[發明專利]一種六自由度混聯采摘操作手

在審

• 申請號: 202210870618.8
• 申請日: 2022-07-22
• 公開（公告）號: CN115039572A
• 公開（公告）日: 2022-09-13
• 發明（設計）人: 丁文芹;宋志禹;郭健;華耀;占才學;沈惠平;張健飛;韓余;蔣清海
• 申請（專利權）人: 農業農村部南京農業機械化研究所;南京理工大學;常州大學
• 主分類號: A01D46/30
• 分類號: A01D46/30;B25J9/00;B25J9/10
• 代理公司: 常州市英諾創信專利代理事務所(普通合伙) 32258
• 代理人: 王美華

本發明涉及采摘操作手技術領域，尤其是一種六自由度混聯采摘操作手，包括串聯機構部分和并聯機構部分；串聯機構部分包括水平橫梁、鉛垂梁及轉動臂，并聯機構部分包括靜平臺、動平臺、混合支鏈及簡單支鏈；混合支鏈包含平面五桿機構，其串聯機構部分可實現X?Y?γ的三個獨立運動；并并聯機構部分可實現Z?α?β三個獨立運動，實現三個移動副同時驅動動平臺上升和下降，豎直方向載荷大，動平臺的承載能力也大幅度提升，同時三個移動副亦能控制α?β兩個獨立運動，實現姿態的調整，以減少采摘工具姿態改變的累積誤差，提高姿態控制的精度，并減少姿態改變時需要的驅動力，可適用于采摘工具姿態需要頻繁改變和豎直方向負載較大的場合。

技術領域

本發明涉及采摘操作手技術領域，尤其是一種六自由度混聯采摘操作手。

背景技術

目前，國內外很多研究學者已對于水果等采摘機器人進行了大量的研究，但采摘效率較低，很多產品基本都停留在單果采摘在20s左右，還具有如下特點：1)果、茶機器人作業季節性較強，使用成本高；2)果、茶采摘機器人作業環境復雜多變。3)果、茶采摘機器人使用對象的特殊性。因此，針對果、茶等特經作物，提供輕量化、成本低、體積小、工作效率高的采摘機器人，提供更加緊湊和多功能化的機構設計，滿足中國復雜地形的果、茶等特經作物的高效采摘，是下一步采摘機器人的設計趨勢。

采摘機械手的性能決定了采摘的質量和采摘率，目前，有關采摘機械手的專利主要有：1)ZL201510546355.5.茶葉采摘機、2)ZL20120322278.4.茶葉仿生采摘指、3)ZL20201039226.2.一種并聯式自動名優茶采摘機器人、4)ZL201811294419.7一種名優茶采摘機器人、5)ZL201810756487.4一種水果采摘機器人、6)ZL201810756487.4一種懸掛式水果采摘機械臂、7)ZL20121308897.4一種基于力敏的柔性機械手爪及使用方法、8)ZL202020367930.1一種采摘機械手。

為了使采摘機械手順利工作，需要達到物理空間內的任意一點位置以及3個姿態；為此，要研究、發明一種新型、制造便易、成本低以及控制方便的6-DOF采摘機械手，為復雜環境下(例如行走地形復雜，采摘物重力大，豎直方向載荷大)特經作物智能化采摘的高效率、靈活性與精準智能采摘奠定技術基礎。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：為了解決現有技術中的不足，現提供一種運動學/動力學求解容易、運動解耦的六自由度采摘操作手。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是：一種六自由度混聯采摘操作手，包括串聯機構部分和并聯機構部分；

所述串聯機構部分包括水平橫梁、鉛垂梁及轉動臂，所述水平橫梁安裝在導軌上，所述水平橫梁與移動副四連接，并作X方向前后移動；所述鉛垂梁通過移動副五連接于水平橫梁上，并作Y方向左右移動；所述轉動臂通過轉動副五與鉛垂梁連接，轉動副五的軸線與Z方向平行；

所述并聯機構部分包括靜平臺、動平臺、混合支鏈及簡單支鏈；

所述混合支鏈包含由依次串聯的移動副一、轉動副一、轉動副二、轉動副六三及移動副三構成的平面五桿機構；移動副一和移動副三的移動方向均為上下運動的Z方向；移動副一和移動副三之間的連桿位于靜平臺上；轉動副一、轉動副二及轉動副六三的軸線相互平行；移動副一的移動方向與轉動副一的軸線垂直；轉動副一與轉動副二之間的連桿為輸出桿，輸出桿與轉動副四連接，轉動副四的軸線和轉動副一的軸線垂直；

所述簡單支鏈由移動副二、球副一及球副二依次串聯而成，移動副二設置在靜平臺上，動平臺的兩端分別與球副二和轉動副四連接，動平臺上固定安裝采摘工具，靜平臺與轉動臂固定連接；

所述移動副一、移動副二、移動副三、移動副四、移動副五及轉動副五均為驅動副。

進一步地，所述轉動副一的軸線與轉動副五的軸線垂直；

進一步地，所述輸出桿與轉動副四同軸設置。