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维戈塞尔塔vs莱万特: 欠驅動手指機構以及棒狀果蔬握持式采摘機械手末端執行器.pdf

摘要
申請專利號:

维戈塞尔塔vs皇家社会 www.vmyqew.com.cn CN201810629824.3

申請日:

20180619

公開號:

CN108934440A

公開日:

20181207

當前法律狀態:

有效性:

審查中

法律詳情:
IPC分類號: A01D46/00,B25J15/00 主分類號: A01D46/00,B25J15/00
申請人: 新疆農業大學
發明人: 馬衛彬,岳勇,謝建華
地址: 830000 新疆維吾爾自治區烏魯木齊市沙依巴克區南昌路42號
優先權: CN201810629824A
專利代理機構: 青島致嘉知識產權代理事務所(普通合伙) 代理人: 郭廣全
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201810629824.3

授權公告號:

法律狀態公告日:

法律狀態類型:

摘要

本發明涉及果蔬采摘領域,特別是用于棒狀果蔬的采摘執行器末端機構,解決棒狀果蔬在執行采摘的過程當中,果蔬握持容易造成果蔬破損或者握持不穩的問題,具體是通過欠驅動手指在接觸棒狀果蔬時具備特定的運動,能夠根據果蔬自身的形狀調節握持的力度及角度,便于更好的握持果蔬。

權利要求書

1.欠驅動手指機構,包括:指節單元(301),所述指節單元(301)為多個,且相互鉸接并成關節狀;指根單元(302),所述的指根單元為多個指節單元(301)中的一個且一端與機架(100)鉸接,指根單元(302)另一端與相鄰的指節單元(301)的一端鉸接;欠驅動桿機構,欠驅動桿機構包括多個鉸接的桿狀的零部件,其特征在于,所述的桿狀的零部件位于指節單元(301)的一側并與各指節單元(301)鉸接,所述的桿狀的零部件至少包括一個用于與動力單元傳動連接的第一驅動桿(303),所述第一驅動桿(303)實現將動力接收并轉化,實現桿機構在設定情況下具備特定運動狀態的結構。2.根據權利要求1所述的欠驅動手指機構,其特征在于,所述欠驅動機構包括驅動桿單元和擺動桿單元,所述驅動桿單元用于接收上一單元的動力并將動力轉化傳輸至下一單元,所述擺動桿單元用于連接驅動桿單元并作用于指節單元(301)的鉸接處。3.根據權利要求1或2所述的欠驅動手指機構,其特征在于,所述指節單元(301)為三個,包括指根單元(302)、指中單元(304)和指端單元(305),所述指節單元(301)為板狀結構;所述指根單元(302)與機架(100)鉸接處同時鉸接有第一擺動桿(306),所述第一擺動桿(306)的一端繞指根單元(302)的銷軸擺動,同時第一擺動桿(306)的另一端鉸接有第二驅動桿(307),所述第二驅動桿(307)另一端延伸至指端單元(305)與指中單元(304)的鉸接處且鉸接有第二擺動桿單元(308),第二擺動桿單元(308)的一端位于指中單元(304)與指端單元(305)的連接處并與此處轉軸轉動連接,第二擺動桿單元(308)的另一端鉸接第三驅動桿(309)的端部,所述第三驅動桿(309)的另一端鉸接指端單元(305)的側面部。4.根據權利要求1或2所述的欠驅動手指機構,其特征在于,所述第一擺動桿與所述第三驅動桿之間設有處于壓縮狀態的彈性件(310),彈性件使得指根單元(302)在非驅動狀態保持設定形狀。5.根據權利要求3或4所述的欠驅動手指機構,其特征在于,所述指節單元(301)的內側面設有壓力感知單元和緩沖層。6.根據權利要求1、4、5任一所述的欠驅動手指機構,其特征在于,所述指節單元(301)的末端設有指端單元(305),所述指端單元(305)為板狀結構,所述指端單元(305)的夾持面的寬度為其余指節單元(301)的一半。7.采用權利要求1-6任一所述欠驅動手指機構的棒狀果蔬握持式采摘機械手末端執行器,包括至少兩個相對且相隔設置在同一機架(100)上的欠驅動手指機構(300),各所述第一驅動桿(303)分別鉸接于一具有直線確定運動的驅動件(200)上,使得各所述第一驅動桿(303)具有同步運動的結構。8.根據權利要求7所述的執行器,其特征在于,所述欠驅動手指機構(300)上方設有一剪切機構(400),所述剪切機構(400)與機架(100)連接,且剪切機構(400)與所述欠驅動手指機構(300)之間距離可調。9.根據權利要求8所述的執行器,其特征在于,所述剪切機構(400)包括延伸至所述欠驅動手指機構(300)上方的兩鉸接的剪刀刃(401),各所述剪刀刃(401)延伸形成可相互分離閉合的剪刀柄(402),兩所述剪刀柄(402)之間設有凸輪控制機構(403),所述凸輪控制機構用于實現剪刀刃(401)部的開合,兩所述剪刀柄(402)之間還連接有彈性部件(404),用于使得剪刀柄(402)與凸輪貼合。10.根據權利要求7、8、9任一所述的執行器,其特征在于,所述驅動件(200)為螺紋傳遞副,包括螺紋桿(202)和螺母(201),各所述第一驅動桿(303)的端部與螺母(201)鉸接連接,所述螺紋桿(202)受電機驅動。

