CN108406757A - 一种机械手及机械手运动方法 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供的机械手及机械手运动方法，机械手包括至少两个曲面爪、分别驱动至少两个曲面爪的舵机以及舵机基座，舵机基座的一侧与舵机固定连接，舵机基座的远离舵机的一侧与支撑杆固定连接；舵机基座的远离支撑杆的一侧设置有距离传感器，距离传感器位于至少两个曲面爪之间，舵机基座的表面还设置有色彩传感器，距离传感器以及色彩传感器均与主控制器连接。色彩传感器可以获取水果的色彩并发给主控制器，主控制器判断水果是否已经成熟，若是，则主控制器再根据距离传感器传回的数据判断是否接近水果，若是，则主控制器驱动至少两个曲面爪抓取水果。与现有技术相比，可以避免人工采摘效率低，易造成果实损伤的不足。

Description

一种机械手及机械手运动方法

技术领域

本申请涉及机械控制领域，具体而言，涉及一种机械手及机械手运动方法。

背景技术

市场上存在的适合苹果、桃、梨等水果采摘的机械较为简单，无法适应摘取水果复杂多变的摘取条件；若采取人工采摘的做法，则具有采摘工作量大，效率低，且极易造成果实损伤的不足，甚至可能发生采摘人员跌落地面，而造成人身事故的可能。并且对于水果而言，单果成熟期不一致，判断水果是否成熟主要靠人眼，采摘水果效率较差。

申请内容

有鉴于此，本申请实施例提供了一种机械手及机械手运动方法。

第一方面，本申请实施例提供了一种机械手，所述机械手包括至少两个曲面爪、分别驱动所述至少两个曲面爪的舵机以及舵机基座，所述舵机基座的一侧与所述舵机固定连接，所述舵机基座的远离所述舵机的一侧与支撑杆固定连接；所述舵机基座的远离所述支撑杆的一侧设置有距离传感器，所述距离传感器位于所述至少两个曲面爪之间，所述舵机基座的表面还设置有色彩传感器，所述距离传感器以及所述色彩传感器均与主控制器连接。

在一个可能的设计中，还包括推手以及推手舵机，所述推手舵机设置于所述舵机基座的远离所述支撑杆的一侧，所述推手舵机通过推杆与所述推手连接，所述推手的运动方向与所述至少两个曲面爪中的每个曲面爪的运动方向垂直。

推手可以在推手舵机的控制下推向至少两个曲面爪之间的位置，从而推动夹持在至少两个曲面爪之间的水果，完成水果采集之后的回收工作。

在一个可能的设计中，还包括回收网，所述回收网设置于所述舵机基座的边缘位置，且所述回收网远离所述推手。

回收网设置在与推手的运动方向的延长线上，从而可以与推手配合，回收被推手推动的水果。

在一个可能的设计中，所述色彩传感器设置于所述推手的远离所述推杆的一侧。

色彩传感器具体可以设置在推手的远离推杆的一侧，色彩传感器设置在推手上，可以避免被曲面爪遮挡，更好地获取目标水果的颜色。

在一个可能的设计中，所述至少两个曲面爪中的每个与舵机基座之间均设置有支撑架，所述支撑架用于支撑所述至少两个曲面爪；所述至少两个曲面爪中的每个与所述支撑架之间均设置有压力传感器。

压力传感器设置在曲面爪与支撑架之间，压力传感器可以用来测量曲面爪对所夹持的水果所施加的压力，当确认压力超过预设压力值时，则可以认为握紧水果，从而可以将水果摘下。

在一个可能的设计中，所述支撑杆包括第一支撑支杆以及第二支撑支杆，所述第一支撑支杆与所述第二支撑支杆活动连接，所述第一支撑支杆的远离所述第二支撑支杆的一端与所述舵机基座固定连接，所述舵机基座可随所述第一支撑支杆的运动而移动。

第一支撑支杆可以相对第二支撑支杆运动，从而可以带动舵机基座移动，然后完成曲面爪握紧水果之后的摘取动作以及曲面爪抓取水果之前的靠近动作。

在一个可能的设计中，所述第二支撑支杆的靠近所述第一支撑支杆的一端设有中空容置腔，所述第一支撑支杆的靠近所述第二支撑支杆的一端伸入所述中空容置腔内；所述中空容置腔内还设置有弹簧，所述弹簧至于所述第一支撑支杆与所述第二支撑支杆之间。

