一種基于氣壓驅動的果實采摘機器人末端執行器的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種基于氣壓驅動的果實采摘機器人末端執行器，屬于農業果蔬自動化采摘末端執行器開發技術領域。
【背景技術】
[0002]通常，末端執行器安裝在機械臂末端腕部關節上一起共同完成對目標的作業任務，其中機械臂動作決定了作業的位置和姿態，末端執行器在到達作業點后，按照自身的作業動作進行工作，無論在工業領域和還是農業采摘機器人領域，末端執行器的作業的成功率和效率都極大影響機器人整體功能的實現。
[0003]近年來，農林業領域的自動化收獲技術已成為研發熱點，其中果實采摘機器人的相關技術在國內外已取得不少成果，但大部分多停留在實驗室研發階段，距離實用化商品化還存在很大差距。其主要原因之一在于對末端執行器的研制要求較高，要求包括:1)末端執行器在進行采摘的過程中不能損傷水果；2)采摘效率和采摘成功率高；3)末端執行器的成本要低，能使廣大用戶接受；4)在保證智能化的同時降低控制系統的復雜性，利于農民操作和機器人整機的采摘過程控制；5)要求機構在保證精巧(提高避障能力)的同時，其可靠性、強度要高；6)提高通用性，使一種末端執行器能采摘多種水果。
[0004]直至目前，實現采摘的方式主要有兩種，第一種是設計相應機構先對果實進行夾持抓牢，再利用腕關節的兩個垂直方向上的轉動來模擬人掰擰果柄的動作，其作業的對象要求果柄易于與果枝分離，同時需要嚴格控制好夾持果實的力的大小，否則極易損傷果實。第二種是利用吸盤將果實吸牢，并將其拖入夾持手指之間，再利用剪刀或其他方式將果柄打斷，這種方法需要檢測好果柄的位置，并要精確的調整好末端執行器的姿態，從而增加了系統控制的難度和機構的復雜性。PeterP.Ling等人設計了一種4個手指的末端執行件(Peter P.Ling , Sensing and the end effector for a robotic tomato harvester[R].ASer，N0.043088.)，該末端執行件主要由數字線性步進電機、4個手指和吸引器組成。手指利用纜繩和筋腱使其彎曲，利用扭矩彈簧使其伸展；采用數字線性步進電機驅動筋腱，增強了末端執行件運動的可控性和精確性；在手指的選材上，選擇了輕便且硬度好的材料，但是，其耐疲勞性不是很理想。應再考慮質量和抗疲勞性，以達到更理想的效果，另外其由于采用了數字線性步進電機使成本偏高，很大程度上影響了實用化和商品化。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的是提供一種無需控制夾持力和采摘姿態，又可靠耐用、控制簡單、整體重量輕、成本低廉的果實采摘機器人末端執行器。
[0006]為解決上述技術問題，克服現有技術存在的缺陷，本實用新型提供一種基于氣壓驅動的果實采摘機器人末端執行器。本實用新型采用如下技術方案:一種基于氣壓驅動的果實采摘機器人末端執行器，其特征在于，包括氣動平移夾持組件和氣動轉刀組件，所述氣動平移夾持組件包括基板、雙作用氣缸1、氣缸頂片、后齒條連接板、后齒條、后導軌塊、后導軌條、前齒條、前導軌塊、前導軌條、前齒條連接板、前加強板、右手指架板、右手指、后加強板、左手指架板、左手指，所述氣動轉刀組件包括雙作用氣缸I1、氣缸頂塊、同步帶連接板、直線滑塊、直線導軌、同步帶壓塊、圓弧齒同步帶、前圓弧齒同步輪、后圓弧齒同步輪、后同步輪軸、同步帶張緊軸、張緊輪、刀架連接板、刀架折彎板、刀片、壓刀片。
