欠驱动手指机构以及棒状果蔬握持式采摘机械手末端执行器制造技术

本发明专利技术涉及果蔬采摘领域，特别是用于棒状果蔬的采摘执行器末端机构，解决棒状果蔬在执行采摘的过程当中，果蔬握持容易造成果蔬破损或者握持不稳的问题，具体是通过欠驱动手指在接触棒状果蔬时具备特定的运动，能够根据果蔬自身的形状调节握持的力度及角度，便于更好的握持果蔬。

【技术实现步骤摘要】
欠驱动手指机构以及棒状果蔬握持式采摘机械手末端执行器
本专利技术涉及植物采摘机械，具体涉及欠驱动手指机构以及棒状果蔬握持式采摘机械手末端执行器。
技术介绍
目前采摘机器人末端执行器仅能对单一种类果蔬进行采摘，特定采摘工具仅能针对某一特定的果蔬采摘，对于其余种类或类似种类不能做到适用，造成传统的采摘工具开发使用、成本高，局限性大。此外，较多的采摘执行器采用夹持方式采摘水果，但是在夹持过程中均不能顺应果蔬形体，且容易造成果蔬因过大形变而损伤。棒状采摘机器人的机械手末端执行器采用仿人手抓物的握持采摘，顺应果蔬形状抓取；手指内侧面装有压力传感器；手指上面装有间距可调的剪柄机构，可根据不同果蔬的物理特性、尺寸设置握持力和剪柄距离。采摘时握持力达到设定值时，机械手停止握持动作，与此同时剪柄机构迅速剪断果柄，完成采摘作业。黄瓜、茄子、丝瓜、羊角辣椒等都是常见的棒状果蔬，随着设施农业技术的发展，这类果蔬的种植面积日益增加，采摘作业繁重。研究适用温室环境的采摘机器人有利于果蔬适时采收、降低收获成本。
技术实现思路
因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中采摘执行器只能用于一种果蔬，不能适应多种果蔬，使用局限较大的问题，以及采摘过程中不能适应果蔬形状容易造成果蔬损伤的问题。首先，本专利技术公开一种欠驱动手指机构，其技术方案为：指节单元，所述指节单元为多个，且相互铰接并成关节状；指根单元，所述的指根单元为多个指节单元中的一个且一端与机架铰接，指根单元另一端与相邻的指节单元的一端铰接；欠驱动杆机构，欠驱动杆机构包括多个铰接的杆状的零部件，所述的杆状的零部件位于指节单元的一侧并与各指节单元铰接，所述的杆状的零部件至少包括一个用于与动力单元传动连接的第一驱动杆，所述第一驱动杆实现将动力接收并转化，实现杆机构在设定情况下具备特定运动状态的结构。在一实施例中，所述欠驱动机构包括驱动杆单元和摆动杆单元，所述驱动杆单元用于接收上一单元的动力并将动力转化传输至下一单元，所述摆动杆单元用于连接驱动杆单元并作用于指节单元的铰接处。在一实施例中，所述指节单元为三个，包括指根单元、指中单元和指端单元，所述指节单元为板状结构；所述指根单元与机架铰接处同时铰接有第一摆动杆，所述第一摆动杆的一端绕指根单元的销轴摆动，同时第一摆动杆的另一端铰接有第二驱动杆，所述第二驱动杆另一端延伸至指端单元与指中单元的铰接处且铰接有第二摆动杆单元，第二摆动杆单元的一端位于指中单元与指端单元的连接处并与此处转轴转动连接，第二摆动杆单元的另一端铰接第三驱动杆的端部，所述第三驱动杆的另一端铰接指端单元的侧面部。在一实施例中，所述第一摆动杆与所述第三驱动杆之间设有处于压缩状态的弹性件，弹性件使得指根单元在非驱动状态保持设定形状。在一实施例中，所述指节单元的内侧面设有压力感知单元和缓冲层。在一实施例中，所述指节单元的末端设有指端单元，所述指端单元为板状结构，所述指端单元的夹持面的宽度为其余指节单元的一半。