一种具有可锁止关节的刚柔混联浆果采摘机械手。由机架、伺服电机，以及结构相同的两个或多个手指组成。每个手指具有两个转动关节，第一关节为主动关节，由伺服电机驱动，第一关节上安装刚性驱动臂；第二关节为具有可锁止装置的自由关节，第二关节连接刚性驱动臂和柔顺构件指节；柔顺构件指节采用软质材料制成，其一端安装重块，另一端为柔顺抓取结构。本发明专利技术运用带锁止装置的自由关节连接刚性驱动臂和柔性抓取结构指节构成刚柔混联手指结构，实现快速柔性抓取目标物，而不需采用力传感器进行抓取参数的检测与控制，有效提高抓取效率，同时能保证。本发明专利技术结构简单，运动灵活，可用于浆果等易损目标物的快速柔性抓取作业。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种采摘机械手，尤其是涉及一种具有可锁止关节的刚柔混联浆果采摘机械手。
技术介绍
草莓、番茄、杨梅等浆果口感甜美、营养丰富，同时其外果皮较薄，采摘和包装过程中果实的机械损伤会严重影响其品相和保质期。大部分浆果从采摘到包装都是人工作业，工人劳动强度非常大，对工人的熟练程度要求高。因此近年来，开发一种浆果类果实抓取机械手成为研究热点。由于浆果表皮娇嫩，机械手在抓取果实过程中参数控制要求十分严格。以草莓为例，机械手指作用在果实表面的抓取执行力不能大于 1.5牛顿，作用力持续时间不大于4秒，在抓取过程中果实局部弹性变形量不能超过 1mm，满足上述条件才能保证草莓果实在被抓取中不发生损伤。常见的抓取机械手一般采用多自由度机械臂作为驱动机构，采用压力传感器来反馈抓取力，然后对抓取力进行控制。控制过程中往往为了满足力的控制精度要求，抓取过程缓慢进行，从而又会造成作用力持续时间过长。这一方面降低了工作效率，另一方面仍然造成机械损伤的发生。因此设计结构简单、采摘效率高的浆果抓取机械手成为亟待解决的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有可锁止关节的刚柔混联浆果采摘机械手，两个或多个机械手指分别由伺服电机驱动，且以浆果柔性快速采摘作业为目标进行设计。为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术为夹持式抓取机械手，由机架、伺服电机，以及结构相同的两个手指或多个手指组成。其中的每个手指具有两个转动关节，第一关节为主动关节，由伺服电机驱动，第二关节为具有可锁止装置的自由关节；手指第一关节与机架连接，第一关节与第二关节之间为刚性驱动臂，第二关节上安装柔顺构件指节；柔顺构件指节采用软质材料（如硅胶）制成，其中部与第二关节相连，关节一侧带有重块，另一侧为柔顺抓取结构，易于变形以适应浆果等夹持目标物的不同形状。伺服电机驱动手指第一关节加速转动时，发生转角为，刚性驱动臂随第一关节运动；第二关节在常态下保持锁闭状态，当刚性臂加速运动时解除锁闭；由于柔顺构件指节一侧安装的重块具有较大的惰性，使得柔顺构件指节另一侧的柔顺抓取结构部分加速运动，实现对果实的快速包络。当第一关节转角达到后，各手指均不能达到抓取目标物的位置，再经过时间延迟t1，此时间段t1内，在惯性力的作用下，柔顺构件指节一侧重块继续带动柔顺构件指节绕第二关节轴线旋转，柔顺抓取构件手指向浆果果实施加作用力，在果实反作用力下，柔顺构件指节通过受力变形来适应浆果等夹持目标物的形状，从而实现对浆果果实的柔性抓取。时间延迟t1结束后，第二关节锁止装置实施锁止动作，保持当前状态完成对浆果的抓取。释放时，由第一关节反向转动即可结束抓取状态。本专利技术具有的有益效果是：运用带锁止关节的刚柔混联手指结构，结合具有锁止装置的柔顺构件指节，实现快速柔性抓取目标物，而不需采用力传感器进行抓取参数的检测与控制，有效提高抓取效率，同时避免抓取部分与果实长时间接触而造成果实损失。本专利技术结构简单，操作容易，运动灵活，可用于浆果果实快速柔性采摘作业，配合机器人等其它定位装置可实现高效高可靠性的采摘或包装作业。附图说明图1是该专利技术的两手指实施例的三维结构图，图2是该专利技术的两手指实施例的主视图，图3是实施例中具有锁止装置的自由关节的结构图。图中：1. 机架，2. 伺服电机，3. 刚性驱动臂，4. 具有锁止装置的自由关节，5. 