一种果实采摘机器人灵巧手手指结构制造技术

本实用新型专利技术公开了一种果实采摘机器人灵巧手手指结构，涉及农业机器人灵巧手技术领域。该结构主要包括电机驱动装置、基架、第一指节、中间指节、末端指节、带传动机构、齿轮差动机构、耦合连杆传动机构、十字轴等。所述的电机驱动装置固装在基架(5)上，电机I(1)驱动带传动机构I(3)，进而驱动齿轮差动机构(15)实现手指的俯仰运动；电机II(2)驱动齿轮差动机构(15)，进而驱动带传动机构II(16)，再带动耦合连杆传动机构(17)实现手指的弯曲运动；电机III(7)驱动十字轴(12)实现手指的侧摆运动。本实用新型专利技术的灵巧手手指有四个关节、三个自由度，具有重量轻、操作灵活、结构简单、可维护性好的优点，可应用于果实采摘机器人灵巧手。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种果实采摘机器人灵巧手手指结构，属于农业机器人灵巧手

技术介绍
随着机器人技术的不断发展，农业机器人的应用研究也取得了长足的进步。目前正被广泛研究的农业采摘机器人是农业机器人的一个重要分支，而末端执行器则是采摘机器人完成采摘作业的重要部分，末端执行器的设计也被认为是农业机器人的核心技术之一，目前国内外都在这一领域开展了相关研究。美国的Peter P. Ling等人在“Sensing andend-effector for a robotic tomato harvester，，(Resource, 12 (7) 13-14, 2005) 一文中阐述了番茄采摘四指手的设计，由4个手指和吸引器组成，手指通过腱缆驱动实现弯曲，同 时利用扭矩弹簧使其伸展；日本Monta等人开发了一种由4个90°间隔分布的灵巧手指和一个吸引器组成的用于番茄采摘的末端执行器，手指采用复合材料并通过腱缆驱动向内弯曲，可以抓取番茄并扭断果梗，但该手指采用的腱缆刚度有限，只适用于番茄的采摘，功能单一，通用性较差；中国专利第200710020501. 6号介绍了一种球形果实采摘机器人的末端执行器，由吸引盘和手指组成，虽然结构较新颖，但只适应比较大的球形果实采摘，开放性和通用性不强；中国专利第CN201120343116. 7号提供了一种猕猴桃采摘末端执行器，采用两指夹持器进行作业，但机械结构体积较大，灵活性差，不利于果园的采摘作业。目前采摘机器人末端执行器的通用性和灵活性是制约采摘机器人未来发展与应用推广的主要难题，要突破这一瓶颈，就必须提高末端执行器的通用性和灵活性，而面向果实采摘的多指灵巧手是智能农业装备技术与现代机器人学的交叉融合，体现了农业装备向精细化、智能化方向发展的趋势。鉴于此，很有必要开展果实采摘机器人灵巧手手指的研究。
技术实现思路
针对目前果实采摘机器人末端执行器存在功能单一、灵活性差以及果形适应性低的问题，本技术提供了一种果实采摘机器人灵巧手手指结构，该结构具有重量轻、操作灵活、可维护性好、整体结构简单紧凑的特点，容易加工和装配，可应用于果实采摘机器人灵巧手。本技术的技术方案如下所述的一种果实采摘机器人灵巧手手指结构由电机I、电机II、电机III、基架、第一指节、中间指节、末端指节、前支承、后支承、带传动机构I、齿轮差动机构、带传动机构II、耦合连杆传动机构、十字轴、近端指节关节轴、末端指节关节轴、第一指节外壳、中间指节外壳、末端指节外壳、第一指节指肚盖板和中间指节指肚盖板组成；电机I和电机II由紧固套件固装在基架上，电机III通过电机架由螺钉固装在后支承上，前支承和后支承都由螺钉固定在基架上，所述的十字轴的后侧和前侧分别转动套接在后支承和前支承之间，电机III的输出轴通过第二联轴器与十字轴的后侧连接。