一种剪切式末端执行器的制作方法

本实用新型涉及采摘机器人技术领域，具体涉及一种适用于水果采摘机器人的剪切式末端执行器。

背景技术：

水果的自动化采摘对于采摘机械手的要求有以下几点：1.实现水果无损采摘；2.采摘成功率高；3.采摘速度快。实现水果的无损采摘对于机械手的末端执行器具有极高的要求，需要对末端执行器的剪切端进行精密的控制，以确保其在不损伤水果果肉的前提下，对水果的果梗进行快速剪切。

目前现有公开号为cn108713391a的专利提供了一种水果采摘装置，此装置的末端执行器主要是通过电机带动爪头将水果抓住，然后再通过另一个电机进行旋转拧断水果果梗，实现采摘水果的目的。虽然该装置能够实现水果的采摘，但是由于爪头的大小限制，只能采摘果实体积大小相近的水果。且因爪头与水果果实接触，对水果果实会产生一定的挤压损伤的风险，同时通过拧断水果果梗的采摘方式也会造成水果外表的损伤。

针对此，有必要提供一种采用剪切方式的末端执行器，在实现快速采摘的同时，又能避免损伤水果果实。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的是提供一种适用于水果采摘机器人的剪切式末端执行器，该末端执行器采用剪切果梗的采摘方式，在此过程中不接触水果果实，避免发生挤压损伤。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：

一种剪切式末端执行器，包括有电机、剪臂单元、啮合传动单元，所述剪臂单元通过所述啮合传动单元与所述电机传动连接，所述剪臂单元包括第一剪臂和第二剪臂，所述啮合传动单元包括有第一啮合组件和第二啮合组件，所述第一啮合组件和所述第二啮合组件分别与所述第一剪臂和所述第二剪臂相同端处的端部固定连接，所述第二啮合组件与所述电机的输出轴固定连接并与所述第一啮合组件啮合连接，所述电机驱动啮合连接的所述第二啮合组件转动，从而使得所述第一啮合组件与所述第二啮合组件以相反方向转动，致所述第一剪臂和所述第二剪臂闭合或张开。

作为优选的，还包括有一固定板，所述固定板的一侧固定设置有所述第一啮合组件和所述第二啮合组件，另一侧固定设置所述电机，所述电机的输出轴穿设通过所述固定板与所述第二啮合组件固定连接。

作为优选的，所述第一剪臂和所述第二剪臂交叉设置且两者搭接处通过一销钉固定在所述固定板，所述第一剪臂和所述第二剪臂的相对侧设置有切断果梗的刀刃，所述第一剪臂和所述第二剪臂靠近所述销钉的一端分别与所述第一啮合组件和所述第二啮合组件固定连接。

作为优选的，所述第一啮合组件包括有呈半圆弧形的第一齿轮和呈弧形的第一齿条，所述第二啮合组件包括有第二齿轮和呈弧形的第二齿条，所述第一齿轮的圆周外侧和圆周内侧均设置有啮合齿，所述第二齿轮的圆周外侧设置有啮合齿，所述第一齿轮的圆周外侧和圆周内侧分别与所述第一齿条和所述第二齿轮啮合，所述第二齿条远离所述第一齿轮设置且与所述第二齿轮啮合。

作为优选的，所述第一齿条的圆弧内侧和所述第二齿条的圆弧外侧设置有啮合齿，所述第二齿轮的中心位置与所述电机的输出轴固定连接。

作为优选的，所述第一剪臂和所述第二剪臂靠近所述销钉的一端均一体成型有l型连接臂，所述第一齿条和所述第二齿条分别通过所述l型连接臂与所述第一剪臂和所述第二剪臂固定连接。

作为优选的，所述第一齿条的直径为所述第一齿轮的直径的两倍，所述第二齿条的直径为所述第二齿轮的直径的两倍，所述第一齿轮的直径为所述第二齿轮的直径的三倍。

作为优选的，还包括有呈对瓣式结构的外罩，所述电机和所述啮合传动单元设置在所述外罩内部，所述剪臂单元设置在所述外罩外部并与所述啮合传动单元固定连接。

与现有技术相比，本实用新型提供的一种剪切式末端执行器，通过设置合理尺寸的多个齿轮和齿条相互配合，保证了第一剪臂和第二剪臂的转动方向相反，角速度相同，从而保证能够快速、准确切断果实果梗。同时还设计了保护型的外罩，使得仅有第一剪臂和第二剪臂伸入水果果梗剪切区域，并保证其余结构部分不会对水果的枝叶、果实产生影响。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型提供的一种剪切式末端执行器的结构示意图；

