一種自適應柔性果蔬採摘末端執行器的製造方法
2023-07-01 07:21:11
一種自適應柔性果蔬採摘末端執行器的製造方法
【專利摘要】本實用新型是一種自適應柔性果蔬採摘末端執行器，包括抓取系統、傳動系統和驅動系統；傳動系統通過腱繩連接抓取系統的四根手指，驅動系統通過滾軸絲槓連接傳動系統。本實用新型由兩根腱繩帶動手指的旋轉彎曲，通過定滑輪與動滑輪的轉動，真正實現了四根手指所受的力達到相同，可以採摘不同大小的果實，有效避免果實的破壞，大大降低了生產成本，省去了剪切的過程，在成本與效率方面都有了很好的提升，適合於推廣使用。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型屬於農業收穫機械領域，涉及一種農業收穫的機械裝置，特別是一種 採摘水果蔬菜的末端執行器。 一種自適應柔性果蔬採摘末端執行器
【背景技術】
[0002] 目前，人們對於各種水果的收穫大多採用人工採摘的方式，這種人工採摘的方式， 勞動強度非常大，勞動效率特別低，而且很耗費勞力，採摘的速度慢，而且在生長比較高的 地方採摘極為不方便，容易產生危險。近來，雖然有一些採摘方面的機械設備應用於農業之 中，但是由於果實的形狀大小不一，柔軟程度不同，因此，很容易對果實產生破壞，而且一種 末端執行器只能採摘比較單一的水果，這就造成了農業成本的急劇增長，我國大部分農業 用戶負擔不起這種高昂的成本。
【發明內容】
[0003] 發明目的
[0004] 本實用新型針對上述現有技術存在的問題提供一種自適應柔性果蔬採摘末端執 行器，能夠不用人工而實現果實採摘，並且可以採摘不同形狀不同種類果實。
[0005] 技術方案
[0006] -種自適應柔性果蔬採摘末端執行器，包括抓取系統、傳動系統和驅動系統；其特 徵在於：傳動系統通過腱繩連接抓取系統的四根手指，驅動系統通過滾軸絲槓連接傳動系 統；驅動系統包括電機、減速器、滾軸絲槓，電機輸出軸套在減速器輸入軸中，減速器輸出軸 伸進滾軸絲槓中，減速器固定在電機安裝座上；傳動系統包括腱繩、定滑輪架、定滑輪、動滑 輪架和動滑輪；定滑輪架固定在手掌的上端蓋內側，定滑輪安裝在定滑輪架上；動滑輪架 固定在滾軸絲槓上端，兩個動滑輪垂直安裝在動滑輪架的上下兩端；繞在動滑輪上的腱繩 兩端分別穿過相對的兩個定滑輪後與兩根對立的手指相連；抓取系統包括由上端蓋和下端 蓋構成的手掌和四根手指，每根手指均有三個指節和一個指跟滑塊，指節包括上指、中指和 下指，指跟滑塊連接下指，相鄰指節之間及指節與指跟滑塊之間均通過螺釘連接。
[0007] 手掌的下端蓋與電機安裝座通過第一螺紋孔相連，電機與減速器連接在一起，減 速器通過沉頭孔與電機安裝座固定在一起，減速器輸出軸直接連接於滾軸絲槓內軸，滾軸 絲槓固定於動滑輪架上，並且位於動滑輪架的軸線上；動滑輪固定於動滑輪架的中線，並且 能夠繞轉軸轉動，動滑輪架上的四個定位滑塊位於下端蓋的滑道中，在兩個相對的定位滑 塊之間的動滑輪架的內部徑向位置處設有橫梁，第一動滑輪與第二動滑輪設置在橫梁的兩 偵牝且第一動滑輪與第二動滑輪的軸線相互垂直；定滑輪架與上端蓋通過第二螺紋孔固定 在一起，四個定滑輪固定在定滑輪架上間隔90度角分布設置。
[0008] 動滑輪架能夠通過定位滑塊在下端蓋中的下端蓋滑道中上下滑動。
