一种欠驱动三指手式果蔬柔性采摘装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及农业机器人领域，具体涉及一种欠驱动三指手式果蔬柔性采摘装置。
【背景技术】
[0002]水果和蔬菜是人类生活中必不可少的食物，种植面积大产量高。果蔬收获的季节性强，依靠人工判断果实成熟程度并实施采摘，费时费力，有时需登高采摘，具有一定危险性，采摘成本约占生产成本的50%左右。果实采摘机器人属于收获类农业机器人，按果实不同，比如番茄、苹果、柑桔、黄瓜、茄子、西瓜、甜瓜、甘蓝、草莓、葡萄等，其采摘系统也不同。末端执行器是果实采摘机器人的核心执行部件，不同的果实往往需要不同的末端执行器或采摘装置，造成采摘装置的通用性差，其应用范围受到限制。欠驱动多指手式采摘装置是在灵巧多指手和人手运动机理研宄基础上提出的一类末端执行器，可以实现两种抓取模式:精确捏取和包络抓取，前者适用于捏紧果实近端果柄后再切断远端果柄，如葡萄等束状生长水果，后者适用于抓住果实后再切断或拧断果柄，如苹果、番茄等类球形水果以及茄子、黄瓜等长条形水果。显而易见，欠驱动多指手式采摘装置的通用性很强，能覆盖常见的多种果实采摘。为此，本发明针对类球形果实(如苹果、番茄)或成簇生长的果实(如葡萄、樱桃番茄)的柔性采摘而设计，协调采摘装置通用性、灵活性和成本之间的矛盾问题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种欠驱动三指手式果蔬柔性采摘装置，可以实现类球形果实或成簇生长果实的采摘，具有果实形状自适应能力和接触力可控的特点。
[0004]本发明的技术方案是:一种欠驱动三指手式果蔬柔性采摘装置，其特征在于，包括欠驱动手指机构1、仰俯驱动机构I1、伸缩驱动机构II1、剪枝机构IV、手掌支撑盘和手指驱动电机连接盘；
[0005]所述欠驱动手指机构I与所述手掌支撑盘固定连接，所述手掌支撑盘通过手掌连接板与所述手指驱动电机连接盘固定连接；所述欠驱动手指机构I包括步进电机A，所述步进电机A固定在所述手指驱动电机连接盘下面；所述欠驱动手指机构I与移动滑块A铰接，所述步进电机A的输出轴上设有连接键A，所述连接键A与所述步进电机A的输出轴螺纹连接，所述移动滑块A固定在连接键A上，所述移动滑块A与所述手掌连接板移动副连接；
[0006]所述仰俯驱动机构II包括步进电机B、下导轨连接板、仰俯连杆和电机摆动板；所述步进电机B固定在所述手指驱动电机连接盘上面，所述导轨连接板固定连接在所述手指驱动电机连接盘下面；所述手指驱动电机连接盘下面固定有摆动连接座，所述电机摆动板一端与所述摆动连接座转动副连接，另一端与所述仰俯连杆铰接，所述仰俯连杆的另一端与移动滑块B铰接，所述步进电机B的输出轴上设置有连接键B，所述连接键B与所述步进电机B的输出轴螺纹连接，所述移动滑块B固定在所述连接键B上，所述移动滑块B与所述下导轨连接板移动副连接；
[0007]所述伸缩驱动机构III包括电机固定板、步进电机C、固定导轨和移动底板，所述电机固定板一端与所述电机摆动板固定连接，另一端与所述固定导轨固定连接，所述步进电机C固定在电机固定板上，所述步进电机C的输出轴上设置有连接键C，所述连接键C与所述步进电机C的输出轴螺纹连接，所述移动滑块C的一端固定在所述连接键C上，另一端固定在所述移动底板上，所述固定导轨和所述移动底板移动副连接；
