欠驅(qū)動三指手式果蔬柔性采摘裝置的設(shè)計與試驗研究.pdf

1、末端執(zhí)行器是果蔬采摘機器人的核心裝置之一，其設(shè)計的優(yōu)劣將直接影響機器人采摘裝置的采摘方式和效率。本文針對果蔬采摘機器人末端執(zhí)行器在作業(yè)時損傷果蔬、效率低下等問題，在總結(jié)國內(nèi)外欠驅(qū)動手指機構(gòu)研究成果的基礎(chǔ)之上，研究了一種新型帶有剪枝機構(gòu)的欠驅(qū)動三指手式果蔬柔性采摘裝置，并對該裝置進行了機構(gòu)設(shè)計、力學分析和抓取試驗研究，在果實收獲中該機構(gòu)主要針對類球形果實進行采摘。
　　本文所設(shè)計的欠驅(qū)動三指手式果蔬柔性采摘裝置主要包括:欠驅(qū)動三指手

2、機構(gòu)、機架和手掌機構(gòu)、仰俯伸縮機構(gòu)、剪枝機構(gòu)、壓力傳感器以及步進電機等機構(gòu)。欠驅(qū)動三指手機構(gòu)為:三根欠驅(qū)動手指均布在手掌機構(gòu)上，每根手指包括三個指節(jié)，三根手指分別由一個步進電機單獨驅(qū)動。采用串聯(lián)四連桿機構(gòu)將每根手指的三個指節(jié)依次連接起來，采用機械限位和扭簧的限制，能夠?qū)崿F(xiàn)手指機構(gòu)依次順序包絡果實，并且能夠穩(wěn)定的返回初始位置。
　　利用虛功原理對每根欠驅(qū)動手指進行靜力學分析，建立總驅(qū)動力和三個指節(jié)接觸分力之間的力學模型，并應用ADA

3、MS仿真計算出總驅(qū)動力和各個指節(jié)的接觸力的大小關(guān)系，從而驗證了力學模型的正確性。
　　通過對傳動原理的研究，設(shè)計了一種剪枝機構(gòu)，通過電機驅(qū)動帶動一對錐齒輪嚙合傳動，從而帶動雙向螺桿轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)剪刀機構(gòu)的張開與閉合。對番茄果梗進行了剪切試驗，得出了剪切力的大小。對剪枝機構(gòu)建立了力學模型，計算出剪切力與步進電機輸入轉(zhuǎn)矩之間的關(guān)系，為步進電機的選型提供了理論依據(jù)。通過對剪枝機構(gòu)剪刀的運動學分析，得出了剪切速度與步進電機轉(zhuǎn)速之間的運動關(guān)系。

4、
　　對本文所設(shè)計的采摘裝置進行了物理樣機的制造，并將其安裝在果實自主采摘機器人機械手臂末端。并對該末端執(zhí)行器進行運動控制，從控制系統(tǒng)的硬件組成和軟件方面進行了分析，得出了一整套控制系統(tǒng)，并建立了抓取試驗的樣機系統(tǒng)。對安裝在每個手指遠指節(jié)上的壓力傳感器進行標定實驗，得出了壓力傳感器壓力與電壓的關(guān)系曲線。對不同形狀大小、不同姿態(tài)的番茄做了一系列的抓取試驗，得出了欠驅(qū)動手指機構(gòu)遠指節(jié)的接觸力大小，并通過比較抓取時間和回程時間得出了該采