CN203313691U - 一种果实采摘机器人三指灵巧手 - Google Patents

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周渝
王涛
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Abstract

本实用新型公开了一种果实采摘机器人三指灵巧手，涉及农业机器人灵巧手技术领域。其主要包括：3个模块化手指、手掌、传感器模块和控制模块。所述的模块化手指的各手指指腹(7)均设置有橡胶衬垫；手掌(11)沿圆周均匀分布有3个安装槽(12)，手指的基关节支架(5)由螺钉固装在安装槽内；传感器模块包括超声波传感器(14)和压力传感器(4)，分别检测果实离手掌中心的距离信号和手指与果实接触的压力信号；控制模块根据传感器信号控制电机正反转以实现三指灵巧手的抓持；然后，手掌随着手腕一起转动扭断果柄，从而实现果实的采摘。本实用新型的三指灵巧手具有拟人化的手指，灵巧轻便，操作灵活，可适用于多种果实的采摘，通用性和适应性较好。

Description

一种果实采摘机器人三指灵巧手
技术领域
本实用新型涉及一种果实采摘机器人三指灵巧手，属于农业机器人灵巧手技术领域。
背景技术
随着机器人技术的不断发展，果实采摘机器人也取得了长足进步，国内外研究学者对其末端执行器也进行了广泛研究并取得了一些成果。中国专利第200710020501.6号介绍了一种球形果实采摘机器人的末端执行器，由吸引盘和手指组成，虽然结构较新颖，但只适应比较人的球形果实采摘，开放性和通用性不强；中国专利第CN201120343116.7号提供了一种猕猴桃采摘末端执行器，采用两指夹持器进行作业，但机械结构体积较大，灵活性差，不利于果园的采摘作业。
目前采摘机器人末端执行器的通用性和灵活性是制约采摘机器人未来发展与应用推广的主要难题，要突破这一瓶颈，就必须提高末端执行器的通用性和灵活性，而面向果实采摘的多指灵巧手是智能农业装备技术与现代机器人学的交叉融合，体现了农业装备向精细化、智能化方向发展的趋势。中国专利第CN201210210896.7号介绍了一种灵巧手手指结构，具有拟人化的手指结构和自由度，整体结构简单紧凑，灵活小巧。因此，很有必要继续研究如何利用多个手指的协调配合来完成对果实的无损采摘。
发明内容
针对目前果实采摘机器人末端执行器存在功能单一、灵活性差以及对果形适应性差的问题，本实用新型提供了一种果实采摘机器人三指灵巧手，具有拟人化的手指，该结构具有重量轻、操作灵活、可维护性好、整体结构简单紧凑的特点，可应用于多种果实的采摘。
本实用新型的技术方案如下：
果实采摘机器人三指灵巧手包括模块化手指、手掌、传感器模块和控制模块，所述的模块化手指由基关节(6)、第一指节(1)、中间指节(2)和末端指节(3)组成，各手指指腹(7)均设置有橡胶衬垫，驱动手指关节的三个电机均设置于基关节支架(5)上；所述的手掌(11)沿圆周均匀分布有3个安装槽(12)，手指的基关节支架(5)由螺钉固装在安装槽(12)内，手掌的法兰盘(13)上均匀分布有8个孔，便于用螺栓将手掌(11)安装在手腕上；所述的传感器模块包括超声波传感器(14)和压力传感器(4)，超声波传感器(14)安装于手掌中心的圆周孔内，压力传感器(4)采用薄膜压力传感器，分别安装于第一指节、中间指节和末端指节的手指指腹(7)上；所述的控制模块包括传感器信号接收模块、信号处理器、I\O接口、电机驱动单元和控制器，信号处理器通过传感器信号接收模块接收超声波传感器(14)检测到的距离信号，当该距离达到适宜抓持距离时，信号处理器通过控制器驱动伺服电机运动，实现三个手指的同时动作并抓握果实，同时，压力传感器(4)检测到的压力值实时反馈给信号处理器，信号处理器根据压力值做出决策，然后通过控制器控制伺服电机转动以实现三指灵巧手对果实的稳定抓持，然后，手掌上的法兰盘(13)随着手腕转动拧断果柄，从而实现果实的采摘。
本实用新型的工作原理：
三指灵巧手抓持果实时，安装在手掌中心的超声波传感器(14)检测果实离手掌中心的距离，信号处理器通过传感器信号接收模块接收该距离信号，控制模块根据该距离信号判断手指是否开始抓持果实，判断为“是”的时候通过控制器驱动伺服电机运动，使手指弯曲抓持果实，同时安装于各手指指腹(7)上的压力传感器(4)实时检测手指与果实接触的压力信号并反馈给信号处理器，控制模块又根据压力信号判断三指灵巧手是否已稳定抓持果实，判断为“是”的时候通过控制器控制伺服电机停止转动，然后，手掌上的法兰盘(13)随着手腕转动并拧断果柄，从而实现果实的采摘。
与现有技术相比本实用新型具有下述优点：
