一种自适应顶出式果蔬抓取末端执行器.pdf

本发明公开了一种自适应顶出式果蔬抓取末端执行器，包括基座（5）、直球铰（13）、L型支撑架（14）、吸盘支撑座（9）、顶出机构以及夹持机构。L型支撑架（14）与直球铰（13）通过螺栓固结且对称分布于基座（5）两侧，所述的顶出机构包括中间轴（1）、套筒（2）、压簧（3）及调位螺母（4），所述的夹持机构包括指形爪（6）、连杆（7）和真空吸盘（8），其一端通过指形爪（6）与基座（5）用销钉连接，另一端则通过连杆（7）与顶出盘（11）销接。本器以并联机器人为载体，只需将该器安装在并联机器人动平台上即可使用。本发明实现了并联机器人对类球形和长条形果实的抓取，同时提高了工作效率。可应用于农业采摘及果蔬分选作业当中。

权利要求书
1.  一种自适应顶出式果蔬抓取末端执行器，包括基座（5）及配置安装在基座（5）上的直球铰（13）、L型支撑架（14）、吸盘支撑座（9）、顶出机构以及夹持机构，其特征在于直球铰（13）两端通过螺栓分别与基座（5）和L型支撑架（14）固结，且对称分布于基座（5）两侧，L型支撑架（14）上固定真空吸盘（8），四爪夹持机构由指形爪（6）、真空吸盘(8)、吸盘支撑座（9）、连杆（7）通过销钉配合串联连接组成开环结构，每一个连接环（10）与顶出盘（11）通过螺纹连接紧固，顶出盘（11）固装在套筒（2）上，顶出机构中的压簧（3）紧压套筒（2）上端面，套筒（2）下端面则靠调位螺母（2）支撑，真空吸盘（8）固结在吸盘支撑座（9）上，其尾端胶塞部分则穿过指形爪（6）底端的限位孔，中间轴（1）凸台下端面与压簧（3）紧靠，并配装于基座（5）的上方。

2.  根据权利要求1所述的自适应顶出式果蔬抓取末端执行器，其特征是：以并联机器人为载体，安装于并联机器人动平台下端；对于类球形果实的抓取，通过并联机器人确定物体空间位置，利用垂直下压接触反作用力自动使顶出盘（11）向上滑动，从而带动四爪夹持机构通过连杆（7）收缩指形爪（6）抱合果实；整个过程实现了无动力源抓取。

3.  根据权利要求1所述的自适应顶出式果蔬抓取末端执行器，其特征是：对于长条形果实的抓取，通过滑动L型支撑架（14）上的支撑条（15），卸载真空吸盘（8）弹力，此时真空吸盘（8）吸嘴低于指形爪（6）低端，四爪夹持机构处于非工作位置，位于L型支撑架（14）上的两组真空吸盘（8）处于工作位置，准备进行抓取工作，直球铰可根据不同种类长条形果实的弯曲程度自适应调节角度，从而避免了空吸现象。

4.  根据权利要求1所述的自适应顶出式果蔬抓取末端执行器，其特征是：通过旋动调位螺母（4）间接控制套筒（2）上端面相对基座（5）垂直高度h，从而改变顶出盘（11）初始位置，进而调整了指型爪初始包络范围，以适应对不同大小果实的抓取。

