CN104029208A - 刚柔混联欠驱动草莓采摘机械手末端执行器装置 - Google Patents

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李娜
姜海勇
弋景刚
刘江涛
赵玉达
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Abstract

一种刚柔混联欠驱动草莓采摘机械手末端执行器装置。包括结构相同的三个手指，每个手指具有两个关节，手指第一节为柔顺手指构件，第二节为刚性手指构件；每个手指均由两条气动肌腱驱动，两条气动肌腱通过第二关节处的齿形轮由齿形带连接，第二关节轴两侧装有扭转弹簧，弹簧一端与关节轴连接，另一端与转杆相连，转杆铰接在柔顺手指构件上，转杆上安装扭转弹簧，弹簧一端与转杆相连，一端与柔顺手指构件相连。柔顺手指构件表面力传感器测试到预定抓取力时，将信号反馈给气动肌腱，气动肌腱停止伸缩，再通过旋转气缸驱动转动腕盘转动，实现草莓采摘。本发明可用于草莓自动化采摘，配合机器人其他装置实现高效高可靠性的采摘作业。

Description

刚柔混联欠驱动草莓采摘机械手末端执行器装置
技术领域
本发明涉及一种末端执行器装置，尤其是涉及一种刚柔混联欠驱动草莓机械手末端执行器装置。
背景技术
我国近几年的草莓种植面积迅猛增加，面积达10万hm2，居世界首位。同时草莓具有果实不定期成熟的生长方式，并且我国温室内的草莓大多是垄作栽培，在草莓收获期，人工劳动强度和作业量非常大，加之温室中环境湿热，作业环境十分恶劣，由此开发一种能够代替人工作业的垄作草莓采摘机构成为亟待解决的问题。然而由于草莓的外表较为脆弱，而它的形状及生长状况复杂，因此设计结构简单、运动灵活、柔性作业的多手指式末端执行器成为草莓采摘机器人研制的首要任务。
发明内容
本发明的目的在于提供一种刚柔混联欠驱动采摘机械手末端执行器装置，是一套用于草莓采摘的欠驱动机械手爪，整个末端执行器以气动肌腱驱动，且以草莓柔性采摘作业为目标进行设计。为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明包括结构相同的三个手指，手掌，转动腕盘，气动肌腱，每个手指具有两个关节；手指第一关节互成120度均匀安装在手掌上；第一关节与第二关节之间连接柔顺手指构件，第二关节另一端连接刚性手指构件；每个手指均由两条气动肌腱驱动，两条气动肌腱由齿形带通过第二关节处的齿形轮连接，齿形轮与第二关节轴过盈连接，齿形带安装在柔顺手指构件的滑槽中；第一关节轴两侧装有扭转弹簧，弹簧一端与关节轴连接，另一端与手掌连接；第二关节轴两侧装有扭转弹簧，弹簧一端与关节轴连接，另一端与转杆相连，转杆铰接在柔顺手指构件上，转杆上安装扭转弹簧，弹簧一端与转杆相连，一端与柔顺手指构件相连；柔顺手指构件内侧与草莓接触面设有力传感器。
每个手指上两条气动肌腱分别产生伸缩运动时，齿形带驱动齿形轮使刚性手指构件向手掌闭拢，同时第二关节转轴上的扭转弹簧产生的变形力矩会驱动转杆产生与关节轴反向的转动，随之转杆上与柔顺手指构件连接的扭簧会产生与第二关节转轴方向相同的转矩来驱动柔顺手指构件向手掌闭拢，在此作用下，手指第一关节也产生向手掌方向的转动，3个手指相向运动闭拢，柔顺手指构件接触到草莓之后，其表面的力传感器测试到预定的抓取力时，将信号反馈给气动肌腱，气动肌腱停止伸缩，再通过旋转气缸驱动转动腕盘转动，实现草莓采摘。
本发明具有的有益效果是：运用气动肌腱驱动三个手指，手指与草莓主要接触面采用具有弹性的柔顺手指构件，气动肌腱伸缩驱动第二关节运动，同时带动柔顺手指构件变形并绕第一关节转动，三个手指合拢，实现草莓柔性采摘作业。本发明结构简单，操作容易，运动灵活，可用于草莓柔性采摘作业，配合机器人其它装置实现高效高可靠性的采摘作 业。
附图说明
图1是机械手末端执行器装置装配图。
图2是机械手手指A-A剖面视图。
图3是机械手手指第二关节放大视图。
图4是机械手手指B-B剖面视图。
图5是机械手手指第一关节放大视图。
图中：1.刚性手指构件，2.手指第二关节，3.柔顺手指构件，4.手指第一关节，5.转动腕盘，6.旋转气缸，7.手掌，8.齿形带，9.齿形轮，10.力传感器，11.气动肌腱，12.第二关节轴，13.转杆，14.扭转弹簧，15.扭转弹簧，16.第一关节轴，17.扭转弹簧。
具体实施方式
如图1、图2、图3、图5所示，本发明包括结构相同的三个手指，手掌(7)，转动腕盘(5)，气动肌腱(11)；每个手指具有两个关节，分别为手指第一关节(4)，手指第二关节(2)，手指第一关节均匀安装在手掌(7)上；手指第一节为柔顺手指构件(3)，第二节为刚性手指构件(1)，柔顺手指构件(3)一端通过第一关节(4)与手掌(7)相连，另一端通过第二关节(2)与刚性手指构件(1)相连；每个手指均由两条气动肌腱(11)驱动，两条气动肌腱(11)由齿形带(8)通过第二关节处的齿形轮(9)连接，齿形轮(9)与第二关节轴(12)过盈连接，齿形带(8)安装在柔顺手指构件(3)的滑槽中；第一关节轴(16)两侧装有扭转弹簧(17)，弹簧(17)一端与关节轴(16)连接，另一端与手掌(7)连接；第二关节轴(12)两侧装有扭转弹簧(14)，弹簧(14)一端与关节轴(12)连接，另一端与转杆(13)相连，转杆(13)铰接在柔顺手指构件(3)上，转杆(13)上安装扭转弹簧(15)，弹簧(15)一端与转杆(13)相连，一端与柔顺手指构件(3)相连；柔顺手指构件内侧与草莓接触面设有力传感器(10)。
如图3、图4所示，工作时，每个手指上两条气动肌腱(11)分别产生伸缩运动时，齿形带(8)驱动齿形轮(9)使刚性手指构件(1)向手掌(7)闭拢，同时第二关节转轴(12)上的扭转弹簧(14)产生的变形力矩会驱动转杆(13)产生与关节轴(12)反向的转动，随之转杆(13)上与柔顺手指构件(3)连接的扭转弹簧(15)会产生与第二关节转轴(12)方向相同的转矩来驱动柔顺手指构件(3)向手掌(7)闭拢，在此作用下，手指第一关节(4)也产生向手掌(7)方向的转动，3个手指相向运动闭拢，柔顺手指构件(3)接触到草莓之后，其表面的力传感器(10)测试到预定的抓取力时，将信号反馈给气动肌腱(11)，气动肌腱停止伸缩，再通过旋转气缸(6)驱动转动腕盘(5)转动，实现草莓采摘。

