一種自適應(yīng)式柔性水果采摘執(zhí)行器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種自適應(yīng)式柔性水果采摘執(zhí)行器，具體說(shuō)涉及農(nóng)業(yè)果蔬采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器的開(kāi)發(fā)領(lǐng)域，特別是球形水果采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器的技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]農(nóng)業(yè)信息化是我國(guó)進(jìn)入21世紀(jì)后建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的重大戰(zhàn)略選擇，是實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要內(nèi)容。數(shù)字農(nóng)業(yè)作為農(nóng)業(yè)信息化的組成部分，其科技創(chuàng)新與應(yīng)用實(shí)踐，將引領(lǐng)我國(guó)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的快速發(fā)展。農(nóng)業(yè)智能控制技術(shù)則是實(shí)現(xiàn)數(shù)字農(nóng)業(yè)的標(biāo)志。然而，在水果生產(chǎn)中，采摘作業(yè)是其中最耗時(shí)、最費(fèi)力的一個(gè)環(huán)節(jié)，其費(fèi)用約占成本的50%?70%。水果采摘機(jī)器人是農(nóng)業(yè)機(jī)器人的重要類(lèi)型，它能夠降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)費(fèi)用，具有很大發(fā)展?jié)摿Α?br>[0003]目前，大部分的采摘執(zhí)行器分離果樹(shù)與果實(shí)的方式大體分為兩類(lèi)，第一類(lèi)，強(qiáng)行拉斷果梗，來(lái)實(shí)現(xiàn)果實(shí)與果樹(shù)的分離；第二類(lèi)，先用夾具加緊果實(shí)，再通過(guò)剪刀、鋸條、高壓水槍、激光等工具，切斷果梗，從而將水果從果樹(shù)上采摘下來(lái)。對(duì)于第一類(lèi)采摘末端，容易拉斷其他枝條，對(duì)果樹(shù)的傷害較大。而第二類(lèi)采摘執(zhí)行末端也存在比較致命的缺點(diǎn):其一，執(zhí)行器在切斷果梗之前，要先用夾具夾住果實(shí)，夾具的力很難控制，過(guò)小會(huì)導(dǎo)致果實(shí)的脫落，過(guò)大則會(huì)損壞水果；其二要牢牢抓住果實(shí)，那么對(duì)圖像處理以及采摘點(diǎn)的控制要求較高，微小的誤差都會(huì)導(dǎo)致采摘的失敗。而過(guò)多的傳感器會(huì)使得控制變得復(fù)雜、繁瑣。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]為了克服現(xiàn)有采摘執(zhí)行器在容易拉斷夾具和容易破壞水果方面的不足，本實(shí)用新型提供一種自適應(yīng)式柔性水果采摘末端執(zhí)行器，該執(zhí)行器不僅可以有效地保護(hù)植株，而且對(duì)精度、控制要求低，有效的保證了采摘效率。
[0005]為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種自適應(yīng)式柔性水果采摘執(zhí)行器，包括執(zhí)行器主體、刀片、固定法蘭、果實(shí)容器、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器；
[0007]所述執(zhí)行器主體通過(guò)不少于一個(gè)的光桿與固定法蘭滑動(dòng)式相連；
[0008]所述刀片固定設(shè)置在執(zhí)行器主體上；
[0009]所述果實(shí)容器與執(zhí)行器主體相連，所述果實(shí)容器與執(zhí)行器主體上的果實(shí)落口相連通；所述果實(shí)容器位于刀片的正下方；
[0010]所述驅(qū)動(dòng)器固定設(shè)置在執(zhí)行器主體上；所述驅(qū)動(dòng)器的輸出軸連接曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。[0011 ] 進(jìn)一步改進(jìn)，本實(shí)用新型中的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)采用現(xiàn)有技術(shù)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)也能實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的發(fā)明目的，本實(shí)用新型優(yōu)先采取下述結(jié)構(gòu)的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。
[0012]本實(shí)用新型中的曲柄搖桿機(jī)構(gòu)包括第一連桿、第二連桿和擺桿；所述第一連桿的一端連接驅(qū)動(dòng)器的輸出軸。另一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接第二連桿的一端；第二連桿的另一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接擺桿。本實(shí)用新型曲柄搖桿機(jī)構(gòu)中在工作時(shí)，當(dāng)外部機(jī)械臂帶動(dòng)執(zhí)行器接近水果后，擺桿以較慢的角速度旋轉(zhuǎn)，如果碰到果梗，則會(huì)拉近執(zhí)行器，當(dāng)果?？拷镀瑫r(shí)擺桿又會(huì)以較快的角速度旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而剪斷果梗，此時(shí)果實(shí)正好落入果實(shí)容器中。
