一種球狀果實摘取機器人末端執(zhí)行器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及機器人及其技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，特別是一種用來在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中采摘球狀果實的機器人末端執(zhí)行器。
【背景技術(shù)】
[0002]農(nóng)業(yè)機械(Agricultural machinery)隨著科技的發(fā)展逐漸在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中替代了人工從而實現(xiàn)生產(chǎn)自動化，不僅節(jié)約了全部生產(chǎn)過程中的勞動力總量，而且節(jié)約時間，提高了農(nóng)業(yè)的經(jīng)濟效益。在農(nóng)業(yè)機械化的過程中，果蔬摘取機器人得到了充分的發(fā)展，自從1983年第一臺西紅柿摘取機器人在美國問世以來，法國、荷蘭等國家相繼研究了包括摘取蘋果、番茄、黃瓜、葡萄的果蔬摘取機器人。其中，末端執(zhí)行器在機器人的運轉(zhuǎn)中具有重要地位，通常被安裝在機械臂末端，在工作時移動至相應(yīng)的工作點，完成對應(yīng)的工作任務(wù)。末端執(zhí)行器的研究要求較高，要考慮諸多方面的因素，如使用成本與操作復(fù)雜度、摘取效果與效率、不同品種之間的通用性等。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，果蔬摘取機器人存在如下幾個較為典型的問題:末端執(zhí)行器針對某種特定的果蔬設(shè)計，不具有通用性；仿手指末端執(zhí)行器在擰斷果柄時容易因為夾持力過大造成果實的損傷；操作手指偏多，機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜；果柄位置的定位具有難度；缺少反饋控制，無法適應(yīng)不同種果蔬之間的果梗的硬度的變化；在一次的工作過程中只能摘取單個目標(biāo)單位，造成了使用效率的偏低；不能根據(jù)果實的重量實現(xiàn)果實的分揀等。
[0004]基于以上原因，針對球狀果實而言，需要一種具有優(yōu)化的仿手指摘取結(jié)構(gòu)、可以在一次摘取過程中摘取多個球狀果實同時實現(xiàn)質(zhì)量分揀的末端執(zhí)行器被設(shè)計出來，提高球狀果實摘取末端執(zhí)行器的工作效率，從而加速其在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中的推廣使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是提供一種可以實現(xiàn)摘取結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，通過機械結(jié)構(gòu)和傳感器的配合，可以實現(xiàn)在一次采摘工作中摘取多個果實并對果實按照重量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類存放且機械結(jié)構(gòu)簡單、控制難度低的球狀果實摘取機器人末端執(zhí)行器。
[0006]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是:該球狀果實摘取機器人末端執(zhí)行器由末端執(zhí)行器主體和在其上的果實切割結(jié)構(gòu)以及在其下的果實暫存器組成；所述末端執(zhí)行器主體與起固定作用的機架相連接，所述末端執(zhí)行器主體的內(nèi)部在與機架相對應(yīng)的位置設(shè)置有限位塊，所述限位塊與所述果實切割結(jié)構(gòu)配合使用；所述末端執(zhí)行器主體的上方設(shè)置有內(nèi)部帶有導(dǎo)軌的邊框，導(dǎo)軌上通過左滑動塊與右滑動塊設(shè)置有果實切割結(jié)構(gòu)；所述左滑動塊和所述右滑動塊分布在所述導(dǎo)軌的左右兩端；所述左滑動塊的末端設(shè)置有左氣缸，所述左氣缸上固定安裝有左置位管和左復(fù)位管，所述右滑動塊的末端設(shè)置有右氣缸，所述右氣缸上固定安裝右置位管和右復(fù)位管；所述左置位管和所述右置位管的末端通過置位管相連接，所述左復(fù)位管和所述右復(fù)位管的末端通過復(fù)位管相連接；所述末端執(zhí)行器主體的下方通過所述導(dǎo)軌連接有果實暫存器，在所述果實暫存器的凸起的外部的中間設(shè)置有舵機。
[0007]采用上述技術(shù)方案，通過果實切割結(jié)構(gòu)將果實切割并暫存于果實暫存器，末端執(zhí)行器主體的底部的果實暫存器的中間安裝舵機作為輸出執(zhí)行機構(gòu)，通過PMW控制信號的輸出，利用輸出轉(zhuǎn)角與輸入信號脈沖寬度的關(guān)系，改變并維持舵機的位置，從而帶動果實暫存器的轉(zhuǎn)動，使得果實能夠分別落入對應(yīng)的收集位置，從而實現(xiàn)在一次采摘工作中摘取多個果實并對果實按照重量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分類存放，該球狀果實摘取機器人末端執(zhí)行器機械結(jié)構(gòu)簡單、控制難度低，可控性高。