Claims (2)

1.一种刚柔混联欠驱动草莓采摘机械手末端执行器装置，其特征在于：包括结构相同的三个手指，手掌(7)，转动腕盘(5)，气动肌腱(11)；每个手指均有两个关节，手指第一节为柔顺手指构件(3)，第二节为刚性手指构件(1)，柔顺手指构件(3)一端与手掌(7)通过第一关节连接(4)，另一端与刚性手指构件(1)通过第二关节(2)连接。
2.根据权利要求1所述的一种刚柔混联欠驱动草莓采摘机械手末端执行器装置，其特征在于：第一关节轴(16)两侧装有扭转弹簧(17)，弹簧(17)一端与关节轴(16)连接，另一端与手掌(7)连接；第二关节轴(12)上装有齿形轮(9)，齿形轮(9)上配合齿形带(8)，齿形带(8)两端通过柔顺手指构件(3)中滑槽分别与两个气动肌腱(11)相连，气动肌腱(11)安装在手掌(7)凹槽内；第二关节轴(12)两侧装有扭转弹簧(14)，弹簧(14)一端与关节轴(12)连接，另一端与转杆(13)相连，转杆(13)铰接在柔顺手指构件(3)上，转杆(13)上安装扭转弹簧(15)，弹簧(15)一端与转杆(13)相连，一端与柔顺手指构件(3)相连。
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