所述的齿轮差动机构由第一主动锥齿轮、第一中间锥齿轮、第一从动锥齿轮、第二主动锥齿轮、第二中间锥齿轮、第二从动锥齿轮和十字轴组成，第一主动锥齿轮、第一中间锥齿轮和第一从动锥齿轮的轴心线两两垂直，第一中间锥齿轮同时与第一主动锥齿轮和第一从动锥齿轮啮合，第一中间锥齿轮和第一从动锥齿轮分别转动套接在十字轴的后侧和左侧；第二主动锥齿轮、第二中间锥齿轮和第二从动锥齿轮的轴心线两两垂直，第二中间锥齿轮同时与第二主动锥齿轮和第二从动锥齿轮啮合，第二中间锥齿轮和第二从动锥齿轮分别转动套接在十字轴的前侧和右侧；第一从动锥齿轮和第一指节左侧板通过连接套固联并与十字轴的左侧转动套接，第二从动锥齿轮和带传动机构II的第二主动同步带轮固联并转动套接在十字轴的右侧；第一主动锥齿轮和第二主动锥齿轮的轴心线重合，并且第一主动锥齿轮转动套接在第二主动锥齿轮的驱动轴上，电机II的输出轴通过第一联轴器与第二主动锥齿轮的驱动轴连接；所述的耦合连杆传动机构的第一转轮与第一指节左侧板固定连接并转动套接在近端指节关节轴上，连杆的一端与固定在第一转轮上的销轴转动连接，耦合连杆传动机构的第二转轮与末端指节左侧板固定连接并转动套接在末端指节关节轴上， 连杆的另一端与固定在第二转轮上的销轴转动连接。所述的带传动机构I的第一主动同步带轮固装在电机I的输出轴上，第一从动同步带轮与第一主动锥齿轮的外伸端固定连接，第一主动锥齿轮的外伸端穿过套筒转动套接在第二主动锥齿轮的驱动轴上；带传动机构II的第二主动同步带轮由挡圈和第一指节右侧板限定其发生轴向运动，带传动机构II的第二从动同步带轮与近端指节关节轴固定连接，中间指节的连接支架下侧端与近端指节关节轴固定连接，中间指节的连接支架与中间指节左侧板和中间指节右侧板固定连接，中间指节的连接支架上侧端与末端指节关节轴固定连接；带传动机构I设置于基架内，带传动机构II设置于第一指节内；第一指节外壳和第一指节指肚盖板与第一指节右侧板和第一指节左侧板由螺钉固定连接，中间指节外壳和中间指节指肚盖板与中间指节右侧板和中间指节左侧板由螺钉固定连接，末端指节外壳与末端指节右侧板和末端指节左侧板由螺钉固定连接。本技术的工作原理电机I(I)的输出轴将动力传递给带传动机构1(3)的第一主动同步带轮(3-1),第一主动同步带轮(3-1)通过第一同步带(3-3)把动力传递给带传动机构1(3)的第一从动同步带轮(3-2)，第一从动同步带轮(3-2)把动力传递给第一主动锥齿轮(25)，动力再经由第一中间锥齿轮(26)、第一从动锥齿轮(27)传递到连接套(34)，连接套(34)带动与其固联的第一指节左侧板(36)绕十字轴(12)转动α角度，实现手指的俯仰运动；电机III (7)的输出轴通过第二联轴器(33)与十字轴(12)连接，直接驱动十字轴(12)实现手指的侧摆运动；电机11(2)的输出轴通过第一联轴器(32)与第二主动锥齿轮(28)的驱动轴连接，动力经由第二主动锥齿轮(28)、第二中间锥齿轮(29)、第二从动锥齿轮(30)传递到带传动机构11(16)的第二主动同步带轮(31),再由第二同步带(41)带动第二从动同步带轮(43)转动,第二从动同步带轮(43)驱动近端指节关节轴(13)转动，从而带动中间指节(20)绕近端指节关节轴(13)进行回转运动，耦合连杆传动机构(17)的第一转轮(44)与第一指节左侧板(36)固联，耦合连杆传动机构(17)的第二转轮(46)与末端指节左侧板(40)固联，当中间指节(20)绕近端指节关节轴(13)转动β角度时，耦合连杆传动机构(17)将带动末端指节(21)绕末端指节关节轴(14)转动相同的角度,从而实现手指的弯曲运动。与现有技术相比本技术具有下述优点I)该果实采摘机器人灵巧手手指直接采用减速电机驱动，无需安装减速装置，最大限度地减小指节体积，电机驱动装置均设置在基架上，从而减轻各指节的重量；2)本技术的带传动机构采用齿形同步带传动，结构简单不需要预紧装置，具有传动平稳、准确、维护方便的特点，降低了手指结构的复杂程度和维护成本；3)该装置共有四个关节、三个自由度，整体结构简单紧凑，容易加工和装配，具有重量轻、操作灵活、可维护性好的特点，可进一步应用于果实采摘机器人灵巧手。