第二支撑支杆与第一支撑支杆具体可以通过中空容置腔相配合，当然第二支撑支杆与第一支撑支杆也可以通过其他的方式相互配合，两者之间的配合方式不应该理解为是对本申请的限制。

在一个可能的设计中，所述第二支撑支杆为中空支杆，所述第二支撑支杆内设置有拉绳，所述第二支撑支杆的远离所述第一支撑支杆的一端设置有驱动电机，所述驱动电机通过所述拉绳与所述第一支撑支杆的远离所述舵机基座的一端连接。

具体地，当需要第二支撑支杆下降时，可以开启驱动电机使驱动电机沿第一方向移动从而拉紧拉绳，从而降低第二支撑支杆的高度；当需要第二支撑支杆上升时，可以使驱动电机沿第二方向移动从而放松拉绳，由于拉绳被放松，且中空容置腔内的弹簧的弹性作用，使得第二支撑支杆上升。

在一个可能的设计中，所述驱动电机为推杆电机。

驱动电机具体可以为推杆电机，电动推杆是一种将电动机的旋转运动转变为推杆的直线往复运动的电力驱动装置，因此可以通过推杆的直线往复运动拉紧或放松拉绳。

第二方面，本申请实施例提供了一种机械手运动方法，所述方法包括：主控制器获取色彩传感器发送的真实水果色彩；所述主控制器判断所述真实水果色彩的色彩值是否处于预设色彩值范围内；若是，所述主控制器接收距离传感器发送的真实距离值；所述主控制器判断所述真实距离值是否小于预设距离值；若是，所述主控制器控制舵机转动从而控制至少两个曲面爪转动，从而完成水果的抓取。

本申请实施例提供的机械手及机械手运动方法的有益效果为：

本申请实施例提供的机械手及机械手运动方法，所述机械手包括至少两个曲面爪、分别驱动所述至少两个曲面爪的舵机以及舵机基座，所述舵机基座的一侧与所述舵机固定连接，所述舵机基座的远离所述舵机的一侧与支撑杆固定连接；所述舵机基座的远离所述支撑杆的一侧设置有距离传感器，所述距离传感器位于所述至少两个曲面爪之间，所述舵机基座的表面还设置有色彩传感器，所述距离传感器以及所述色彩传感器均与主控制器连接。色彩传感器可以获取水果的色彩并发给主控制器，主控制器判断水果是否已经成熟，若是，则主控制器再根据距离传感器传回的数据判断是否接近水果，若是，则主控制器驱动至少两个曲面爪抓取水果。与现有技术相比，可以避免人工采摘效率低，易造成果实损伤的不足。

为使本申请实施例所要实现的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚的说明本申请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的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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是本申请第一实施例提供的机械手的结构示意图；

图2是图1中I部分的具体结构示意图；

图3是本申请第一实施例提供的机械手的另一视角的结构示意图；

图4是本申请第一实施例提供的机械手的又一视角的结构示意图；

图5是图4中II部分的具体结构示意图；

图6是本申请第一实施例提供的机械手的具体结构示意图；

图7是本申请第二实施例提供的机械手运动方法的流程示意图。

图标：曲面爪110；曲面爪舵机120；舵机基座130；距离传感器131；色彩传感器132；主控制器133；推手舵机134；推手135；推杆136；支撑杆140；第一支撑支杆141；第二支撑支杆142；中空容置腔143；弹簧144；拉绳145；驱动电机146；回收网150；支撑架160；压力传感器161。

具体实施方式

第一实施例

请参见图1，图1共同示出了本申请第一实施例提供的成分检测本申请实施例提供了一种机械手，所述机械手包括至少两个曲面爪110、分别驱动所述至少两个曲面爪110的曲面爪舵机120以及舵机基座130。

所述舵机基座130的一侧与所述曲面爪舵机120固定连接，所述舵机基座130的远离所述舵机的一侧与支撑杆140固定连接。

详情请参见图3，所述舵机基座130的远离所述支撑杆140的一侧设置有距离传感器131，所述距离传感器131位于所述至少两个曲面爪110之间。距离传感器131具体可以为超声波距离传感器131，当然，也可以为其他类型的距离传感器131，例如红外距离传感器131，距离传感器131的具体类型不应该理解为是对本申请的限制。

