CN108076821B - 一种乳胶三指倒摆线摆动式苹果采摘末端执行器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种乳胶三指倒摆线摆动式苹果采摘末端执行器，涉及农业采摘机器人领域，是由倒摆线气缸、右侧动作气孔、右侧复位气孔、倒摆线轨道、倒摆线滑块、第二乳胶手指、第三圆盘手指结构、第一乳胶手指、左侧复位气孔和左侧动作气孔组成的，所述的第三圆盘手指结构包括第三圆盘手指、第二手指安装座、环形乳胶管、第一手指安装座、环形乳胶管动作气孔和环形乳胶管复位气孔，所述的第一乳胶手指包括手指电机、手指乳胶动作气孔、手指乳胶复位气孔、仿形面手指、长条形乳胶管和手指转轴，本发明采用倒摆线采摘机理和倒摆线气缸折断果柄实现采摘，手指内部附有乳胶管可有效避免损伤，解决了苹果采摘易损伤和苹果采摘效率低的技术难题。

Description

一种乳胶三指倒摆线摆动式苹果采摘末端执行器

技术领域

本发明涉及农业采摘机器人领域，具体地，涉及一种乳胶三指倒摆线摆动式苹果采摘末端执行器。

背景技术

末端执行器是农业采摘机器人的关键组成部分，因为其直接接触目标果实，直接影响采摘成功率和损伤率。果园生产活动中，果实采摘作业因为其作业重复性强、采摘季节性强、果实易损伤和采摘环境恶劣决定了果实采摘作业劳动强度大，耗费大量劳动力，目前我国的苹果采摘作业依然主要靠人工采摘，因此只有发展农业果实采摘机器人，才能提高采摘效率，进而提高果农的经济效益，提高我国果业的国际出口竞争力。

现有的苹果采摘机器人末端执行器之所以没能产业推广，原因有三点：研制成本高、采摘效率低和通用性差。中国专利201310005609.3公开一种苹果采摘机器人欠驱动末端工具，包括：果实姿态自适应机构，果实分离、切割机构，该末端工具虽能自适应果实姿态，但是适应过程耗费时间，无法进一步提高采摘效率；中国专利200810156422.2公开了一种一种苹果采摘机器人的末端执行器，主要由夹持***、切割***和传感***组成，并采用切割转盘驱动刀片绕手指外轮廓旋转一周切断果柄的采摘方法，虽然省去了检测果柄位置的过程，但是每次采摘都要刀片绕手指旋转一周耗费时间，影响采摘效率，并且没有实现柔性夹持，无法保证损伤率问题。本发明是基于研究苹果倒摆线采摘机理的基础上，提出了倒摆线摆动式苹果采摘方法，因为苹果在模拟人工采摘左右摆动过程中，会产生弯矩，果柄根部易与枝干分离，比刀片切割要省时省力，并且本发明提出了倒摆线式气缸，直接适用于苹果采摘轨迹，可提高作业效率，因此需要一种乳胶三指倒摆线摆动式苹果采摘末端执行器，而目前这种苹果采摘末端执行器市场上是没有的。苹果采摘末端执行器的机构参数将严重影响采摘效率和成功率，其研究发展对提高农业生产效率及苹果的市场价值均起着至关重要的作用。

