[發(fā)明專利]一種直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 200710020913.X
• 申請(qǐng)日: 2007-04-03
• 公開（公告）號(hào): CN101066022A
• 公開（公告）日: 2007-11-07
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉繼展;李萍萍;李智國
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): A01D46/08
• 分類號(hào): A01D46/08;A01D46/10;A01D46/30;B25J15/08
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所
• 代理人: 汪旭東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及采摘機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器。

背景技術(shù)

果實(shí)采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器一般由手指機(jī)構(gòu)完成抓取，再通過剪切機(jī)構(gòu)或扭轉(zhuǎn)動(dòng)作使果 實(shí)分離。在采摘過程中，常常由于多個(gè)果實(shí)成束生長，手指難以順利抓取，且容易碰傷相鄰 果實(shí)；同時(shí)，由于葉子的遮擋，采摘機(jī)器人往往難以發(fā)現(xiàn)果實(shí)，并對(duì)采摘?jiǎng)幼髟斐筛蓴_。現(xiàn) 有采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器，難以有效處理以上問題，使果實(shí)采摘成功率受到很大影響。如臺(tái) 灣國立中興大學(xué)李芳繁等開發(fā)的柑橘采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器(采摘柑橘果實(shí)機(jī)器手臂之研制. 農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)刊，1999，8(3)：1-8.)僅能通過一個(gè)直流電機(jī)帶動(dòng)，完成三個(gè)手指的開合；而日本 岡山大學(xué)N.Kondo等開發(fā)的番茄采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器(End-Effectors?for?Tomato?Harvesting Robot.Artificial?Intelligence?Review?12：11-25，1998.)，通過增加一個(gè)吸盤使目標(biāo)果實(shí)與果束分 離，但必須增加相應(yīng)的直流電機(jī)和齒輪齒條機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，增加了機(jī)構(gòu)的復(fù)雜性和控制難度，且 仍無法處理葉子的遮擋問題。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有采摘方法和裝置的不足，本發(fā)明提供一種直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的采摘機(jī)器人末端 執(zhí)行器，利用直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)果實(shí)的采摘。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：吸盤、齒條和推板依次固定于直線電機(jī)的 動(dòng)子上，通過直線電機(jī)動(dòng)子的直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)吸盤吸附裝置、手指開合裝置和氣囊吹氣 裝置。直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)吸盤吸附裝置，帶動(dòng)吸盤的前進(jìn)和后退，以吸住果實(shí)并拉動(dòng)果實(shí)后退， 從果束中分離；直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)手指開合裝置，帶動(dòng)齒輪和曲柄的轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過平行四桿機(jī)構(gòu)傳 動(dòng)，使手指張開和合攏以抓住果實(shí)；直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)氣囊吹氣裝置，帶動(dòng)推板前進(jìn)，壓縮氣囊， 將果實(shí)附近的葉子吹開，從而避免葉子對(duì)果實(shí)的遮擋和對(duì)末端執(zhí)行器采摘?jiǎng)幼鞯母蓴_。

本發(fā)明的有益效果是，只需一個(gè)電機(jī)帶動(dòng)而完成果實(shí)的采摘，結(jié)構(gòu)簡單緊湊，精度高， 運(yùn)動(dòng)平滑可靠。

附圖說明

圖1為直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器主視圖，圖2為直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的采摘機(jī)器 人末端執(zhí)行器俯視圖。

圖中1.手指，2.連桿，3.曲柄，4.齒輪，5.雙面齒條，6.直線電機(jī)定子，7.直線電機(jī)動(dòng) 子，8.氣囊，9.推板，10.殼體，11.真空發(fā)生器，12.齒輪，13.連桿，14.曲柄，15.手指， 16.橡膠，17.吸盤，18.橡膠。

具體實(shí)施方式

如圖1、圖2所示，該直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)的采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器由直線電機(jī)驅(qū)動(dòng)，直線電 機(jī)的定子(6)與殼體(10)固定，直線電機(jī)的動(dòng)子(7)相對(duì)直線電機(jī)定子(6)做直線運(yùn)動(dòng)。 直線電機(jī)動(dòng)子(7)由前往后依次固聯(lián)吸盤(17)、雙面齒條(5)和推板(9)，以分別帶動(dòng)吸 盤吸附裝置、氣囊吹氣裝置和手指開合機(jī)構(gòu)。