1)该果实采摘机器人三指灵巧手的手指采用模块化设计思想，整体结构简单紧凑，容易加工和装配，维护方便：
2)该果实采摘机器人三指灵巧手具有拟人化的手指，灵巧轻便，操作灵活，适用于多种果实的采摘，通用性和适应性较好。
3)该果实采摘机器人三指灵巧手采用柔性的手指指腹，同时利用压力传感器的压力检测和控制器的实时控制可以有效避免在采摘时对果实的损伤。
附图说明
图1是本实用新型果实采摘机器人三指灵巧手整体的立体结构图；
图2是本实用新型果实采摘机器人三指灵巧手模块化手指的弯曲结构图；
图3是本实用新型果实采摘机器人三指灵巧手的手掌结构图；
图4是本实用新型果实采摘机器人三指灵巧手控制***框图；
图中各标号表示：1.第一指节，2.中间指节，3.末端指节，4.压力传感器，5.支架，6.基关节，7.手指指腹，8.伺服电机II，9.伺服电机I，10.伺服电机III，11.手掌，12.安装槽，13.法兰盘，14.超声波传感器。
具体实施方式
本实用新型涉及一种果实采摘机器人三指灵巧手，下面结合附图及具体实施例进一步详细说明：
具体实施方式一：参看图1、图2和图3所示，本实施方式所述的果实采摘机器人三指灵巧手包括模块化手指、手掌、传感器模块和控制模块；该灵巧手由三个手指组成，每个手指采用模块化设计思想，具有拟人化的手指结构和自由度；所述的模块化手指由基关节(6)、第一指节(1)、中间指节(2)和末端指节(3)组成，各手指指腹(7)均设置有橡胶衬垫，以减少对果实的损伤，驱动手指关节的三个电机均固装在基关节支架(5)上；所述的手掌(11)沿圆周均匀分布有3个安装槽(12)，安装槽沿着手掌圆周成120°均匀分布，手指的基关节支架(5)由螺钉固装在安装槽(12)内，手掌的法兰盘(13)上均匀分布有8个孔，便于用螺栓将手掌(11)安装在手腕上。
具体实施方式二：参看图1、图2、图3和图4所示，本实施方式所述的传感器模块包括超声波传感器(14)和压力传感器(4)，超声波传感器(14)安装于手掌中心的圆周孔内，压力传感器(4)分别安装于第一指节、中间指节和末端指节的手指指腹(7)上；所述的控制模块包括传感器信号接收模块、信号处理器、I\O接口、电机驱动单元和控制器，信号处理器通过传感器信号接收模块接收超声波传感器(14)检测到的距离信号，当该距离达到适宜抓持距离时，信号处理器通过控制器驱动伺服电机运动，实现三个手指的同时动作并抓握果实，同时，压力传感器(4)将检测到的压力值实时反馈给信号处理器，信号处理器根据压力值做出决策，然后通过控制器控制伺服电机转动以实现三指灵巧手对果实的稳定抓持，然后，手掌上的法兰盘(13)随着手腕转动并拧断果柄，从而实现果实的采摘。其他组成和连接关系与具体实施方式一相同。
以上实施方式中的伺服电机I(9)、伺服电机II(8)、伺服电机III(10)均采用减速电机；压力传感器(4)采用薄膜压力传感器。
上面以具体实施例予以说明本实用新型的结构及工作原理，本实用新型并不局限于以上实施例，根据上述的说明内容，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种果实采摘机器人三指灵巧手，它包括模块化手指、手掌、传感器模块和控制模块，其特征在于：所述的模块化手指由基关节(6)、第一指节(1)、中间指节(2)和末端指节(3)组成，各指节的手指指腹(7)均设置有橡胶衬垫，以减小对果实的损伤，驱动手指关节的三个电机均固定安装在基关节支架(5)上；所述的手掌(11)沿圆周均匀分布有3个安装槽(12)，手指的基关节支架(5)由螺钉固装在安装槽(12)内，手掌的法兰盘(13)上均匀分布有8个孔，便于用螺栓将手掌(11)安装在手腕上；所述的传感器模块包括超声波传感器(14)和压力传感器(4)，超声波传感器(14)安装于手掌中心的圆周孔内，压力传感器(4)分别安装于第一指节、中间指节和末端指节的手指指腹(7)上；所述的控制模块包括传感器信号接收模块、信号处理器、I\O接口、电机驱动单元和控制器；
所述的信号处理器通过传感器信号接收模块接收超声波传感器(14)检测到的距离信号，当该距离达到适宜抓持距离时，信号处理器通过控制器驱动伺服电机运动，实现三个手指的同时动作并抓握果实，同时，压力传感器(4)检测到的压力值实时反馈给信号处理器，信号处理器根据压力值做出决策，然后通过控制器控制伺服电机转动以实现三指灵巧手对果实的稳定抓持，手掌上的法兰盘(13)随着手腕转动并拧断果柄，从而实现果实的采摘；
所述的压力传感器(4)为薄膜压力传感器；
所述的手掌(11)为一个整体零件结构。
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