[0009] 上端蓋內側設有四個通孔，上端蓋內側下表面連接定滑輪架，定滑輪架周向均勻 分布有四個定滑輪，定滑輪架通過周向分布的四個第二螺紋孔固定於上蓋面內部，上端蓋 與下端蓋通過第四螺釘固定在一起。
[0010] 腱繩設置為兩根，通過一根腱繩將相對的兩根手指連接在一起，另一根腱繩將另 外兩根手指連接在一起，兩根腱繩第一腱繩與第二腱繩通過動滑輪架連接在一起；第一腱 繩的一端固定在上指中的膜繩孔之中，另一端由上指開始依次芽過中指、下指和指跟滑塊 上面各自的腱通道孔，再穿過指跟滑道內的壓縮彈簧和通孔後繞過第二定滑輪、第一動滑 輪，然後穿進對面的第四定滑輪、通孔、指跟滑道內的壓縮彈簧、指跟滑塊、下指、中指與對 面的上指固定在一起；第二腱繩一端固定在上指中的腱繩孔之中，另一端由上指開始依次 穿過中指、下指和指跟滑塊上面各自的腱通道孔，再穿過指跟滑道內的壓縮彈簧和通孔後 繞過第一定滑輪、第二動滑輪，然後穿進對面的第三定滑輪、通孔、指跟滑道內的壓縮彈簧、 指跟滑塊、下指、中指與對面的上指固定在一起。
[0011] 上指與中指之間通過第一螺釘相連，中指與下指之間通過第二螺釘相連，下指與 指跟滑塊之間通過第三螺釘相連；指跟滑塊的下部位於上端蓋與下端蓋之間的指跟滑道 中；手掌的上端蓋上表面中心處安裝有減震器。
[0012] 上指與中指之間、中指與下指之間、及下指與指跟滑塊之間均設有手指擋板；上指 上設有第一拉簧掛孔，中指上設有第二拉簧掛孔，第一拉簧的兩端固定於第一拉簧掛孔與 第二拉簧掛孔中；中指上設有第三拉簧掛孔，下指上設有第四拉簧掛孔，第二拉簧的兩端固 定於第三拉簧掛孔和第四拉簧掛孔中；下指上設有第五拉簧掛孔，指跟滑塊上設有第六拉 簧掛孔，第三拉簧的兩端固定於第六拉簧掛孔和第五拉簧掛孔中；指跟滑塊能夠在滑道擋 板之間沿著指跟滑道自由滑動。
[0013] 優點及效果
[0014] 本實用新型提出了一種自適應柔性果蔬採摘末端執行器，具有如下優點及有益效 果：
[0015] (1)解決了採摘過程中人工採摘的危險性，解決了一種採摘末端執行器不能同時 採摘多種不同形狀不同種類水果的缺陷
[0016] (2)本實用新型採用力傳感裝置，使採摘水果過程中形成柔性接觸，避免了對果實 的損壞。
[0017] (3 )本實用新型採用腱繩傳動，使各手指柔性轉動，實現對果蔬的包絡抓取。
[0018] (4)本實用新型末端執行器只用了一個電機實現了四個手指的柔性運動，大大降 低了成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0019] 圖1是本實用新型末端執行器總體示意圖；
[0020] 圖2是本實用新型的一根手指示意圖；
[0021] 圖3是本實用新型下端蓋內部示意圖；
[0022] 圖4是本實用新型上端蓋內部示意圖；
[0023] 圖5是下端蓋仰視圖。
[0024] 附圖序號說明
[0025] 1.上指，2.中指，3.下指，4.指跟滑塊，5.減震器，6.上端蓋，7.下端蓋，8.電機 安裝座，9.減速器，10.電機，11.螺釘，12.橫梁，13.第一拉簧掛孔，14.第二拉簧掛孔， 15.手指擋板，16.指跟滑道，18.腱通道孔，20.滑道，21.第六拉簧掛孔，22.第五拉簧掛 孔，23.定滑輪架，24.動滑輪架，25.第一動滑輪，26.滾軸絲槓，27.滑道擋板，28.第一螺 紋孔，30.第一腱繩，31.第二腱繩，32.第一定滑輪，33.沉頭孔，34.傳感器，35.第一拉簧， 36.壓縮彈簧，37.第三拉簧掛孔，38.第四拉簧掛孔41.第二螺釘，42.第三螺釘，43.減速 器輸出軸，44.定位滑塊，45.第二動滑輪，46.通孔，47.第二拉簧，48.第三拉簧，49.第二 螺紋孔，50.第四螺釘，51.第二定滑輪，52.第三定滑輪，53.第四定滑輪。
