花椒采摘软体机械手制造技术

本发明专利技术提供一种花椒采摘软体机械手，由机械手和机械臂组成，机械手包括软体手指、关节气囊、手掌、底座和相机，机械臂包含基座、下臂、上臂和手腕；每只软体手指有三个指节，指节关节处通过销联接，外层为硅胶蒙皮，手指两个关节处各嵌入关节气囊，三只软体手指通过最后一节指节安装于手掌上，手掌与底座相连，相机安装在底座上，底座与机械臂手腕顶部相连；对关节气囊充气时，气囊轴向膨胀，驱使三只手指同时向中心线靠近同时向下移动，从而指尖抓紧花椒簇，此时机械臂手腕顶部旋转拧断花椒枝条，完成采摘。本发明专利技术结构简单、使用方便、能够把花椒采摘下来的花椒采摘软体机械手，能够实现无损采摘。损采摘。损采摘。

【技术实现步骤摘要】
花椒采摘软体机械手


[0001]本专利技术设计采摘机械手领域，具体为花椒采摘软体机械手。

技术介绍

[0002]花椒味道浓郁而又辛辣，是日常生活中最重要的调味品，主要产自与中国四川、陕西、河南、山东、甘肃、山西、云南、贵州等省，四川产的花椒质量好，以河北、山西产量为高。据2017年统计资料显示，年度花椒产量为43.84万吨，云南省花椒产量为6.20万吨，占全国总量的14.14％；陕西花椒产量为8.28万吨，占全国总量的18.89％；山东花椒产量为3.97万吨，占全国总量的9.06％；重庆花椒产量为6.97万吨，占全国总量的15.90％；甘肃花椒产量为3.79万吨，占全国总量的8.65％；四川花椒产量为8.36万吨，占全国总量的19.07％，2018年我国花椒产量超过45万吨。根据中研普华产业研究院预测，花椒种植面积将逐年增加，花椒产量逐年上升。而现有的花椒采摘方式大部分是人工采摘，成本高，由于花椒树枝遍布尖刺，在采摘时很容易被刺伤，采摘难度加大，而现有的手持式花椒采摘工具，在椒农中普遍反映使用麻烦、效率低等问题。