图2为本实用新型提供的一种剪切式末端执行器去除外罩后的结构示意图。

附图中涉及的附图标记和组成部分说明：

1、固定板；2、电机；21、输出轴；3、第一剪臂；4、第二剪臂；5、销钉；6、外罩；7、第一齿轮；8、第一齿条；9、第二齿轮；10、第二齿条；11、l型连接臂。

具体实施方式

下面将通过具体实施方式对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

参见图1～图2所示，一种剪切式末端执行器，包括有固定板1、电机2、剪臂单元、啮合传动单元，其中剪臂单元通过啮合传动单元与电机1传动连接。剪臂单元包括第一剪臂3和第二剪臂4，第一剪臂3和第二剪臂4交叉设置且两者搭接处通过一销钉5固定在固定板1，第一剪臂3和第二剪臂4的相对侧设置有切断果梗的刀刃。

同时还为末端执行器设计了呈对瓣式结构的外罩6，电机2和啮合传动单元设置在外罩6内部，剪臂单元设置在外罩6外部并与啮合传动单元固定连接，在剪臂单元与水果果梗充分接触时，外罩6的存在可避免末端执行器的其他结构对水果的枝叶、果实造成损伤。

啮合传动单元包括有第一啮合组件和第二啮合组件，固定板1的一侧固定设置有第一啮合组件和第二啮合组件，另一侧固定设置电机2。第一啮合组件和第二啮合组件分别与第一剪臂3和第二剪臂4靠近销钉5的一端固定连接。电机2的输出轴21穿设通过固定板1与第二啮合组件固定连接，且第二啮合组件与第一啮合组件啮合连接。电机2驱动啮合连接的第二啮合组件转动，从而使得第一啮合组件与第二啮合组件以相反方向转动，致第一剪臂3和第二剪臂4闭合或张开。

上述第一啮合组件包括有呈半圆弧形的第一齿轮7和呈弧形的第一齿条8，第二啮合组件包括有第二齿轮9和呈弧形的第二齿条1，第二齿轮9的中心位置与电机2的输出轴21固定连接。第一齿轮7的圆周外侧和圆周内侧均设置有啮合齿，第二齿轮9的圆周外侧设置有啮合齿，第一齿条8的圆弧内侧和第二齿条10的圆弧外侧设置有啮合齿，第一齿轮7的圆周外侧和圆周内侧分别与第一齿条8和第二齿轮9啮合，第二齿条10远离第一齿轮7设置且与第二齿轮9啮合，从而构成齿轮齿条啮合传动构件。同时，为了避免两个剪臂在张开、闭合时出现干涉，第一剪臂3和第二剪臂4靠近销钉5的一端均一体成型有l型连接臂11以此形成运动让位，第一齿条8和第二齿条10分别通过l型连接臂11与第一剪臂3和第二剪臂4固定连接。

为了实现第一剪臂3和第二剪臂4的角速度相同，以实现同时张开、闭合，将第一齿条8的直径设置为第一齿轮7的直径的两倍，将第二齿条10的直径设置为第二齿轮9的直径的两倍，将第一齿轮7的直径设置为第二齿轮9的直径的三倍。

具体工作原理如下：

电机2驱动第二齿轮9转动，第二齿轮9转动的同时可驱动第一齿轮7和第二齿条10相对于第二齿轮9反向转动，第一齿轮7与第一齿条8啮合，故第一齿轮7转动可带动第一齿条8相对于第二齿轮9同向转动，即第一齿条8与第二齿条10转动方向相反。其中，第一剪臂3和第二剪臂4分别与第一齿条8和第二齿条9固定连接，因此当第二齿轮9在电机2驱动下转动时，通过一系列的齿轮、齿条传动可驱动第一剪臂3和第二剪臂4以相同的角速度相对张开或闭合，达到切断水果果梗的效果，从而完成剪切工作。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本实用新型。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本实用新型的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本实用新型将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

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