[發明專利]一種番茄吸附夾持同步采摘機械手末端執行器

在審

• 申請號: 201710945140.X
• 申請日: 2017-10-12
• 公開（公告）號: CN107457795A
• 公開（公告）日: 2017-12-12
• 發明（設計）人: 谷新運;孫文慶;宋宇;李豫明
• 申請（專利權）人: 谷新運
• 主分類號: B25J15/06
• 分類號: B25J15/06;B25J15/08;A01D45/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及農業采摘機器人領域，具體地，涉及一種番茄吸附夾持同步采摘機械手末端執行器。

背景技術

隨著我國大棚番茄種植技術推廣，種植面積及年產量越來越大，番茄的果實營養豐富，具特殊風味，可以生食、煮食、加工番茄醬、汁或整果罐藏，成為人們的主要蔬菜之一，目前我國番茄的收獲完全依靠人工采摘，在我國番茄的人工收獲作業量大，勞動強度高，效率低，隨著我國城鎮化進程和人口的老齡化，農村勞動力不足現象日趨明顯，研究并推廣番茄自動化收獲技術，成為現階段亟待解決的問題。

番茄2～5個成束生長、相互觸碰，采摘過程中末端執行器難以以理想姿態接近和夾持果實，極易造成夾持的失敗和相鄰果實的損傷，番茄采收時應輕摘輕放，摘時最好不帶果蒂，以防裝運中果實相互被刺傷，目前對于番茄采摘機器人研究中有通過吸盤首先吸持住番茄并將其拉離果束，再夾持果實旋轉分離果梗的采摘方法，但是番茄果梗采用扭斷或拉斷方式均需很長時間，據試驗數據分析折斷果梗是最省力的方式，所以該扭斷果梗的方法采摘效率太低。

番茄采摘機器人的機械手末端執行器是安裝在機械臂前端，直接與番茄相接觸，是采摘的關鍵執行部分。機械手末端執行器對于作業對象與環境的柔嫩性、不規則性和復雜多變性的適應能力決定了果實采摘的效率和成功率，因此需要一種番茄吸附夾持同步采摘機械手末端執行器，而目前這種采摘機械手末端執行器市場上是沒有的。番茄采摘機械手末端執行器的機構參數將嚴重影響采摘效率和成功率，其研究發展對提高農業生產效率及番茄的市場價值均起著至關重要的作用。

發明內容

針對上述現有技術中的缺陷，本發明提供一種番茄吸附夾持同步采摘機械手末端執行器，克服現有番茄手工采摘效率低、機械化程度低的缺陷，本發明采用吸拉果實同步夾持，然后擺動折斷果梗的采摘方式，解決了番茄采摘效率低的技術難題。

本發明解決其技術問題所采取的技術方案是：

一種番茄吸附夾持同步采摘機械手末端執行器，是由安裝底座、一號氣缸、二號汽缸、吸盤氣缸、U型支架、彈簧支架、彈簧、仿形手指結構、吸盤、手指壓盤和伸縮氣缸軸組成的，所述的仿形手指結構包括左仿形手指、壓力傳感器、轉軸、左手指半圓壓板、右手指半圓壓板和右仿形手指，其特征是：所述安裝底座與機械臂連接，所述一號氣缸和二號汽缸垂直于安裝底座安裝，所述一號氣缸和二號汽缸的軸端與U型支架連接，所述吸盤氣缸安裝在U型支架上，所述彈簧支架安裝在U型支架兩端，所述彈簧一端與彈簧支架連接，另一端與仿形手指結構連接，所述吸盤安裝在伸縮氣缸軸末端上，所述手指壓盤安裝在伸縮氣缸軸；所述左仿形手指通過轉軸與U型支架連接，所述壓力傳感器粘附在左仿形手指表面，所述左手指半圓壓板設置在左仿形手指末端，所述右手指半圓壓板設置在右仿形手指末端，所述左手指半圓壓板和右手指半圓壓板拼合成圓形，所述右仿形手指通過轉軸與U型支架連接。

優選地，所述左手指半圓壓板和右手指半圓壓板拼合成圓形直徑為8.5mm，所述伸縮氣缸軸外徑為8mm。

優選地，所述手指壓盤外徑為10mm，距離吸盤有15mm。

更優選地，所述左仿形手指和右仿形手指內表面都附有3mm的軟硅膠材料。

具體的，所述彈簧原長狀態使左仿形手指和右仿形手指開口距離為90mm。

本發明一種番茄吸附夾持同步采摘機械手末端執行器的工作過程包括對準果實、吸附果實、吸拉夾持和擺動折斷，其詳細工作過程為：圖像處理獲取番茄空間三維坐標，機械臂將機械手末端執行器送至相應位置，完成對準果實過程；吸盤氣缸工作，伸縮氣缸軸伸出，手指壓盤離開左手指半圓壓板和右手指半圓壓板，左仿形手指和右仿形手指在彈簧拉力作用下張開至90mm，吸盤觸碰到番茄時吸持住，完成吸附果實過程；吸盤氣缸工作，伸縮氣缸軸縮回，手指壓盤頂著左手指半圓壓板和右手指半圓壓板運動，同時左仿形手指和右仿形手指慢慢將吸盤拉離果束的番茄夾持住，完成吸拉夾持過程；一號氣缸軸伸出同時二號汽缸軸縮回，然后二號氣缸軸伸出同時一號汽缸軸縮回，仿形手指結構左右擺動，果梗受剪切力而折斷，完成擺動折斷過程。

與現有技術相比，本發明具有如下的有益效果：

本發明設計的一種番茄吸附夾持同步采摘機械手末端執行器利用多關節機械臂，通過多傳感器信息融合實時獲取、感知工作環境及番茄信息，確保在不損傷番茄的前提下，完成對準果實、吸附果實、吸拉夾持和擺動折斷工作過程，本發明采用吸拉果實同步夾持，然后擺動折斷果梗的采摘方式，解決了番茄采摘效率低的技術難題。