所述舵机基座130的表面还设置有色彩传感器132，色彩传感器132又叫颜色识别传感器或颜色传感器，它是将物体颜色同参考颜色进行比较来检测颜色的传感器，当两个颜色在一定的误差范围内相吻合时，可输出检测结果。所述距离传感器131以及所述色彩传感器132均与主控制器133连接。

主控制器133的型号为STM32F103RCT6，主控制器133可以根据距离传感器131以及色彩传感器132传回的数据信息控制多种舵机的运行。

具体地，舵机可以包括曲面爪舵机120，曲面爪舵机120可以控制曲面爪110的运动，具体地，曲面爪舵机120通过带动半齿轮臂移动从而带动曲面爪110的移动。半齿轮臂具体可以有两个，两个半齿轮臂可通过半齿轮啮合，啮合的角度为180度。曲面爪110的曲面可充分利用主控制器133驱动曲面爪舵机120的夹持力，使水果的夹持更加稳固。

该机械手具体还可以包括推手135以及推手舵机134，请参见图2，所述推手舵机134设置于所述舵机基座130的远离所述支撑杆140的一侧，所述推手舵机134通过推杆136与所述推手135连接，所述推手135的运动方向与所述至少两个曲面爪110中的每个曲面爪110的运动方向垂直。请参见图2，至少两个曲面爪110具体可以为两个曲面爪110，两个曲面爪110通过相互运动实现对水果的抓紧或放开，推手135可以伸入两个曲面爪110围成的空间之间，从而推动被夹持在两个曲面爪110之间的水果。

推手135可以在推手舵机134的控制下推向至少两个曲面爪110之间的位置，从而推动夹持在至少两个曲面爪110之间的水果，完成水果采集之后的回收工作。

请参见图3，该机械手还包括回收网150，所述回收网150设置于所述舵机基座130的边缘位置，且所述回收网150远离所述推手135。

回收网150设置在与推手135的运动方向的延长线上，从而可以与推手135配合，回收被推手135推动的水果。推手135可以将被夹持在两个曲面爪110之间的水果推入回收网150内，从而完成水果的收集工作。

所述色彩传感器132设置于所述推手135的远离所述推杆136的一侧。色彩传感器132具体可以设置在推手135的远离推杆136的一侧，色彩传感器132设置在推手135上，可以避免被曲面爪110遮挡，更好地获取目标水果的颜色。

请参见图2和图3，每个曲面爪110与舵机基座130之间均设置有支撑架160，所述支撑架160用于支撑所述至少两个曲面爪110，曲面爪舵机120可以通过驱动半齿轮臂带动支撑架160的移动，从而带动曲面爪110的移动；每个曲面爪110与所述支撑架160之间均设置有压力传感器161。

压力传感器161设置在曲面爪110与支撑架160之间，压力传感器161可以用来测量曲面爪110对所夹持的水果所施加的压力，当确认压力超过预设压力值时，则可以认为握紧水果，从而可以将水果摘下。

所述支撑杆140包括第一支撑支杆141以及第二支撑支杆142，所述第一支撑支杆141与所述第二支撑支杆142活动连接，所述第一支撑支杆141的远离所述第二支撑支杆142的一端与所述舵机基座130固定连接，所述舵机基座130可随所述第一支撑支杆141的运动而移动。

第一支撑支杆141可以相对第二支撑支杆142运动，从而可以带动舵机基座130移动，然后完成曲面爪110握紧水果之后的摘取动作以及曲面爪110抓取水果之前的靠近动作。

请参见图1，所述第二支撑支杆142的靠近所述第一支撑支杆141的一端设有中空容置腔143，所述第一支撑支杆141的靠近所述第二支撑支杆142的一端伸入所述中空容置腔143内；所述中空容置腔143内还设置有弹簧144，所述弹簧144至于所述第一支撑支杆141与所述第二支撑支杆142之间。

