專(zhuān)利名稱：果蔬采摘欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手爪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
果蔬采摘欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手爪技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型屬于機(jī)器人應(yīng)用領(lǐng)域，特別適用于農(nóng)業(yè)工業(yè)化生產(chǎn)中一種果蔬采摘欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手。
背景技術(shù)：
[0002]果品采摘作業(yè)是水果生產(chǎn)鏈中最耗時(shí)、最費(fèi)力的一個(gè)環(huán)節(jié)。采摘作業(yè)季節(jié)性強(qiáng)、勞動(dòng)強(qiáng)度大、費(fèi)用高，因此保證果實(shí)適時(shí)采收、降低收獲作業(yè)費(fèi)用是農(nóng)業(yè)增收的重要途徑。由于采摘作業(yè)的復(fù)雜性，采摘自動(dòng)化程度仍然很低。目前，國(guó)內(nèi)水果采摘作業(yè)基本上都是人工進(jìn)行，其費(fèi)用約占成本的509Γ70%，并且時(shí)間較為集中。采摘機(jī)器人作為農(nóng)業(yè)機(jī)器人的重要類(lèi)型，其作用在于能夠降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度和生產(chǎn)費(fèi)用、提高勞動(dòng)生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量、保證果實(shí)適時(shí)采收，因而具有很大發(fā)展?jié)摿?。[0003]由于果蔬的外表較為脆弱，而它的形狀及生長(zhǎng)狀況復(fù)雜，因此末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)通常被認(rèn)為是農(nóng)業(yè)機(jī)器人的核心技術(shù)之一。發(fā)明內(nèi)容[0004]本實(shí)用新型的目的是實(shí)現(xiàn)果蔬的包絡(luò)抓取和無(wú)損采摘。[0005]本實(shí)用新型的驅(qū)動(dòng)機(jī)械手爪主要包括機(jī)架、驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和手指機(jī)構(gòu)。[0006]機(jī)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，且位于上底座下方，機(jī)架與步進(jìn)電機(jī)螺栓連接。[0007]驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括步進(jìn)電機(jī)、螺桿、螺母、升降平臺(tái)和導(dǎo)向柱；螺桿固定于步進(jìn)電機(jī)正上方，升降平臺(tái)與螺母螺栓連接，導(dǎo)向柱與下底座螺柱連接。[0008]手指機(jī)構(gòu)包括遠(yuǎn)指、中指、近指、第一連桿、第二連桿、第三連桿、第四連桿、驅(qū)動(dòng)桿、第一扭簧和第二扭簧；遠(yuǎn)指和中指、中指和近指、遠(yuǎn)指和第一連桿、第一連桿和第四連桿、第四連桿和第二連桿、第二連桿和第三連桿、第三連桿和驅(qū)動(dòng)桿、中指和第四連桿、近指和第三連桿，通過(guò)轉(zhuǎn)軸聯(lián)接；第一扭簧套在遠(yuǎn)指和中指聯(lián)接的轉(zhuǎn)軸上，第二扭簧套在近指和第四連桿聯(lián)接的轉(zhuǎn)軸之上；[0009]所述遠(yuǎn)指關(guān)節(jié)表面裝有觸力傳感器；[0010]所述升降平臺(tái)上孔的個(gè)數(shù)為多個(gè)，可同時(shí)安裝手指機(jī)構(gòu)；[0011]所述轉(zhuǎn)軸全部選用鉚釘，采用鉚接的方式聯(lián)接相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)部件。[0012]本實(shí)用新型的有益效果[0013](1)通用性和靈活性強(qiáng)，無(wú)需更換或只需很少的調(diào)整就可以抓取不同類(lèi)型的果蔬。 (2)機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、可控性好、易于操作和維護(hù)。(3)穩(wěn)定性好，主動(dòng)適應(yīng)性強(qiáng)，采用了觸力傳感器控制抓取力度，可以實(shí)現(xiàn)果蔬的無(wú)損采摘。[0014]總得來(lái)說(shuō)，通過(guò)對(duì)末端執(zhí)行器進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，發(fā)明了一種具有驅(qū)動(dòng)元件少，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)的機(jī)械手爪。提高了對(duì)物體形狀的自適應(yīng)能力，增強(qiáng)了抓取的穩(wěn)定性，能夠?qū)崿F(xiàn)期望的抓取功能。