其中吸盤吸附裝置中，吸盤(17)通過真空軟管與真空發(fā)生器(11)相連，由真空發(fā)生 器(11)產(chǎn)生真空負(fù)壓，使吸盤(17)產(chǎn)生吸力；直線電機(jī)動(dòng)子(7)直線運(yùn)動(dòng)可以帶動(dòng)吸盤 (17)直線前進(jìn)和后退。

氣囊吹氣裝置中，氣囊(8)與殼體(10)固定，當(dāng)直線電機(jī)動(dòng)子(7)帶動(dòng)并通過固聯(lián) 于其上的推板(9)直線前進(jìn)時(shí)，壓縮氣囊(8)吹出氣體；直線電機(jī)動(dòng)子(7)帶動(dòng)推板(9) 直線后退時(shí)，氣囊(8)由大氣壓作用而自動(dòng)充氣。

手指開合裝置包括完全對(duì)稱的兩部分，分別帶動(dòng)兩手指張開與合攏。其中一部分由手指 (1)、連桿(2)、曲柄(3)、齒輪(4)、橡膠(18)、殼體(10)組成，對(duì)稱部分由手指(15)、 連桿(13)、曲柄(14)、齒輪(12)、橡膠(16)、殼體(10)組成；其中雙面齒條(5)分別 與齒輪(4)和齒輪(12)相連。

以其中的一部分為例，曲柄(3)與齒輪(4)固聯(lián)，齒輪(4)由殼體(10)支承，并與 雙面齒條(5)連接，由其帶動(dòng)做定軸轉(zhuǎn)動(dòng)，曲柄(3)隨齒輪(4)轉(zhuǎn)動(dòng)；曲柄(3)與手指 (1)鉸連，連桿(2)兩端分別與殼體(10)和手指(1)鉸連，手指(1)上貼有橡膠(18)。 曲柄(3)、殼體(10)、連桿(2)、手指(1)構(gòu)成平行四邊形機(jī)構(gòu)。當(dāng)直線電機(jī)動(dòng)子(7)帶 動(dòng)與直線電機(jī)定子(6)固定的雙面齒條(5)做直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，雙面齒條(5)推動(dòng)齒輪(4) 轉(zhuǎn)動(dòng)，并帶動(dòng)曲柄(3)轉(zhuǎn)動(dòng)，經(jīng)過平行四桿機(jī)構(gòu)傳動(dòng)，使手指(1)張開或合攏。

果實(shí)采摘時(shí)，當(dāng)末端執(zhí)行器達(dá)到靠近果實(shí)位置，直線電機(jī)啟動(dòng)，使直線電機(jī)動(dòng)子(7)相 對(duì)于直線電機(jī)定子(6)做直線運(yùn)動(dòng)，并帶動(dòng)與直線電機(jī)定子(6)固定的雙面齒條(5)、吸 盤(17)和推板(9)同時(shí)向前運(yùn)動(dòng)。雙面齒條(5)同時(shí)推動(dòng)齒輪(4)和齒輪(12)轉(zhuǎn)動(dòng)， 并帶動(dòng)手指(1)和手指(15)張開，平行四桿機(jī)構(gòu)保證手指(1)和手指(15)始終保持平 行；同時(shí)推板(9)壓縮氣囊(8)，使氣囊(8)吹氣，將果實(shí)附近的葉子吹開，從而避免葉 子對(duì)果實(shí)的遮擋和對(duì)末端執(zhí)行器采摘?jiǎng)幼鞯母蓴_；此時(shí)真空發(fā)生器(11)打開，使吸盤(17) 產(chǎn)生吸力；當(dāng)吸盤(17)接觸并吸住果實(shí)后，直線電機(jī)反向，直線電機(jī)動(dòng)子(7)向后運(yùn)動(dòng)， 帶動(dòng)手指(1)和(15)合攏，此時(shí)氣囊(8)自動(dòng)恢復(fù)并充滿氣體；當(dāng)手指(1)和(15)抓 住果實(shí)后，直線電機(jī)停止，并由機(jī)械手帶動(dòng)末端執(zhí)行器轉(zhuǎn)動(dòng)，將果梗扭斷，從而完成果實(shí)的 采摘。