說明書

技術領域

本發明涉及植物采摘機械,具體涉及欠驅動手指機構以及棒狀果蔬握持式采摘機械手末端執行器。

背景技術

目前采摘機器人末端執行器僅能對單一種類果蔬進行采摘,特定采摘工具僅能針對某一特定的果蔬采摘,對于其余種類或類似種類不能做到適用,造成傳統的采摘工具開發使用、成本高,局限性大。此外,較多的采摘執行器采用夾持方式采摘水果,但是在夾持過程中均不能順應果蔬形體,且容易造成果蔬因過大形變而損傷。

棒狀采摘機器人的機械手末端執行器采用仿人手抓物的握持采摘,順應果蔬形狀抓??;手指內側面裝有壓力傳感器;手指上面裝有間距可調的剪柄機構,可根據不同果蔬的物理特性、尺寸設置握持力和剪柄距離。采摘時握持力達到設定值時,機械手停止握持動作,與此同時剪柄機構迅速剪斷果柄,完成采摘作業。

黃瓜、茄子、絲瓜、羊角辣椒等都是常見的棒狀果蔬,隨著設施農業技術的發展,這類果蔬的種植面積日益增加,采摘作業繁重。研究適用溫室環境的采摘機器人有利于果蔬適時采收、降低收獲成本。

發明內容

因此,本發明要解決的技術問題在于克服現有技術中采摘執行器只能用于一種果蔬,不能適應多種果蔬,使用局限較大的問題,以及采摘過程中不能適應果蔬形狀容易造成果蔬損傷的問題。

首先,本發明公開一種欠驅動手指機構,其技術方案為:

指節單元,所述指節單元為多個,且相互鉸接并成關節狀;指根單元,所述的指根單元為多個指節單元中的一個且一端與機架鉸接,指根單元另一端與相鄰的指節單元的一端鉸接;欠驅動桿機構,欠驅動桿機構包括多個鉸接的桿狀的零部件,所述的桿狀的零部件位于指節單元的一側并與各指節單元鉸接,所述的桿狀的零部件至少包括一個用于與動力單元傳動連接的第一驅動桿,所述第一驅動桿實現將動力接收并轉化,實現桿機構在設定情況下具備特定運動狀態的結構。

在一實施例中,所述欠驅動機構包括驅動桿單元和擺動桿單元,所述驅動桿單元用于接收上一單元的動力并將動力轉化傳輸至下一單元,所述擺動桿單元用于連接驅動桿單元并作用于指節單元的鉸接處。