[0015]圖1是本實(shí)用新型裝配圖；[0016]圖2是本實(shí)用新型的機(jī)架及驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)裝配圖；[0017]圖3是本實(shí)用新型的手指裝配圖主視圖；[0018]圖4是本實(shí)用新型的手指裝配圖左視圖。
具體實(shí)施方式
[0019]
以下結(jié)合附圖進(jìn)一步說(shuō)明本實(shí)用新型[0020]如圖1所示，本實(shí)用新型的驅(qū)動(dòng)機(jī)械手爪主要包括機(jī)架1、驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2和手指機(jī)構(gòu)3。[0021]如圖2所示，機(jī)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，位于上底座4下方，機(jī)架1與步進(jìn)電機(jī)8螺栓連接。[0022]驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)2包括步進(jìn)電機(jī)8、螺桿9、螺母10、升降平臺(tái)11和導(dǎo)向柱12 ；螺桿 9固定于步進(jìn)電機(jī)8正上方，升降平臺(tái)11與螺母10螺栓連接，導(dǎo)向柱12與下底座7螺柱連接。工作狀態(tài)中，步進(jìn)電機(jī)8旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)螺桿9，螺桿9的轉(zhuǎn)動(dòng)又使得螺母10沿螺桿9移動(dòng)， 同時(shí)帶動(dòng)聯(lián)接的升降平臺(tái)11上下移動(dòng)，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)手指機(jī)構(gòu)3。[0023]如圖3所示，手指機(jī)構(gòu)3包括遠(yuǎn)指13、中指14、近指15、第一連桿16、第二連桿17、 第三連桿18、第四連桿19、驅(qū)動(dòng)桿20、第一扭簧21和第二扭簧22 ；遠(yuǎn)指13和中指14、中指 14和近指15、遠(yuǎn)指13和第一連桿16、第一連桿16和第四連桿19、第四連桿19和第二連桿 17、第二連桿17和第三連桿18、第三連桿18和驅(qū)動(dòng)桿20、中指14和第四連桿19、近指15 和第三連桿18，通過(guò)轉(zhuǎn)軸聯(lián)接；[0024]如圖4所示，第一扭簧21套在遠(yuǎn)指13和中指14聯(lián)接的轉(zhuǎn)軸上，限制遠(yuǎn)指13和中指14這兩個(gè)關(guān)節(jié)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，第二扭簧22套在近指15和第四連桿19聯(lián)接的轉(zhuǎn)軸之上，限制近指15和第四連桿19的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)。[0025]所述手指機(jī)構(gòu)3在每個(gè)手指的遠(yuǎn)指13關(guān)節(jié)表面裝有觸力傳感器23 ；[0026]所述的升降平臺(tái)11上聯(lián)接的孔的個(gè)數(shù)可增加，增加后就可驅(qū)動(dòng)多個(gè)手指機(jī)構(gòu)3 ；[0027]所述的轉(zhuǎn)軸全部選用鉚釘，采用鉚接的方式聯(lián)接相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)部件；[0028]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。[0029]本實(shí)用新型手指機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)采用欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，該機(jī)構(gòu)動(dòng)作靈巧，具有較高的柔性操作能力，其特點(diǎn)是需要驅(qū)動(dòng)的主動(dòng)件數(shù)量少于其自由度數(shù)量，這里每個(gè)手指機(jī)構(gòu)具有3 個(gè)自由度，三個(gè)手指機(jī)構(gòu)就具有9個(gè)自由度，本實(shí)用新型的驅(qū)動(dòng)元件為步進(jìn)電機(jī)，通過(guò)螺桿傳動(dòng)，將步進(jìn)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)力轉(zhuǎn)化為可以驅(qū)動(dòng)該升降平臺(tái)上下運(yùn)動(dòng)的推力，用來(lái)驅(qū)動(dòng)，手指機(jī)構(gòu)的抓取。