[發明專利]一種仿人采摘動作的多爪氣動無損果蔬采摘機械手

有效

• 申請號: 201810054498.8
• 申請日: 2018-01-19
• 公開（公告）號: CN108271532B
• 公開（公告）日: 2020-11-20
• 發明（設計）人: 陳子文;孫霄;楊云帆;皮磊;王昱
• 申請（專利權）人: 西南大學
• 主分類號: A01D46/30
• 分類號: A01D46/30;B25J13/08;B25J15/02;B25J15/06;B25J15/10
• 代理公司: 重慶信航知識產權代理有限公司 50218
• 代理人: 穆祥維

1.一種仿人采摘動作的多爪氣動無損果蔬采摘機械手，其特征在于：包括多爪采摘機械手機構和無損采摘氣動系統；所述多爪采摘機械手機構包括夾持機構和采摘機構；

所述夾持機構包括三爪氣缸(9)、移動底座(8)、真空發生器(7)、下拉桿(6)、移動滑塊(5)、上拉桿(3)、真空吸盤(2)、采摘爪(4)和壓力傳感器(1)；所述三爪氣缸(9)上均布設有3個可沿其徑向移動的爪盤，每個爪盤上設有螺紋孔，3個爪盤通過螺釘分別與3個移動底座(8)一一對應連接；每個移動底座(8)上有兩個轉動副鉸鏈，分別與采摘爪(4)的下鉸鏈孔和下拉桿(6)的一端相連；下拉桿(6)穿過采摘爪(4)中部的中空部分，下拉桿(6)的另一端與移動滑塊(5)的下鉸鏈孔相連形成轉動副；移動滑塊(5)的上鉸鏈孔與上拉桿(3)的一端鉸鏈孔相連形成轉動副，上拉桿(3)的另一端鉸鏈孔與采摘爪(4)上部的鉸鏈孔相連接構成轉動副；每個采摘爪(4)內表面貼有壓力傳感器(1)；所述移動滑塊(5)為中空結構，移動滑塊(5)的上端與真空吸盤(2)固連，與真空吸盤(2)連接的真空氣管從移動滑塊(5)的中空穿過并與下端的真空發生器(7)的真空口相連；

所述采摘機構的主要動力裝置為旋轉氣缸(12)，旋轉氣缸(12)通過螺釘與連接盤(13)固連，連接盤(13)與三爪氣缸(9)采用螺釘固連；真空發生器(7)與連接盤(13)固連；

所述無損采摘氣動系統包括空氣壓縮機、氣源三聯件(19)、采摘氣動子系統、夾持氣動子系統和吸附氣動子系統；所述空氣壓縮機包括氣泵(15)、儲氣罐(16)和電接點壓力表(17)，所述氣泵(15)的出氣口與儲氣罐(16)的進氣口連接，所述儲氣罐(16)的出氣口與氣源三聯件(19)的進氣口連接，所述儲氣罐(16)與氣源三聯件(19)連接的管路上且靠近儲氣罐(16)設有電接點壓力表(17)，所述氣源三聯件(19)的出氣口與4通管的一接頭連接；采摘氣動子系統包括手動調壓閥(20)、3位5通先導式電磁換向閥(21)和手動節流閥Ⅰ(10)，4通管的另一接頭通過氣動軟管與手動調壓閥(20)的進氣口相連接，手動調壓閥(20)的出氣口與3位5通先導式電磁換向閥(21)的進氣口通過氣動軟管相連，3位5通先導式電磁換向閥(21)的A、B出氣口分別與一個手動節流閥Ⅰ(10)進氣口相連，兩個手動節流閥Ⅰ(10)的出氣口分別與旋轉氣缸(12)兩個進氣口通過氣動軟管相連；夾持氣動子系統包括比例壓力閥(22)、2位5通先導式電磁換向閥(23)和手動節流閥Ⅱ，4通管剩下兩個接頭中的一個與比例壓力閥(22)的進氣口通過氣動軟管相連，比例壓力閥(22)的出氣口與2位5通先導式電磁換向閥(23)的進氣口通過氣動軟管相連，2位5通先導式電磁換向閥(23)的A、B出氣口分別與一個手動節流閥Ⅱ相連，兩個手動節流閥Ⅱ與三爪氣缸(9)的兩個進氣口相連接；吸附氣動子系統包括2位2通電磁換向閥(24)，4通管剩下兩個接頭中的另一個接頭與2位2通電磁換向閥(24)的進氣口通過氣動軟管相連，2位2通電磁換向閥(24)的出氣口與真空發生器(7)的進氣口相連，真空發生器(7)的真空口與真空吸盤(2)相連。

2.根據權利要求1所述的一種仿人采摘動作的多爪氣動無損果蔬采摘機械手，其特征在于：所述上拉桿(3)和下拉桿(6)上均設有長度調節螺母(14)。

3.根據權利要求1所述的一種仿人采摘動作的多爪氣動無損果蔬采摘機械手，其特征在于：所述電接點壓力表(17)與氣源三聯件(19)之間的管路上設置有安全閥(18)。

4.根據權利要求1所述的一種仿人采摘動作的多爪氣動無損果蔬采摘機械手，其特征在于：所述連接盤(13)上設有調節孔。

5.根據權利要求1所述的一種仿人采摘動作的多爪氣動無損果蔬采摘機械手，其特征在于：該多爪氣動無損果蔬采摘機械手的無損果蔬采摘控制流程是基于采摘機械手的真空吸盤(2)已經與果蔬表面接觸的情況下；程序運行開始首先對夾持氣動子系統進行壓力初始化，其初始壓力可驅動三爪氣缸(9)實現空載開合運動，同時該初始壓力所產生的夾持力無法對果蔬造成傷害；之后2位2通電磁換向閥(24)上電使真空吸盤(2)產生真空吸附果蔬；此時在初始夾持壓力下控制2位5通先導式電磁換向閥(23)使機械手開始夾持果實；同時開始對壓力傳感器(1)的信息進行離散采樣；當壓力不為0時，說明機械手接觸到果蔬表面，此時通過控制比例壓力閥(22)開始逐步提升夾持氣動子系統的壓力，并同時對采摘爪(4)夾持力進行采樣，當[P(n)-P(n-1)]/tk時，其中t為采樣周期，P(n)為當前夾持壓力，P(n-1)為上一時刻夾持壓力，k為壓力變化量閾值，即壓力變化速率大于k值時，比例壓力閥(22)停止增壓，此時說明該壓力下機械手已將果實夾住且不損傷果實，閾值k可根據試驗獲取；同時2位2通電磁換向閥(24)斷電，吸附停止；最后3位5通先導式電磁換向閥(21)開啟，實現扭轉動作。