在一實施例中,所述指節單元為三個,包括指根單元、指中單元和指端單元,所述指節單元為板狀結構;所述指根單元與機架鉸接處同時鉸接有第一擺動桿,所述第一擺動桿的一端繞指根單元的銷軸擺動,同時第一擺動桿的另一端鉸接有第二驅動桿,所述第二驅動桿另一端延伸至指端單元與指中單元的鉸接處且鉸接有第二擺動桿單元,第二擺動桿單元的一端位于指中單元與指端單元的連接處并與此處轉軸轉動連接,第二擺動桿單元的另一端鉸接第三驅動桿的端部,所述第三驅動桿的另一端鉸接指端單元的側面部。

在一實施例中,所述第一擺動桿與所述第三驅動桿之間設有處于壓縮狀態的彈性件,彈性件使得指根單元在非驅動狀態保持設定形狀。

在一實施例中,所述指節單元的內側面設有壓力感知單元和緩沖層。

在一實施例中,所述指節單元的末端設有指端單元,所述指端單元為板狀結構,所述指端單元的夾持面的寬度為其余指節單元的一半。

本專利申請還公開一種采用上述欠驅動手指機構的棒狀果蔬握持式采摘機械手末端執行器,其技術方案是:

包括至少兩個相對且相隔設置在同一機架上的欠驅動手指機構,各所述第一驅動桿分別鉸接于一具有直線確定運動的驅動件上,使得各所述第一驅動桿具有同步運動的結構。

在一實施例中,所述欠驅動手指機構上方設有一剪切機構,所述剪切機構與機架連接,且剪切機構與所述欠驅動手指機構之間距離可調。

在一實施例中,所述剪切機構包括延伸至所述欠驅動手指機構上方的兩鉸接的剪刀刃,各所述剪刀刃延伸形成可相互分離閉合的剪刀柄,兩所述剪刀柄之間設有凸輪控制機構,所述凸輪控制機構用于實現剪刀刃部的開合,兩所述剪刀柄之間還連接有彈性部件,用于使得剪刀柄與凸輪貼合。

在一實施例中,所述驅動件為絲杠副,包括螺紋桿和螺母,各所述第一驅動桿的端部與螺母鉸接連接,所述螺紋桿受電機驅動。

在一實施例中,所述凸輪控制機構包括一位于機架上的安裝板,所述安裝板通過可拆卸螺栓與機架固定連接,所述機架上設有與所述安裝板連接的連接柱,所述連接柱上設有多個調節孔,所述安裝板與調節孔形成可變換安裝板高度的連接,進而實現剪切機構與指節單元之間距離的調節。

本發明提供的欠驅動手指機構,具有以下優點:

本發明的欠驅動手指機構,適用于棒狀或者條狀的果蔬采摘,適用性較普通的果蔬采摘器大大提升,三個指節單元中,指根單元在進行摘果時首先接觸目標,此時指中單元具備確定運動,當指中單元接觸果蔬后,被阻擋停止運動,而指端單元繼續合攏,直至指端單元接觸果蔬表面,欠驅動桿機構持續加力直至指節單元內側任一壓力傳感器受力達到設定值后停止,實現對果蔬的握持,在上述過程當中,各指節單元內側面的緩沖層和壓力感知單元可實時測定目標所受的壓力,并將壓力信號傳輸控制端,由控制端控制驅動桿單元的動作,實現對果蔬的準確握持,避免果蔬的損傷,同時指端單元的夾持面僅為指中單元或其余指節單元的一半,這樣就可以在握持果蔬時,執行器末端的指端單元可以交錯握緊果蔬,實現當欠驅動指節機構合起來時指端單元彼此可以錯開的結構。

在所述指端單元與所述指根單元之間拉設有自然狀態或壓縮狀態的彈性件,該處的彈性件可實現指根單元、指中單元以及指端單元在自然狀態下,及未合抱狀態,保持指中單元、指中單元以及指端單元張開狀態,具體來講彈性件位于第一擺動桿與所述第三驅動桿之間且處于自然狀態或壓縮狀態,當各指節單元不受外力時,該彈性件處于自然狀態,當指節單元受驅動時,彈性件被壓縮,驅動桿需要克服較小的彈性件阻力。