[0008]所述剪枝机构IV包括步进电机D、剪刀传动机构T和刀片，所述步进电机D固定在所述移动底板上，所述刀片与所述移动底板销轴连接，所述步进电机D通过所述剪刀传动机构T与所述刀片连接。
[0009]上述方案中，所述欠驱动手指机构I包括近指节、中指节、远指节和连杆机构L ；所述近指节、所述中指节和所述远指节依次串联铰接；
[0010]所述连杆机构L包括第一连杆、第一摆杆、第二连杆、第二摆杆、第三连杆和远指节；所述第一连杆的一端与所述移动滑块A铰接，另一端与所述第一摆杆铰接，所述第一摆杆和所述近指节通过近指节固定座同轴铰接，所述近指节固定座与所述手掌支撑盘固接；所述第二连杆的一端与所述第一摆杆铰接，另一端与所述第二摆杆铰接，所述第二摆杆和所述中指节同轴铰接；所述第三连杆的一端与所述第二摆杆铰接，另一端与所述远指节铰接。
[0011]进一步的，所述第二连杆和所述第二摆杆铰接处的扭簧销轴A上设置扭簧A;所述第三连杆和所述远指节铰接处的扭簧销轴B上设置扭簧B。
[0012]进一步的，所述近指节固定座的端部设置近指节运动终止限位块，所述近指节的端部设置限制中指节运动终止限位块，所述中指节的端部设置限制远指节运动终止限位块。
[0013]上述方案中，所述欠驱动手指机构I的数量为3套，3套所述欠驱动手指机构I均布在手掌支撑盘上。
[0014]进一步的，每套所述欠驱动手指机构I连接I个步进电机A。
[0015]上述方案中，所述远指节上的传感器连接通孔里安装压力式传感器。
[0016]上述方案中，所述剪刀传动机构T包括锥齿轮A、锥齿轮B、移动螺母、销轴滑块、双向螺杆、伸缩滑杆和固定导杆；
[0017]所述步进电机D输出轴端与所述锥齿轮A固接，所述双向螺杆固定在所述移动底板上，所述双向螺杆与所述移动螺母螺旋副连接，所述锥齿轮B与所述双向螺杆固接，所述锥齿轮A与所述锥齿轮B齿轮副连接；所述移动螺母与所述固定导杆移动副连接，所述固定导杆固定在所述移动底板上；所述移动螺母与所述销轴滑块销轴连接，所述伸缩滑杆与所述销轴滑块移动副连接，所述伸缩滑杆和所述刀片固接。
[0018]上述方案中，所述手掌支撑盘的中心固定设置手掌吸盘。
[0019]上述方案中，还包括腕部连接卡盘；所述手指驱动电机连接盘通过卡盘连接板与所述腕部连接卡盘固接。
[0020]本发明的有益效果是:
[0021]1、采用欠驱动手指机构，并使用扭簧作为限制机构，使之具有包络抓取功能
[0022]所述欠驱动手指机构I采用3级串联式连杆机构L在所述扭簧和所述限位块的配合下，由I个所述步进电机A驱动所述连杆机构L，根据果实与所述近指节、所述中指节、所述远指节的接触位置，所述欠驱动手指机构I自动形成适应果实形状的构型。
[0023]2、根据果实外形特点，在所述手掌支撑盘上均布3套完全相同的所述欠驱动手指机构I形成欠驱动三指手，可以提高抓取动作的稳定性，既可以进行力封闭抓取也可以进行形封闭抓取，提高了抓取灵活性和成功率。
[0024]3、3套完全相同的所述欠驱动手指机构I分别由3个所述步进电机A独立驱动，使其适合抓取类球形果实(如苹果、番茄)或成簇生长的果实(如葡萄、樱桃番茄)，增强了整个手爪的灵活性和形状自适应能力。
[0025]4、考虑到果实采摘的易损伤性，3套所述欠驱动手指机构I的在所述远指节上安装所述压力式传感器，用来感知果实接触力，避免过大的接触力将果实损伤。
[0026]5、所述手掌支撑盘的中心固定设置手掌吸盘可进一步降低对果实的损伤。
[0027]6、该装置通过所述腕部连接卡盘与机械臂的腕部连接。
[0028]7、该装置可实现两