[0007]優選地，雙作用氣缸I通過氣缸支架固定設置在基板上，雙作用氣缸I的活塞桿與氣缸頂片采用螺母旋緊固定聯接。
[0008]優選地，后加強板、左手指架板、左手指、氣缸頂片、后齒條連接板、后齒條與后導軌條通過螺紋聯接為一整體構件，前齒條、前導軌條、前齒條連接板、前加強板、右手指架板與右手指通過螺紋聯接為另一整體構件。
[0009]優選地，左手指與右手指的形狀為球凹形，左手指內側的球凹面上膠接固定有左手指橡膠層，右手指內側的球凹面上膠接固定有右手指橡膠層。
[0010]優選地，前齒條與后齒條通過齒輪聯接，齒輪內部設置有相嚙合的齒輪軸，齒輪與齒輪軸之間設置有平鍵進行聯接。
[0011]優選地，基板上還設置有軸承座，軸承座內部設置有兩個深溝球軸承，用來平穩支撐齒輪軸的轉動。
[0012]優選地，基板上還固定設置有機械臂連接板，機械臂連接板上開有與機械臂腕部聯接的螺紋孔及螺紋間隙孔，用來方便后期末端執行器與機械臂的對接組裝。
[0013]優選地，雙作用氣缸II固定設置于后齒條連接板上，雙作用氣缸II的活塞桿通過旋緊螺母與氣缸頂塊固定聯接，氣缸頂塊、同步帶連接板與直線滑塊通過螺紋固定連接在一起，后同步輪軸與同步帶張緊軸分別固定設置在左手指架板上。
[0014]優選地，同步帶壓塊與同步帶連接板通過連接螺釘進行連接；通過旋緊同步帶壓塊與同步帶連接板的連接螺釘將圓弧齒同步帶壓牢，防止圓弧齒同步帶相對同步帶連接板打滑。
[0015]優選地，前圓弧齒同步輪通過十字槽螺釘與刀架連接板固定聯接，刀架折彎板上開有長條孔，使得其與刀架連接板的相互重疊連接長度可調，即刀片的旋轉半徑可調，這樣在一定程度上擴大了采摘果實大小的范圍。
[0016]優選地，壓刀片采用十字槽螺釘固定設置在刀架折彎板上，壓刀片通過兩排緊定螺釘將刀片壓緊在刀架折彎板上，刀片包括一前一后兩片刀片。
[0017]本實用新型所達到的有益效果:(I)全部動力來自氣壓驅動，元器件重量輕，無污染，動作迅速，動作幅度與作用力均方便選型與設定，與手指內側橡膠彈性層配合，可省掉多種成本較高的力傳感器和控制刀片旋轉角度的行程位置開關，簡化了控制結構，降低了成本和控制難度；(2)兩手指直線的開合運動方式與兩手指轉動開合方式相比，結構上更加可靠，保證了刀片在此開合的過程中不與手指相碰；(3)無需判斷檢測果柄與末端執行器的相對位置，只要果實進入兩指之中，待兩手指抱緊后，通過旋轉刀片本發明即可將果柄割斷；(4)結構強度高，整體成本低廉，控制方便；(5)通用性強，不僅可以采摘柑橘，也可采摘多種類球狀的果實。
【附圖說明】
[0018]圖1是本實用新型的一種基于氣壓驅動的果實采摘機器人末端執行器的整體結構示意圖。
[0019]圖2是本實用新型的一種基于氣壓驅動的果實采摘機器人末端執行器的齒輪軸與齒條直線導向結構示意圖。
[0020]圖3是本實用新型的一種基于氣壓驅動的果實采摘機器人末端執行器的氣動轉刀組件直線導向架體部分結構示意圖。
[0021]圖中標記的含義:1_基板，2-機械臂連接板，3-氣缸支架，4-雙作用氣缸1，5_后齒條，6-氣缸頂片，7-齒輪，8-后齒條連接板，9-平鍵，10-齒輪軸，11-雙作用氣缸II，12-前齒條，13-前齒條連接板，14-前加強板，15-右手指架板，16-右手指，17-右手指橡膠層，18-壓刀片，19-刀片，20-緊定螺釘，21-左手指，22-刀架折彎板，23-刀架連接板，24-內六角螺釘，25-十字槽螺釘，26-前圓弧齒同步輪，27-圓弧齒同步帶，28-同步帶張緊軸，29-張緊輪，30-直線導軌，31-左手指架板，32-同步帶連接板，33-同步帶壓塊，34-后圓弧齒同步輪，35-后同步輪軸，36-直線滑塊，37-氣缸頂塊，38-后導軌塊，39-后導軌條，40-株溝球軸承，41-軸承座，42-后加強板，43-左手指橡I父層，44-前導軌塊，45-前導軌條。