欠驅(qū)動三指手采摘裝置的設(shè)計與抓取研究.pdf

1、欠驅(qū)動三指手是采摘機器人的核心裝置之一，其設(shè)計的優(yōu)劣將直接影響采摘方式和效率。本文在總結(jié)國內(nèi)外欠驅(qū)動多指手研究成果的基礎(chǔ)上，提出了一種采摘機器人用欠驅(qū)動三指手，對其進行結(jié)構(gòu)設(shè)計和抓取研究，用以解決果實收獲中類球形和類圓柱形果實的采摘問題。
　　 本文提出的果蔬采摘裝置包括由欠驅(qū)動三指手、二自由度載臺、剪枝機構(gòu)、力傳感器以及步進電機組成。欠驅(qū)動三指手結(jié)構(gòu)為手掌上均勻分布三根欠驅(qū)動手指，每根手指為三根指節(jié)，每根手指的指根處配備一個驅(qū)

2、動源。關(guān)節(jié)之間的相對轉(zhuǎn)動依靠串聯(lián)的四桿機構(gòu)實現(xiàn)，結(jié)合機械限位結(jié)構(gòu)和扭簧的作用，實現(xiàn)順序包絡(luò)果實和穩(wěn)定返回初始位置。本文設(shè)計的欠驅(qū)動手指機構(gòu)能克服以往同類欠驅(qū)動手指各指節(jié)不能順序碰觸果實，運動中出現(xiàn)“卡死”等現(xiàn)象，以及回指時各指節(jié)不能可靠返回初始位置的問題。
　　 利用虛功原理建立單手指驅(qū)動力與三指面接觸分力之間的力學模型，并應(yīng)用ADAMS仿真計算出驅(qū)動力與各指面接觸分力的大小關(guān)系，驗證了力學模型的正確性。建立手指機構(gòu)在運動過程中

3、各指節(jié)的角速度與絲杠螺母線速度之間的關(guān)系，可以為驅(qū)動源控制提供依據(jù)。利用力封閉原理證明設(shè)計的欠驅(qū)動三指手抓取類球形和類圓柱形果實具有力封閉特性。
　　 利用擺切實驗臺分別對青果期和成熟期番茄果梗在3種擺切角速度下進行剪切實驗，對測得的電壓數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析獲得最大剪切力，用于剪枝機構(gòu)的設(shè)計及零件有限元分析和疲勞強度計算。
　　 設(shè)計的剪枝機構(gòu)由擺動從動件盤形凸輪機構(gòu)串聯(lián)導(dǎo)桿機構(gòu)而成。剪枝機構(gòu)與欠驅(qū)動三指手通過二自由度載臺相

4、連接，導(dǎo)引剪枝機構(gòu)的剪刀到達果梗位置。根據(jù)擺切實驗所得剪切力對剪枝機構(gòu)進行動力學分析，得到了剪枝機構(gòu)的驅(qū)動力矩，為合理選擇驅(qū)動源提供依據(jù)。根據(jù)動刀片的擺角范圍，確定了凸輪機構(gòu)擺桿的擺角要求，據(jù)此設(shè)計了凸輪的輪廓曲線，并利用ADAMS仿真驗證了剪枝機構(gòu)動作的正確性。
　　 利用剪枝機構(gòu)動力學分析結(jié)果計算各零件在剪切瞬間的受力情況，對剪枝機構(gòu)動刀片和底板進行有限元計算，得出其應(yīng)力、應(yīng)變和位移均在可靠范圍之內(nèi)，分別進行10000和15