指節單元的內側面設有壓力感知單元和緩沖層,緩沖層直接固定在指節單元的內側面上并且預留有壓力感知單元的安裝位,緩沖層可以采用柔性硅膠,用于增強握持果蔬時的摩擦力以及避免損傷果蔬。

凸輪控制機構包括一位于機架上的安裝板,所述安裝板通過可拆卸螺栓與機架固定連接,機架上設有與所述安裝板連接的連接柱,連接柱上設有多個間隔設置的調節孔,調節孔用于實現螺釘連接且實現連接位置的調節,所述安裝板與調節孔形成可變換安裝板高度的連接,進而實現剪切機構與指節單元之間距離的調節,用于適應不同高度棒狀果蔬的剪切。

附圖說明

為了更清楚地說明現有技術或本發明具體實施方式中的技術方案,下面對現有技術或具體實施方式描述中所使用的附圖作簡單介紹。

圖1是本專利申請中末端執行器的整體結構示意圖。

圖2是圖1中A部分的結構示意圖。

圖3是圖1中B部分的結構示意圖。

圖4是圖1中C部分的結構示意圖。

圖5是圖1中D部分的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合說明書附圖對本發明的技術方案進行描述,顯然,下述的實施例不是本發明全部的實施例?;詒痙⒚魎枋齙氖凳├?,本領域普通技術人員在沒有做出其他創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例,都屬于本發明的?;し段?。此外,下面所描述的本發明不同實施方式中所涉及的技術特征只要彼此之間未構成沖突就可以相互結合。

如圖1所示,機架100,機架100包括下支板101和位于下支板101兩端并豎直固定設置的前、后支板102、103,前支板102的兩側處用于鉸接安裝的欠驅動手指機構300,也即兩相對相隔設置的欠驅動手指機構300的指根單元302分別通過銷軸與前支板102的兩側轉動連接,而安裝板104位于下支板101的上方且與下支板101相隔形成絲杠副的安裝空間。

在上述的實施例中,如圖1所示,驅動件200為一帶有螺母201的絲杠副,螺紋桿202轉動安裝前支板102上且經過伺服電機203進行驅動,螺母201的兩側設有連接凸耳204,連接凸耳204用于鉸接欠驅動手指機構300的第一驅動桿303的端部,使得各第一驅動桿303具有同步運動的結構。

在上述的實施例中,如圖1所示,欠驅動手指機構300上方設有一剪切機構400,剪切機構400通過支撐轉銷轉動固定安裝在安裝板104上,剪刀中部的支撐轉銷可以使剪刀刃401部自如開合,同時支撐剪刀,安裝板104與下支板101之間的距離可調,形成剪切機構400與欠驅動手指機構300之間距離可調的結構。

在上述的實施例中,如圖1所示,剪切機構400包括延伸至欠驅動手指機構300上方的兩鉸接的剪刀刃401,各剪刀刃401延伸形成可相互分離閉合的剪刀柄402,兩剪刀柄402之間設有凸輪控制機構403,凸輪控制機構用于實現剪刀刃401部的開合,兩剪刀柄402之間還連接有彈性部件404,用于使得剪刀柄402與凸輪貼合,圖中所示凸輪在圖示位置轉動90°時,其推程由0增加到最大值,剛好使剪柄剪刀由最大開合狀態變成完全閉合,繼續轉動90°,剛好使剪刀由閉合張開到最大工作狀態,兩剪刀柄402之間的彈性部件404可以使剪刀柄402始終保持閉合的趨勢連接,從而使剪刀柄402與凸輪輪緣時刻接觸,這里的彈性部件404包括但不限于圓柱彈簧,同時剪刀柄402內側面加工有和凸輪厚度相當的限位槽,卡住凸輪輪緣,起著對剪刀的支撐定位作用;

在上述的實施例中,如圖1所示,安裝板104通過可拆卸螺栓與機架100固定連接,機架100的前支板102、后支板103上設有與安裝板104連接的連接柱105,連接柱上設有多個調節孔,安裝板104與調節孔形成可變換安裝板104高度的連接,進而實現剪切機構400與指節單元301之間距離的調節。

