶滚筒1、直齿圆锥齿轮轴1、直齿圆锥齿轮轴2、橡胶滚筒2、橡胶滚筒3、橡胶滚筒4、涡轮、涡轮轴、齿形链、蜗杆、小滚筒轴1、橡胶滚筒5、滚筒连接套、小滚筒轴2；安装于抓取系统电动机轴上的直齿圆柱齿轮与直齿圆锥齿轮轴1啮合，直齿圆锥齿轮轴1与直齿圆锥齿轮轴2啮合，同时直齿圆锥齿轮与蜗杆后端的直齿圆锥齿轮啮合，蜗杆与涡轮轴上涡轮啮合，涡轮轴经齿形链可驱动小滚筒轴1与小滚筒轴2，5个滚筒连接套分别安装于直齿圆锥齿轮轴1、直齿圆锥齿轮轴2、蜗杆、小滚筒轴1与小滚筒轴2上，5个橡胶滚筒分别与其滚筒连接套固连；抓取系统电动机经直齿圆柱齿轮啮合驱动直齿圆锥齿轮轴1旋转，直齿圆锥齿轮轴1分别经齿轮传动驱动直齿圆锥齿轮轴2与蜗杆进行旋转，蜗杆啮合涡轮轴驱动齿形链来带动小滚筒轴1和小滚筒轴2旋转，如此，驱动五个橡胶滚筒向中心旋转，5个橡胶滚筒利用旋转及其对果蔬表皮的高摩擦力将果实抓取至末端执行器内部。所述切割系统包括切割系统电动机、丝杆螺母机构、固定支架、菱形机构、切割器、锯片、电磁机构；切割系统电动机转轴上装有丝杆，丝杆与螺母组成丝杆螺母机构，菱形机构一端分别由转动销连接于固定支架与螺母上，菱形机构另一端分别由转动销与滑动槽连接于切割器，切割器上装有电磁机构与能够小幅度往复运动的锯片；切割系统电动机带动丝杆，使得螺母向前移动，伸展菱形机构，使得切割器向前推进，切割器上的电磁机构驱动锯片进行快速的往复锉动，从而将抓取系统抓取的果实的枝条剧断。所述传感控制系统包括压力传感器、微型视觉传感器；压力传感器分别装于大橡胶滚筒与其滚筒连接套之间，微型视觉传感器装于切割器上方；压力传感器用于检测橡胶滚筒的压力，微型视觉传感器用于检测抓取部分是否有果实存在，传感控制系统用于协调抓取系统和切割系统的工作。本专利技术的有益效果是：该装置解决了前代果蔬采摘末端执行器无法连续采摘、无法实现对果实连续的采摘作业、无法应付生长密度高的水果、易破坏果实表面不利于存储和抓取准确率低的问题。这款新型机械手能够从各个角度进行对果实的抓取和采摘，且下方能够直接连接收集装置，一边采摘一边收集，大幅度提高采摘速度。该装置实用性高，便于生产加工，成本低，且具有巨大的创新意义，不同于以往的采摘机械手。这款末端执行器，适用于大部分球状果蔬的收割，具有很大的适应性和广阔的应用前景，同时也具有很好的推广价值，对未来新型农业的发展有巨大的意义。附图说明图1是本专利技术的等轴测图，图中：1-外壳，2-抓取系统，3-切割系统；图2（a）是本专利技术的抓取系统及切割系统的俯视图，图2（b）是抓取系统的传动部分的轴测图；图中：4-抓取系统电动机，5-直齿圆柱齿轮，6-直齿圆锥齿轮轴1，7-橡胶滚筒1，8-压力传感器，9-直齿圆锥齿轮轴2，10-橡胶滚筒2，11-橡胶滚筒3，12-橡胶滚筒4，13-齿形链，14-蜗杆，15-涡轮,，16-涡轮轴，17-小滚筒轴1，18-橡胶滚筒5，19-滚筒连接套，20-小滚筒轴2，21-微型视觉传感器；图3（a）是本专利技术的切割系统伸展的俯视图，图3（b）是本专利技术的切割系统压缩的俯视图；图中：22-切割系统电动机，23-丝杆螺母机构，24-固定支架，25-菱形机构，26-转动销，27-切割器，28-锯片，29-电磁机构；图4是本专利技术的采摘工作剖视图；图中：G-果实。