本發(fā)明涉及一種采摘機械手，尤其是涉及一種具有可鎖止關(guān)節(jié)的剛?cè)峄炻?lián)漿果采摘機械手。

背景技術(shù)：

草莓、番茄、楊梅等漿果口感甜美、營養(yǎng)豐富，同時其外果皮較薄，采摘和包裝過程中果實的機械損傷會嚴重影響其品相和保質(zhì)期。大部分漿果從采摘到包裝都是人工作業(yè)，工人勞動強度非常大，對工人的熟練程度要求高。因此近年來，開發(fā)一種漿果類果實抓取機械手成為研究熱點。由于漿果表皮嬌嫩，機械手在抓取果實過程中參數(shù)控制要求十分嚴格。以草莓為例，機械手指作用在果實表面的抓取執(zhí)行力不能大于 1.5牛頓，作用力持續(xù)時間不大于4秒，在抓取過程中果實局部彈性變形量不能超過 1mm，滿足上述條件才能保證草莓果實在被抓取中不發(fā)生損傷。常見的抓取機械手一般采用多自由度機械臂作為驅(qū)動機構(gòu)，采用壓力傳感器來反饋抓取力，然后對抓取力進行控制。控制過程中往往為了滿足力的控制精度要求，抓取過程緩慢進行，從而又會造成作用力持續(xù)時間過長。這一方面降低了工作效率，另一方面仍然造成機械損傷的發(fā)生。因此設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單、采摘效率高的漿果抓取機械手成為亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種具有可鎖止關(guān)節(jié)的剛?cè)峄炻?lián)漿果采摘機械手，兩個或多個機械手指分別由伺服電機驅(qū)動，且以漿果柔性快速采摘作業(yè)為目標進行設(shè)計。為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：

本發(fā)明為夾持式抓取機械手，由機架、伺服電機，以及結(jié)構(gòu)相同的兩個手指或多個手指組成。其中的每個手指具有兩個轉(zhuǎn)動關(guān)節(jié)，第一關(guān)節(jié)為主動關(guān)節(jié)，由伺服電機驅(qū)動，第二關(guān)節(jié)為具有可鎖止裝置的自由關(guān)節(jié)；手指第一關(guān)節(jié)與機架連接，第一關(guān)節(jié)與第二關(guān)節(jié)之間為剛性驅(qū)動臂，第二關(guān)節(jié)上安裝柔順構(gòu)件指節(jié)；柔順構(gòu)件指節(jié)采用軟質(zhì)材料（如硅膠）制成，其中部與第二關(guān)節(jié)相連，關(guān)節(jié)一側(cè)帶有重塊，另一側(cè)為柔順抓取結(jié)構(gòu)，易于變形以適應(yīng)漿果等夾持目標物的不同形狀。

伺服電機驅(qū)動手指第一關(guān)節(jié)加速轉(zhuǎn)動時，發(fā)生轉(zhuǎn)角為，剛性驅(qū)動臂隨第一關(guān)節(jié)運動；第二關(guān)節(jié)在常態(tài)下保持鎖閉狀態(tài)，當剛性臂加速運動時解除鎖閉；由于柔順構(gòu)件指節(jié)一側(cè)安裝的重塊具有較大的惰性，使得柔順構(gòu)件指節(jié)另一側(cè)的柔順抓取結(jié)構(gòu)部分加速運動，實現(xiàn)對果實的快速包絡(luò)。當?shù)谝魂P(guān)節(jié)轉(zhuǎn)角達到后，各手指均不能達到抓取目標物的位置，再經(jīng)過時間延遲t₁，此時間段t₁內(nèi)，在慣性力的作用下，柔順構(gòu)件指節(jié)一側(cè)重塊繼續(xù)帶動柔順構(gòu)件指節(jié)繞第二關(guān)節(jié)軸線旋轉(zhuǎn)，柔順抓取構(gòu)件手指向漿果果實施加作用力，在果實反作用力下，柔順構(gòu)件指節(jié)通過受力變形來適應(yīng)漿果等夾持目標物的形狀，從而實現(xiàn)對漿果果實的柔性抓取。時間延遲t₁結(jié)束后，第二關(guān)節(jié)鎖止裝置實施鎖止動作，保持當前狀態(tài)完成對漿果的抓取。釋放時，由第一關(guān)節(jié)反向轉(zhuǎn)動即可結(jié)束抓取狀態(tài)。

本發(fā)明具有的有益效果是：運用帶鎖止關(guān)節(jié)的剛?cè)峄炻?lián)手指結(jié)構(gòu)，結(jié)合具有鎖止裝置的柔順構(gòu)件指節(jié)，實現(xiàn)快速柔性抓取目標物，而不需采用力傳感器進行抓取參數(shù)的檢測與控制，有效提高抓取效率，同時避免抓取部分與果實長時間接觸而造成果實損失。本發(fā)明結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，運動靈活，可用于漿果果實快速柔性采摘作業(yè)，配合機器人等其它定位裝置可實現(xiàn)高效高可靠性的采摘或包裝作業(yè)。