在上述的實施例中,如圖1、圖2、圖3所示,指節單元301,指節單元301為板狀結構,各指節單元301之間通過銷軸進行鉸接固定,各指節單元301的轉動的結構即為果蔬的握緊和放松所對應的方向,指節單元301為了實現對果蔬的握持,多個指節單元301相互鉸接形成欠驅動手指機構300的主體結構,該主體結構包括多個相互鉸接可相互相對轉動關節,該結構中包括一個位于機架100處且與機架100鉸接的指根單元302,和位于端部的指端單元305,指根單元302另一端與相鄰的指節單元301的一端鉸接,而指端單元305的另一端為自由端,除了上述的相互鉸接的指節單元301外,還有用于驅動各指節單元301動作的欠驅動桿機構,欠驅動桿機構包括多個鉸接的桿狀的零部件,的桿狀的零部件位于指節單元301的一側并與相應的指節單元301鉸接配合,其中的桿狀的零部件至少包括一個用于與動力單元傳動連接的第一驅動桿303,第一驅動桿303實現將動力接收并轉化,實現桿機構在設定情況下具備特定運動狀態的結構,其中,按照各桿不同作用功能可將桿分為,驅動桿單元和擺動桿單元,驅動桿單元用于接收上一單元的動力并將動力轉化傳輸至下一單元,擺動桿單元用于連接驅動桿單元并作用于指節單元301的鉸接處。

在上述的實施例中,如圖1、圖2、圖3所示,指節單元301為三個,包括指根單元302、指中單元304和指端單元305,指端單元305與指根單元302之間拉設有處于拉伸狀態的圓柱彈簧,該處的圓柱彈簧可實現指根單元302、指中單元304以及指端單元305在自然狀態下,及未合抱狀態,保持指中單元304、指中單元304以及指端單元305張開狀態。

在上述的實施例中,如圖1、圖2、圖3、圖5所示,指根單元302與機架100鉸接處同時鉸接有第一擺動桿306,第一擺動桿306的一端繞指根單元302的銷軸擺動,同時第一擺動桿306的另一端鉸接有第二驅動桿307,第二驅動桿307另一端延伸至指端單元305與指中單元304的鉸接處且鉸接有第二擺動桿,第二擺動桿的一端位于指中單元304與指端單元305的連接處并與此處轉軸轉動連接,第二擺動桿單元308的另一端鉸接第三驅動桿309的端部,第三驅動桿309的另一端鉸接指端單元305的側面部,第二擺動桿包括直桿狀的第一部分3081和第二部分3082,第一部分3081和第二部分3082不再同一條直線上且相交形成彎折的結構,第二驅動桿307的端部即鉸接安裝在第一部分和第二部分的相交處,指端單元305的背部設有一凸出的連接處,該突出的連接處與點三驅動桿鉸接,形成驅動桿單元的作用于擺桿單元或指端單元305時其作用力可與擺桿單元或指端單元305的轉動支點形成回轉力矩的結構。

在上述的實施例中,如圖1、圖2、圖3所示,各指節單元301的內側面設有壓力感知單元和緩沖層,緩沖層直接固定在指節單元301的內側面上并且預留有壓力感知單元的安裝位,緩沖層可以采用柔性硅膠,用于增強握持果蔬時的摩擦力以及避免損傷果蔬。

在上述的實施例中,如圖1、圖2、圖3所示,指端單元305的夾持面僅為指中單元304或其余指節單元301的一半,這樣就可以在握持果蔬時,執行器末端的指端單元305可以交錯握緊果蔬,實現當欠驅動指節 機構合起來時指端單元305彼此可以錯開的結構。

顯然,上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例,而并非對實施方式的限定。對于所屬領域的普通技術人員來說,在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發明的?;し段е?。

關 鍵 詞:
驅動 手指 機構 以及 棒狀果蔬握持式 采摘 機械手 末端 執行
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