[0013]進(jìn)一步改進(jìn)，擺桿的前端呈圓弧狀。本實(shí)用新型中擺桿的前端設(shè)置成圓弧狀作用是，為了更好的適應(yīng)水果的形狀，以及防止在拉近執(zhí)行器過(guò)程中，果實(shí)脫落。
[0014]進(jìn)一步改進(jìn)，執(zhí)行器還包括壓簧；壓簧套在光桿上；壓簧的一端與光桿上的臺(tái)階面接觸，另一端與執(zhí)行器主體接觸。本實(shí)用新型中的壓簧可以保證采摘完水果后，執(zhí)行器主體回到初始位置。
[0015]進(jìn)一步改進(jìn)，所述光桿的數(shù)量為三；所述光桿呈直線型設(shè)置；所述壓簧套裝在位于中間的光桿上。本實(shí)用新型中優(yōu)先選用這樣的設(shè)計(jì)可以讓執(zhí)行器主體更加穩(wěn)定。
[0016]進(jìn)一步改進(jìn)，所述驅(qū)動(dòng)器為電機(jī)。
[0017]本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，其有益效果是:
[0018]1、能較好地吸收機(jī)器人視覺(jué)與機(jī)械臂的控制誤差，采摘成功率高。2、驅(qū)動(dòng)與控制方式簡(jiǎn)單，采摘作業(yè)速度較高。3、通用性好，可以滿(mǎn)足不同類(lèi)型球形水果的采摘的要求。4、用于切除果梗的刀片固定在位于果實(shí)容器上方的執(zhí)行器本體框架上，這樣可以避免果實(shí)在果實(shí)容器上方以外的地方落下來(lái)而造成的采摘失?。贿@種設(shè)計(jì)也解決了夾具容易劃傷水果表皮的問(wèn)題。
【附圖說(shuō)明】
[0019]圖1是本實(shí)用新型的裝配立體圖。
[0020]圖2是本實(shí)用新型剖視圖。
[0021]圖3是實(shí)施例的立體圖。
[0022]圖中，1.固定法蘭；2.驅(qū)動(dòng)器；3.第一連桿；4.第二連桿；5.擺桿；6.果實(shí)容器；7.執(zhí)行器主體；8.光桿；9.刀片；10.壓簧；11.水果。
【具體實(shí)施方式】
[0023]下面對(duì)本實(shí)用新型技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不局限于所述實(shí)施例。
[0024]為使本實(shí)用新型的內(nèi)容更加明顯易懂，以下結(jié)合附圖1-圖3和【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步的描述。
[0025]為了使本實(shí)用新型的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0026]實(shí)施例:
[0027]如圖1、2為本實(shí)用新型的裝配立體圖；包括執(zhí)行器主體7、刀片9、固定法蘭1、果實(shí)容器6、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)器2 ;
[0028]曲柄搖桿機(jī)構(gòu)包括第一連桿3、第二連桿4和擺桿5。
[0029]在圖1，2中，固定法蘭I的一面由螺釘連接到機(jī)械臂的末端，另一面通過(guò)三根光桿8與執(zhí)行器主體7相連接，執(zhí)行器主體7可以沿著光桿8的方向滑動(dòng)。在中間一根光桿8上裝有一個(gè)彈性系數(shù)很小的壓簧10，它可以保證在刀片9剪斷果梗后及時(shí)帶動(dòng)執(zhí)行器主體7回到初始位置。在執(zhí)行器主體7的上方裝有一個(gè)電機(jī)，它的等速旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)第一連桿3、第二連桿4后，轉(zhuǎn)化為擺桿5的變速擺動(dòng)。其中，電機(jī)軸與第一連桿3固結(jié)在一起，第一連桿3隨電機(jī)軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)。第一連桿3和第二連桿4通過(guò)鉸鏈連接，他們之間可以相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。擺桿5與第二連桿4之間同樣通過(guò)鉸鏈連接，而擺桿5同時(shí)又通過(guò)銷(xiāo)和執(zhí)行器主體7連接，這樣擺桿5便可以繞銷(xiāo)的中心回轉(zhuǎn)。刀片9固定在執(zhí)行器主體7上，在刀片9的正下方放有一個(gè)果實(shí)容器6。
[0030]由于采用了曲柄搖桿機(jī)構(gòu)，就可以在電機(jī)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)下實(shí)現(xiàn)擺桿的不同速度。
[0031]下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)描述:
[0032]如圖3所示，本實(shí)施例在以本實(shí)用新型技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本實(shí)用新型的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0033]利用該執(zhí)行器進(jìn)行采摘時(shí)，具體分為四步:
[0034]第一步、機(jī)械臂帶著執(zhí)行器一起運(yùn)動(dòng)到離目標(biāo)果實(shí)適當(dāng)位置處。
[0035]第二步、電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)擺桿5緩慢旋轉(zhuǎn)，并拉著執(zhí)行器主體7向目標(biāo)果實(shí)靠攏。
[0036]第三步、當(dāng)果實(shí)靠近刀片9時(shí)，擺桿5快速旋轉(zhuǎn)，剪短果梗。