[0008]進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述果實切割結(jié)構(gòu)包括刀片、刀片保護(hù)器和凹形落刀槽；所述左滑動塊的頂端設(shè)置有刀片和刀片保護(hù)器，所述刀片鑲嵌在所述刀片保護(hù)器中并露出切割部；所述右滑動塊的頂端設(shè)置有可容納刀片的凹形落刀槽。通過置位管和復(fù)位管驅(qū)動滑動塊移動帶來的空間限制和刀片凹形落刀槽的配合，可以方便地進(jìn)行對果柄的切割工作。
[0009]進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述果實暫存器由若干個用來存儲單個果實的單果暫存器組成，并繞所述舵機設(shè)置單果暫存器，所述單果暫存器的底部設(shè)置有半球形翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。果實暫存器內(nèi)部設(shè)置一個半球形翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)，其中一根傳動軸的末端設(shè)置有傳輸動力的舵機，在指定區(qū)域放置果實時，舵機帶動半球形翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)180°后果實落下，再次旋轉(zhuǎn)180°復(fù)位，實現(xiàn)果實落下和自身的復(fù)位。
[0010]進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述左氣缸的氣缸力小于所述右氣缸的氣缸力。由于左氣缸的氣缸力小于右氣缸，因此右氣缸移動距離在相同的時間內(nèi)長于左氣缸，當(dāng)右滑動塊帶動凹形落刀槽運動約2/3的位置時，球狀果實在右滑動塊、限位塊以及末端執(zhí)行器主體所包圍的空間內(nèi)，并產(chǎn)生一定的壓力使得果柄能夠繃直，從而方便刀片切割。
[0011]作為本發(fā)明的優(yōu)先方案，所述單果暫存器的數(shù)量為3個，且繞所述舵機每隔120°設(shè)置。
[0012]進(jìn)一步改進(jìn)在于，所述半球形翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)通過銷軸與果實暫存器連接，所述半球形翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的底部設(shè)置有壓力傳感器。半球形翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的底部設(shè)置的壓力傳感器，用于測量果實的重量并反饋給微型計算機，微型計算機控制機械臂移動至指定區(qū)域，從而針對不同的重量區(qū)間實現(xiàn)果實的分裝。
[0013]進(jìn)一步改進(jìn)在于，該球狀果實摘取機器人末端執(zhí)行器的內(nèi)部的棱角均鈍化處理，所述半球形翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部均用橡膠覆蓋。采用鈍化處理和橡膠覆蓋半球形翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)可以減少果實的碰撞，防止果實受損。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:該球狀果實摘取機器人末端執(zhí)行器針對球狀果實而設(shè)計，相比于過去的球狀果實摘取末端執(zhí)行器而言，改變了原有的仿手指摘取結(jié)構(gòu)，在一定程度上優(yōu)化了復(fù)雜的機械結(jié)構(gòu)；通過置位管和復(fù)位管驅(qū)動滑動塊移動帶來的空間限制和刀片凹形落刀槽的配合，可以方便地進(jìn)行對果柄的切割工作；通過類似于顯微鏡物鏡轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)的果實暫存器，實現(xiàn)了末端在一次摘取的過程中摘取多個果實從而提高工作效率的效果；通過位于果實暫存器底部的壓力感應(yīng)器測量不同果實的重量，實現(xiàn)了果實的分揀，從而有效地解決目前球狀果實摘取末端執(zhí)行器中存在的一些問題。
【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明實施例的正視圖；
[0016]圖2是本發(fā)明實施例的俯視圖；
[0017]圖3是實施例中果實切割結(jié)構(gòu)的局部視圖；
[0018]圖中:1_末端執(zhí)行器主體；2_果實切割結(jié)構(gòu)；3_果實暫存器；4-機架；5_限位塊；6-導(dǎo)軌；7-邊框；8-刀片；9_刀片保護(hù)器；10_凹形落刀槽；11_舵機；12_單果暫存器；13-半球形翻轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)；14-左滑動塊；15-右滑動塊；16-左氣缸；17-右氣缸；18-左置位管；19-右置位管；20_左復(fù)位管；21_右復(fù)位管；22_置位管；23_復(fù)位管。
【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
[0020]實施例:一種球狀果實摘取機器人末端執(zhí)行器，由末端執(zhí)行器主體1和在其上的果實切割結(jié)構(gòu)2以及在其下的果實暫存器3組成；末端執(zhí)行器主體1與起固定作用的機架4相連接，末端執(zhí)行器主體1的內(nèi)部在與機架4相對應(yīng)的位置設(shè)置有限位塊5，末端執(zhí)行器主體1的上方設(shè)置有內(nèi)部帶有導(dǎo)軌6的邊框7，導(dǎo)軌6上通過左滑動