本专利申请还公开一种采用上述欠驱动手指机构的棒状果蔬握持式采摘机械手末端执行器，其技术方案是：包括至少两个相对且相隔设置在同一机架上的欠驱动手指机构，各所述第一驱动杆分别铰接于一具有直线确定运动的驱动件上，使得各所述第一驱动杆具有同步运动的结构。在一实施例中，所述欠驱动手指机构上方设有一剪切机构，所述剪切机构与机架连接，且剪切机构与所述欠驱动手指机构之间距离可调。在一实施例中，所述剪切机构包括延伸至所述欠驱动手指机构上方的两铰接的剪刀刃，各所述剪刀刃延伸形成可相互分离闭合的剪刀柄，两所述剪刀柄之间设有凸轮控制机构，所述凸轮控制机构用于实现剪刀刃部的开合，两所述剪刀柄之间还连接有弹性部件，用于使得剪刀柄与凸轮贴合。在一实施例中，所述驱动件为丝杠副，包括螺纹杆和螺母，各所述第一驱动杆的端部与螺母铰接连接，所述螺纹杆受电机驱动。在一实施例中，所述凸轮控制机构包括一位于机架上的安装板，所述安装板通过可拆卸螺栓与机架固定连接，所述机架上设有与所述安装板连接的连接柱，所述连接柱上设有多个调节孔，所述安装板与调节孔形成可变换安装板高度的连接，进而实现剪切机构与指节单元之间距离的调节。本专利技术提供的欠驱动手指机构，具有以下优点：本专利技术的欠驱动手指机构，适用于棒状或者条状的果蔬采摘，适用性较普通的果蔬采摘器大大提升，三个指节单元中，指根单元在进行摘果时首先接触目标，此时指中单元具备确定运动，当指中单元接触果蔬后，被阻挡停止运动，而指端单元继续合拢，直至指端单元接触果蔬表面，欠驱动杆机构持续加力直至指节单元内侧任一压力传感器受力达到设定值后停止，实现对果蔬的握持，在上述过程当中，各指节单元内侧面的缓冲层和压力感知单元可实时测定目标所受的压力，并将压力信号传输控制端，由控制端控制驱动杆单元的动作，实现对果蔬的准确握持，避免果蔬的损伤，同时指端单元的夹持面仅为指中单元或其余指节单元的一半，这样就可以在握持果蔬时，执行器末端的指端单元可以交错握紧果蔬，实现当欠驱动指节机构合起来时指端单元彼此可以错开的结构。在所述指端单元与所述指根单元之间拉设有自然状态或压缩状态的弹性件，该处的弹性件可实现指根单元、指中单元以及指端单元在自然状态下，及未合抱状态，保持指中单元、指中单元以及指端单元张开状态，具体来讲弹性件位于第一摆动杆与所述第三驱动杆之间且处于自然状态或压缩状态，当各指节单元不受外力时，该弹性件处于自然状态，当指节单元受驱动时，弹性件被压缩，驱动杆需要克服较小的弹性件阻力。指节单元的内侧面设有压力感知单元和缓冲层，缓冲层直接固定在指节单元的内侧面上并且预留有压力感知单元的安装位，缓冲层可以采用柔性硅胶，用于增强握持果蔬时的摩擦力以及避免损伤果蔬。凸轮控制机构包括一位于机架上的安装板，所述安装板通过可拆卸螺栓与机架固定连接，机架上设有与所述安装板连接的连接柱，连接柱上设有多个间隔设置的调节孔，调节孔用于实现螺钉连接且实现连接位置的调节，所述安装板与调节孔形成可变换安装板高度的连接，进而实现剪切机构与指节单元之间距离的调节，用于适应不同高度棒状果蔬的剪切。附图说明为了更清楚地说明现有技术或本专利技术具体实施方式中的技术方案，下面对现有技术或具体实施方式描述中所使用的附图作简单介绍。图1是本专利申请中末端执行器的整体结构示意图。图2是图1中A部分的结构示意图。图3是图1中B部分的结构示意图。图4是图1中C部分的结构示意图。图5是图1中D部分的结构示意图。具体实施方式下面结合说明书附图对本专利技术的技术方案进行描述，显然，下述的实施例不是本专利技术全部的实施例。基于本专利技术所描述的实施例，本领域普通技术人员在没有做出其他创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。