[发明专利]可感知碰撞的采摘机器人伸缩臂

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种机器人机械臂，尤其涉及的是一种可感知碰撞的采摘机器人伸缩臂。

背景技术

自1883年第一台西红柿采摘机器人在美国诞生以来，采摘机器人的研究和开发历经了近30年的时间。在国外，日本和欧美等国家相继立项研究采摘苹果、柑桔、西红柿、西瓜和葡萄等智能机器人。日本Kondo-N等人研制的西红柿采摘机器手具有七个自由度，具有一定的避障能力。Johan Baeten和Sven Boedrij等人研制的苹果采摘机器人，将工业机器人的六自由度手臂安装于可水平和竖直移动的架子上，再由一台拖拉机牵引在果园里移动。法国一家公司开发了一台苹果采摘机器人，其利用液压作为动力，机器人工作空间有限。东北林业大学的陆怀民研制了林木球果采摘机器人，上海交通大学正在进行黄瓜采摘机器人的研究，浙江大学对七自由度番茄收获机械手进行了机构分析与优化设计研究等。

目前国内外对于采摘机器人机械臂结构主要采用二种类型，第一种类型就是直接借用工业机械臂形式。第二种是基于避障而采用的冗余自由度机械臂。无论哪种类型，其机器人的关节类型多采用转动形式，而在实际的机器人采摘作业中，转动关节臂动作时，在果树内扫过的面积是一个扇面，而移动关节臂的伸缩只是一条直线，相比而言，转动关节臂增大了采摘机器人机械臂与果树枝叶的碰撞几率，降低了机器人的避障能力，增加了采摘机器人路径规划和运动控制的难度，所以在保证采摘功能的前提下，机械臂的后关节采用移动关节具有更优的性能，另外，目前用来感知外部环境信息的传感器大都装在机器人的末端执行器上，在机械臂上安装的很少，而机器人在采摘果树内部的果实时，机械臂的后关节不可避免的要深入果树的内部进行作业，会与枝叶发生碰撞，如果机械臂没有感知碰撞力大小程度的功能，当其撞上较粗的树枝时就没有能力做出判断，那么这种碰撞即可对果树和机器人都带来损害。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供了一种可感知碰撞的采摘机器人伸缩臂，在伸缩臂上设置碰撞感知部分实现了对外界的碰撞感知。

技术方案：本发明包括驱动伸缩部分和至少一组碰撞感知部分，所述碰撞感知部分包括至少一个碰撞片、至少一个弹簧组件和至少一个开关组件；其中碰撞片设置于驱动伸缩部分沿轴向的外部，开关组件设置于驱动伸缩部分的端部，弹簧组件的一端固定在碰撞片上，另一端固定在驱动伸缩部分的端部，弹簧组件的高度大于开关组件的高度。

所述驱动伸缩部分包括交流伺服电机、架体、导杆、丝杠、螺母件和伸缩杆；其中：交流伺服电机驱动丝杠运动，丝杠的两端设有架体，丝杠的两端固定在架体内，螺母件套接在丝杠上构成了丝杠螺母机构，导杆套接在螺母件上，伸缩杆固定在螺母件上，碰撞片设置于丝杠的轴向方向。丝杠的自转使得螺母件在导杆的定向作用下进行前后移动，伸缩杆和螺母件一同动作，实现伸缩功能。

所述丝杠的两端分别通过向心推力轴承轴向固定在架体内，向心推力轴承用于承受丝杆在运动过程中产生的轴向力和径向力。

所述架体上设有支撑架，伸缩杆套接在支撑架内，使得伸缩杆的伸缩动作定向进行。

所述弹簧组件包括圆柱卡片、弹簧支撑架、导柱和压缩弹簧；其中：弹簧支撑架上设有光孔，导柱依次套接在压缩弹簧和弹簧支撑架的光孔内，导柱的顶端和碰撞片固定相连，底端和圆柱卡片通过螺钉固定相连，压缩弹簧固定在弹簧支撑架上，圆柱卡片设置于弹簧支撑架的底部。

所述弹簧支撑架上的光孔直径小于圆柱卡片的圆柱直径，导柱依靠弹簧支撑架上的光孔进行对压缩弹簧的压缩定向，导柱和圆柱卡片固定相连，圆柱卡片的直径大于光孔直径是为了限制导柱连接的碰撞片不会因为压缩弹簧的预紧力使其从架体上飞出去，从而限定了碰撞片的活动空间。

所述开关组件包括微动开关和微动开关支架，微动开关固定在微动开关支架上，微动开关支架固定在架体上，微动开关的的高度小于相应的碰撞片的高度。

所述碰撞感知部分有三组，每组碰撞感知部分包括一个碰撞片、四个弹簧组件和两个开关组件，一个碰撞片设置于架体沿轴向的外部，一个碰撞片的两端分别设有两个弹簧组件，一个开关组件设置于两个弹簧组件之间。

本发明工作时，压缩弹簧的一端由于预紧力将相应的碰撞片顶起，压缩弹簧的另一端压在弹簧支撑架上，当碰撞片受到较大压力碰撞后，压缩弹簧随着导柱的移动向下收缩，直至碰撞片压到其下的微动开关动作为止，这时，微动开关发信号给机器人控制系统，提示该方向上碰到危险障碍，机械臂应该停止在这个方向上的运动，重新规划采摘路径，选择其他方向进行采摘。