專利名稱：果蔬采摘欠驅(qū)動機械手爪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
果蔬采摘欠驅(qū)動機械手爪技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實用新型屬于機器人應(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)動機械手。
背景技術(shù)：
[0002]果品采摘作業(yè)是水果生產(chǎn)鏈中最耗時、最費力的一個環(huán)節(jié)。采摘作業(yè)季節(jié)性強、勞動強度大、費用高，因此保證果實適時采收、降低收獲作業(yè)費用是農(nóng)業(yè)增收的重要途徑。由于采摘作業(yè)的復(fù)雜性，采摘自動化程度仍然很低。目前，國內(nèi)水果采摘作業(yè)基本上都是人工進行，其費用約占成本的509Γ70%，并且時間較為集中。采摘機器人作為農(nóng)業(yè)機器人的重要類型，其作用在于能夠降低工人勞動強度和生產(chǎn)費用、提高勞動生產(chǎn)率和產(chǎn)品質(zhì)量、保證果實適時采收，因而具有很大發(fā)展?jié)摿?。[0003]由于果蔬的外表較為脆弱，而它的形狀及生長狀況復(fù)雜，因此末端執(zhí)行器的設(shè)計通常被認為是農(nóng)業(yè)機器人的核心技術(shù)之一。發(fā)明內(nèi)容[0004]本實用新型的目的是實現(xiàn)果蔬的包絡(luò)抓取和無損采摘。[0005]本實用新型的驅(qū)動機械手爪主要包括機架、驅(qū)動傳動機構(gòu)和手指機構(gòu)。[0006]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，且位于上底座下方，機架與步進電機螺栓連接。[0007]驅(qū)動傳動機構(gòu)包括步進電機、螺桿、螺母、升降平臺和導(dǎo)向柱；螺桿固定于步進電機正上方，升降平臺與螺母螺栓連接，導(dǎo)向柱與下底座螺柱連接。[0008]手指機構(gòu)包括遠指、中指、近指、第一連桿、第二連桿、第三連桿、第四連桿、驅(qū)動桿、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)動桿、中指和第四連桿、近指和第三連桿，通過轉(zhuǎn)軸聯(lián)接；第一扭簧套在遠指和中指聯(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]所述遠指關(guān)節(jié)表面裝有觸力傳感器；[0010]所述升降平臺上孔的個數(shù)為多個，可同時安裝手指機構(gòu)；[0011]所述轉(zhuǎn)軸全部選用鉚釘，采用鉚接的方式聯(lián)接相對轉(zhuǎn)動的兩個部件。[0012]本實用新型的有益效果[0013](1)通用性和靈活性強，無需更換或只需很少的調(diào)整就可以抓取不同類型的果蔬。 (2)機構(gòu)簡單、成本低、可控性好、易于操作和維護。(3)穩(wěn)定性好，主動適應(yīng)性強，采用了觸力傳感器控制抓取力度，可以實現(xiàn)果蔬的無損采摘。[0014]總得來說，通過對末端執(zhí)行器進行創(chuàng)新設(shè)計，發(fā)明了一種具有驅(qū)動元件少，結(jié)構(gòu)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(yīng)能力，增強了抓取的穩(wěn)定性，能夠?qū)崿F(xiàn)期望的抓取功能。

[0015]圖1是本實用新型裝配圖；[0016]圖2是本實用新型的機架及驅(qū)動傳動機構(gòu)裝配圖；[0017]圖3是本實用新型的手指裝配圖主視圖；[0018]圖4是本實用新型的手指裝配圖左視圖。
具體實施方式
[0019]
以下結(jié)合附圖進一步說明本實用新型[0020]如圖1所示，本實用新型的驅(qū)動機械手爪主要包括機架1、驅(qū)動傳動機構(gòu)2和手指機構(gòu)3。[0021]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，位于上底座4下方，機架1與步進電機8螺栓連接。[0022]驅(qū)動傳動機構(gòu)2包括步進電機8、螺桿9、螺母10、升降平臺11和導(dǎo)向柱12 ；螺桿 9固定于步進電機8正上方，升降平臺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，步進電機8旋轉(zhuǎn)帶動螺桿9，螺桿9的轉(zhuǎn)動又使得螺母10沿螺桿9移動， 同時帶動聯(lián)接的升降平臺11上下移動，進而驅(qū)動手指機構(gòu)3。