[0030]步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)手指機(jī)構(gòu)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，當(dāng)近指碰到物體時(shí)該近指停止運(yùn)動(dòng)，然后步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)力不斷增大，當(dāng)驅(qū)動(dòng)力增大到能使第二扭簧開(kāi)始扭轉(zhuǎn)時(shí)，中指也開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，當(dāng)中指也接觸物體時(shí)該中指也停止運(yùn)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)力繼續(xù)增大使第一扭簧開(kāi)始運(yùn)動(dòng)時(shí)，遠(yuǎn)指開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，當(dāng)遠(yuǎn)指接觸物體時(shí)，，遠(yuǎn)指上的觸力傳感器在會(huì)產(chǎn)生電壓信號(hào)，該電壓信號(hào)會(huì)隨著接觸力大小變化而變化；遠(yuǎn)指上的接觸力隨著驅(qū)動(dòng)力增大而不斷增大，遠(yuǎn)指上的觸力傳感器不斷反饋處理器接觸力的大小，當(dāng)接觸力大小達(dá)到合適的值時(shí)，電機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)，完成整個(gè)包絡(luò)抓取過(guò)程。[0031] 該手爪具有很好的自適應(yīng)抓取物體的能力，能保證對(duì)不同幾何特征物體的有效抓取。同時(shí)也可以通過(guò)觸力傳感器來(lái)限定抓取力度的上限，實(shí)現(xiàn)了無(wú)損采摘。
權(quán)利要求1.果蔬采摘欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手爪，包括機(jī)架、驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和手指機(jī)構(gòu)， 其特征在于機(jī)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，且位于上底座下方，機(jī)架與步進(jìn)電機(jī)螺栓連接；驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括步進(jìn)電機(jī)、螺桿、螺母、升降平臺(tái)和導(dǎo)向柱；螺桿固定于步進(jìn)電機(jī)正上方，升降平臺(tái)與螺母螺栓連接，導(dǎo)向柱與下底座螺柱連接；手指機(jī)構(gòu)包括遠(yuǎn)指、中指、近指、第一連桿、第二連桿、第三連桿、第四連桿、驅(qū)動(dòng)桿、第一扭簧和第二扭簧；遠(yuǎn)指和中指、中指和近指、遠(yuǎn)指和第一連桿、第一連桿和第四連桿、第四連桿和第二連桿、第二連桿和第三連桿、第三連桿和驅(qū)動(dòng)桿、中指和第四連桿、近指和第三連桿，通過(guò)轉(zhuǎn)軸聯(lián)接；第一扭簧套在遠(yuǎn)指和中指聯(lián)接的轉(zhuǎn)軸上，第二扭簧套在近指和第四連桿聯(lián)接的轉(zhuǎn)軸之上；所述遠(yuǎn)指關(guān)節(jié)表面裝有觸力傳感器；所述升降平臺(tái)上孔的個(gè)數(shù)為多個(gè)，可同時(shí)安裝手指機(jī)構(gòu)；所述轉(zhuǎn)軸全部選用鉚釘，采用鉚接的方式聯(lián)接相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的兩個(gè)部件。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型公開(kāi)了果蔬采摘欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手爪。目前國(guó)內(nèi)水果采摘作業(yè)基本上都是人工進(jìn)行。本實(shí)用新型包括機(jī)架、驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和手指機(jī)構(gòu)，具體包括上底座、手指固定件、支撐柱、下底座、步進(jìn)電機(jī)、螺桿、螺母、升降平臺(tái)、導(dǎo)向柱、遠(yuǎn)指、中指、近指、第一連桿、第二連桿、第三連桿、第四連桿、驅(qū)動(dòng)桿、第一扭簧和第二扭簧；本實(shí)用新型采用一個(gè)步進(jìn)電機(jī)同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)手指的同時(shí)，采用欠驅(qū)動(dòng)手指機(jī)構(gòu)，并使用扭簧作為限制機(jī)構(gòu)，使之具有包絡(luò)抓取功能；手爪面裝有接觸力傳感器，能通過(guò)對(duì)接觸力的檢測(cè)反饋控制抓取力度。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于控制，提高了對(duì)物體形狀的自適應(yīng)能力，增強(qiáng)了抓取穩(wěn)定性，從而實(shí)現(xiàn)果蔬的無(wú)損采摘。
文檔編號(hào)B25J9/08GK202292762SQ20112041001
公開(kāi)日2012年7月4日 申請(qǐng)日期2011年10月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月25日
發(fā)明者林龍賢, 金波 申請(qǐng)人:浙江大學(xué)