发明内容

针对上述现有技术中的缺陷，本发明提供一种乳胶三指倒摆线摆动式苹果采摘末端执行器，克服现有苹果手工采摘效率低、机械化程度低的缺陷，本发明采用倒摆线采摘机理和倒摆线气缸折断果柄实现采摘，手指内部附有乳胶管可有效避免损伤，解决了苹果采摘易损伤和苹果采摘效率低的技术难题。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种乳胶三指倒摆线摆动式苹果采摘末端执行器，是由倒摆线气缸、右侧动作气孔、右侧复位气孔、倒摆线轨道、倒摆线滑块、第二乳胶手指、第三圆盘手指结构、第一乳胶手指、左侧复位气孔和左侧动作气孔组成的，所述的倒摆线滑块包括衔接滑块、侧立板、视觉单元和倒摆线滑块底座，所述的第三圆盘手指结构包括第三圆盘手指、第二手指安装座、环形乳胶管、第一手指安装座、环形乳胶管动作气孔和环形乳胶管复位气孔，所述的第一乳胶手指包括手指电机、手指乳胶动作气孔、手指乳胶复位气孔、仿形面手指、长条形乳胶管和手指转轴，其特征是：所述倒摆线气缸右侧设置有右侧动作气孔和右侧复位气孔，其左侧设置有左侧复位气孔和左侧动作气孔，所述倒摆线轨道设置于倒摆线气缸内部，所述倒摆线滑块安装在倒摆线轨道上，所述第三圆盘手指结构安装在倒摆线滑块上端，所述第二乳胶手指和第一乳胶手指安装在第三圆盘手指结构上；所述衔接滑块位于侧立板外侧，并与倒摆线轨道配合滑动，所述侧立板安装在倒摆线滑块底座上，所述视觉单元与第三圆盘手指同轴设置并安装在倒摆线滑块底座上；所述第二手指安装座设置于第三圆盘手指右侧，所述第二乳胶手指通过第二手指安装座与第三圆盘手指连接，所述第一手指安装座设置于第三圆盘手指左侧，所述第一乳胶手指通过第一手指安装座与第三圆盘手指连接，所述环形乳胶管位于第三圆盘手指上方，所述第三圆盘手指中部设置有直径40mm的通孔，所述环形乳胶管动作气孔和环形乳胶管复位气孔设置于第三圆盘手指上方，并与环形乳胶管连接；所述手指电机与手指转轴连接，所述手指乳胶动作气孔和手指乳胶复位气孔设置于手指转轴背面，并且与长条形乳胶管连接，所述长条形乳胶管附着于仿形面手指内表面上。

优选地，所述视觉单元直接与末端执行器集成在一起。

优选地，所述手指转轴内部分别设置有手指乳胶动作气孔和手指乳胶复位气孔与长条形乳胶管联通的通道。

更优选地，所述仿形面手指内表面长设置有三根长条形乳胶管，长条形乳胶管充气后高度在2mm-4mm范围。

具体地，所述倒摆线气缸左右行程往返时间为3s。

本发明一种乳胶三指倒摆线摆动式苹果采摘末端执行器的工作过程包括正下方接近果实、进入夹持区域、乳胶充气手指夹持、左工位摆动和右工位摆动，其详细工作过程为视觉单元拍摄苹果图像，确定苹果空间坐标位置，机械臂将苹果采摘末端执行器送至苹果正下方，完成正下方接近果实过程；末端执行器慢慢靠近，完成进入夹持区域过程；环形乳胶管动作气孔和手指乳胶动作气孔充气，环形乳胶管和长条形乳胶管膨胀，第一乳胶手指和第二乳胶手指慢慢旋转靠近，完成乳胶充气手指夹持过程；右侧动作气孔和左侧复位气孔动作，完成左工位摆动过程；左侧动作气孔和右侧复位气孔动作，完成右工位摆动过程。环形乳胶管复位气孔和手指乳胶复位气孔动作，就可以释放果实。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本发明设计的一种乳胶三指倒摆线摆动式苹果采摘末端执行器采用倒摆线采摘机理和倒摆线气缸折断果柄实现采摘，在手指内部附有乳胶管减少苹果损伤，完成正下方接近果实、进入夹持区域、乳胶充气手指夹持、左工位摆动和右工位摆动工作过程，实现苹果的自动化采收作业。

(1)本发明的倒摆线气缸的运动轨迹设计依据是倒摆线采摘机理，左右行程往返时间为3s，可提高采摘效率；

(2)本发明的仿形面手指内表面都附着有乳胶管，乳胶管充气夹持苹果，可使果实和仿形面手指间形成间隙，减少了夹持果实所带来的损伤；

(3)本发明采用倒摆线采摘机理应用于采摘苹果，使果柄与枝干连接处受剪切力容易折断，比用刀片切割果柄要省时省力。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

下列附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，其与下述的具体实施方式一起用于解释本发明，但本发明的保护范围并不局限于下述附图及具体实施方式。在附图中：