具体实施方式下面参照附图，对本专利技术的具体实施作进一步的详细说明。如图1、图2（a）所示，末端执行器由抓取系统、切割系统、传感控制系统、外壳四部分组成。抓取系统（2）主要由抓取系统电动机（4）、直齿圆柱齿轮（5）、直齿圆锥齿轮轴1（6）、橡胶滚筒1（7）、直齿圆锥齿轮轴2（9）、橡胶滚筒2（10）、橡胶滚筒3（11）、橡胶滚筒4（12）、齿形链（13）、蜗杆（14）、涡轮（15）、涡轮轴（16）、小滚筒轴1（17）、橡胶滚筒5（18）、滚筒连接套（19）、小滚筒轴2（20）组成；安装于抓取系统电动机（4）轴上的直齿圆柱齿轮（5）与直齿圆锥齿轮轴1（6）啮合，直齿圆锥齿轮轴1（6）与直齿圆锥齿轮轴2（9）啮合，同时直齿圆锥齿轮与蜗杆（14）后端的直齿圆锥齿轮啮合，蜗杆（14）与涡轮轴（16）上涡轮（15）啮合，涡轮轴经齿形链可驱动小滚筒轴1（17）与小滚筒轴2（20），5个滚筒连接套（19）分别安装于直齿圆锥齿轮轴1（6）、直齿圆锥齿轮轴2（9）、蜗杆（14）、小滚筒轴1（17）与小滚筒轴2（20）上，5个橡胶滚筒（7）（10）（11）（12）（18）分别与其滚筒连接套（19）固连；抓取系统电动机（4）经直齿圆柱齿轮（5）啮合驱动直齿圆锥齿轮轴1（6）旋转，直齿圆锥齿轮轴1（6）分别经齿轮传动驱动直齿圆锥齿轮轴2（9）与蜗杆（14）进行旋转，蜗杆啮合涡轮轴（16）驱动齿形链（13）来带动小滚筒轴1（17）和小滚筒轴2（20）旋转，如图4，驱动五个橡胶滚筒向中心旋转，5个橡胶滚筒利用旋转及其对果蔬表皮的高摩擦力将果实抓取至末端执行器内部。切割系统（3）主要由切割系统电动机（22）、丝杆螺母机构（23）、固定支架（24）、菱形机构（25）、转动销（26）、切割器（27）、锯片（28）、电磁机构（29）组成；切割系统电动机（22）转轴上装有丝杆，丝杆与螺母组成丝杆螺母机构（23），菱形机构（25）一端分别由转动销连接于固定支架（24）与螺母上，菱形机构另一端分别由转动销（26）与滑动槽连接于切割器（27），切割器（27）上装有电磁机构（29）与能够小幅度往复驱动的锯片（28）；切割系统电动机（22）带动丝杆，使得螺母向前移动，伸展菱形机构（25），使得切割器（27）向前推进，切割器（27）上的电磁机构（29）驱动锯片（28）进行快速的往复锉动，从而将抓取系统抓取的果实的枝条剧断。传感控制系统主要由压力传感器（8）、微型视觉传感器（21）组成；压力传感器（8）分别装于大橡胶滚筒（7）（10）（18）与其滚筒连接套（19）之间，微型视觉传感器（21）装于切割器（27）上方；压力传感器（8）用于检测橡胶滚筒的压力，微型视觉传感器（21）用于检测抓取部分是否有果实存在于切割范围中，若无则启动切割系统进行切割，若有则控制抓取系统电动机加大扭矩进行抓取，传感控制系统用于协调抓取系统（2）和切割系统（3）的工作。