5.  根据权利要求1所述的自适应顶出式果蔬抓取末端执行器，其特征是：指形爪（6）尾端有限位孔，限位孔的直径为真空吸盘（8）上的双层硅胶吸嘴外径的1.5倍。

6.  根据权利要求1所述的自适应顶出式果蔬抓取末端执行器，其特征是：所述的顶出盘（11）下端面始终高于指形爪（6）与连杆（7）配合的销钉孔。

说明书一种自适应顶出式果蔬抓取末端执行器
技术领域
本发明涉及一种执行机构，特别涉及一种以并联机器人为载体的末端执行器，具体地说是一种基于并联机器人的自适应顶出式果蔬抓取末端执行器。
背景技术
在此近年来，随着农业科技的发展和人民生活水平的日益提高，国内外果蔬品种越来越多，人们对果蔬的品质也有了更高的要求。为了提高果蔬的加工质量和出品等级，需要对其进行严格的定级和分选。传统的分选设备多以生产线为主，不仅制造成本高，分选效率低，而且在分选过程中有可能对果蔬造成损伤。因此有必要设计研发一套成本较低，容易操作，能够实现快速、准确和无损化的果蔬分选设备。
    并联机器人以其重量轻、体积小、运动速度快、定位精确、成本低、效率高等特点广泛应用于食品、药品等分选行业中。据此，发明人提出将并联机器人应用于农业分选领域实现对果蔬的快速、高效分选。然而，目前并联机器人普遍只能对外轮廓呈平面的物体进行抓取和分选，因此有必要设计一种以并联机器人为载体，能够满足不同果蔬形态差异的高效、可靠的末端执行器。处键入背景技术描述段落。
发明内容
本发明目的就是针对现有并联机器人普遍只能抓取外轮廓呈平面的物体的不足，设计一种以并联机器人为载体的自适应顶出式果蔬抓取末端执行器，有望提高果蔬分选效率。
本发明为实现上述目的所采用的技术方案是：
    一种自适应顶出式果蔬抓取末端执行器，包括基座（5）及配置安装在基座（5）上的直球铰（13）、L型支撑架（14）、吸盘支撑座（9）、顶出机构以及夹持机构，其特征在于直球铰（13）两端通过螺栓分别与基座（5）和L型支撑架（14）固结，且对称分布于基座（5）两侧，在L型支撑架（14）上固定真空吸盘（8），四爪夹持机构由指形爪（6）、真空吸盘(8)、吸盘支撑座（9）、连杆（7）通过销钉配合串联连接组成开环结构，每一个连接环（10）与顶出盘（11）通过螺纹连接紧固，顶出盘（11）固装在套筒（2）上，顶出机构中的压簧（3）紧压套筒（2）上端面，套筒（2）下端面则靠调位螺母（2）支撑，真空吸盘（8）固结在吸盘支撑座（9）上，其尾端胶塞部分则穿过指形爪（6）底端的限位孔，中间轴（1）凸台下端面与压簧（3）紧靠，并配装于基座（5）的上方。
本发明的工作原理是：
    自适应顶出式果蔬抓取末端执行器以并联机器人为工作载体，通过中间轴（1）固装于并联机器人动平台下端面。工作时首先由并联机器人确定物体空间位置，利用与物体接触产生的垂直反作用力迫使顶出盘（11）同套筒（2）一起向上滑动，从而带动四爪夹持机构通过连杆（7）收缩指形爪（6）抱合果实；真空吸盘（8）可在指形爪（6）的限位孔中进行一定幅度的上下摆动，能够针对不同类球形果蔬外轮廓面进行自动贴合，避免了真空吸盘（8）在抱合过程中对果蔬外表面的损伤；通过位于基座（5）两侧的真空吸盘（8）执行对长条形果实的抓取，直球铰（13）可根据不同种类长条形果实的弯曲程度自适应调节角度，从而避免发生空吸现象。整个抓取过程实现了无动力源抓取。
本发明的有益效果是：
    本发明巧妙的运用反作用力法，以并联机器人为工作载体，工作时借顶出盘（11）与物体接触时产生的垂直反作用力从而带动四爪夹持机构实现抓取动作，通过调换工作位置可以实现对长条形果实的抓取，同时结合并联机器人工作特点，实现了对果蔬的精准定位抓取及快速分选装箱，极大的提高工作效率。
附图说明：
图1是本发明整体结构示意图
图2是具体实施例1抱合形态整体示意图
图3是具体实施例2形态正视图
图4是改变调位螺母位置后整体结构示意图
图5是夹持机构开环结构示意图
图6是指形爪轴侧图
图1中，1.中间轴，2.套筒，3.压簧，4.调位螺母，5.基座，6.指形爪，7.连杆，8.真空吸盘，9.吸盘支撑座，10.连接环，11.顶出盘，12.锁紧螺母，13.直球铰，14.L型支撑架，15.支撑条。
具体实施方式：
下面结合实施例和附图对本发明创造作进一步详细的描述。
实施例一：
     如图1所示，一种自适应顶出式果蔬抓取末端执行器，包括基座（5）及配置安装在基座（5）上的直球铰（13）、L型支撑架（14）、吸盘支撑座（9）、顶出机构以及夹持机构，其特征在于直球铰（13）两端通过螺栓分别与基座（5）和L型支撑架（14）固结，且对称分布于基座（5）两侧，在L型支撑架（14）上固定真空吸盘（8），四爪夹持机构由指形爪（6）、真空吸盘(8)、吸盘支撑座（9）、连杆（7）通过销钉配合串联连接组成开环结构，每一个连接环（10）与顶出盘（11）通过螺纹连接紧固，顶出盘（11）固装在套筒（2）上，顶出机构中的压簧（3）紧压套筒（2）上端面，套筒（2）下端面则靠调位螺母（2）支撑，真空吸盘（8）固结在吸盘支撑座（9）上，其尾端胶塞部分则穿过指形爪（6）底端的限位孔，中间轴（1）凸台下端面与压簧（3）紧靠，并配装于基座（5）的上方。
    在使用前，首先关闭真空管路中的电磁阀，使真空吸盘（8）处于真空状态，其次将6mm螺栓拧入执行器的中间轴（1）凸台侧缘的顶丝孔内，完成与并联机器人动平台的固定。初步估算所抓取果蔬外缘直径 ，最后用手旋动调位螺母（4），同时观察四组指形爪（6）所构成的包络范围，直到停止旋转调位螺母（4）；
    工作时，首先由并联机器人确定所抓取物体空间位置，接着驱动动平台带动本器执行抓取动作，当顶出盘（11）接触到物体上表面时，物体会给顶出盘（11）一个垂直向上的反作用力，迫使顶出盘（11）和套筒（2）向上滑动，与此同时，连杆（7）一边随套筒（2）上滑，一边带动指形爪（6）向内收缩抱合果实，待真空吸盘（8）接触到物体侧轮廓面时，真空吸盘（8）借抱合夹紧力微调张角使双层硅胶吸嘴完全吸附在果实表面，从而完成对类球形果实的抓取动作。
    待并联机器人将果实移动到指定位置时，打开电磁阀，使真空消除，执行器自动释放果实，套筒（2）在压簧（3）的压力作用下下滑，回到初始位置，完成执行器初始化，准备进行下一次抓取动作。
实施例二：
本发明的末端执行器还可以对长条形果实进行抓取。
具体如图3所示，该图与图1的区别就是基座（5）两侧的真空吸盘（8）的硅胶吸嘴相对于指形爪（6）底端的高度不同。工作时，首先将支持条（14）向后滑动直到与真空吸盘（8）分离，由于真空吸盘（8）的弹力作用致使其硅胶吸嘴向下滑动，此时吸嘴位置低于指形爪（6）低端，夹持机构悬空处于非工作位置，基座（5）两侧的真空吸盘（8）则进入工作位置。此后的动作与实施例一相同，依然由并联机器人带动末端执行器运动完成抓取动作，L型支撑架（13）在抓取过程中会自动根据条形果实弯曲程度差异改变角度，保证了两组真空吸盘（8）均能准确吸附住果实表面，避免了产生空吸现象。