[0023]如圖3所示，手指機構(gòu)3包括遠指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)動桿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)動桿20、中指14和第四連桿19、近指15 和第三連桿18，通過轉(zhuǎn)軸聯(lián)接；[0024]如圖4所示，第一扭簧21套在遠指13和中指14聯(lián)接的轉(zhuǎn)軸上，限制遠指13和中指14這兩個關(guān)節(jié)相對轉(zhuǎn)動，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的相對轉(zhuǎn)動。[0025]所述手指機構(gòu)3在每個手指的遠指13關(guān)節(jié)表面裝有觸力傳感器23 ；[0026]所述的升降平臺11上聯(lián)接的孔的個數(shù)可增加，增加后就可驅(qū)動多個手指機構(gòu)3 ；[0027]所述的轉(zhuǎn)軸全部選用鉚釘，采用鉚接的方式聯(lián)接相對轉(zhuǎn)動的兩個部件；[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]本實用新型手指機構(gòu)的設(shè)計采用欠驅(qū)動機構(gòu)，該機構(gòu)動作靈巧，具有較高的柔性操作能力，其特點是需要驅(qū)動的主動件數(shù)量少于其自由度數(shù)量，這里每個手指機構(gòu)具有3 個自由度，三個手指機構(gòu)就具有9個自由度，本實用新型的驅(qū)動元件為步進電機，通過螺桿傳動，將步進電機的旋轉(zhuǎn)力轉(zhuǎn)化為可以驅(qū)動該升降平臺上下運動的推力，用來驅(qū)動，手指機構(gòu)的抓取。[0030]步進電機驅(qū)動手指機構(gòu)開始運動，當近指碰到物體時該近指停止運動，然后步進電機驅(qū)動力不斷增大，當驅(qū)動力增大到能使第二扭簧開始扭轉(zhuǎn)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(qū)動力繼續(xù)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(chǎn)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(qū)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(zhuǎn)動，完成整個包絡(luò)抓取過程。[0031] 該手爪具有很好的自適應(yīng)抓取物體的能力，能保證對不同幾何特征物體的有效抓取。同時也可以通過觸力傳感器來限定抓取力度的上限，實現(xiàn)了無損采摘。
權(quán)利要求1.果蔬采摘欠驅(qū)動機械手爪，包括機架、驅(qū)動傳動機構(gòu)和手指機構(gòu)， 其特征在于機架包括上底座、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，且位于上底座下方，機架與步進電機螺栓連接；驅(qū)動傳動機構(gòu)包括步進電機、螺桿、螺母、升降平臺和導(dǎo)向柱；螺桿固定于步進電機正上方，升降平臺與螺母螺栓連接，導(dǎo)向柱與下底座螺柱連接；手指機構(gòu)包括遠指、中指、近指、第一連桿、第二連桿、第三連桿、第四連桿、驅(qū)動桿、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)動桿、中指和第四連桿、近指和第三連桿，通過轉(zhuǎn)軸聯(lián)接；第一扭簧套在遠指和中指聯(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；所述遠指關(guān)節(jié)表面裝有觸力傳感器；所述升降平臺上孔的個數(shù)為多個，可同時安裝手指機構(gòu)；所述轉(zhuǎn)軸全部選用鉚釘，采用鉚接的方式聯(lián)接相對轉(zhuǎn)動的兩個部件。
專利摘要本實用新型公開了果蔬采摘欠驅(qū)動機械手爪。目前國內(nèi)水果采摘作業(yè)基本上都是人工進行。本實用新型包括機架、驅(qū)動傳動機構(gòu)和手指機構(gòu)，具體包括上底座、手指固定件、支撐柱、下底座、步進電機、螺桿、螺母、升降平臺、導(dǎo)向柱、遠指、中指、近指、第一連桿、第二連桿、第三連桿、第四連桿、驅(qū)動桿、第一扭簧和第二扭簧；本實用新型采用一個步進電機同時驅(qū)動多個手指的同時，采用欠驅(qū)動手指機構(gòu)，并使用扭簧作為限制機構(gòu)，使之具有包絡(luò)抓取功能；手爪面裝有接觸力傳感器，能通過對接觸力的檢測反饋控制抓取力度。本實用新型結(jié)構(gòu)簡單、易于控制，提高了對物體形狀的自適應(yīng)能力，增強了抓取穩(wěn)定性，從而實現(xiàn)果蔬的無損采摘。
文檔編號B25J9/08GK202292762SQ20112041001
公開日2012年7月4日 申請日期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 申請人:浙江大學(xué)