CN102441892A - 一种果蔬采摘欠驱动机械手爪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种果蔬采摘欠驱动机械手爪。目前国内水果采摘作业基本上都是人工进行。本发明包括机架、驱动传动机构和手指机构，具体包括上底座、手指固定件、支撑柱、下底座、步进电机、螺杆、螺母、升降平台、导向柱、远指、中指、近指、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、驱动杆、第一扭簧和第二扭簧；本发明采用一个步进电机同时驱动多个手指的同时，采用欠驱动手指机构，并使用扭簧作为限制机构，使之具有包络抓取功能；手爪面装有接触力传感器，能通过对接触力的检测反馈控制抓取力度。本发明结构简单、易于控制，提高了对物体形状的自适应能力，增强了抓取稳定性，从而实现果蔬的无损采摘。

Description

一种果蔬采摘欠驱动机械手爪

技术领域

本发明属于机器人应用领域，特别适用于农业工业化生产中一种果蔬采摘欠驱动机械手。

背景技术

果品采摘作业是水果生产链中最耗时、最费力的一个环节。采摘作业季节性强、劳动强度大、费用高，因此保证果实适时采收、降低收获作业费用是农业增收的重要途径。由于采摘作业的复杂性，采摘自动化程度仍然很低。目前，国内水果采摘作业基本上都是人工进行，其费用约占成本的50%～70%，并且时间较为集中。采摘机器人作为农业机器人的重要类型，其作用在于能够降低工人劳动强度和生产费用、提高劳动生产率和产品质量、保证果实适时采收，因而具有很大发展潜力。

由于果蔬的外表较为脆弱，而它的形状及生长状况复杂， 因此末端执行器的设计通常被认为是农业机器人的核心技术之一。

发明内容

本发明的目的是实现果蔬的包络抓取和无损采摘。

本发明的驱动机械手爪主要包括机架、驱动传动机构和手指机构。

机架包括上底座、手指固定件、支撑柱和下底座；上底座与支撑柱的一端螺柱连接，下底座与支撑柱的另一端螺栓连接；手指固定件与上底座螺栓连接，且位于上底座下方，机架与步进电机螺栓连接。

驱动传动机构包括步进电机、螺杆、螺母、升降平台和导向柱；螺杆固定于步进电机正上方，升降平台与螺母螺栓连接，导向柱与下底座螺柱连接。

手指机构包括远指、中指、近指、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、驱动杆、第一扭簧和第二扭簧；远指和中指、中指和近指、远指和第一连杆、第一连杆和第四连杆、第四连杆和第二连杆、第二连杆和第三连杆、第三连杆和驱动杆、中指和第四连杆、近指和第三连杆，通过转轴联接；第一扭簧套在远指和中指联接的转轴上，第二扭簧套在近指和第四连杆联接的转轴之上； 

所述远指关节表面装有触力传感器；

所述升降平台上孔的个数为多个，可同时安装手指机构；

所述的转轴全部选用铆钉，采用铆接的方式联接相对转动的两个部件。

本发明的有益效果：

（1）通用性和灵活性强，无需更换或只需很少的调整就可以抓取不同类型的果蔬。（2）机构简单、成本低、可控性好、易于操作和维护。（3）稳定性好，主动适应性强，采用了触力传感器控制抓取力度，可以实现果蔬的无损采摘。  

总得来说，通过对末端执行器进行创新设计，发明了一种具有驱动元件少，结构简单，控制简单，通用性强的机械手爪。提高了对物体形状的自适应能力，增强了抓取的稳定性，能够实现期望的抓取功能。

附图说明

图1是本发明装配图；

图2是本发明的机架及驱动传动机构装配图；

图3是本发明的手指装配图主视图；

图4是本发明的手指装配图左视图。

具体实施方式

以下结合附图进一步说明本发明：

如图1所示，本发明的驱动机械手爪主要包括机架1、驱动传动机构2和手指机构3。

如图2所示，机架1包括上底座4、手指固定件5、支撑柱6和下底座7；上底座4与支撑柱6的一端螺柱连接，下底座7与支撑柱6的另一端螺栓连接；手指固定件5与上底座4螺栓连接，位于上底座4下方，机架1与步进电机8螺栓连接。