图1为本发明的整体结构等轴测图；

图2为本发明的倒摆线滑块和第三圆盘手指结构等轴测图；

图3为本发明的第一乳胶手指三维结构示意图；

图4为本发明的第一乳胶手指另一方向三维结构示意图；

图5为本发明倒摆线采摘机理示意图；

图6为本发明采摘步骤的正下方接近果实工作状态示意图；

图7为本发明采摘步骤的进入夹持区域工作状态示意图；

图8为本发明采摘步骤的乳胶充气手指夹持工作状态示意图；

图9为本发明采摘步骤的左工位摆动工作状态示意图；

图10为本发明采摘步骤的右工位摆动工作状态示意图。

图中：1倒摆线气缸，2右侧动作气孔，3右侧复位气孔，4倒摆线轨道，5倒摆线滑块，501衔接滑块，502侧立板，503视觉单元，504倒摆线滑块底座，6第二乳胶手指，7第三圆盘手指结构，701第三圆盘手指，702第二手指安装座，703环形乳胶管，704第一手指安装座，705环形乳胶管动作气孔，706环形乳胶管复位气孔，8第一乳胶手指，801手指电机，802手指乳胶动作气孔，803手指乳胶复位气孔，804仿形面手指，805长条形乳胶管，806手指转轴，9左侧复位气孔，10左侧动作气孔。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，本发明的保护范围并不局限于下述的具体实施方式。

本发明设计的一种乳胶三指倒摆线摆动式苹果采摘末端执行器利采用倒摆线采摘机理和倒摆线气缸折断果柄实现采摘，在手指内部附有乳胶管减少苹果损伤，完成正下方接近果实、进入夹持区域、乳胶充气手指夹持、左工位摆动和右工位摆动工作过程，实现苹果的自动化采收作业。

参见图1至图4所示，一种乳胶三指倒摆线摆动式苹果采摘末端执行器，是由倒摆线气缸1、右侧动作气孔2、右侧复位气孔3、倒摆线轨道4、倒摆线滑块5、第二乳胶手指6、第三圆盘手指结构7、第一乳胶手指8、左侧复位气孔9和左侧动作气孔10组成的，所述的倒摆线滑块5包括衔接滑块501、侧立板502、视觉单元503和倒摆线滑块底座504，所述的第三圆盘手指结构7包括第三圆盘手指701、第二手指安装座702、环形乳胶管703、第一手指安装座704、环形乳胶管动作气孔705和环形乳胶管复位气孔706，所述的第一乳胶手指8包括手指电机801、手指乳胶动作气孔802、手指乳胶复位气孔803、仿形面手指804、长条形乳胶管805和手指转轴806，其特征是所述倒摆线气缸1右侧设置有右侧动作气孔2和右侧复位气孔3，其左侧设置有左侧复位气孔9和左侧动作气孔10，所述倒摆线轨道4设置于倒摆线气缸1内部，所述倒摆线滑块5安装在倒摆线轨道4上，所述第三圆盘手指结构7安装在倒摆线滑块5上端，所述第二乳胶手指6和第一乳胶手指8安装在第三圆盘手指结构7上；所述衔接滑块501位于侧立板502外侧，并与倒摆线轨道4配合滑动，所述侧立板502安装在倒摆线滑块底座504上，所述视觉单元503与第三圆盘手指701同轴设置并安装在倒摆线滑块底座504上；所述第二手指安装座702设置于第三圆盘手指701右侧，所述第二乳胶手指6通过第二手指安装座702与第三圆盘手指701连接，所述第一手指安装座704设置于第三圆盘手指701左侧，所述第一乳胶手指8通过第一手指安装座704与第三圆盘手指701连接，所述环形乳胶管703位于第三圆盘手指701上方，所述第三圆盘手指701中部设置有直径40mm的通孔，所述环形乳胶管动作气孔705和环形乳胶管复位气孔706设置于第三圆盘手指701上方，并与环形乳胶管703连接；所述手指电机801与手指转轴806连接，所述手指乳胶动作气孔802和手指乳胶复位气孔803设置于手指转轴806背面，并且与长条形乳胶管805连接，所述长条形乳胶管805附着于仿形面手指804内表面上。