【具體實施方式】
[0026] 下面結合附圖和具體的實施例對本實用新型做進一步的說明：
[0027] 如圖所示，本實用新型是一種自適應柔性果蔬採摘末端執行器，包括抓取系統、傳 動系統和驅動系統；其特徵在於：傳動系統通過腱繩連接抓取系統的四根手指，驅動系統 通過滾軸絲槓連接傳動系統；驅動系統包括電機10、減速器9、滾軸絲槓26,電機10輸出軸 套在減速器輸入軸中，減速器輸出軸43伸進滾軸絲槓26中，減速器9固定在電機安裝座8 上；傳動系統包括腱繩、定滑輪架23、定滑輪、動滑輪架24和動滑輪；定滑輪架23固定在手 掌的上端蓋6內側，定滑輪安裝在定滑輪架23上；動滑輪架24固定在滾軸絲槓26上端，兩 個動滑輪垂直安裝在動滑輪架24的上下兩端；繞在動滑輪上的腱繩兩端分別穿過相對的 兩個定滑輪後與兩根對立的手指相連；抓取系統包括由上端蓋6和下端蓋7構成的手掌和 四根手指，每根手指均有三個指節和一個指跟滑塊4,指節包括上指1、中指2和下指3,指跟 滑塊4連接下指3,相鄰指節之間及指節與指跟滑塊之間均通過螺釘連接。
[0028] 手掌的下端蓋7與電機安裝座8通過第一螺紋孔28相連，電機10與減速器9連 接在一起，減速器9通過沉頭孔33與電機安裝座8固定在一起，減速器輸出軸43直接連接 於滾軸絲槓26內軸，滾軸絲槓26固定於動滑輪架24上垂直於下端蓋7,並且位於動滑輪 架的軸線上；動滑輪固定於動滑輪架24的中線，並且能夠繞轉軸轉動，動滑輪架24上的四 個定位滑塊44位於下端蓋7的滑道20中，兩個動滑輪固定在動滑輪架24上，在兩個相對 的定位滑塊44之間的動滑輪架24的內部徑向位置處設有橫梁12,第一動滑輪25與第二 動滑輪45設置在橫梁12的兩側，且第一動滑輪25與第二動滑輪45的軸線相互垂直；定滑 輪架23與上端蓋6通過第二螺紋孔49固定在一起，四個定滑輪固定在定滑輪架23上間隔 90度角分布設置。
[0029] 下端蓋7內部設有滑道20,動滑輪架24安裝在下端蓋7內側，動滑輪架24能夠通 過其定位滑塊44在下端蓋7中的滑道20中上下滑動。
[0030] 上端蓋6內側設有4個通孔46,上端蓋6內側下表面連接定滑輪架23,定滑輪架 23周向均勻分布有四個定滑輪，定滑輪架23通過周向分布的四個第二螺紋孔49固定於上 蓋面6內部，上端蓋6與下端蓋7通過第四螺釘50固定在一起。
[0031] 腱繩設置為兩根，實現手指的張開閉合，通過一根腱繩將相對的兩根手指連接在 一起，另一根腱繩將另外兩根手指連接在一起，兩根腱繩第一腱繩30與第二腱繩31通過動 滑輪架24連接在一起。
[0032] 弟一膜繩30的一端固定在上指1中的膜繩孔之中，另一端由上指1開始依次芽過 中指2、下指3和指跟滑塊4上面各自的腱通道孔18,再穿過指跟滑道16內的壓縮彈簧36 和通孔46後繞過第二定滑輪51、第一動滑輪25,然後穿進對面的第四定滑輪53、通孔46、 指跟滑道16內的壓縮彈簧36、指跟滑塊4、下指3、中指2與對面的上指1固定在一起；這 樣就將兩根對立的手指通過定滑輪、動滑輪與電機用一根腱繩連接在一起了，同理，另外兩 個對立的手指也是如此連接。
