剛柔混聯欠驅動草莓采摘機械手末端執行器裝置制造方法
【專利摘要】一種剛柔混聯欠驅動草莓采摘機械手末端執行器裝置。包括結構相同的三個手指，每個手指具有兩個關節，手指第一節為柔順手指構件，第二節為剛性手指構件；每個手指均由兩條氣動肌腱驅動，兩條氣動肌腱通過第二關節處的齒形輪由齒形帶連接，第二關節軸兩側裝有扭轉彈簧，彈簧一端與關節軸連接，另一端與轉桿相連，轉桿鉸接在柔順手指構件上，轉桿上安裝扭轉彈簧，彈簧一端與轉桿相連，一端與柔順手指構件相連。柔順手指構件表面力傳感器測試到預定抓取力時，將信號反饋給氣動肌腱，氣動肌腱停止伸縮，再通過旋轉氣缸驅動轉動腕盤轉動，實現草莓采摘。本發明可用于草莓自動化采摘，配合機器人其他裝置實現高效高可靠性的采摘作業。
【專利說明】剛柔混聯欠驅動草莓采摘機械手末端執行器裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種末端執行器裝置，尤其是涉及一種剛柔混聯欠驅動草莓機械手末端執行器裝置。
【背景技術】
[0002]我國近幾年的草莓種植面積迅猛增加，面積達10萬hm2，居世界首位。同時草莓具有果實不定期成熟的生長方式，并且我國溫室內的草莓大多是壟作栽培，在草莓收獲期，人工勞動強度和作業量非常大，加之溫室中環境濕熱，作業環境十分惡劣，由此開發一種能夠代替人工作業的壟作草莓采摘機構成為亟待解決的問題。然而由于草莓的外表較為脆弱，而它的形狀及生長狀況復雜，因此設計結構簡單、運動靈活、柔性作業的多手指式末端執行器成為草莓采摘機器人研制的首要任務。

【發明內容】

[0003]本發明的目的在于提供一種剛柔混聯欠驅動采摘機械手末端執行器裝置，是一套用于草莓采摘的欠驅動機械手爪，整個末端執行器以氣動肌腱驅動，且以草莓柔性采摘作業為目標進行設計。為了達到上述目的，本發明采用的技術方案是:
[0004]本發明包括結構相同的三個手指，手掌，轉動腕盤，氣動肌腱，每個手指具有兩個關節；手指第一關節互成120度均勻安裝在手掌上；第一關節與第二關節之間連接柔順手指構件，第二關節另一端連接剛性手指構件；每個手指均由兩條氣動肌腱驅動，兩條氣動肌腱由齒形帶通過第二關節處的齒形輪連接，齒形輪與第二關節軸過盈連接，齒形帶安裝在柔順手指構件的滑槽中；第一關節軸兩側裝有扭轉彈簧，彈簧一端與關節軸連接，另一端與手掌連接；第二關節軸兩側裝有扭轉彈簧，彈簧一端與關節軸連接，另一端與轉桿相連，轉桿鉸接在柔順手指構件上，轉桿上安裝扭轉彈簧，彈簧一端與轉桿相連，一端與柔順手指構件相連；柔順手指構件內側與草莓接觸面設有力傳感器。
[0005]每個手指上兩條氣動肌腱分別產生伸縮運動時，齒形帶驅動齒形輪使剛性手指構件向手掌閉攏，同時第二關節轉軸上的扭轉彈簧產生的變形力矩會驅動轉桿產生與關節軸反向的轉動，隨之轉桿上與柔順手指構件連接的扭簧會產生與第二關節轉軸方向相同的轉矩來驅動柔順手指構件向手掌閉攏，在此作用下，手指第一關節也產生向手掌方向的轉動，3個手指相向運動閉攏，柔順手指構件接觸到草莓之后，其表面的力傳感器測試到預定的抓取力時，將信號反饋給氣動肌腱，氣動肌腱停止伸縮，再通過旋轉氣缸驅動轉動腕盤轉動，實現草莓采摘。
[0006]本發明具有的有益效果是:運用氣動肌腱驅動三個手指，手指與草莓主要接觸面采用具有彈性的柔順手指構件，氣動肌腱伸縮驅動第二關節運動，同時帶動柔順手指構件變形并繞第一關節轉動，三個手指合攏，實現草莓柔性采摘作業。本發明結構簡單，操作容易，運動靈活，可用于草莓柔性采摘作業，配合機器人其它裝置實現高效高可靠性的采摘作業?！緦＠綀D】

