[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

说明书

本发明提供了类球形小果体果蔬采摘末端执行器及其控制方法，包括驱动机构和抓取机构，驱动机构包括步进电机、基座、第一挡板、联轴器、滑轨、滑块、螺杆、直流电机、齿轮、转台、第二挡板和推杆；手指外侧形状满足特定曲线，末端设有曲面，压敏传感器设于手指末端曲面内；控制方法分阶段控制采摘，抓取手指有四个过程状态。本发明装置可搭载在采摘机器人上，采用直线约束机构，将手指的旋转角度和抓取速度转化为限位盘行进距离与速度，减少由电机等驱动器件精度或扭矩带来的问题，避免单一关节转动造成的手指振动，抓取机构不稳定对采摘造成的影响；分阶段控制采摘，实现类球形小果体果蔬单果采摘，并降低采摘过程中对果实造成的损伤。

技术领域

本发明属于果蔬采摘末端执行器领域，具体是一种类球形小果体果蔬采摘末端执行器及其控制方法。

背景技术

李子、樱桃番茄、杏子等小体积的类球形果蔬营养物质丰富，是人类生活中必不可少的食物。我国又是农业大国，果蔬产业是种植业中的第二大产业。在果蔬生产过程中，其收获作业是关键环节之一，因小果体果实在其植株上分布呈现出果体小、果实多、分布密集的特点，对于现有采摘方式：部分采用振动果树的方式使果实从果树上脱离，对果树和果实都造成了一定程度的损伤；另一部分采用末端执行器对单个果实进行采摘，缓解了对果树和果实的损伤，但现有的采摘机械手，如欠驱动机械手、形状记忆合金机械手等，常常用于较大果体果蔬采摘，而对于小果体采摘却研究甚少。因此研究对于类球形小果体果蔬采摘末端执行器，对于实现采摘机器人果蔬自动化采摘具有主要研究意义和价值。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术上存在的问题，提出类球形小果体果蔬采摘末端执行器及其控制方法，可搭载在采摘机器人上，实现类球形小果体果蔬单过采摘，降低采摘过程中对果实造成的损伤。

本发明为解决上述技术问题的不足而采用的技术方案是：

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，所述驱动机构包括步进电机、基座、第一挡板、联轴器、滑轨、滑块、螺杆、直流电机、齿轮、转台、第二挡板和推杆；所述步进电机固定在第一挡板上，直流电机置于基座下方，转台固定在第二挡板上；所述滑块内设有第一轴承，第二挡板设有第二轴承和小孔，所述联轴器将步进电机的输出轴与螺杆的一端连接，螺杆的另一端嵌于第二挡板的第二轴承内；所述推杆的一端嵌于所述第一轴承内，推杆的另一端穿过所述第二挡板的小孔；所述步进电机通过所述联轴器带动所述螺杆转动，从而带动所述滑块和推杆在所述滑轨上进行往复运动；

所述抓取机构包括手指、限位盘、压敏传感器和底座，底座固接于所述转台上，所述底座外圈为齿状，并与齿轮啮合；所述限位盘中心固定于所述推杆穿过小孔的一端，所述限位盘上设有孔洞，所述手指穿过孔洞与底座固定连接；

所述手指末端设有曲面，所述压敏传感器设于手指末端曲面内，末端执行器工作过程中，手指外侧紧贴孔洞。

进一步的，所述手指为三个，且在所述底座上沿圆周方向均匀等距分布。

进一步的，所述手指外侧形状曲线满足函数：

进一步的，所述手指实际尺寸如下：

若限位盘行进距离为m，手指旋转角度为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z＝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，可确定手指尺寸数据。