[0033] 第二腱繩31 -端固定在上指1中的腱繩孔之中，另一端由上指1開始依次穿過中 指2、下指3和指跟滑塊4上面各自的腱通道孔18,再穿過指跟滑道16內的壓縮彈簧36和 通孔46後繞過第一定滑輪32、第二動滑輪45,然後穿進對面的第三定滑輪52、通孔46、指 跟滑道16內的壓縮彈簧36、指跟滑塊4、下指3、中指2與對面的上指1固定在一起。
[0034] 上指1與中指2之間通過第一螺釘11相連，中指2與下指3之間通過第二螺釘41 相連，下指3與指跟滑塊4之間通過第三螺釘42相連；指跟滑塊4的下部位於上端蓋6與 下端蓋7之間的指跟滑道16中(指跟滑塊4與上端蓋6接觸，能夠在指跟滑道16中移動）； 手掌的上端蓋6上表面中心處設置有減震器5。
[0035] 上指1與中指2之間、中指2與下指3之間、及下指3與指跟滑塊4之間均設有手 指擋板15 ;上指1上設有第一拉簧掛孔13,中指2上設有第二拉簧掛孔14,第一拉簧35的 兩端固定於第一拉簧掛孔13與第二拉簧掛孔14中，用來恢復手指的初始位置；中指2上設 有第三拉簧掛孔37,下指3上設有第四拉簧掛孔38,第二拉簧47的兩端固定於第三拉簧掛 孔37和第四拉簧掛孔38中，用來恢復手指的初始位置；下指3上設有第五拉簧掛孔22,指 跟滑塊4上設有第六拉簧掛孔21，第三拉簧48的兩端固定於第六拉簧掛孔21和第五拉簧 掛孔22中，用來恢復手指的初始位置；指跟滑塊4能夠在滑道擋板27之間沿著指跟滑道16 自由滑動。
[0036] 上指1與中指2之間通過手指擋板15控制上指1與中指2二者之間的最大張角， 使其最大張開角度控制在180度範圍內，使兩手指位於同一直線上，中指2與下指3通過手 指擋板15控制張角在180度範圍內，下指3與指跟滑塊4通過手指擋板15控制張角在180 度範圍內。
[0037] 指跟滑塊4可以在電機的旋轉下通過滾軸絲槓26的旋轉帶動動滑輪架24的上下 移動，進一步拉動第一動滑輪25上的腱繩20,進而帶動指跟滑塊沿著上端蓋6的軸心方向 移動，使抓取的圓徑隨意變換。
[0038] 各手指之間的初始位置為平行的，由拉簧固定，壓縮彈簧36的強度小於第三拉簧 48的強度，第三拉簧48的強度小於第二拉簧47的強度，第二拉簧47的強度小於第一拉簧 35的強度，基於此，當拉動腱繩時，其運動方式先是指跟滑塊4沿著指跟滑道16向裡運動， 然後下指3向裡彎曲，接著中指2向裡彎曲，最後上指1向裡彎曲，最後實現果實的包絡抓 取。
[0039] 本實用新型工作時：
[0040] 在工作過程的初始狀態時，四根手指是伸直相互平行的，當要抓取果實時，首先整 個末端執行器移動到果實下部，使果實接觸到減震器5,減震器上面的接觸信號觸發後電機 10開始轉動，從而帶動減速器9轉動，減速器9帶動滾軸絲槓的軸轉動，由於滾軸絲槓固定 在動滑輪架24上，因為動滑輪架定位滑塊44的作用，使得滾軸絲槓26不能轉動，因此將 做沿著軸線的直線運動，因此動滑輪架24帶動動滑輪向下運動，動滑輪又帶動腱繩向下運 動，腱繩的拉伸運動又帶動指跟滑塊4沿著指跟滑道16向軸心運動，使抓取的半徑逐漸減 