请参见图6，图6示出了第一支撑支杆141与第二支撑支杆142相配合的一种具体实施方式，中空容置腔143开设有可容纳第一支撑支杆141杆身的通孔，第一支撑支杆141靠近第二支撑支杆142的一端的直径大于第一支撑支杆141的杆身的直径，从而使得第一支撑支杆141不易从中空容置腔143中脱出。弹簧144设置于中空容置腔143中远离第一支撑支杆141的一侧，由于弹性作用可以支撑第一支撑支杆141处于伸展状态。

第二支撑支杆142与第一支撑支杆141具体可以通过中空容置腔143相配合，当然第二支撑支杆142与第一支撑支杆141也可以通过其他的方式相互配合，两者之间的配合方式不应该理解为是对本申请的限制。

该机械手还包括一电源模块，该电源模块具体可以为大功率的12V锂电池，可实现充电及放电功能，为机械手提供一次工作时间内充足的电量。

所述第二支撑支杆142为中空支杆，所述第二支撑支杆142内设置有拉绳145，请参见图1和图4，所述第二支撑支杆142的远离所述第一支撑支杆141的一端设置有驱动电机146，所述驱动电机146通过所述拉绳145与所述第一支撑支杆141的远离所述舵机基座130的一端连接。

具体地，当需要第二支撑支杆142下降时，可以开启驱动电机146使驱动电机146沿第一方向移动从而拉紧拉绳145，从而降低第二支撑支杆142的高度；当需要第二支撑支杆142上升时，可以使驱动电机146沿第二方向移动从而放松拉绳145，由于拉绳145被放松，且中空容置腔143内的弹簧144的弹性作用，使得第二支撑支杆142上升。

驱动电机146具体可以为推杆136电机，电动推杆136是一种将电动机的旋转运动转变为推杆136的直线往复运动的电力驱动装置，因此可以通过推杆136的直线往复运动拉紧或放松拉绳145。推杆136电机采用优质铝合金为材料，机构设计精密，重量轻，采用直流电机粉末冶金齿轮减速，内置限位开关设计，可实现行程走完自动停止功能，节能环保耐用。具体可以选用最大推力为1300N，速度7mm/s的推杆136电机。当然，实现第一支撑支杆141与第二支撑支杆142之间相互移动的方式不应该理解为是对本申请的限制。推杆136电机具体可以通过NRF24L01通信模块实现主控制器133与驱动电机146的通信。

本申请第一实施例提供的机械手可以先通过色彩传感器132判断欲采集的水果是否成熟；若是，再通过距离传感器131判断曲面爪110距离水果的距离是否在曲面爪110可抓取的范围内；若是，主控制器133驱动曲面爪舵机120转动，从而带动半齿轮臂移动，使两个曲面爪110抓合水果。压力传感器161向主控制器133传递曲面爪110的抓合压力的数值，以使主控制器133判断是否已经抓牢水果；若是，主控制器133向驱动电机146发出驱动信号，从而拉紧拉绳145，使得第一支撑支杆141向靠近第二支撑支杆142的方向移动，完成水果的摘取。与现有技术相比，本申请提供的机械手可以完成从判断水果是否成熟到对成熟水果的摘取的一系列动作，与人工摘取相比，效率得到了明显的提高。

第二实施例

请参见图7，图7示出了本申请第二实施例提供了一种机械手运动方法，所述方法包括如下步骤：

步骤S110，主控制器133获取色彩传感器132发送的真实水果色彩。

色彩传感器132可以获取欲采集水果的颜色，并且把获取到的颜色发给主控制器133。

步骤S120，所述主控制器133判断所述真实水果色彩的色彩值是否处于预设色彩值范围内，若是，执行步骤S130。

主控制器133中预先存储有成熟水果的颜色，主控制器133可以将色彩传感器132获取到的颜色与预先存储的颜色值范围相比较，即判断真实水果色彩的色彩值是否处于预设色彩值范围内，是的话，意味着欲采集的水果已经成熟，则执行步骤S130。

步骤S130，所述主控制器133接收距离传感器131发送的真实距离值。

距离传感器131用于判断采集水果的曲面爪110与待采集水果之间的距离，并且将距离发送到主控制器133。

步骤S140，所述主控制器133判断所述真实距离值是否小于预设距离值，若是，执行步骤S150。

主控制器133判断曲面爪110与待采集水果之间的距离，若前述的距离小于预设距离值，则说明水果在曲面爪110可抓取的范围内，则执行步骤S150。

步骤S150，所述主控制器133控制曲面爪舵机120转动从而控制至少两个曲面爪110转动，从而完成水果的抓取。

主控制器133通过控制曲面爪舵机120而控制两个曲面爪110抓合，完成对水果的抓取动作。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的方法的具体工作过程，可以参考前述设备中的对应过程，在此不再过多赘述。

