[发明专利]一种多类型果蔬采摘的磁流变适型夹持器及机器人

说明书

技术领域

本发明涉及农业采摘领域，特别涉及一种多类型果蔬采摘的磁流变适型夹持器及机器人。

背景技术

中国作为农业大国，果蔬产业是农业中的重要产业之一。水果采摘机器人是发展现代化果蔬产业的重要手段之一。但是，与当前水果种植业的迅速发展相比，国内外对采摘机器人的研究较少，主要是一些简易的采摘机械手，功能单一且通用性较差，通常只针对某一种水果的单一夹持采摘，这样不仅定制机械手的成本较高，而且还会因采摘对象变化而发生不便实施应用的问题。由于果蔬采摘对象是具有多样性和不确定性的有机生物体，大多数果蔬的表皮和果实本身都比较脆弱和柔软，容易造成损伤，并且果实形状各异，大小不一，这对果蔬采摘时的夹持控制提出了很高要求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种可采摘多类型水果、夹持定位准确、对水果损伤小的多类型果蔬采摘的磁流变适型夹持器。

本发明的另一目的在于提供一种带有上述磁流变适型夹持器的机器人。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种多类型果蔬采摘的磁流变适型夹持器，包括夹持柄13、磁流变液袋16、外壳15和夹持柄平移机构；夹持柄平移机构由步进电机11、同步带12和滚珠丝杆14组成，步进电机11通过同步带12来带动滚珠丝杆14的平移运动；夹持柄13的一端设于夹持器外壳15的内部，并与夹持柄平移机构的滚珠丝杆14相连接，通过滚珠丝杆14的平移运行实现夹持柄13对目标果蔬的靠近动作；夹持柄13的另一端的内侧上安装有磁流变液袋16；磁流变液袋16的里面装有磁流变液，并与控制电路连接，通过电磁激励调节来实现最适合果蔬夹持的外形轮廓功能。

所述外壳15由两个以上的连接板构成盒状结构，相邻两个连接板之间通过螺栓连接。

一种多类型果蔬采摘机器人，包括工作台、机械手以及设置于机械手末端的末端执行器10，所述末端执行器10由上述磁流变适型夹持器和剪切机构组成；剪切机构由切割器18和执行器电机17组成，切割器18设于夹持器外壳15的内侧，执行器电机17与切割器18直接连接，实行切割动作。

所述末端执行器10还设有双目视觉单元或单目视觉单元，从而实现果蔬采摘的精确性，可以与基于数字信号处理(DSP)与现场可编程门阵列(FPGA)的控制系统构成基于视觉系统的果蔬采摘机器人。

所述机械手包括机械手大臂6和机械手小臂8；机械手大臂6的一端通过带有谐波减速器的伺服电机3、传动齿轮组4、旋转关节5固定安装在工作台上，伺服电机3产生的动力经过谐波减速器输出后由传动齿轮组4传递到旋转关节5，从而带动机械手大臂6的转动；机械手大臂6的另一端通过旋转关节7、伺服电机与机械手小臂8的一端相连接；机械手小臂8的另一端通过旋转关节9、伺服电机连接有末端执行器10。

所述工作台通过旋转活动关节1和伺服电机2实现其旋转动作；所述工作台是履带式小车，可以满足随时移动的要求，实现采摘的方便性。

本发明的多类型果蔬采摘机器人进行果蔬采摘时，步进电机11通电工作，通过同步带12的传动带动滚珠丝杆14进行平移运动，使得夹持柄13靠近果蔬；同时，分别固定在两个夹持柄13上的电磁激励产生电磁场，在磁场力的作用下磁流变液袋16开始变形，由于磁流变液柔软灵活可变的特性，磁流变液袋16可形成任意外形轮廓大小以适应不同外形的果蔬，然后通过执行器电机17带动切割器18旋转并切割果蔬，从而实现多种类型的果蔬采摘。

而且，为了满足不同类型果蔬的不同空间位置要求，共采用4台伺服电机和旋转关节对多类型果蔬采摘机器人实行联合控制。机械手固定安装在工作台上，伺服电机3通过控制旋转关节5的角度来调节机械手第一旋转角；机械手大臂6与工作台之间的连接是采用两个大小不相等的同轴传动齿轮组4，从而达到减速增矩的功能及对机械手大臂6的位姿角度的调节控制；对机械手小臂8的位姿角度的控制同样采取伺服电机和旋转关节9调节；末端执行器10与机械手小臂8连接，末端执行器位姿角度控制采用伺服电机、旋转关节9调节。该机械手通过4个伺服电机联合控制工作，实现末端执行器10多空间位姿角度，进而满足空间任何不同位置的采摘需要。

本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：