此外，下面所描述的本专利技术不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。如图1所示，机架100，机架100包括下支板101和位于下支板101两端并竖直固定设置的前、后支板102、103，前支板102的两侧处用于铰接安装的欠驱动手指机构300，也即两相对相隔设置的欠驱动手指机构300的指根单元302分别通过销轴与前支板102的两侧转动连接，而安装板104位于下支板101的上方且与下支板101相隔形成丝杠副的安装空间。在上述的实本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.欠驱动手指机构，包括：指节单元（301），所述指节单元（301）为多个，且相互铰接并成关节状；指根单元（302），所述的指根单元为多个指节单元（301）中的一个且一端与机架（100）铰接，指根单元（302）另一端与相邻的指节单元（301）的一端铰接；欠驱动杆机构，欠驱动杆机构包括多个铰接的杆状的零部件，其特征在于，所述的杆状的零部件位于指节单元（301）的一侧并与各指节单元（301）铰接，所述的杆状的零部件至少包括一个用于与动力单元传动连接的第一驱动杆（303），所述第一驱动杆（303）实现将动力接收并转化，实现杆机构在设定情况下具备特定运动状态的结构。

【技术特征摘要】
1.欠驱动手指机构，包括：指节单元（301），所述指节单元（301）为多个，且相互铰接并成关节状；指根单元（302），所述的指根单元为多个指节单元（301）中的一个且一端与机架（100）铰接，指根单元（302）另一端与相邻的指节单元（301）的一端铰接；欠驱动杆机构，欠驱动杆机构包括多个铰接的杆状的零部件，其特征在于，所述的杆状的零部件位于指节单元（301）的一侧并与各指节单元（301）铰接，所述的杆状的零部件至少包括一个用于与动力单元传动连接的第一驱动杆（303），所述第一驱动杆（303）实现将动力接收并转化，实现杆机构在设定情况下具备特定运动状态的结构。2.根据权利要求1所述的欠驱动手指机构，其特征在于，所述欠驱动机构包括驱动杆单元和摆动杆单元，所述驱动杆单元用于接收上一单元的动力并将动力转化传输至下一单元，所述摆动杆单元用于连接驱动杆单元并作用于指节单元（301）的铰接处。3.根据权利要求1或2所述的欠驱动手指机构，其特征在于，所述指节单元（301）为三个，包括指根单元（302）、指中单元（304）和指端单元（305），所述指节单元（301）为板状结构；所述指根单元（302）与机架（100）铰接处同时铰接有第一摆动杆（306），所述第一摆动杆（306）的一端绕指根单元（302）的销轴摆动，同时第一摆动杆（306）的另一端铰接有第二驱动杆（307），所述第二驱动杆（307）另一端延伸至指端单元（305）与指中单元（304）的铰接处且铰接有第二摆动杆单元（308），第二摆动杆单元（308）的一端位于指中单元（304）与指端单元（305）的连接处并与此处转轴转动连接，第二摆动杆单元（308）的另一端铰接第三驱动杆（309）的端部，所述第三驱动杆（309）的另一端铰接指端单元（305）的侧面部。4.根据权利要求1或2所述的欠驱动手指机构，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：马卫彬，岳勇，谢建华，
申请(专利权)人：新疆农业大学，
类型：发明
国别省市：新疆,65