柔顺构件指节，6. 目标物，7. 重块，8. 螺钉， 9. 芯轴，10. 电磁铁，11. 自由套，12. 摩擦铁盘，13.弹簧，14. 滑动杆，15. 轴承。具体实施方式如图1、图2、图3所示，本专利技术实施例包括结构相同的两个手指，每个手指由一个伺服电机(2）驱动，每个伺服电机(2）的电机输出轴就是该手指的第一关节，刚性驱动臂（3）安装在伺服电机（2）的输出轴上；手指第二关节为具有锁止装置的自由关节(4)，具有锁止装置的自由关节（4）的芯轴（9）安装在刚性驱动臂（3）的安装孔内，用螺钉（8）紧固；柔顺构件指节（5）安装在具有锁止装置的自由关节（4）的自由套（11）上，采用过盈装配，柔顺构件指节（5）与自由套（11）同步运动；柔顺构件指节（5）的夹持侧采用柔性材料制作，并采用中间多处分布孔的方式，实现柔顺构件指节（5）与目标物(6)接触时产生大变形以适应目标物的形状；重块（7）固定在柔顺构件指节（5）上端孔内；如图3所示，具有锁止装置的自由关节（4）是一个独立组件。其中，芯轴（9）与电磁铁（10）之间采用过应配合固连在一起；自由套（11）与芯轴（9）之间通过轴承（15）连接，自由套（11）可以绕芯轴（9）旋转；摩擦铁盘（12）的端面上安装几个滑动杆（14），滑动杆（14）安装在电磁铁（10）的安装孔内，属于间隙配合，摩擦铁盘（12）可以沿着滑动杆（14）的轴线方向滑动；弹簧（13）是压缩弹簧，弹簧力将摩擦铁盘（12）推向自由套（11），摩擦铁盘（12）与自由套（11）之间具有摩擦力而不能相对转动；当电磁铁（10）得电时产生电磁吸力，电磁铁（10）吸引摩擦铁盘（12）克服弹簧（13）的弹力，摩擦铁盘（12）与自由套（11）之间失去摩擦力，则自由套（11）可以绕芯轴（9）自由旋转。使用过程中，两手指的动作是同步进行的。待夹持的目标物（6）处于两手指之间，机架（1）相对于目标物(6)的位置精度要求不高，通常波动范围在10毫米左右即可。伺服电机(2）开始加速旋转驱动两手指朝向目标物(6)产生夹持运动的同时，具有锁止装置的自由关节（4）的电磁铁（10）得电，摩擦铁盘（12）与自由套（11）之间失去摩擦力，在重块（7）的惰性作用下，自由套（11）绕芯轴（9）产生旋转运动，柔顺构件指节（5）的柔顺部分快速朝向目标物(6)运动，实现对目标物(6)的快速包络。当伺服电机(2）的转角达到后，重块（7）也会具有一定的速度，此时经过时间延迟t1，在此时间段内，在惯性力的作用下，柔顺构件指节（5）在重块（7）的惰性作用下继续绕芯轴（9）轴线旋转，柔顺构件指节（5）向目标物（6）施加作用力，在反作用力作用下，柔顺构件指节（5）的柔顺部分通过受力变形达到对目标物（6）的夹持；此时，时间延迟t1结束，电磁铁（10）失电，铁盘（12）与自由套（11）之间产生摩擦力，具有锁止装置的自由关节（4）处于锁止状态，则柔顺构件指节（5）的柔顺部保持弹性变形状态，完成了对目标物（6）的夹持。本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种具有可锁止关节的刚柔混联浆果采摘机械手，其特征在于：包括机架(7)、伺服电机(5)，以及结构相同的两个或多个手指；每个手指具有两个转动关节，第一关节为主动关节，由伺服电机驱动，第一关节上安装刚性驱动臂；第二关节为具有可锁止装置的自由关节，第二关节连接刚性驱动臂和柔顺构件指节。
【技术特征摘要】
1. 一种具有可锁止关节的刚柔混联浆果采摘机械手，其特征在于：包括机架(7)、伺服电机(5)，以及结构相同的两个或多个手指；每个手指具有两个转动关节，第一关节为主动关节，由伺服电机驱动，第一关节上安装刚性驱动臂；第二关节为具有可锁止装置的自由关节，第二关节连接刚性驱动臂和柔顺构件指节。2. 根据权利要求1所述的一种具有可锁止关节的刚柔混联浆果采摘机械手，其特征在于：柔顺构件指节采用软质材料制成，其一端安装重块，另一端为多柔顺抓取结构。3. 根...
【专利技术属性】
技术研发人员：李娜，姜海勇，刘畅，杨淑华，张先鹏，
申请(专利权)人：河北农业大学，
类型：发明
国别省市：河北;13
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