[0037]第四步、剪短果梗后，執(zhí)行器主體7橫向只受壓簧推力，在該力作用下，執(zhí)行器主體回到初始位置。
[0038]在圖3中，在機(jī)械臂的驅(qū)動(dòng)下，執(zhí)行器被帶到離果實(shí)一定距離的地方，這時(shí)電機(jī)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)第一連桿3，第二連桿4，擺桿5運(yùn)動(dòng)(見(jiàn)圖3)。擺桿5有一定的弧度，不至于讓果實(shí)滑落。擺桿5起初緩慢轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)一定角度后，就會(huì)接觸到果梗，如果再繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，執(zhí)行器主體7便會(huì)沿光桿8向靠近果實(shí)的方向滑動(dòng)。當(dāng)擺桿5靠近刀片9時(shí)，擺桿5以較快速度剪斷果梗，水果落入果實(shí)容器6中，這時(shí)擺桿5不受果梗給它的作用力。在壓簧10的作用下，執(zhí)行器主體7被拉回到初始位置。到此為止，執(zhí)行器完成它的一次采摘任務(wù)。
[0039]如上所述，盡管參照特定的優(yōu)選實(shí)施例已經(jīng)表示和表述了本實(shí)用新型，但其不得解釋為對(duì)本實(shí)用新型自身的限制。在不脫離所附權(quán)利要求定義的本實(shí)用新型的精神和范圍前提下，可對(duì)其在形式上和細(xì)節(jié)上作出各種變化。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種自適應(yīng)式柔性水果采摘執(zhí)行器，其特征在于，包括執(zhí)行器主體(7)、刀片(9)、固定法蘭(I)、果實(shí)容器￠)、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器(2); 所述執(zhí)行器主體(7)通過(guò)不少于一個(gè)的光桿(8)與固定法蘭(I)滑動(dòng)式相連； 所述刀片(9)固定設(shè)置在執(zhí)行器主體(7)上； 所述果實(shí)容器(6)與執(zhí)行器主體(7)相連，所述果實(shí)容器(6)與執(zhí)行器主體(7)上的果實(shí)落口相連通；所述果實(shí)容器(6)位于刀片(9)的正下方； 所述驅(qū)動(dòng)器(2)固定設(shè)置在執(zhí)行器主體(7)上；所述驅(qū)動(dòng)器(2)的輸出軸連接曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。
2.如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)式柔性水果采摘執(zhí)行器，其特征在于，所述曲柄搖桿機(jī)構(gòu)包括第一連桿(3)、第二連桿(4)和擺桿(5);所述第一連桿(3)的一端連接驅(qū)動(dòng)器(2)的輸出軸；另一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接第二連桿(4)的一端；第二連桿(4)的另一端轉(zhuǎn)動(dòng)連接擺桿(5)。
3.如權(quán)利要求2所述的自適應(yīng)式柔性水果采摘執(zhí)行器，其特征在于，所述擺桿(5)的前端呈圓弧狀。
4.如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)式柔性水果采摘執(zhí)行器，其特征在于，所述執(zhí)行器還包括壓簧(10);所述壓簧(10)套在光桿⑶上；壓簧(10)的一端與光桿⑶上的臺(tái)階面接觸，另一端與執(zhí)行器主體(X)接觸。
5.如權(quán)利要求4所述的自適應(yīng)式柔性水果采摘執(zhí)行器，其特征在于，所述光桿(8)的數(shù)量為三；所述光桿(8)呈直線型設(shè)置；所述壓簧(10)套裝在位于中間的光桿(8)上。
6.如權(quán)利要求1所述的自適應(yīng)式柔性水果采摘執(zhí)行器，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)器(2)為電機(jī)。
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)一種自適應(yīng)式柔性水果采摘執(zhí)行器；所要解決的技術(shù)問(wèn)題是：現(xiàn)有采摘執(zhí)行器在容易拉斷夾具和容易破壞水果方面的不足。采用的技術(shù)方案是：一種自適應(yīng)式柔性水果采摘執(zhí)行器，包括執(zhí)行器主體、刀片、固定法蘭、果實(shí)容器、曲柄搖桿機(jī)構(gòu)和驅(qū)動(dòng)曲柄搖桿機(jī)構(gòu)擺動(dòng)的驅(qū)動(dòng)器；執(zhí)行器主體通過(guò)不少于一個(gè)的光桿與固定法蘭滑動(dòng)式相連；刀片固定設(shè)置在執(zhí)行器主體上；果實(shí)容器與執(zhí)行器主體相連，果實(shí)容器與執(zhí)行器主體上的果實(shí)落口相連通；果實(shí)容器位于刀片的正下方；驅(qū)動(dòng)器固定設(shè)置在執(zhí)行器主體上；驅(qū)動(dòng)器的輸出軸連接曲柄搖桿機(jī)構(gòu)。優(yōu)點(diǎn)：能較好地吸收機(jī)器人視覺(jué)與機(jī)械臂的控制誤差，采摘成功率高。驅(qū)動(dòng)與控制方式簡(jiǎn)單，采摘作業(yè)速度較高。
【IPC分類(lèi)】A01D46-30
【公開(kāi)號(hào)】CN204272703
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201420696313
【發(fā)明人】時(shí)光, 李國(guó)利, 徐劍鋒, 張愷鈺, 劉登, 楊世亮
【申請(qǐng)人】金陵科技學(xué)院
【公開(kāi)日】2015年4月22日
【申請(qǐng)日】2014年11月19日