CN108081304A - 一种三指采摘机械手 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种三指采摘机械手，其特征在于，包括手掌、三根手指及控制器，所述手指与所述手掌可转动连接，所述手指上均设置有压力传感器，所述压力传感器与所述控制器连接，所述控制器控制所述手指的动作。所述手掌是圆形结构，所述三根手指均布在所述手掌圆周上；所述手指包括指尖、中指节和基指节，所述指尖、中指节和基指节之间依次通过相对应的指关节转动连接，所述基指节与所述手掌之间通过相对应的指关节转动连接。所述指关节连接处还设置有角度传感器，所述角度传感器与所述控制器连接。本发明抓取动作灵活，可抓取不同种类大小的类圆形果蔬。

Description

一种三指采摘机械手

技术领域

本发明属于农业机器人装备技术领域，具体涉及一种三指采摘机械手。

背景技术

随着科技的发展，农业机械智能化程度不断提高，果蔬采摘使用机器人代替人工已经成为现代农业发展的趋势。果蔬采摘机械手是果蔬采摘机器人的重要组成部分，需要如人手一样同时具备执行和感知的能力。

果蔬在摘取时易于损伤，同时它的形状及生长状况复杂多变。而现有的采摘机械手，机械结构简单，抓取不灵活，对果实的损伤较大。此外，现有的采摘机械手，通常只针对一种特定的果蔬，互换性差。这无疑会增大机械化采摘成本和农业采摘机械的推广。

发明内容

为了实现对果蔬的无损摘取，提高机械手的互换性及扩大其使用范围，本发明设计了一种三指采摘机械手。

为了达到上述目的，本发明采用了以下方案：

一种三指采摘机械手，包括手掌、三根手指及控制器，所述手指与所述手掌可转动连接，所述手指上均设置有压力传感器，所述压力传感器与所述控制器连接，所述控制器控制所述手指的动作。

进一步，所述手掌是圆形结构，所述三根手指均布在所述手掌圆周上；所述手掌的本体包括上下两块圆板，连接轴从所述上圆板的中央向下延伸连接所述下圆板中央，并伸出所述下圆板外以作为机械手的安装端。

进一步，所述手指包括指尖、中指节和基指节，所述指尖、中指节和基指节之间依次通过相对应的指关节转动连接，所述基指节与所述手掌之间通过相对应的指关节转动连接。

进一步，所述指尖和中指节之间的指关节电机与所述中指节固联，所述中指节和基指节之间的指关节电机与所述中指节固联，所述基指节与所述手掌之间的指关节电机与所述手掌固联；所述各指关节电机与所述控制器连接。

进一步，所述指尖包括指尖本体和指尖右侧板，所述指尖本体的左侧连接板和指尖右侧板通过连接柱及螺钉以可拆卸的方式连接在一起，所述指尖本体的左侧连接板下部和指尖右侧板下部分别设置有“D”字型孔和“D”字型短轴，所述“D”字型孔和“D”字型短轴同轴心；所述指尖本体的前横板上设置有压力传感器。

进一步，所述中指节包括中指节本体和中指节右侧板，所述中指节本体的左侧连接板中部前后两端分别向右横向延伸出前横板和后横板，所述前横板上设置有压力传感器；所述中指节本体的左侧连接板和所述中指节右侧板的上下两端均设置有安装孔以安装相对应的指关节电机组，指关节电机组的输出轴与相对应的所述指尖或所述基指节上的“D”字型孔配合工作，所述中指节右侧板的上下两端还分别设置有“D”字型孔以与所述指尖和所述基指节上的相对应“D”字型短轴配合工作。

进一步，所述基指节包括基指节本体和基指节右侧板，所述基指节本体的左侧连接板和基指节右侧板通过若干连接柱和螺钉以可拆卸的方式连接在一起，所述基指节本体的前横板上设置有压力传感器；所述基指节本体的左侧连接板的上下两端分别设置有“D”字型孔，基指节右侧板的上下两端分别设置有“D”字型轴，“D” 字型孔与相对应的“D”字型轴同轴心；所述基指节下端的一对“D” 字型孔轴与所述手掌上的指关节部分配合。

进一步，所述指关节连接处还设置有角度传感器，所述角度传感器与所述控制器连接。

进一步，所述角度传感器是电位器，所述电位器包括电位器外零件和电位器内零件，所述电位器外零件与相对应的指尖或指节上的“D”字型轴过盈配合，所述电位器内零件与相对应指节右侧板上或手掌上的“D” 字型孔处的电位器安装槽配合，所述电位器外零件和电位器内零件之间存在转动副。

