CN108297117A - 气动果蔬采摘软体手 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种气动果蔬采摘软体手，包括底座和多根软体手指，底座包括镶嵌结合的上底座和下底座，软体手指包括软体手指气腔和限制层，软体手指气腔固定在底座上且底端与气泵连接，限制层贴设在软体手指气腔的内侧。本发明的气动果蔬采摘软体手，具有高度的抓握对象适应性，并且能避免对果蔬及周围环境造成破坏，能够适应采摘对象的柔弱易伤性及个体形状差异性，并且结构简单、操作性好、可靠性高、成本低。

Description

气动果蔬采摘软体手

技术领域

本发明涉及农业机器人机械手技术领域，特别是涉及一种气动果蔬采摘软体手。

背景技术

果蔬的收获采摘是果蔬生产链中最重要的环节。在发达国家，由于人口老龄化问题严重导致人力资源短缺，人工收获采摘的成本在整个生产成本中所占比例高达33～50％，因此实现果蔬采摘的自动化作业变得越来越迫切。然而，果蔬的外表皮通常较为柔韧易破，形状也较为复杂多变，因此在采摘过程中极易造成损伤，这直接影响了果蔬的储存、加工和销售，从而最终影响市场价格和经济效益。因而在保证稳定抓取的前提下，有效避免机械手对果蔬的损伤、实现柔顺作业，是果蔬采摘的研究重点。

近年来，传统的机器手相关技术已经趋于成熟，被广泛用于工业、农业和服务业等诸多领域，但是现役机器手大多由刚性元件构成，能够实现对目标物体精确的抓取操作，但是灵活性较差、缺乏必要的感知能力以及精确的力控制。为了提高机械手的柔性，很多学者通过增加自由度，研制了超冗余自由度机器手。这种机械手的环境适应能力大幅度提高，但是由于其组成零部件仍是刚体，难以根据被抓取物体的形状改变自身的尺寸。软体机械手出现后，因其优越的性能引起了国内外学者的广泛关注，并且迅速成为机器人领域的研究热点。软体机械手的设计灵感来源于自然界中的软体动物触角，如水母、章鱼和海星等。其由柔软材料制成，具有较大的变形能力和无限的自由度，可在较大范围内根据目标物体的形状改变自身的形状和尺寸。因此软体手可通过变形实现与被抓取物体的形态匹配，并最终实现稳定的抓取动作。

发明内容

本发明的目的是提供一种气动果蔬采摘软体手，以解决上述现有技术存在的问题，可以有效地减小果蔬的损伤率，保证较高的工作效率，同时由于结构简单、可靠性高、成本低等特点，满足农民对专业操作知识接受范围，是一种可以大幅改变自身形状和尺寸并且具有无限自由度的新型机械手。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：本发明提供一种气动果蔬采摘软体手，包括底座、多根软体手指和控制系统，所述底座包括镶嵌结合的上底座和下底座，所述软体手指包括软体手指气腔和限制层，所述软体手指气腔固定在所述底座上且底端与气泵连接，所述限制层贴设在所述软体手指气腔的内侧；所述气泵与所述控制系统连接。

可选的，所述上底座和下底座还通过固定螺钉固定。

可选的，所述上底座和下底座为3D打印而成。

可选的，所述软体手指的数量为三根，且三根所述软体手指呈120°角均布在所述底座上。

可选的，所述软体手指气腔的末端依次穿过所述上底座和下底座后通过电磁阀与气泵的供气管连接，所述电磁阀与所述控制系统连接。

可选的，所述限制层包括依次贴合的内侧弹性层、纸质层和外侧弹性层。

可选的，使用3D打印，将超弹性硅胶注入模具，分别形成所述软体手指气腔和限制层。

本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

(1)气动果蔬采摘软体手要具有高度的抓握对象适应性，并且能避免对果蔬及周围环境造成破坏。

(2)能够适应采摘对象的柔弱易伤性及个体形状差异性。

(3)结构简单、操作性好、可靠性高、成本低。

(4)传统机械手与果蔬的接触面积通常较小甚至是点接触，这种机器人一般难以通过改变他们的形状以适应多变的抓握对象，难以与果蔬的形状紧密匹配，而软体手具有变形范围大的特点，可以通过变形对被抓取和采摘对象实现良好的包裹性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例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发明的一些实施例，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为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明下底座结构示意图；

图3为本发明上底座结构示意图；

图4为手指气腔结构示意图；

图5为限制层结构示意图；

图6为图5的局部放大示意图；

图7为本发明控制流程示意图；

其中，1下底座；2上底座；3软体手指气腔；4电磁阀；5螺钉；6外侧弹性层；7纸质层；8内侧弹性层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种气动果蔬采摘软体手，以解决上述现有技术存在的问题，可以有效地减小果蔬的损伤率，保证较高的工作效率，同时由于结构简单、可靠性高、成本低等特点，满足农民对专业操作知识接受范围，是一种可以大幅改变自身形状和尺寸并且具有无限自由度的新型机械手。

