[發明專利]一種獼猴桃采摘機器人的末端執行器

在審

• 申請號: 201711343272.1
• 申請日: 2017-12-15
• 公開（公告）號: CN107852959A
• 公開（公告）日: 2018-03-30
• 發明（設計）人: 傅隆生;鄔宏;李瑞
• 申請（專利權）人: 西北農林科技大學
• 主分類號: A01D46/24
• 分類號: A01D46/24
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本專利涉及果實的采摘領域，具體涉及一種獼猴桃采摘機器人的末端執行器。

背景技術

在果園生產全過程中，果園收獲作業是最重要的環節，具有季節性強和勞動密集的特點，勞動力成本占整個生產過程的35%~45%。中國是世界上獼猴桃種植面積最大的國家，但目前靠人工采摘，是獼猴桃種植中最費時費力的環節。因此，研究獼猴桃采摘機器人具有重要意義。獼猴桃具有易損傷、后熟、簇生等特點，采摘時為保證不損傷果實需要進行毗鄰果實分離，降低夾持力，同時去除果柄，果實無損采摘是采摘機器人的關鍵技術之一，主要靠采摘機器人末端執行器來保證。

在Josef F. Christ等人發表的“3D printing of highly elastic strain sensors using polyurethane/multiwall carbon nanotube composites”文章中證明了低成本制造嵌入式和多向柔性應變傳感器的可能性，及其在軟機器人、柔性電子和健康監測方面的潛在應用。在Cameron -Hohimer等人發表的“3D printed thermoplastic polyurethane with isotropic material properties”的論文中通過實驗證明：空氣間隙對塑模樣品的UTS有顯著影響，與剛性熱塑性塑料不同，可以在打印的TPU樣品中產生各向同性的機械性能。這種材料可用于3D打印機中，從而構造任意形狀的物體。通過特殊設計，能使該物體的形狀在充氣后發生變化，例如未充氣時為直的，充氣后彎曲。

基于以上分析，本專利提出一種基于柔性材料的獼猴桃采摘的多手指末端執行器，設置特殊氣體通道，充氣后使柔性材料彎曲，利用多根手指包圍獼猴桃，從而實現果實的采摘。

發明內容

針對獼猴桃的無損采摘，本專利提出了一種獼猴桃采摘機器人的末端執行器。該末端執行器包括采摘手1、通氣管2、微調裝置3、風機4、旋轉工作桿5、旋轉軸6和豎直伸縮桿7；末端執行器通過豎直伸縮桿7固定于機器人的工作平臺之上，旋轉工作桿5通過旋轉軸6與豎直伸縮桿7固定，風機4處于密閉空間之內與微調裝置3連接并位于旋轉工作桿5之上，采摘手1由網格膜11、氣流環12、進氣口13、彈性繩14、分氣口15、手掌16、食指17、中指18和無名指19組成，通氣管2連通風機4與采摘手1的進氣口13，氣流從進氣口13進入后可經氣流環12上的三個分氣口15分別通往固定于手掌16上的食指17、中指18和無名指19，各手指均由熱塑性塑料通過3D打印機制造，通過氣流對各手指充放氣可使采摘手1彎曲變形并完成預設的抓緊與放松功能，為防止獼猴桃8損傷及掉落，在三根手指的內側通過彈性繩14固定網格膜11。

本專利的優點：該末端執行器結構簡單；多向柔性應變傳感器的使用讓整個過程靈活、快速，增加了采摘效率；通過模擬人手的三根手指的伸直與彎曲及配合可有效解決毗鄰果實分離問題，實現單個果實穩定抓取、無損采摘。

附圖說明

下面結合附圖和實施方式對本專利進一步詳細的說明。

圖1是末端執行器結構示意圖；

圖2是末端執行器工作時結構示意圖；

圖3是采摘手1的三視圖及其仰視圖。

具體實施方式

如圖1、2、3所示，本專利的一種獼猴桃采摘機器人的末端執行器，該末端執行器包括采摘手1、通氣管2、微調裝置3、風機4、旋轉工作桿5、旋轉軸6和豎直伸縮桿7。

具體工作過程：

工作時，基于機器視覺的識別定位系統將采摘手1移至獼猴桃8的正下方，再通過伸縮桿7使末端執行器上升，當采摘手1的中指18觸及獼猴桃8時，風機4中的氣流由通氣管2進入進氣口13，再由氣流環12上的三個分氣口15將氣流分別送至食指17、中指18和無名指19，當氣流填充各手指時，各手指將完成預設的變形過程，采摘手1的食指17、中指18和無名指19彎曲向上包絡獼猴桃8，該動作同時能有效撐開毗鄰獼猴桃8，采摘手1的中指18較長不但是為了仿生人手結構，更是采摘過程的實際需要：若各手指高度一致，在彎曲抓緊過程中手指之間會接觸擠壓，影響對獼猴桃8的抓緊。為防止獼猴桃8觸及底部手掌16可能造成損傷，在三根手指的內側通過彈性繩14固定有一網格膜11，微調裝置3在采摘手1抓緊獼猴桃8這個過程中主要是配合采摘手1的移動，當果實夾緊后，旋轉工作桿5繞旋轉軸6順時針旋轉，由于果柄離層以維管束為主要組織結構，能承受較大的拉應力，但受剪切力作用時易被折斷，所以旋轉過程中采摘手1的抓緊力能給果柄離層傳遞一定的剪切力使果實與果柄分離完成采摘。