小，當繼續縮小抓取半徑，接觸果實並且壓縮彈簧36的壓力大於所有拉簧的拉力和時，指 跟滑塊4不再運動，接下來下指3開始向裡旋轉，當接觸到果實並且第三拉簧48的拉力大 於第二拉簧47的拉力時，下指3停止旋轉，中指2開始轉動，當中指接觸果實並且第二拉簧 47的拉力大於第一拉簧35的拉力時，中指2停止轉動，上指1開始轉動，當接觸區的壓力傳 感器34檢測到壓力信號達到所設定的值時，電機10停止轉動，這時機械手實現柔性抓取。 [0041] 在抓取過程中，整個系統有兩根腱繩帶動手指的旋轉彎曲，如果四根手指所受的 力不相同，通過動滑輪和定滑輪的轉動，使腱繩向受力大的手指移動，從而實現每個手指所 受的力是一樣大的，通過指跟滑塊向著軸心的橫向移動，實現了可以採摘不同大小的果實 的功能，手指表面添加了力傳感器，使在抓取果實時根據力反饋調節抓取時施加的力大小， 從而避免了果實的破壞，整個裝置由一個電機一個減速器驅動，大大降低了生產成本，抓取 果實後通過手掌的旋轉擰下果實，省去了剪切的過程，在成本與效率方面都有了很好的提 升，適合於推廣使用。
【權利要求】
1. 一種自適應柔性果蔬採摘末端執行器，包括抓取系統、傳動系統和驅動系統；其特 徵在於：傳動系統通過腱繩連接抓取系統的四根手指，驅動系統通過滾軸絲槓連接傳動系 統；驅動系統包括電機（10)、減速器（9)、滾軸絲槓（26)，電機（10)輸出軸套在減速器輸入 軸中，減速器輸出軸（43)伸進滾軸絲槓（26)中，減速器（9)固定在電機安裝座（8)上；傳動 系統包括腱繩、定滑輪架（23 )、定滑輪、動滑輪架（24)和動滑輪；定滑輪架（23 )固定在手掌 的上端蓋（6)內側，定滑輪安裝在定滑輪架（23)上；動滑輪架（24)固定在滾軸絲槓（26)上 端，兩個動滑輪垂直安裝在動滑輪架（24)的上下兩端；繞在動滑輪上的腱繩兩端分別穿過 相對的兩個定滑輪後與兩根對立的手指相連；抓取系統包括由上端蓋（6)和下端蓋（7)構 成的手掌和四根手指，每根手指均有三個指節和一個指跟滑塊（4)，指節包括上指（1)、中 指（2)和下指（3)，指跟滑塊（4)連接下指（3)，相鄰指節之間及指節與指跟滑塊之間均通過 螺釘連接。
2. 根據權利要求1所述的自適應柔性果蔬採摘末端執行器，其特徵在於：手掌的下端 蓋（7)與電機安裝座（8)通過第一螺紋孔（28)相連，電機（10)與減速器（9)連接在一起， 減速器（9 )通過沉頭孔（33 )與電機安裝座（8 )固定在一起，減速器輸出軸（43 )直接連接於 滾軸絲槓（26)內軸，滾軸絲槓（26)固定於動滑輪架（24)上，並且位於動滑輪架的軸線上； 動滑輪固定於動滑輪架（24)的中線，並且能夠繞轉軸轉動，動滑輪架（24)上的四個定位滑 塊（44)位於下端蓋（7)的滑道（20)中，在兩個相對的定位滑塊（44)之間的動滑輪架（24) 的內部徑向位置處設有橫梁（12)，第一動滑輪（25)與第二動滑輪（45)設置在橫梁（12)的 兩側，且第一動滑輪（25)與第二動滑輪（45)的軸線相互垂直；定滑輪架（23)與上端蓋（6) 通過第二螺紋孔（49)固定在一起，四個定滑輪固定在定滑輪架（23)上間隔90度角分布設 置。
3. 根據權利要求2所述的自適應柔性果蔬採摘末端執行器，其特徵在於：動滑輪架 (24)能夠通過定位滑塊（44)在下端蓋（7)中的下端蓋滑道（20)中上下滑動。