本发明提供的气动果蔬采摘软体手，包括底座和多根软体手指，底座包括镶嵌结合的上底座和下底座，软体手指包括软体手指气腔和限制层，软体手指气腔固定在底座上且底端与气泵连接，限制层贴设在软体手指气腔的内侧。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

请参考图1-7，其中，图1为本发明的整体结构示意图；图2为本发明下底座结构示意图；图3为本发明上底座结构示意图；图4为手指气腔结构示意图；图5为限制层结构示意图；图6为图5的局部放大示意图；图7为本发明控制流程示意图。

如图1-7所示，本发明提供一种气动果蔬采摘软体手具有结构简单、操作方便、控制容易等特点。为了实现软体手可以大范围变形，软体机械手的材料采用超弹性硅胶，利用3D打印机将设计好的模具以及软体手的底座打印出来，然后将硅胶倒入模具中，等成型后取出与软体手的底座等距组装即可。组装完成后，将软体手与气泵连接，控制模块通过控制气泵来实现软体手的抓取和采摘等动作。

根据上述发明构思，本发明采用下述技术方案：

本发明的气动果蔬采摘软体手，使用3D打印机将软体手的底座和制作软体手指的模具打印出来，将超弹性硅胶注入模具中，分别形成软体手指气腔3和限制层，其限制层由外侧弹性层6、内侧弹性层8和中间层延展性差的纸质层7组成，等成型后取出软体手指分三个与底座等120°组装，其中为了保证装置的气密性，上下底座的组装采用镶嵌式，并且采用螺钉5固定。组装完成之后，将软体手连接气泵。

气泵通过调节阀向软体手提供气源，电磁阀4的开关由控制器控制。当开关打开时，气泵为对应的软体手指提供气压，根据参考抓取和采摘对象的不同，气动软体手的弯曲程度也会发生相应的变化，从而实现对不同形状和种类果蔬的抓取和采摘。

更具体地，本发明气动果蔬采摘软体手由四部分构成，分别为下底座1、上底座2、软体手指和控制系统。

如图1所示，下底座1和上底座2经过3D打印制作而成，具有质量轻、强度大的特点。为了保证装置的气密性，上下底座的组装采用镶嵌式，如图2和图3所示，同时采用螺钉5固定。

如图4和图5所示软体手指的组成，软体手指由软体手指气腔3和限制层组成，限制层分为外侧弹性层6和内侧8，在两者中间镶嵌有伸展性差的纸质层7，如图6所示，为限制层的组成放大图，在软体手指气腔3可以通过气室内部气压使得软体手指气腔3产生膨胀变形，而这时会受到底部纸质层7的作用，从而使得软体手单侧产生扩展和弯曲运动。

本发明气动果蔬采摘软体手工作的具体步骤如图7所示。气泵将提供气源，每根软体手指送气管通过开关型电磁阀4连接到供气系统，电磁阀4的动作指令由控制器控制。当电磁阀4打开时，供气系统为相应的软体手指提供一定的气压，控制该软体手指气囊的膨胀和收缩，三根软体手指通过控制器共同控制完成抓取和采摘的动作。

本发明中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.气动果蔬采摘软体手，其特征在于：包括底座、多根软体手指和控制系统，所述底座包括镶嵌结合的上底座和下底座，所述软体手指包括软体手指气腔和限制层，所述软体手指气腔固定在所述底座上且底端与气泵连接，所述限制层贴设在所述软体手指气腔的内侧；所述气泵与所述控制系统连接。

2.根据权利要求1所述的气动果蔬采摘软体手，其特征在于：所述上底座和下底座还通过固定螺钉固定。

3.根据权利要求1所述的气动果蔬采摘软体手，其特征在于：所述上底座和下底座为3D打印而成。

4.根据权利要求1所述的气动果蔬采摘软体手，其特征在于：所述软体手指的数量为三根，且三根所述软体手指呈120°角均布在所述底座上。

5.根据权利要求1所述的气动果蔬采摘软体手，其特征在于：所述软体手指气腔的末端依次穿过所述上底座和下底座后通过电磁阀与气泵的供气管连接，所述电磁阀与所述控制系统连接。

6.根据权利要求1所述的气动果蔬采摘软体手，其特征在于：所述限制层包括依次贴合的内侧弹性层、纸质层和外侧弹性层。

7.根据权利要求1所述的气动果蔬采摘软体手，其特征在于：使用3D打印，将超弹性硅胶注入模具，分别形成所述软体手指气腔和限制层。