[发明专利]类球形小果体果蔬采摘末端执行器及其控制方法

权利要求书

1.类球形小果体果蔬采摘末端执行器，所述末端执行器包括驱动机构和抓取机构，其特征在于，所述驱动机构包括步进电机(1)、基座(2)、第一挡板(3)、联轴器(4)、滑轨(5)、滑块(6)、螺杆(7)、直流电机(8)、齿轮(9)、转台(15)、第二挡板(16)和推杆(17)；所述步进电机(1)固定在第一挡板(3)上，直流电机(8)置于基座(2)下方，转台(15)固定在第二挡板(16)上；所述滑块(6)内设有第一轴承，第二挡板(16)设有第二轴承和小孔，所述联轴器(4)将步进电机(1)的输出轴与螺杆(7)的一端连接，螺杆(7)的另一端嵌于第二挡板(16)的第二轴承内；所述推杆(17)的一端嵌于所述第一轴承内，推杆(17)的另一端穿过所述第二挡板(16)的小孔；所述步进电机(1)通过所述联轴器(4)带动所述螺杆(7)转动，从而带动所述滑块(6)和推杆(17)在所述滑轨(5)上进行往复运动；

所述抓取机构包括手指(11)、限位盘(10)、压敏传感器(12)和底座(14)，底座固接于所述转台(15)上，所述底座(14)外圈为齿状，并与齿轮(9)啮合；所述限位盘(10)中心固定于所述推杆(17)穿过小孔的一端，所述限位盘(10)上设有孔洞，所述手指(11)穿过孔洞与底座(14)固定连接；

所述手指(11)末端设有曲面(13)，所述压敏传感器(12)设于手指(11)末端曲面(13)内，末端执行器工作过程中，手指(11)外侧紧贴孔洞；

所述手指(11)为三个，且在所述底座(14)上沿圆周方向均匀等距分布；

所述手指(11)外侧形状曲线满足函数：

2.根据权利要求1所述的类球形小果体果蔬采摘末端执行器，其特征在于，所述手指(11)实际尺寸如下：

若限位盘(10)行进距离为m，手指(11)旋转角度为θ，则二者满足函数关系f(θ,m)，此函数关系为复杂的非线性函数，由solve函数可表示为：

由链式法则时：

联立：f(θ,m)＝0；

可得最大旋转角度θ_max；

进一步得出单个手指(11)所在曲线末端张合取值范围α，根据α、θ_max和曲线函数Y，可确定手指(11)尺寸数据。

3.根据权利要求2所述的类球形小果体果蔬采摘末端执行器，其特征在于，所述手指(11)尺寸数据包括单指距底座中心实际距离、手指(11)水平方向长度、手指(11)厚度、手指(11)宽度、手指(11)末端可达到聚合范围。

4.根据权利要求1所述的类球形小果体果蔬采摘末端执行器，其特征在于，所述手指(11)为双材质手指，其底部10mm长度的材料为TPU软质材质，在末端执行器采摘过程中发生弹性形变，其余部分材料为PLA硬质材质，在末端执行器采摘过程中不发生形变。

5.根据权利要求1所述的类球形小果体果蔬采摘末端执行器，其特征在于，所述限位盘(10)作往复直线运动。

6.根据权利要求1所述的类球形小果体果蔬采摘末端执行器的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：通过采摘机器人视觉系统定位果蔬；

S2：使末端执行器抓取果蔬，当果蔬位于抓取手指(11)的中心位置时，通过步进电机(1)转动，推动推杆(17)和限位盘(10)运动，使手指(11)底部TPU软质材质发生形变，向内弯曲，手指(11)的PLA硬质材质不发生形变，使三个手指(11)指端向中心聚合，手指(11)末端的曲面(13)紧贴果实，直流电机(8)转动，带动齿轮(9)并啮合底座(14)转动，进而带动抓取手指(11)部分，使果、柄分离；

S3：果柄分离后，采摘机器人机械臂可带动所述末端执行器到指定卸果位置，所述末端执行器开始卸果，步进电机(1)反向高速运转，带动限位盘(10)高速返回紧贴底座(14)，手指(11)底部TPU软质材质向外弯曲，手指(11)的PLA硬质材质不发生形变，即回到S2的初始状态，果蔬自末端执行器脱落。