本申请实施例提供的机械手及机械手运动方法，所述机械手包括至少两个曲面爪110、分别驱动所述至少两个曲面爪110的舵机以及舵机基座130，所述舵机基座130的一侧与所述舵机固定连接，所述舵机基座130的远离所述舵机的一侧与支撑杆140固定连接；所述舵机基座130的远离所述支撑杆140的一侧设置有距离传感器131，所述距离传感器131位于所述至少两个曲面爪110之间，所述舵机基座130的表面还设置有色彩传感器132，所述距离传感器131以及所述色彩传感器132均与主控制器133连接。色彩传感器132可以获取水果的色彩并发给主控制器133，主控制器133判断水果是否已经成熟，若是，则主控制器133再根据距离传感器131传回的数据判断是否接近水果，若是，则主控制器133驱动至少两个曲面爪110抓取水果。与现有技术相比，可以避免人工采摘效率低，易造成果实损伤的不足。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所设计的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种机械手，其特征在于，所述机械手包括至少两个曲面爪、分别驱动所述至少两个曲面爪的曲面爪舵机以及舵机基座，所述舵机基座的一侧与所述曲面爪舵机固定连接，所述舵机基座的远离所述曲面爪舵机的一侧与支撑杆固定连接；

所述舵机基座的远离所述支撑杆的一侧设置有距离传感器，所述距离传感器位于所述至少两个曲面爪之间，所述舵机基座的表面还设置有色彩传感器，所述距离传感器以及所述色彩传感器均与主控制器连接。

2.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于，还包括推手以及推手舵机，所述推手舵机设置于所述舵机基座的远离所述支撑杆的一侧，所述推手舵机通过推杆与所述推手连接，所述推手的运动方向与所述至少两个曲面爪中的每个曲面爪的运动方向垂直。

3.根据权利要求2所述的机械手，其特征在于，还包括回收网，所述回收网设置于所述舵机基座的边缘位置，且所述回收网远离所述推手。

4.根据权利要求2所述的机械手，其特征在于，所述色彩传感器设置于所述推手的远离所述推杆的一侧。

5.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于，所述至少两个曲面爪中的每个与舵机基座之间均设置有支撑架，所述支撑架用于支撑所述至少两个曲面爪；

所述至少两个曲面爪中的每个与所述支撑架之间均设置有压力传感器。

6.根据权利要求1所述的机械手，其特征在于，所述支撑杆包括第一支撑支杆以及第二支撑支杆，所述第一支撑支杆与所述第二支撑支杆活动连接，所述第一支撑支杆的远离所述第二支撑支杆的一端与所述舵机基座固定连接，所述舵机基座可随所述第一支撑支杆的运动而移动。

7.根据权利要求6所述的机械手，其特征在于，所述第二支撑支杆的靠近所述第一支撑支杆的一端设有中空容置腔，所述第一支撑支杆的靠近所述第二支撑支杆的一端伸入所述中空容置腔内；所述中空容置腔内还设置有弹簧，所述弹簧至于所述第一支撑支杆与所述第二支撑支杆之间。

8.根据权利要求7所述的机械手，其特征在于，所述第二支撑支杆为中空支杆，所述第二支撑支杆内设置有拉绳，所述第二支撑支杆的远离所述第一支撑支杆的一端设置有驱动电机，所述驱动电机通过所述拉绳与所述第一支撑支杆的远离所述舵机基座的一端连接。

9.根据权利要求8所述的机械手，其特征在于，所述驱动电机为推杆电机。

10.一种机械手运动方法，其特征在于，所述方法包括：

主控制器获取色彩传感器发送的真实水果色彩；

所述主控制器判断所述真实水果色彩的色彩值是否处于预设色彩值范围内；

若是，所述主控制器接收距离传感器发送的真实距离值；

所述主控制器判断所述真实距离值是否小于预设距离值；

若是，所述主控制器控制曲面爪舵机转动从而控制至少两个曲面爪转动，从而完成水果的抓取。