4. 根據權利要求1所述的自適應柔性果蔬採摘末端執行器，其特徵在於：上端蓋（6)內 側設有四個通孔（46)，上端蓋（6)內側下表面連接定滑輪架（23)，定滑輪架（23)周向均勻 分布有四個定滑輪，定滑輪架（23)通過周向分布的四個第二螺紋孔（49)固定於上蓋面（6) 內部，上端蓋（6 )與下端蓋（7 )通過第四螺釘（50 )固定在一起。
5. 根據權利要求1所述的自適應柔性果蔬採摘末端執行器，其特徵在於：腱繩設置為 兩根，通過一根腱繩將相對的兩根手指連接在一起，另一根腱繩將另外兩根手指連接在一 起，兩根腱繩第一腱繩（30)與第二腱繩（31)通過動滑輪架（24)連接在一起；第一腱繩（30) 的一端固定在上指（1)中的膜繩孔之中，另一端由上指（1)開始依次芽過中指（2)、下指（3) 和指跟滑塊（4)上面各自的腱通道孔（18)，再穿過指跟滑道（16)內的壓縮彈簧（36)和通 孔（46)後繞過第二定滑輪（51)、第一動滑輪（25)，然後穿進對面的第四定滑輪（53)、通孔 (46)、指跟滑道（16)內的壓縮彈簧（36)、指跟滑塊（4)、下指（3)、中指（2)與對面的上指 (1)固定在一起；弟-膜繩（31) -端固定在上指（1)中的膜繩孔之中，另一端由上指（1)開 始依次穿過中指（2)、下指（3)和指跟滑塊（4)上面各自的腱通道孔（18)，再穿過指跟滑道 (16)內的壓縮彈簧（36)和通孔（46)後繞過第一定滑輪（32)、第二動滑輪（45)，然後穿進 對面的第三定滑輪（52)、通孔（46)、指跟滑道（16)內的壓縮彈簧（36)、指跟滑塊（4)、下指 (3)、中指（2)與對面的上指（1)固定在一起。
6. 根據權利要求1所述的自適應柔性果蔬採摘末端執行器，其特徵在於：上指（1)與 中指（2)之間通過第一螺釘（11)相連，中指（2)與下指（3)之間通過第二螺釘（41)相連， 下指（3)與指跟滑塊（4)之間通過第三螺釘（42)相連；指跟滑塊（4)的下部位於上端蓋（6) 與下端蓋（7)之間的指跟滑道（16)中；手掌的上端蓋（6)上表面中心處安裝有減震器（5)。
7. 根據權利要求6所述的自適應柔性果蔬採摘末端執行器，其特徵在於：上指（1)與 中指（2)之間、中指（2)與下指（3)之間、及下指（3)與指跟滑塊（4)之間均設有手指擋板 (15);上指（1)上設有第一拉簧掛孔（13)，中指（2)上設有第二拉簧掛孔（14)，第一拉簧 (35)的兩端固定於第一拉簧掛孔（13)與第二拉簧掛孔（14)中；中指（2)上設有第三拉簧 掛孔（37)，下指（3)上設有第四拉簧掛孔（38)，第二拉簧（47)的兩端固定於第三拉簧掛孔 (37)和第四拉簧掛孔（38)中；下指（3)上設有第五拉簧掛孔（22)，指跟滑塊（4)上設有第 六拉簧掛孔（21 )，第三拉簧（48)的兩端固定於第六拉簧掛孔（21)和第五拉簧掛孔（22)中； 指跟滑塊（4)能夠在滑道擋板（27)之間沿著指跟滑道（16)自由滑動。
【文檔編號】A01D46/30GK203896769SQ201420331745
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年6月20日 優先權日:2014年6月20日
【發明者】張禹, 李歡, 劉慧芳 申請人:瀋陽工業大學