[发明专利]一种欠驱动果蔬采摘末端执行器装置及采摘方法

权利要求书

1.一种欠驱动果蔬采摘末端执行器装置，其特征在于：包括手掌(5)、均匀分布并固定在手掌(5)上的2-4个手指基座(4)、手指基座(4)上安装的具有结构相同的手指，所述手指有三个关节，分别为近指节(3)、中指节(2)和远指节(1)，每个关节与果蔬接触的一侧粘有力传感器(18)和防止关节损坏的橡胶(17)，其中，近指节(3)一端和手指基座(4)铰接，近指节(3)另一端和中指节(2)一端通过连杆机构连接，中指节(2)另一端和远指节(1)一端通过连杆机构连接；所述手掌(5)下方，均匀分布并固定有多根长度相同的支撑杆(15)，支撑杆(15)另一端和底板(12)固定连接，底板(12)下表面和第一步进电机(11)接触并固定连接，第一步进电机(11)通过联轴器(13)和丝杆螺母(14)连接，丝杆螺母(14)的移动部分和升降平台(16)固定连接且两者的中心重合，升降平台(16)上方均匀铰接有与手指数量相同的驱动杆(6)，驱动杆(6)的另一端和近指节(1)铰接；所述手掌(5)侧面和侧安装板(9)上端垂直并固定连接，侧安装板(9)的长度大致等于手掌(5)和底板(12)之间的距离，侧安装板(9)下端和底板(12)侧面固定连接，侧安装板(9)上固定有同步带装置(8)，同步带装置包括主动轮、皮带和从动轮，主动轮和从动轮的轴线均和侧安装板(9)的面垂直，且主从动轮中心的连线和侧安装板(9)的长度方向平行，保证皮带传动过程中的良好受力，同步带装置(8)的主动轮和第二步进电机(10)连接，从动轮和刀具(7)铰接。

2.如权利要求1所述欠驱动果蔬采摘末端执行器装置，其特征在于：所述手掌(5)上均布三个手指基座(4)，手指基座(4)与手掌(5)固定连接的部分开有两组在圆周上呈60度分布的安装孔，基座(4)的两组安装孔分别和手掌(5)对应的安装孔通过螺栓连接，实现手指的对心抓取和平行抓取。

3.如权利要求1所述欠驱动果蔬采摘末端执行器装置，其特征在于：所述远指节(1)和中指节(2)、中指节(2)和近指节(3)之间安装有限制相对转动的扭簧(19)，且扭簧(19)安装时，有初始转矩。

4.如权利要求1所述欠驱动果蔬采摘末端执行器装置，其特征在于：所述底板(12)在同步带装置(8)的主从动轮中心的连线之间设计有限制刀具(7)转动的突出小块(I)。

5.如权利要求1所述欠驱动果蔬采摘末端执行器装置，其特征在于：所述底板(12)下表面的几何中心和第一步进电机(11)与之相接触的表面几何中心重合，底板(12)中心开有直径大于第一步进电机(11)轴径的孔，便于电机轴通过。

6.权利要求1至5任一项所述的欠驱动果实采摘末端执行器装置的采摘方法，其特征在于：

所述第一步进电机(11)通电，第一步进电机(11)正转，通过联轴器(13)带动丝杆螺母(14)转动，丝杆螺母(14)将第一步进电机(11)的转动转化为螺母的移动，带动与丝杆螺母(14)连接的升降平台(16)向上移动，升降平台(16)推动与之相铰接的驱动杆(6)顺时针运动，驱动杆(6)带动与之铰接的近指节(3)弯曲接触果实(II)，继续增大的驱动力使得近指节(3)和中指节(2)之间的扭簧(19)开始扭转，中指节(2)开始运动，直到中指节(2)接触果实(II)，驱动力继续增加，使得中指节(2)和远指节(1)之间的扭簧(19)也开始扭转，然后远指节(1)接触果实(II)，完成抓取；然后，第二步进电机(10)通过同步带装置(8)带动刀具(7)旋转剪切果梗，完成果实(II)采摘；刀具(7)继续旋转，直到接触到突出小块(I)后，第二步进电机(10)停止转动，刀具(7)停止转动；然后，第一步进电机(11)反转，通过联轴器(13)带动与螺母连接的升降平台(16)向下移动，升降平台(16)推动与之相铰接的驱动杆(6)逆时针运动，驱动杆(6)带动与之铰接的近指节(3)松开果实(II)，便于后续的果实处理。

7.根据权利要求6所述的采摘的方法，其特征在于：

第一步进电机(11)、第二步进电机(10)的转速是根据电机的脉冲频率进行控制的；为了避免手指接触力过大，损伤果实(II)，采用力传感器(18)获取各个手指的接触力，当手指表面的力传感器(18)到达设定的抓取力，将信号反馈给第一步进电机(11)，控制电机(11)停止运动，实现果实(II)抓取。