参见图2所示，优选地，所述视觉单元503直接与末端执行器集成在一起。

参见图3和图4所示，优选地，所述手指转轴806内部分别设置有手指乳胶动作气孔802和手指乳胶复位气孔803与长条形乳胶管805联通的通道。

参见图3和图4所示，更优选地，所述仿形面手指804内表面长设置有三根长条形乳胶管805，长条形乳胶管805充气后高度在2mm-4mm范围。

参见图1、9和图10所示，具体地，所述倒摆线气缸1左右行程往返时间为3s。

为了帮助理解本发明的上述基本实施方式，参照图5至图10进行工作原理和工作过程说明，本发明设计的一种乳胶三指倒摆线摆动式苹果采摘末端执行器利采用倒摆线采摘机理和倒摆线气缸折断果柄实现采摘，在手指内部附有乳胶管减少苹果损伤，完成正下方接近果实、进入夹持区域、乳胶充气手指夹持、左工位摆动和右工位摆动工作过程，其详细工作过程为视觉单元503拍摄苹果图像，确定苹果空间坐标位置，机械臂将苹果采摘末端执行器送至苹果正下方，完成正下方接近果实过程；末端执行器慢慢靠近，完成进入夹持区域过程；环形乳胶管动作气孔705和手指乳胶动作气孔802充气，环形乳胶管703和长条形乳胶管805膨胀，第一乳胶手指8和第二乳胶手指6慢慢旋转靠近，完成乳胶充气手指夹持过程；右侧动作气孔2和左侧复位气孔9动作，完成左工位摆动过程；左侧动作气孔10和右侧复位气孔3动作，完成右工位摆动过程。环形乳胶管复位气孔706和手指乳胶复位气孔803动作，就可以释放果实。

以上结合附图详细描述了本发明的具体实施方式，需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种乳胶三指倒摆线摆动式苹果采摘末端执行器，其特征是：是由倒摆线气缸、右侧动作气孔、右侧复位气孔、倒摆线轨道、倒摆线滑块、第二乳胶手指、第三圆盘手指结构、第一乳胶手指、左侧复位气孔和左侧动作气孔组成的，所述的倒摆线滑块包括衔接滑块、侧立板、视觉单元和倒摆线滑块底座，所述的第三圆盘手指结构包括第三圆盘手指、第二手指安装座、环形乳胶管、第一手指安装座、环形乳胶管动作气孔和环形乳胶管复位气孔，所述的第一乳胶手指包括手指电机、手指乳胶动作气孔、手指乳胶复位气孔、仿形面手指、长条形乳胶管和手指转轴，所述倒摆线气缸右侧设置有右侧动作气孔和右侧复位气孔，其左侧设置有左侧复位气孔和左侧动作气孔，所述倒摆线轨道设置于倒摆线气缸内部，所述倒摆线滑块安装在倒摆线轨道上，所述第三圆盘手指结构安装在倒摆线滑块上端，所述第二乳胶手指和第一乳胶手指安装在第三圆盘手指结构上；所述衔接滑块位于侧立板外侧，并与倒摆线轨道配合滑动，所述侧立板安装在倒摆线滑块底座上，所述视觉单元与第三圆盘手指同轴设置并安装在倒摆线滑块底座上；所述第二手指安装座设置于第三圆盘手指右侧，所述第二乳胶手指通过第二手指安装座与第三圆盘手指连接，所述第一手指安装座设置于第三圆盘手指左侧，所述第一乳胶手指通过第一手指安装座与第三圆盘手指连接，所述环形乳胶管位于第三圆盘手指上方，所述第三圆盘手指中部设置有直径40mm的通孔，所述环形乳胶管动作气孔和环形乳胶管复位气孔设置于第三圆盘手指上方，并与环形乳胶管连接；所述手指电机与手指转轴连接，所述手指乳胶动作气孔和手指乳胶复位气孔设置于手指转轴背面，并且与长条形乳胶管连接，所述长条形乳胶管附着于仿形面手指内表面上。

2.根据权利要求1所述的一种乳胶三指倒摆线摆动式苹果采摘末端执行器，其特征是：所述手指转轴内部分别设置有手指乳胶动作气孔和手指乳胶复位气孔与长条形乳胶管联通的通道。

3.根据权利要求1所述的一种乳胶三指倒摆线摆动式苹果采摘末端执行器，其特征是：所述仿形面手指内表面长设置有三根长条形乳胶管，长条形乳胶管充气后高度在2mm-4mm范围。

4.根据权利要求1所述的一种乳胶三指倒摆线摆动式苹果采摘末端执行器，其特征是：所述倒摆线气缸左右行程往返时间为3s。

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