进一步，所述指关节包括指关节电机组，所述指关节电机组包括设置在安装板上的电机主体，所述安装板的上下两端分别设置有电机连接铝柱以通过螺钉与相对应指节或手掌上的安装孔连接；所述电机主体的输出轴是“D”字型轴。

进一步，所述指尖、各指节、手掌的主体、侧板均是铝板，各铝板的连接配合端均加工成光滑的圆弧结构，使用安全顺畅，没有干涉。

该三指采摘机械手具有以下有益效果：

（1）本发明中，手指上三个关节电机联动，实现单根手指的协调动作，三根手指联动，实现采摘机械手的采摘动作。每个关节处装有角度传感器，反馈给控制器与其所在关节相连的两个手指节杆件的相对位置，进而实现机械手的位置闭环控制。三根手指的指尖、中指节和基指节均安装有压力传感器，用来感知采摘对象与采摘手之间的压力，进而保护采摘对象在采摘过程中不受损害。

（2）本发明中，机械手有三个手指，九个自由度，抓取动作灵活，可抓取不同种类大小的类圆形果蔬。

（3）本发明中，机械手大部分零件为铝板和铝柱，成本低，经济性好。而且，各铝板的连接配合端均加工成光滑的圆弧结构，使用安全顺畅，没有干涉。

附图说明

图1：本发明一实施方式中三指采摘机械手的立体结构示意图；

图2：本发明一实施方式中单根手指的立体结构示意图；

图3：本发明一实施方式中单根手指的爆炸图；

图4：本发明一实施方式中手掌的立体结构示意图；

图5：本发明一实施方式中手掌的爆炸图；

图6：本发明一实施方式中指尖的立体结构示意图；

图7：本发明一实施方式中指尖的正视图；

图8：本发明一实施方式中指尖的爆炸图；

图9：本发明一实施方式中中指节的正视图；

图10：本发明一实施方式中中指节本体的立体结构示意图；

图11：本发明一实施方式中中指节右侧板结构示意图；

图12：本发明一实施方式中电位器的结构示意图；

图13: 本发明一实施方式中电机模块的结构示意图及局部放大图；

图14：本发明一实施方式中基手指的结构示意图；

图15：本发明一实施方式中基手指的爆炸图。

附图标记说明：

1—手指；11—指尖；111—指尖连接柱；112—指尖右侧板；113—指尖本体；12—中指节；121—中指节右侧板；122—中指节本体；13—基指节；131—基指节本体；132—基指节右侧板；133—连接柱； 2—手掌；21—手掌本体；3—压力传感器 4—指关节电机组； 41—电机连接铝柱；42—电机主体；43—电机输出轴；5—电位器；51—电位器内零件；52—电位器外零件。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明做进一步说明：

图1至图15示出了本发明三指采摘机械手的一实施方式。图1是本实施方式中三指采摘机械手的结构示意图。

如图1所示，本实施方式中的三指采摘机械手，包括手掌2、三根手指1及控制器（控制器附图中未标出），手指1与手掌2可转动连接，手指1上均设置有压力传感器3，压力传感器3与控制器连接，控制器控制手指1的动作。

具体地，手掌2是圆形结构，三根手指1均布在手掌2圆周上；手掌2的本体21包括上下两块圆板，连接轴从上圆板的中央向下延伸连接下圆板中央，并伸出下圆板外以作为机械手的安装端,如图1、图4和图5所示，图4是本实施方式中手掌的立体结构示意图；图5是本实施方式中手掌的爆炸图。当然，手掌2也可以是其他任意形状的，比如三角形等。

如图1、图2和图3所示，手指1包括指尖11、中指节12和基指节13，指尖11、中指节12和基指节13之间依次通过相对应的指关节转动连接，基指节13与所述手掌2之间通过相对应的指关节转动连接。图2是本实施方式中单根手指的立体结构示意图，图3是本实施方式中单根手指的爆炸图。

本实施例中，指尖11和中指节12之间的指关节电机4与中指节12固联，中指节12和基指节13之间的指关节电机4与中指节12固联，基指节13与手掌2之间的指关节电机4与手掌2固联，各指关节电机4与控制器连接。基指节13与手掌2之间的连接关系，如图1、图4和图5所示，基指节13与手掌2之间的指关节电机4通过左右安装侧板与手掌2连接，左右安装侧板设置在手掌2上下两块圆板之间。

