一種果蔬採摘欠驅動機械手爪的製作方法
2024-02-24 05:26:15
專利名稱：一種果蔬採摘欠驅動機械手爪的製作方法
技術領域：
本發明屬於機器人應用領域，特別適用於農業工業化生產中一種果蔬採摘欠驅動機械手。
背景技術：
果品採摘作業是水果生產鏈中最耗時、最費力的一個環節。採摘作業季節性強、勞動強度大、費用高，因此保證果實適時採收、降低收穫作業費用是農業增收的重要途徑。由於採摘作業的複雜性，採摘自動化程度仍然很低。目前，國內水果採摘作業基本上都是人工進行，其費用約佔成本的50% 70%，並且時間較為集中。採摘機器人作為農業機器人的重要類型，其作用在於能夠降低工人勞動強度和生產費用、提高勞動生產率和產品質量、保證果實適時採收，因而具有很大發展潛力。由於果蔬的外表較為脆弱，而它的形狀及生長狀況複雜，因此末端執行器的設計通常被認為是農業機器人的核心技術之一。
發明內容
本發明的目的是實現果蔬的包絡抓取和無損採摘。本發明的驅動機械手爪主要包括機架、驅動傳動機構和手指機構。機架包括上底座、手指固定件、支撐柱和下底座；上底座與支撐柱的一端螺柱連接，下底座與支撐柱的另一端螺栓連接；手指固定件與上底座螺栓連接，且位於上底座下方，機架與步進電機螺栓連接。驅動傳動機構包括步進電機、螺杆、螺母、升降平臺和導向柱；螺杆固定於步進電機正上方，升降平臺與螺母螺栓連接，導向柱與下底座螺柱連接。手指機構包括遠指、中指、近指、第一連杆、第二連杆、第三連杆、第四連杆、驅動杆、第一扭簧和第二扭簧；遠指和中指、中指和近指、遠指和第一連杆、第一連杆和第四連杆、第四連杆和第二連杆、第二連杆和第三連杆、第三連杆和驅動杆、中指和第四連杆、近指和第三連杆，通過轉軸聯接；第一扭簧套在遠指和中指聯接的轉軸上，第二扭簧套在近指和第四連杆聯接的轉軸之上；
所述遠指關節表面裝有觸力傳感器；
所述升降平臺上孔的個數為多個，可同時安裝手指機構；
所述的轉軸全部選用鉚釘，採用鉚接的方式聯接相對轉動的兩個部件。本發明的有益效果
(1)通用性和靈活性強，無需更換或只需很少的調整就可以抓取不同類型的果蔬。(2) 機構簡單、成本低、可控性好、易於操作和維護。(3)穩定性好，主動適應性強，採用了觸力傳感器控制抓取力度，可以實現果蔬的無損採摘。
總得來說，通過對末端執行器進行創新設計，發明了一種具有驅動元件少，結構簡單， 控制簡單，通用性強的機械手爪。提高了對物體形狀的自適應能力，增強了抓取的穩定性，能夠實現期望的抓取功能。
圖1是本發明裝配圖2是本發明的機架及驅動傳動機構裝配圖； 圖3是本發明的手指裝配圖主視圖； 圖4是本發明的手指裝配圖左視圖。
具體實施例方式以下結合附圖進一步說明本發明
如圖ι所示，本發明的驅動機械手爪主要包括機架1、驅動傳動機構2和手指機構3。如圖2所示，機架1包括上底座4、手指固定件5、支撐柱6和下底座7 ；上底座4與支撐柱6的一端螺柱連接，下底座7與支撐柱6的另一端螺栓連接；手指固定件5與上底座 4螺栓連接，位於上底座4下方，機架1與步進電機8螺栓連接。驅動傳動機構2包括步進電機8、螺杆9、螺母10、升降平臺11和導向柱12 ；螺杆 9固定於步進電機8正上方，升降平臺11與螺母10螺栓連接，導向柱12與下底座7螺柱連接。工作狀態中，步進電機8旋轉帶動螺杆9，螺杆9的轉動又使得螺母10沿螺杆9移動， 同時帶動聯接的升降平臺11上下移動，進而驅動手指機構3。如圖3所示，手指機構3包括遠指13、中指14、近指15、第一連杆16、第二連杆17、 第三連杆18、第四連杆19、驅動杆20、第一扭簧21和第二扭簧22 ；遠指13和中指14、中指 14和近指15、遠指13和第一連杆16、第一連杆16和第四連杆19、第四連杆19和第二連杆 17、第二連杆17和第三連杆18、第三連杆18和驅動杆20、中指14和第四連杆19、近指15 和第三連杆18，通過轉軸聯接；