上述实施例仅表达了本专利技术的一种实施方式，且描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本专利技术专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种果蔬采摘机器人的末端执行器，其特征在于，所述末端执行器结构包括：抓取系统、切割系统、传感控制系统、外壳；所述抓取系统结构包括电动机、直齿圆柱齿轮、橡胶滚筒1、直齿圆锥齿轮轴1、直齿圆锥齿轮轴2、橡胶滚筒2、橡胶滚筒3、橡胶滚筒4、涡轮、涡轮轴、齿形链、蜗杆、小滚筒轴1、橡胶滚筒5、滚筒连接套、小滚筒轴2；安装于抓取系统电动机轴上的直齿圆柱齿轮与直齿圆锥齿轮轴1啮合，直齿圆锥齿轮轴1与直齿圆锥齿轮轴2啮合，同时直齿圆锥齿轮与蜗杆后端的直齿圆锥齿轮啮合，蜗杆与涡轮轴上涡轮啮合，涡轮轴经齿形链可驱动小滚筒轴1与小滚筒轴2，5个滚筒连接套分别安装于直齿圆锥齿轮轴1、直齿圆锥齿轮轴2、蜗杆、小滚筒轴1与小滚筒轴2上，5个橡胶滚筒分别与其滚筒连接套固连；抓取系统电动机经直齿圆柱齿轮啮合驱动直齿圆锥齿轮轴1旋转，直齿圆锥齿轮轴1分别经齿轮传动驱动直齿圆锥齿轮轴2与蜗杆进行旋转，蜗杆啮合涡轮轴驱动齿形链来带动小滚筒轴1和小滚筒轴2旋转，如此，驱动五个橡胶滚筒向中心旋转，5个橡胶滚筒利用旋转及其对果蔬表皮的高摩擦力将果实抓取至末端执行器内部；所述切割系统包括切割系统电动机、丝杆螺母机构、固定支架、菱形机构、切割器、锯片、电磁机构；切割系统电动机转轴上装有丝杆，丝杆与螺母组成丝杆螺母机构，菱形机构一端分别由转动销连接于固定支架与螺母上，菱形机构另一端分别由转动销与滑动槽连接于切割器，切割器上装有电磁机构与能够小幅度往复运动的锯片；切割系统电动机带动丝杆，使得螺母向前移动，伸展菱形机构，使得切割器向前推进，切割器上的电磁机构驱动锯片进行快速的往复锉动，从而将抓取系统抓取的果实的枝条剧断；所述传感控制系统包括压力传感器、微型视觉传感器；压力传感器分别装于大橡胶滚筒与其滚筒连接套之间，微型视觉传感器装于切割器上方；压力传感器用于检测橡胶滚筒的压力，微型视觉传感器用于检测抓取部分是否有果实存在，传感控制系统用于协调抓取系统和切割系统的工作。...

【技术特征摘要】
1.一种果蔬采摘机器人的末端执行器，其特征在于，所述末端执行器结构包括：抓取系统、切割系统、传感控制系统、外壳；所述抓取系统结构包括电动机、直齿圆柱齿轮、橡胶滚筒1、直齿圆锥齿轮轴1、直齿圆锥齿轮轴2、橡胶滚筒2、橡胶滚筒3、橡胶滚筒4、涡轮、涡轮轴、齿形链、蜗杆、小滚筒轴1、橡胶滚筒5、滚筒连接套、小滚筒轴2；安装于抓取系统电动机轴上的直齿圆柱齿轮与直齿圆锥齿轮轴1啮合，直齿圆锥齿轮轴1与直齿圆锥齿轮轴2啮合，同时直齿圆锥齿轮与蜗杆后端的直齿圆锥齿轮啮合，蜗杆与涡轮轴上涡轮啮合，涡轮轴经齿形链可驱动小滚筒轴1与小滚筒轴2，5个滚筒连接套分别安装于直齿圆锥齿轮轴1、直齿圆锥齿轮轴2、蜗杆、小滚筒轴1与小滚筒轴2上，5个橡胶滚筒分别与其滚筒连接套固连；抓取系统电动机经直齿圆柱齿轮啮合驱动直齿圆锥齿轮轴1旋转，直齿圆锥齿轮轴1分别经齿轮传动驱动直齿圆锥齿轮轴2与蜗杆进行旋转，蜗杆啮合涡轮轴驱动齿形链来带动小滚筒轴1和...

【专利技术属性】
技术研发人员：李小兵，兰新强，廖鸿朋，钱浩琛，艾凌飞，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西;36