如图3、图6、图7和图8所示，指尖11包括指尖本体113和指尖右侧板112，指尖本体113的左侧连接板和指尖右侧板112通过指尖连接柱111及螺钉以可拆卸的方式连接在一起，指尖本体113的左侧连接板下部和指尖右侧板112下部分别设置有“D”字型孔和“D”字型短轴，所述“D”字型孔和“D”字型短轴同轴，共同作为指尖11相对中指节12的转动配合部；指尖本体113的前横板上设置有压力传感器3。图6是本实施方式中指尖的立体结构示意图，图7是本实施方式中指尖的正视图，图8是本实施方式中指尖的爆炸图。

如图3、图9、图10和图11所示，中指节12包括中指节本体122和中指节右侧板121，中指节本体122的左侧连接板中部前后两端分别向右横向延伸出前横板和后横板，前横板上设置有压力传感器3；中指节本体122的左侧连接板和中指节右侧板121的上下两端均设置有安装孔以安装相对应的指关节电机组4，指关节电机组4的输出轴与相对应的指尖11或基指节13上的“D”字型孔配合工作，中指节右侧板121的上下两端还分别设置有“D”字型孔以与指尖11和基指节13上的相对应“D”字型短轴配合工作。其中，图9是本实施方式中中指节的正视图，图10是本实施方式中中指节本体的立体结构示意图，图11是本实施方式中中指节右侧板结构示意图。

如图3、图14和图15所示，基指节13包括基指节本体131和基指节右侧板132，基指节本体131的左侧连接板和基指节右侧板132通过若干连接柱133和螺钉以可拆卸的方式连接在一起，基指节本体131的前横板上设置有压力传感器3；基指节本体131的左侧连接板的上下两端分别设置有“D” 字型孔，基指节右侧板132的上下两端分别设置有“D”字型轴，“D”字型孔与相对应的“D”字型轴同轴；基指节13下端的一对“D” 字型孔轴与手掌2上的指关节部分配合。图14是本实施方式中基手指的结构示意图，图15是本实施方式中基手指的爆炸图。

具体地，本实施方式中的三指采摘机械手，指关节连接处还设置有角度传感器，角度传感器与控制器连接。

本实施例中，角度传感器是电位器5，电位器5包括电位器外零件52和电位器内零件51，如图12所示，图12是本实施方式中电位器的结构示意图。电位器外零件52与相对应的指尖或指节上的“D”字型轴过盈配合，电位器内零件51与相对应指节右侧板上或手掌上的“D” 字型孔处的电位器安装槽配合，电位器外零件52和电位器内零件51之间存在转动副。如图10和图11所示，图10和图11公开了电位器5与中指节12的装配结构示意图，中指节12的中指节右侧板121上设置有电位器安装槽以安装相对应的电位器。工作时，中指节12上部的指关节电机组4的输出轴与指尖11的D字孔过盈联接，中指节12上部的电位器5上的D字孔与指尖11上的D字轴过盈联接，实现中指节12与指尖11相对摆动的同时记录二者摆动的角度。同样的，中指节12下部的指关节电机组4的输出轴与基指节13上部的D字孔过盈配合，中指节12下部的电位器5上的D字孔与基指节13上部的D字轴过盈配合，实现中指节12和基指节13之间相对摆动的同时记录二者摆动的角度。同样的，基指节13下部的D字孔和手掌2上的指关节电机组4的输出轴过盈配合，基指节13下部的D字轴和手掌2上的电位器孔过盈配合，实现基指节13和手掌2之间相对摆动的同时记录二者摆动的角度。

如图13，图13是本实施方式中指关节电机组的结构示意图及局部放大图，指关节包括指关节电机组4，指关节电机组4包括设置在安装板上的电机主体42，安装板的上下两端分别设置有电机连接铝柱41以通过螺钉与相对应指节或手掌上的安装孔连接；电机主体42的输出轴43是“D”字型轴。

本发明中，机械手大部分零件为铝板和铝柱，成本低，经济性好。而且，各铝板的连接配合端均加工成光滑的圆弧结构，使用安全顺畅，没有干涉。

本发明中，控制器控制一根手指上三个电机转动实现单根手指的灵活运动，控制器控制整手九个电机的转动实现整手的灵活运动，控制器按照既定规则控制九个电机动作即可实现机械手抓取果实的动作。

