[实用新型]一种苹果采摘机械手

说明书

本实用新型提供了一种苹果采摘机械手，在能够满足苹果采摘、抓取稳定的前提下，能解决现有的苹果采摘机械手结构复杂、生产成本高等技术问题。该采摘机械手配有两关节手指，手指由螺旋弹簧固定后安装于掌盘，每根手指由两个指节、一个驱动连杆和一个从动连杆组成，驱动连杆上的腱绳贯穿掌盘后垂直固定在升降圆盘，升降圆盘另一端通过腱绳连接驱动电机。通过电机驱动、腱绳传动，带动手指聚拢，实现由一个电机同时驱动3个手指完成对苹果的包络抓取。

技术领域

本实用新型涉及农业机器人采摘领域，特别是指一种结构简单、控制方便，采摘效率高的苹果采摘机械手装置，属于农业辅助采摘装置技术。

背景技术

我国苹果栽培面积和产量均居全世界第一，是传统优势出口产品。在苹果生产中，采摘作业是最耗时、最费力的一个环节。目前苹果摘作业主要依靠人工完成，需要大量劳动力，工业化的发展造成了农村劳动力大量流失，同时随着社会人口老龄化，存在效率低、成本高、劳动量大等问题，随着计算机技术、人工智能技术和自动控制技术的发展，机器人正逐步进入到农业生产领域，这也使得苹果采摘机器人成为现代农业生产的重要需求。采摘机械手是安装在采摘机器人机械臂前端直接作业的部分，由于苹果的外表较为脆弱，因此采摘机械手的工作直接关系到采摘机器人整个采摘作业能否准确、高效，它的设计被认为是农业机器人的核心技术之一。

国内外都在这一领域展开了一定研究，如比利时的Baeten创制了一台通过真空吸持采摘苹果采摘机械手，采摘机械手为呈苹果形状的硅胶漏斗，作为一个真空吸尘器的嘴，但对尺寸不同的苹果适应性较差且稳定性不高；浙江大学金波团队开发3个手指的苹果采摘机械手，步进电动机驱动，配有螺母和螺杆配合形成的螺旋传动副，通过连杆的传动进而驱动手指的向里运动，实现对苹果的抓取，其采用三关节设计方式，作为衡量抓取稳定重要指标的抓取构形数是和关节数成指数变化的关系，抓取构形越多越容易出现接触点脱离，越不容易稳定。

发明内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对现有技术中苹果采摘机械手结构复杂、控制难度大、生产成本高等缺陷，提出一种苹果采摘机械手，通过电机驱动，腱绳传动，实现了由3D打印ABS塑料制作的两关节手指对苹果的包络抓取，在保证抓取稳定的同时减少了指关节数，同时三根手指只配有一个驱动器，简化了结构，降低了成本。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现。

一种苹果采摘机械手装置，手指采用一个两关节欠驱动机构组成，包括近指节（6）、远指节（1），且每根手指均具有驱动连杆（4）和从动连杆（2），所述驱动连杆（4）上有一定比例分配的三个铰接孔，其中一端与从动连杆（2）一端铰接，另外一端与腱绳（10）连接，两端孔夹角为35°，中部与近指节（6）、指节支座（8）共同铰接；所述从动连杆（2）和近指节（6）两端均设置为凹槽，每个凹槽两端有铰接孔，槽口都倒有圆角；远指节（1）设置为直角三角形，斜边和直角边的夹角两端面处被去除等大小的长方体后与从动连杆（2）铰接，另外一端与近指节（6）铰接孔铰接；确保了手指在工作时内部各个构件不会干涉。

进一步的，掌盘（9）上以60°圆心角均布三个指节支座（8）和三个螺旋弹簧Ⅱ（7）：指节支座（8）具有一定高度，能使驱动连杆（4）在腱绳（10）驱动下在一定范围内上下移动且不会与掌盘（9）干涉；螺旋弹簧Ⅱ（7）与驱动连杆（4）下部连接，具有一定刚度，能使手指在自然状态时呈扩口状，工作时可被拉伸，抓取结束后可复原为扩口状。螺旋弹簧Ⅰ（3）与驱动连杆（4）上部和近指节（6）背部连接，以便手指在工作时驱动连杆（4）可以为近指节（6）提供辅助动力使其向心运动，结束工作时驱动连杆（4）可以迫使近指节（6）离心运动使其复位。

进一步的，所述近指节（6）、远指节（1）、驱动连杆（4）、从动连杆（2）组成了两关节手指，传动形式采用了四连杆机构，具有效率高、抓持力大等特点，采用螺旋弹簧作为动力和复位机构。