【附圖說明】
[0007]圖1是機械手末端執行器裝置裝配圖。
[0008]圖2是機械手手指A-A剖面視圖。
[0009]圖3是機械手手指第二關節放大視圖。
[0010]圖4是機械手手指B-B剖面視圖。
[0011]圖5是機械手手指第一關節放大視圖。
[0012]圖中:1.剛性手指構件，2.手指第二關節，3.柔順手指構件，4.手指第一關節，
5.轉動腕盤，6.旋轉氣缸，7.手掌，8.齒形帶，9.齒形輪，10.力傳感器，11.氣動肌腱，12.第二關節軸，13.轉桿，14.扭轉彈簧，15.扭轉彈簧，16.第一關節軸，17.扭轉彈簧。
【具體實施方式】
[0013]如圖1、圖2、圖3、圖5所示，本發明包括結構相同的三個手指，手掌(7)，轉動腕盤
(5)，氣動肌腱(11);每個手指具有兩個關節，分別為手指第一關節(4)，手指第二關節(2)，手指第一關節均勻安裝在手掌(7)上；手指第一節為柔順手指構件(3)，第二節為剛性手指構件(I)，柔順手指構件(3) —端通過第一關節(4)與手掌(7)相連，另一端通過第二關節
(2)與剛性手指構件(I)相連；每個手指均由兩條氣動肌腱(11)驅動，兩條氣動肌腱(11)由齒形帶(8)通過第二關節處的齒形輪(9)連接，齒形輪(9)與第二關節軸(12)過盈連接，齒形帶(8)安裝在柔順手指構件(3)的滑槽中；第一關節軸(16)兩側裝有扭轉彈簧(17)，彈簧(17) —端與關節軸(16)連接，另一端與手掌(7)連接；第二關節軸(12)兩側裝有扭轉彈簧(14)，彈簧(14) 一端與關節軸(12)連接，另一端與轉桿(13)相連，轉桿(13)鉸接在柔順手指構件(3)上，轉桿(13)上安裝扭轉彈簧(15)，彈簧(15) —端與轉桿(13)相連，一端與柔順手指構件(3)相連；柔順手指構件內側與草莓接觸面設有力傳感器(10)。
[0014]如圖3、圖4所示，工作時，每個手指上兩條氣動肌腱(11)分別產生伸縮運動時，齒形帶(8)驅動齒形輪(9)使剛性手指構件(I)向手掌(7)閉攏，同時第二關節轉軸(12)上的扭轉彈簧(14)產生的變形力矩會驅動轉桿(13)產生與關節軸(12)反向的轉動，隨之轉桿(13)上與柔順手指構件(3)連接的扭轉彈簧(15)會產生與第二關節轉軸(12)方向相同的轉矩來驅動柔順手指構件⑶向手掌(7)閉攏，在此作用下，手指第一關節⑷也產生向手掌⑵方向的轉動，3個手指相向運動閉攏，柔順手指構件(3)接觸到草莓之后，其表面的力傳感器(10)測試到預定的抓取力時，將信號反饋給氣動肌腱(11)，氣動肌腱停止伸縮，再通過旋轉氣缸(6)驅動轉動腕盤(5)轉動，實現草莓采摘。
【權利要求】
1.一種剛柔混聯欠驅動草莓采摘機械手末端執行器裝置，其特征在于:包括結構相同的三個手指，手掌(7)，轉動腕盤(5)，氣動肌腱(11);每個手指均有兩個關節，手指第一節為柔順手指構件(3)，第二節為剛性手指構件(I)，柔順手指構件(3) —端與手掌(7)通過第一關節連接(4)，另一端與剛性手指構件(I)通過第二關節(2)連接。
2.根據權利要求1所述的一種剛柔混聯欠驅動草莓采摘機械手末端執行器裝置，其特征在于:第一關節軸(16)兩側裝有扭轉彈簧(17)，彈簧(17) —端與關節軸(16)連接，另一端與手掌(7)連接；第二關節軸(12)上裝有齒形輪(9)，齒形輪(9)上配合齒形帶(8)，齒形帶(8)兩端通過柔順手指構件(3)中滑槽分別與兩個氣動肌腱(11)相連，氣動肌腱(11)安裝在手掌(7)凹槽內；第二關節軸(12)兩側裝有扭轉彈簧(14)，彈簧(14) 一端與關節軸(12)連接，另一端與轉桿(13)相連，轉桿(13)鉸接在柔順手指構件(3)上，轉桿(13)上安裝扭轉彈簧(15)，彈簧(15) —端與轉桿(13)相連，一端與柔順手指構件(3)相連。
【文檔編號】A01D46/30GK104029208SQ201310073635
【公開日】2014年9月10日 申請日期:2013年3月8日 優先權日:2013年3月8日
【發明者】李娜, 姜海勇, 弋景剛, 劉江濤, 趙玉達 申請人:河北農業大學