CN202292762U - 果蔬采摘欠驱动机械手爪 - Google Patents

果蔬采摘欠驱动机械手爪 Download PDF

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CN202292762U CN2011204100161U CN201120410016U CN202292762U CN 202292762 U CN202292762 U CN 202292762U CN 2011204100161 U CN2011204100161 U CN 2011204100161U CN 201120410016 U CN201120410016 U CN 201120410016U CN 202292762 U CN202292762 U CN 202292762U
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Abstract

本实用新型公开了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。本实用新型包括机架、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;本实用新型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。本实用新型结构简单、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

果蔬采摘欠驱动机械手爪技术领域[0001] 本实用新型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[0002] 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509Γ70%,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。[0003] 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[0004] 本实用新型的目的是实现果蔬的包络抓取和无损采摘。[0005] 本实用新型的驱动机械手爪主要包括机架、驱动传动机构和手指机构。[0006] 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。[0007] 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。[0008] 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;[0009] 所述远指关节表面装有触力传感器;[0010] 所述升降平台上孔的个数为多个,可同时安装手指机构;[0011] 所述转轴全部选用铆钉,采用铆接的方式联接相对转动的两个部件。[0012] 本实用新型的有益效果:[0013] (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。[0014] 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[0015] 图1是本实用新型装配图;[0016] 图2是本实用新型的机架及驱动传动机构装配图;[0017] 图3是本实用新型的手指装配图主视图;[0018] 图4是本实用新型的手指装配图左视图。具体实施方式[0019] 以下结合附图进一步说明本实用新型:[0020] 如图1所示,本实用新型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。[0021] 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。[0022] 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。[0023] 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;[0024] 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。[0025] 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 ;[0026] 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 ;[0027] 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;[0028] 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。[0029] 本实用新型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,本实用新型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。[0030] 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。[0031] 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.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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