[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

本發明公開了一種仿人采摘動作的多爪氣動無損果蔬采摘機械手，包括多爪采摘機械手機構和無損采摘氣動系統；多爪采摘機械手機構包括夾持機構和采摘機構；夾持機構包括三爪氣缸、移動底座、真空發生器、下拉桿、移動滑塊、上拉桿、真空吸盤、采摘爪和壓力傳感器；采摘機構的主要動力裝置為旋轉氣缸，旋轉氣缸通過螺釘與連接盤固連，連接盤與三爪氣缸采用螺釘固連，真空發生器與連接盤固連；無損采摘氣動系統包括空氣壓縮機、氣源三聯件、采摘氣動子系統、夾持氣動子系統和吸附氣動子系統。通過多連桿采摘機械手的設計，在一個動力裝置下實現吸附果實、拉直果梗和夾持果實等多個動作，從而同時達到對果梗的姿態調整和果實的夾持。

技術領域

本發明涉及現代農業裝備技術領域，尤其是涉及各種果蔬采摘機械人的末端執行器機械手的設計。

背景技術

我國是世界上第一大水果生產國和世界第一大水果消費國，2012年我國溫帶水果如蘋果、柑橘、梨、柿子和桃類產品種植面積與產量均世界排名第一。2015年，水果總產量26142.2萬噸，比2014年增長4.2％。面對著巨大的水果產量，果園機械化市場需求迅速發展起來，采摘作為水果收獲中的核心環節，其占用的勞動力占整個生產過程所用勞動力的33％～50％。機械化采摘可降低人工的勞動強度，并在一定技術支持下可高于人的作業效率，同時可精確控制采摘末端執行器的力輸出，實現無損采摘。

目前設計的采摘機械手存在的問題包括：1)機械手的設計缺乏針對性。由于果實生長的不確定性，機械手的設計應該符合果實的特征。2)機械手夾持力不可控。3)果梗尋找困難，果實與果梗分離難度增大。

發明內容

針對上述現有技術中存在的不足之處，本發明提供了一種仿人采摘動作的多爪氣動無損果蔬采摘機械手。該多爪氣動無損果蔬采摘機械手針對果梗尋找困難(果梗較短或果梗不在豎直位置)的果實，設計了主動引導果梗位姿的真空吸附、拉直裝置；針對果實與果梗分離難度大，設計了多參數可調的扭轉采摘形式；針對類圓形果實的結構特點，設計了三爪包絡的機械采摘手，并且通過一個主動運動實現引導果梗位姿和夾持果實順序動作；該多爪氣動無損果蔬采摘機械手采用氣動系統作為動力源，可實現對夾持力連續無級調節；通過夾持力控制算法實現果實無損夾持及采摘。

為了解決上述技術問題，本發明采用了如下技術方案：

一種仿人采摘動作的多爪氣動無損果蔬采摘機械手，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、移動底座、真空發生器、下拉桿、移動滑塊、上拉桿、真空吸盤、采摘爪和壓力傳感器；所述三爪氣缸上均布設有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個移動底座一一對應連接；每個移動底座上有兩個轉動副鉸鏈，分別與采摘爪的下鉸鏈孔和下拉桿的一端相連；下拉桿穿過采摘爪中部的中空部分，下拉桿的另一端與移動滑塊的下鉸鏈孔相連形成轉動副；移動滑塊的上鉸鏈孔與上拉桿的一端鉸鏈孔相連形成轉動副，上拉桿的另一端鉸鏈孔與采摘爪上部的鉸鏈孔相連接構成轉動副；每個采摘爪內表面貼有壓力傳感器；所述移動滑塊為中空結構，移動滑塊的上端與真空吸盤固連，與真空吸盤連接的真空氣管從移動滑塊的中空穿過并與下端的真空發生器的真空口相連；

所述采摘機構的主要動力裝置為旋轉氣缸，旋轉氣缸通過螺釘與連接盤固連，連接盤與三爪氣缸采用螺釘固連；真空發生器與連接盤固連；