附图说明图I是本技术果实采摘机器人灵巧手手指结构整体的立体结构示意图2是本技术果实采摘机器人灵巧手手本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种果实采摘机器人灵巧手手指结构，它包括电机I(1)、电机II(2)、电机III(7)、基架(5)、第一指节(19)、中间指节(20)、末端指节(21)、带传动机构I(3)、前支承(6)、后支承(8)、齿轮差动机构(15)、带传动机构II(16)、耦合连杆传动机构(17)、十字轴(12)、近端指节关节轴(13)、末端指节关节轴(14)、第一指节外壳(9)、中间指节外壳(10)、末端指节外壳(11)、第一指节指肚盖板(22)和中间指节指肚盖板(23)；其特征在于：所述的电机I(1)和电机II(2)固装在基架(5)上，电机III(7)通过电机架(4)固装在后支承(8)上，前支承(6)和后支承(8)都固定在基架(5)上，所述的十字轴(12)的后侧和前侧分别转动套接在后支承(8)和前支承(6)之间，电机III(7)的输出轴通过第二联轴器(33)与十字轴(12)的后侧连接；所述的齿轮差动机构(15)的第一主动锥齿轮(25)和第二主动锥齿轮(28)的轴心线重合，并且第一主动锥齿轮(25)转动套接在第二主动锥齿轮(28)的驱动轴上，电机II(2)的输出轴通过第一联轴器(32)与第二主动锥齿轮(28)的驱动轴连接，第一从动锥齿轮(27)通过连接套(34)与第一指节左侧板(36)固联并转动套接在十字轴(12)的左侧；所述的带传动机构II(16)的第二主动同步带轮(31)与齿轮差动机构(15)的第二从动锥齿轮(30)固联并转动套接在十字轴(12)的右侧；所述的耦合连杆传动机构(17)的第一转轮(44)与第一指节左侧板(36)固联并转动套接在近端指节关节轴(13)上，连杆(45)的一端与固定在第一转轮(44)上的销轴(47)转动连接，耦合连杆传动机构(17)的第二转轮(46)和末端指节左侧板(40)固联并转动套接在末端指节关节轴(14)上，连杆(45)的另一端与固定在第二转轮(46)上的销轴(47)转动连接。...

【技术特征摘要】
1.一种果实米摘机器人灵巧手手指结构，它包括电机I (I)、电机II (2)、电机III (7)、基架(5)、第一指节(19)、中间指节(20)、末端指节(21)、带传动机构I (3)、前支承￠)、后支承⑶、齿轮差动机构(15)、带传动机构II (16)、耦合连杆传动机构(17)、十字轴(12)、近端指节关节轴(13)、末端指节关节轴(14)、第一指节外壳(9)、中间指节外壳(10)、末端指节外壳(11)、第一指节指肚盖板(22)和中间指节指肚盖板(23);其特征在于所述的电机I⑴和电机11(2)固装在基架(5)上，电机111(7)通过电机架⑷固装在后支承⑶上，前支承(6)和后支承(8)都固定在基架(5)上，所述的十字轴(12)的后侧和前侧分别转动套接在后支承(8)和前支承(6)之间，电机111(7)的输出轴通过第二联轴器(33)与十字轴(12)的后侧连接；所述的齿轮差动机构(15)的第一主动锥齿轮(25)和第二主动锥齿轮(28)的轴心线重合，并且第一主动锥齿轮(25)转动套接在第二主动锥齿轮(28)的驱动轴上，电机11(2)的输出轴通过第一联轴器(32)与第二主动锥齿轮(28)的驱动轴连接,第一从动锥齿轮(27)通过连接套(34)与第一指节左侧板(36)固联并转动套接在十字轴(12)的左侧；所述的带传动机构11(16)的第二主动同步带轮(31)与齿轮差动机构(15)的第ニ从动锥齿轮(30)固联并转动套接在十字轴(12)的右侧；所述的耦合连杆传动机构(17)的第一转轮(44)与第一指节左侧板(36)固联并转动套接在近端指节关节轴(13)上，连杆(45)的一端与固定在第一转轮(44)上的销轴(47)转动连接，耦合连杆传动机构(17)的第ニ转轮(46)和末端指节左侧板(40)固联并转动套接在末端指节关节轴(14)上，连杆(45)的另一端与固定在第二转轮(46)上的销轴(47)转动连接。2.根据权利要求I所述的果实采摘机器人灵巧手手指结构，其特征在于所述的齿轮差动机构(15)由第一主动锥齿轮(25)、第一中间锥齿轮(26)、第一从动锥齿轮(27)、第二主动锥齿轮(28)、第二中间锥齿轮(29)、第二从动锥齿轮(30)和十字轴(12)组成，所述的第ー主动锥齿轮(25)、第一中间锥齿轮(26)和第一从动锥齿轮(27)模数相同，并且轴心线两两垂直，其中...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨福增，蒲应俊，王元杰，陈晨宗，王程程，徐新星，韩树峰，潘冠廷，
申请(专利权)人：西北农林科技大学，
类型：实用新型
国别省市：