驱动传动机构2包括步进电机8、螺杆9、螺母10、升降平台11和导向柱12；螺杆9固定于步进电机8正上方，升降平台11与螺母10螺栓连接，导向柱12与下底座7螺柱连接。工作状态中，步进电机8旋转带动螺杆9，螺杆9的转动又使得螺母10沿螺杆9移动，同时带动联接的升降平台11上下移动，进而驱动手指机构3。

如图3所示，手指机构3包括远指13、中指14、近指15、第一连杆16、第二连杆17、第三连杆18、第四连杆19、驱动杆20、第一扭簧21和第二扭簧22；远指13和中指14、中指14和近指15、远指13和第一连杆16、第一连杆16和第四连杆19、第四连杆19和第二连杆17、第二连杆17和第三连杆18、第三连杆18和驱动杆20、中指14和第四连杆19、近指15和第三连杆18，通过转轴联接；

如图4所示，第一扭簧 21套在远指13和中指14联接的转轴上，限制远指13和中指14这两个关节相对转动，第二扭簧22套在近指15和第四连杆 19联接的转轴之上，限制近指15和第四连杆 19的相对转动。

所述手指机构3在每个手指的远指13关节表面装有触力传感器23；

所述的升降平台11上联接的孔的个数可增加，增加后就可驱动多个手指机构3；

所述的转轴全部选用铆钉，采用铆接的方式联接相对转动的两个部件；

所述的接触力是触力传感器23与接触的物体之间的作用力。

本发明手指机构的设计采用欠驱动机构，该机构动作灵巧，具有较高的柔性操作能力，其特点是需要驱动的主动件数量少于其自由度数量，这里每个手指机构具有3个自由度，三个手指机构就具有9 个自由度，本发明的驱动元件为步进电机，通过螺杆传动，将步进电机的旋转力转化为可以驱动该升降平台上下运动的推力，用来驱动,手指机构的抓取。

步进电机驱动手指机构开始运动，当近指碰到物体时该近指停止运动，然后步进电机驱动力不断增大，当驱动力增大到能使第二扭簧开始扭转时，中指也开始运动，当中指也接触物体时该中指也停止运动，驱动力继续增大使第一扭簧开始运动时，远指开始运动，当远指接触物体时，，远指上的触力传感器在会产生电压信号，该电压信号会随着接触力大小变化而变化；远指上的接触力随着驱动力增大而不断增大，远指上的触力传感器不断反馈处理器接触力的大小，当接触力大小达到合适的值时，电机停止转动，完成整个包络抓取过程。

该手爪具有很好的自适应抓取物体的能力，能保证对不同几何特征物体的有效抓取。同时也可以通过触力传感器来限定抓取力度的上限，实现了无损采摘。

Claims (1)

1.一种果蔬采摘欠驱动机械手爪，包括机架、驱动传动机构和手指机构，

其特征在于：

机架包括上底座、手指固定件、支撑柱和下底座；上底座与支撑柱的一端螺柱连接，下底座与支撑柱的另一端螺栓连接，手指固定件与上底座螺栓连接，且位于上底座下方，机架与步进电机螺栓连接；

驱动传动机构包括步进电机、螺杆、螺母、升降平台和导向柱；螺杆固定于步进电机正上方，升降平台与螺母螺栓连接，导向柱与下底座螺柱连接；

手指机构包括远指、中指、近指、第一连杆、第二连杆、第三连杆、第四连杆、驱动杆、第一扭簧和第二扭簧；远指和中指、中指和近指、远指和第一连杆、第一连杆和第四连杆、第四连杆和第二连杆、第二连杆和第三连杆、第三连杆和驱动杆、中指和第四连杆、近指和第三连杆，通过转轴联接；第一扭簧套在远指和中指联接的转轴上，第二扭簧套在近指和第四连杆联接的转轴之上； 

所述远指关节表面装有触力传感器；

所述升降平台上孔的个数为多个，可同时安装手指机构；

所述的转轴全部选用铆钉，采用铆接的方式联接相对转动的两个部件。

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