技术实现思路

[0003]针对现有技术存在的不足之处，本专利技术的目的在于研发新型智能花椒采摘机械手，结合信息传感技术和智能控制理论，利用软体机械手较强自适应性和柔性的优势，将软体机械手运用到花椒采摘中代替刚性机械手进行花椒采摘。
[0004]花椒采摘软体机械手，包括机械手和机械臂，所述的机械手包括软体手指、关节气囊、手掌、底座和相机；所述的机械臂包含依次连接的基座、下臂、上臂和手腕；
[0005]包括三只软体手指；
[0006]每只软体手指有三段指节，分别为上指节、中指节和下指节，相邻两个指节的关节处通过销联接，并且关节处各嵌入关节气囊，软体手指通过下指节安装于手掌外围上；
[0007]手掌与底座相连，相机安装在底座上，底座与机械臂手腕顶部相连；
[0008]对关节气囊充气时，关节气囊轴向膨胀，驱使三只手指同时向手掌中心线方向弯曲靠拢，从而指尖抓紧花椒簇，此时手腕顶部旋转拧断花椒枝条，完成采摘。
[0009]进一步的，所述的软体手指外层设有硅胶蒙皮。
[0010]其中，所述关节气囊包括变形部和限制层，限制层为不可变型结构，限制层内部嵌有不可延展的纱布；所述的变形部固定在限制层的一侧上；变形部内腔形成充气气道和两个气室，两个气室通过充气气道连接；变形部上还设有充气口，充气口连接供充气管。
[0011]所述的手掌中心凹陷，手掌顶部均布三个支架平台，分别用于与三只软体手指。
[0012]进一步的，还包括数据采集系统，所述的数据采集系统与设置在底座上的相机连接，用于对相机拍摄的图像进行分析处理；
[0013]还包括控制机械手和机械臂动作的分析处理器。
[0014]本专利技术的有益效果：本专利技术采用刚性骨架与柔性蒙皮相结合，在保证抓握力的同
时不会对花椒外表产生破坏。
[0015]采用机械手抓握采摘方式，模拟人工采摘花椒过程，机械臂手腕(4)转动可以对手指夹紧的花椒簇绕中心线进行转动，从而使得花椒簇能够快速、有效地从花椒树上脱落。
[0016]采用数据采集系统，通过相机可以实时对花椒簇进行识别，判断其数量、位置、大小等，并控制手指气囊充气、机械臂运动、机械臂手腕扭转等动作，对花椒进行采摘，提高了自动化水平和可靠性。
附图说明
[0017]图1是花椒采摘软体机械手立体图。
[0018]图2是软体手指轴向立体剖面图。
[0019]图3是关节气囊剖面图。
[0020]图4是软体手指弯曲工作示意图。
[0021]图5是关节气囊限制层三视图。
[0022]图6是手掌与底座立体图。
[0023]图7是机械手工作流程示意图。
具体实施方式
[0024]参见图1、图2、图5，花椒采摘软体机械手，包括机械手和机械臂，所述的机械手包括软体手指8、关节气囊15、手掌22、底座25和相机5；所述的机械臂包含依次连接的基座1、下臂2、上臂3和手腕4；
[0025]机械手主要由软体手指8、关节气囊15、手掌22和底座25组成。包括三只软体手指8；软体手指8由上指节9、中指节10和下指节11构成，在关节处通过销12进行联接，上指节9下端、中指节10两端和下指节11上端均设置一块直立板14，下指节11末端向两边径向突出的平台，两边平台各有一个孔，与手掌22顶部支架平台23相对应的孔通过螺栓连接。
[0026]关节气囊15两端与相邻指节的直立板14粘接，软体手指8外层设有硅胶蒙皮13，模拟人手皮肤；手掌22中心凹陷，避免采摘花椒时花椒簇过长，花椒颗粒与手掌直接挤压破坏油囊，手掌22底部通过圆柱体24与底座25固定连接，底座25与机械臂的手腕4顶端通过螺栓连接。
[0027]机械手工作时，关节气囊15充气向两端膨胀，带动指节弯曲，手指蒙皮13为硅胶软体，可随指节弯曲进行相应的变形，三只软体手指8同时向手掌22中心轴线弯曲，直至指尖握紧花椒簇；采摘完成后关节气囊15放气恢复原状，软体手指8向外张开。
[0028]参见图3、图4和图5，关节气囊15包括设置了互相连通的气室16的变形部17、不可变型的限制层18，限制层18内部嵌有不可延展的纱布19，且设置在变形部17底部对气室16进行封闭；所有的气室16均位于限制层18的同一侧，气室16底部与限制层18之间设置互相连通的充气气道21，变形部17中间设置有供充气管通过的充气口20，充气管通过换向阀通向气泵。变形部17的材料为硅橡胶材质，整体通过制作其模具结构后再经硅胶浇铸制作出来；限制层18也使用硅橡胶为主材料来实现，将纱布19浇筑进硅橡胶中，其目的是避免充气时限制层18向外膨胀，造成关节气囊15无法沿软体手指8轴向膨胀弯曲。关节气囊15充气时空气通过充气口20进入到每一个气室16，相邻的气室16的薄壁由于膨胀而相互挤压而变
形，但是不可变型的限制层18并未发生形变，软体手指8整体就会实现弯曲变形。
[0029]参见图6，还包括数据采集系统26，与相机5连接，相机5下方有带有螺旋线的圆柱体与紧固件6固定连接，紧固件6固定在相机底座7上，相机底座7连接在底座25上。相机5采集到图像后传输到计算机中进行处理分析，具体流程参见图7。
[0030]还包括控制机械手和机械臂动作的分析处理器，控制关节气囊15充气、机械臂运动、机手腕4扭转等动作。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.花椒采摘软体机械手，包括机械手和机械臂，其特征是：所述的机械手包括软体手指(8)、关节气囊(15)、手掌(22)、底座(25)和相机(5)；所述的机械臂包含依次连接的基座(1)、下臂(2)、上臂(3)和手腕(4)；包括三只软体手指(8)；每只软体手指(8)有三段指节，分别为上指节(9)、中指节(10)和下指节(11)，相邻两个指节的关节处通过销(12)联接，并且关节处各嵌入关节气囊(15)，软体手指(8)通过下指节(11)安装于手掌(22)外围上；手掌(22)与底座(25)相连，相机(5)安装在底座(25)上，底座(25)与机械臂手腕(4)顶部相连；对关节气囊(15)充气时，关节气囊(15)轴向膨胀，驱使三只手指(8)同时向手掌(22)中心线方向弯曲靠拢，从而指尖抓紧花椒簇，此时手腕(4)顶部旋转拧断花椒枝条，完成采摘。2.根据权利要求1所述的花椒软体采摘机械手，其特征是：所述的软体手指(8)...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈霖，王键，韩丹丹，唐英文，陈治帆，谭云峰，胡森，
申请(专利权)人：四川农业大学，
类型：发明
国别省市：