如圖4所示，第一扭簧21套在遠指13和中指14聯接的轉軸上，限制遠指13和中指 14這兩個關節相對轉動，第二扭簧22套在近指15和第四連杆19聯接的轉軸之上，限制近指15和第四連杆19的相對轉動。所述手指機構3在每個手指的遠指13關節表面裝有觸力傳感器23 ；
所述的升降平臺11上聯接的孔的個數可增加，增加後就可驅動多個手指機構3 ； 所述的轉軸全部選用鉚釘，採用鉚接的方式聯接相對轉動的兩個部件； 所述的接觸力是觸力傳感器23與接觸的物體之間的作用力。本發明手指機構的設計採用欠驅動機構，該機構動作靈巧，具有較高的柔性操作能力，其特點是需要驅動的主動件數量少於其自由度數量，這裡每個手指機構具有3個自由度，三個手指機構就具有9個自由度，本發明的驅動元件為步進電機，通過螺杆傳動，將步進電機的旋轉力轉化為可以驅動該升降平臺上下運動的推力，用來驅動，手指機構的抓取。步進電機驅動手指機構開始運動，當近指碰到物體時該近指停止運動，然後步進電機驅動力不斷增大，當驅動力增大到能使第二扭簧開始扭轉時，中指也開始運動，當中指也接觸物體時該中指也停止運動，驅動力繼續增大使第一扭簧開始運動時，遠指開始運動， 當遠指接觸物體時，，遠指上的觸力傳感器在會產生電壓信號，該電壓信號會隨著接觸力大小變化而變化；遠指上的接觸力隨著驅動力增大而不斷增大，遠指上的觸力傳感器不斷反饋處理器接觸力的大小，當接觸力大小達到合適的值時，電機停止轉動，完成整個包絡抓取過程。 該手爪具有很好的自適應抓取物體的能力，能保證對不同幾何特徵物體的有效抓取。同時也可以通過觸力傳感器來限定抓取力度的上限，實現了無損採摘。
權利要求
1. 一種果蔬採摘欠驅動機械手爪，包括機架、驅動傳動機構和手指機構， 其特徵在於機架包括上底座、手指固定件、支撐柱和下底座；上底座與支撐柱的一端螺柱連接，下底座與支撐柱的另一端螺栓連接，手指固定件與上底座螺栓連接，且位於上底座下方，機架與步進電機螺栓連接；驅動傳動機構包括步進電機、螺杆、螺母、升降平臺和導向柱；螺杆固定於步進電機正上方，升降平臺與螺母螺栓連接，導向柱與下底座螺柱連接；手指機構包括遠指、中指、近指、第一連杆、第二連杆、第三連杆、第四連杆、驅動杆、第一扭簧和第二扭簧；遠指和中指、中指和近指、遠指和第一連杆、第一連杆和第四連杆、第四連杆和第二連杆、第二連杆和第三連杆、第三連杆和驅動杆、中指和第四連杆、近指和第三連杆，通過轉軸聯接；第一扭簧套在遠指和中指聯接的轉軸上，第二扭簧套在近指和第四連杆聯接的轉軸之上；所述遠指關節表面裝有觸力傳感器；所述升降平臺上孔的個數為多個，可同時安裝手指機構；所述的轉軸全部選用鉚釘，採用鉚接的方式聯接相對轉動的兩個部件。
全文摘要
本發明公開了一種果蔬採摘欠驅動機械手爪。目前國內水果採摘作業基本上都是人工進行。本發明包括機架、驅動傳動機構和手指機構，具體包括上底座、手指固定件、支撐柱、下底座、步進電機、螺杆、螺母、升降平臺、導向柱、遠指、中指、近指、第一連杆、第二連杆、第三連杆、第四連杆、驅動杆、第一扭簧和第二扭簧；本發明採用一個步進電機同時驅動多個手指的同時，採用欠驅動手指機構，並使用扭簧作為限制機構，使之具有包絡抓取功能；手爪面裝有接觸力傳感器，能通過對接觸力的檢測反饋控制抓取力度。本發明結構簡單、易於控制，提高了對物體形狀的自適應能力，增強了抓取穩定性，從而實現果蔬的無損採摘。
文檔編號B25J19/00GK102441892SQ20111032714
公開日2012年5月9日 申請日期2011年10月25日 優先權日2011年10月25日
發明者林龍賢, 金波 申請人:浙江大學