本发明中，通过电位器获取各关节的相对位置对机械手进行位置闭环控制，结构简单紧凑，使用效果好。

本发明中，指尖、中指节和基指节与被抓取对象接触的面均贴有压力传感器，压力传感器采集到的信号传递给控制器，实现机械手的力控制，进而实现避免机械手抓取果实时损伤果实。

上面结合附图对本发明进行了示例性的描述，显然本发明的实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种三指采摘机械手，其特征在于，包括手掌、三根手指及控制器，所述手指与所述手掌可转动连接，所述手指上均设置有压力传感器，所述压力传感器与所述控制器连接，所述控制器控制所述手指的动作。

2.根据权利要求1所述的三指采摘机械手，其特征在于，所述手掌是圆形结构，所述三根手指均布在所述手掌圆周上；所述手掌的本体包括上下两块圆板，连接轴从所述上圆板的中央向下延伸连接所述下圆板中央，并伸出所述下圆板外以作为机械手的安装端。

3.根据权利要求1或2所述的三指采摘机械手，其特征在于，所述手指包括指尖、中指节和基指节，所述指尖、中指节和基指节之间依次通过相对应的指关节转动连接，所述基指节与所述手掌之间通过相对应的指关节转动连接。

4.根据权利要求3所述的三指采摘机械手，其特征在于，所述指尖和中指节之间的指关节电机与所述中指节固联，所述中指节和基指节之间的指关节电机与所述中指节固联，所述基指节与所述手掌之间的指关节电机与所述手掌固联；所述各指关节电机与所述控制器连接。

5.根据权利要求3至4任一所述的三指采摘机械手，其特征在于，所述指尖包括指尖本体和指尖右侧板，所述指尖本体的左侧连接板和指尖右侧板通过连接柱及螺钉以可拆卸的方式连接在一起，所述指尖本体的左侧连接板下部和指尖右侧板下部分别设置有“D”字型孔和“D”字型短轴，所述“D”字型孔和“D”字型短轴同轴心；所述指尖本体的前横板上设置有压力传感器。

6.根据权利要求3至5任一所述的三指采摘机械手，其特征在于，所述中指节包括中指节本体和中指节右侧板，所述中指节本体的左侧连接板中部前后两端分别向右横向延伸出前横板和后横板，所述前横板上设置有压力传感器；所述中指节本体的左侧连接板和所述中指节右侧板的上下两端均设置有安装孔以安装相对应的指关节电机组，指关节电机组的输出轴与相对应的所述指尖或所述基指节上的“D”字型孔配合工作，所述中指节右侧板的上下两端还分别设置有“D”字型孔以与所述指尖和所述基指节上的相对应“D”字型短轴配合工作。

7.根据权利要求3至6任一所述的三指采摘机械手，其特征在于，所述基指节包括基指节本体和基指节右侧板，所述基指节本体的左侧连接板和基指节右侧板通过若干连接柱和螺钉以可拆卸的方式连接在一起，所述基指节本体的前横板上设置有压力传感器；所述基指节本体的左侧连接板的上下两端分别设置有“D” 字型孔，基指节右侧板的上下两端分别设置有“D”字型轴，“D” 字型孔与相对应的“D”字型轴同轴心；所述基指节下端的一对“D”字型孔轴与所述手掌上的指关节部分配合。

8.根据权利要求3至7任一所述的三指采摘机械手，其特征在于，所述指关节连接处还设置有角度传感器，所述角度传感器与所述控制器连接。

9.根据权利要求8所述的三指采摘机械手，其特征在于，所述角度传感器是电位器，所述电位器包括电位器外零件和电位器内零件，所述电位器外零件与相对应的指尖或指节上的“D”字型轴过盈配合，所述电位器内零件与相对应指节右侧板上或手掌上的“D” 字型孔处的电位器安装槽配合，所述电位器外零件和电位器内零件之间存在转动副。

10.根据权利要求3至9任一所述的三指采摘机械手，其特征在于，所述指关节包括指关节电机组，所述指关节电机组包括设置在安装板上的电机主体，所述安装板的上下两端分别设置有电机连接铝柱以通过螺钉与相对应指节或手掌上的安装孔连接；所述电机主体的输出轴是“D”字型轴。