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专利号: 2022107130265
申请人: 河南科技大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 农业;林业;畜牧业;狩猎;诱捕;捕鱼
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

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θmax;

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、θmax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。

7.根据权利要求6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,所述步骤S2中,包括以下步骤:S21:末端执行器在未进行抓取操作时,处于常规初始状态,限位盘(10)紧贴着底座(14),与手指(11)不接触,手指(11)处于自然张开状态;

S22:末端执行器在执行抓取果蔬指令后,步进电机(1)高速运转,推杆(17)推动限位盘(10)高速前进,使得手指(11)外侧紧贴限位盘(10),手指(11)底部TPU软质材质部分发生形变,向内弯曲,手指(11)的PLA硬质材质部分不发生形变,使三个手指(11)指端向中心高速聚合,当任意两个或三个压敏传感器(12)产生压力数值时,即为接触到果实表面,停止高速状态,进入低速状态;

S23:转入低速状态后,步进电机(1)低速运转,推杆(17)推动限位盘(10)低速前进,手指(11)底部TPU软质材质部分发生形变,仍然向内弯曲,手指(11)的PLA硬质材质部分不发生形变,使三个手指(11)指端向中心低速聚合,当任一压敏传感器(12)等于设定阈值时,表示已抓住果蔬,步进电机(1)停止低速状态;

S24:当手指(11)指端抓住果蔬后,直流电机(8)转动,带动齿轮(9)并啮合底座(14)转动,进而带动抓取手指部分,同时配合采摘机器人机械臂,通过末端执行器旋转、机械臂拉拽的配合方式,使果、柄分离,实现成功采摘。

8.根据权利要求7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,在所述步骤S24中,当压敏传感器(12)压力数值发生突变时,即判别手指(11)指端与果实发生了相对滑移,此时步进电机(1)以更低速转动,推动限位盘(10)以2mm/s的速度前进,手指(11)底部的TPU软质材质部分发生形变,仍然向内弯曲,手指(11)的PLA硬质材质部分不发生形变,使手指(11)指端以更缓慢速度聚合,抓紧果蔬,使手指(11)指端不与果实发生相对滑动,使果柄成功分离,此时手指(11)末端加持着被采果蔬。