附圖說明

圖1是該發(fā)明的兩手指實施例的三維結(jié)構(gòu)圖，圖2是該發(fā)明的兩手指實施例的主視圖，圖3是實施例中具有鎖止裝置的自由關(guān)節(jié)的結(jié)構(gòu)圖。

圖中：1. 機架，2. 伺服電機，3. 剛性驅(qū)動臂，4. 具有鎖止裝置的自由關(guān)節(jié)，5. 柔順構(gòu)件指節(jié)，6. 目標物，7. 重塊，8. 螺釘， 9. 芯軸，10. 電磁鐵，11. 自由套，12. 摩擦鐵盤，13.彈簧，14. 滑動桿，15. 軸承。

具體實施方式

如圖1、圖2、圖3所示，本發(fā)明實施例包括結(jié)構(gòu)相同的兩個手指，每個手指由一個伺服電機(2）驅(qū)動，每個伺服電機(2）的電機輸出軸就是該手指的第一關(guān)節(jié)，剛性驅(qū)動臂（3）安裝在伺服電機（2）的輸出軸上；手指第二關(guān)節(jié)為具有鎖止裝置的自由關(guān)節(jié)(4)，具有鎖止裝置的自由關(guān)節(jié)（4）的芯軸（9）安裝在剛性驅(qū)動臂（3）的安裝孔內(nèi)，用螺釘（8）緊固；柔順構(gòu)件指節(jié)（5）安裝在具有鎖止裝置的自由關(guān)節(jié)（4）的自由套（11）上，采用過盈裝配，柔順構(gòu)件指節(jié)（5）與自由套（11）同步運動；柔順構(gòu)件指節(jié)（5）的夾持側(cè)采用柔性材料制作，并采用中間多處分布孔的方式，實現(xiàn)柔順構(gòu)件指節(jié)（5）與目標物(6)接觸時產(chǎn)生大變形以適應(yīng)目標物的形狀；重塊（7）固定在柔順構(gòu)件指節(jié)（5）上端孔內(nèi)；

如圖3所示，具有鎖止裝置的自由關(guān)節(jié)（4）是一個獨立組件。其中，芯軸（9）與電磁鐵（10）之間采用過應(yīng)配合固連在一起；自由套（11）與芯軸（9）之間通過軸承（15）連接，自由套（11）可以繞芯軸（9）旋轉(zhuǎn)；摩擦鐵盤（12）的端面上安裝幾個滑動桿（14），滑動桿（14）安裝在電磁鐵（10）的安裝孔內(nèi)，屬于間隙配合，摩擦鐵盤（12）可以沿著滑動桿（14）的軸線方向滑動；彈簧（13）是壓縮彈簧，彈簧力將摩擦鐵盤（12）推向自由套（11），摩擦鐵盤（12）與自由套（11）之間具有摩擦力而不能相對轉(zhuǎn)動；當電磁鐵（10）得電時產(chǎn)生電磁吸力，電磁鐵（10）吸引摩擦鐵盤（12）克服彈簧（13）的彈力，摩擦鐵盤（12）與自由套（11）之間失去摩擦力，則自由套（11）可以繞芯軸（9）自由旋轉(zhuǎn)。

使用過程中，兩手指的動作是同步進行的。待夾持的目標物（6）處于兩手指之間，機架（1）相對于目標物(6)的位置精度要求不高，通常波動范圍在10毫米左右即可。伺服電機(2）開始加速旋轉(zhuǎn)驅(qū)動兩手指朝向目標物(6)產(chǎn)生夾持運動的同時，具有鎖止裝置的自由關(guān)節(jié)（4）的電磁鐵（10）得電，摩擦鐵盤（12）與自由套（11）之間失去摩擦力，在重塊（7）的惰性作用下，自由套（11）繞芯軸（9）產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運動，柔順構(gòu)件指節(jié)（5）的柔順部分快速朝向目標物(6)運動，實現(xiàn)對目標物(6)的快速包絡(luò)。當伺服電機(2）的轉(zhuǎn)角達到后，重塊（7）也會具有一定的速度，此時經(jīng)過時間延遲t₁，在此時間段內(nèi)，在慣性力的作用下，柔順構(gòu)件指節(jié)（5）在重塊（7）的惰性作用下繼續(xù)繞芯軸（9）軸線旋轉(zhuǎn)，柔順構(gòu)件指節(jié)（5）向目標物（6）施加作用力，在反作用力作用下，柔順構(gòu)件指節(jié)（5）的柔順部分通過受力變形達到對目標物（6）的夾持；此時，時間延遲t₁結(jié)束，電磁鐵（10）失電，鐵盤（12）與自由套（11）之間產(chǎn)生摩擦力，具有鎖止裝置的自由關(guān)節(jié)（4）處于鎖止狀態(tài)，則柔順構(gòu)件指節(jié)（5）的柔順部保持彈性變形狀態(tài)，完成了對目標物（6）的夾持。