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖對本實用新型作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本實用新型的技術方案，而不能以此來限制本實用新型的保護范圍。
[0023]如圖1所示的是本實用新型的一種基于氣壓驅動的果實采摘機器人末端執行器的整體結構示意圖，本實用新型包括氣動平移夾持組件和氣動轉刀組件，所述氣動平移夾持組件包括基板1、雙作用氣缸14、氣缸頂片6、后齒條連接板8、后齒條5、后導軌塊38、后導軌條39、前齒條12、前導軌塊44、前導軌條45、前齒條連接板13、前加強板14、右手指架板15、右手指16、后加強板42、左手指架板31、左手指21，所述氣動轉刀組件包括雙作用氣缸1111、氣缸頂塊37、同步帶連接板32、直線滑塊36、直線導軌30、同步帶壓塊33、圓弧齒同步帶27、前圓弧齒同步輪26、后圓弧齒同步輪34、后同步輪軸35、同步帶張緊軸28、張緊輪29、刀架連接板23、刀架折彎板22、刀片19、壓刀片18。
[0024]雙作用氣缸14通過氣缸支架3固定設置在所述基板I上，雙作用氣缸14的活塞桿與氣缸頂片6采用螺母旋緊固定聯接；后加強板42、左手指架板31、左手指21、氣缸頂片6、后齒條連接板8、后齒條5與后導軌條39通過螺紋聯接為一整體構件，前齒條12、前導軌條45、前齒條連接板13、前加強板14、右手指架板15與右手指16通過螺紋聯接為另一整體構件；左手指21與右手指16的形狀為球凹形，左手指21內側的球凹面上膠接固定有左手指橡膠層43，右手指16內側的球凹面上膠接固定有右手指橡膠層17 ;基板I上還固定設置有機械臂連接板2，機械臂連接板2上開有與機械臂腕部聯接的螺紋孔及螺紋間隙孔，用來方便后期末端執行器與機械臂的對接組裝。
[0025]如圖2所示的是本實用新型的一種基于氣壓驅動的果實采摘機器人末端執行器的氣動轉刀組件直線導向架體部分結構示意圖，前齒條12與后齒條5通過齒輪7聯接，齒輪7內部設置有相嚙合的齒輪軸10，齒輪7與齒輪軸10之間設置有平鍵9進行聯接；基板I上還設置有軸承座41，軸承座41內部設置有兩個深溝球軸承40，用來平穩支撐齒輪軸10的轉動。
[0026]下面針對具體實施中氣動平移夾持組件相應的結構選材與選型做具體說明:基板I選擇8mm厚鋁合金板材(型號2A12)為毛坯料進行加工，按照圖紙在基板I上加工出相應前導軌塊44、后導軌塊39、氣缸支架3、機械臂連接板2及深溝球軸承40的連接孔；機械臂連接板2與基板I連接的實際實施中可選者添置一三角形加強板(機械臂連接板2上已留有相應的連接孔);氣缸支架3、氣缸頂片6選用2_厚冷軋板經激光切割下料后折彎制成；雙作用氣缸14選用型號為:MI_16x50_U_0_(缸徑16mm，行程50mm，附磁石);后齒條5與前齒條12選用標準漸開線齒形，主要參數為:模數m=l.5，長度L=90mm，厚度X=15mm ;同配合的標準漸開線齒輪7主要參數為:模數m=l.5，齒厚X=15mm，齒數Z=24 ;深溝球軸承40型號為:63800ζζ