一种欠驱动式番茄采摘机械手

：本发明专利涉及一种欠驱动式番茄采摘机械手，属于农业机械采摘。背景技术0、背景技术：1、番茄产量大且品种众多，内含有糖、有机酸、矿物质和多种维生素等营养成分，在我国的种植普遍。在其采摘方式中，人工成本占总成本的47.71％。随着设施农业的发展和作业机械化的要求不断提高，以及种植在环境可控的温室中的面积迅速增长，种植、管理和收获的劳动量也在迅速增加，但是传统的人工采摘相对依赖工人，容易造成劳动强度较大、人力资源浪费等问题，所以番茄采摘机械化与自动化有深远的研究意义。现有机器人在番茄的采摘过程中容易出现机械损伤的问题，果实表皮所受负载较大则容易产生瘀伤，从而加剧果实腐败速度，减少储存时间和运输距离，造成一定数额程度上的损失，也提高了番茄果实的售卖成本。因此，设计一种适用于番茄柔性采摘的机械手具有重要的研究意义。技术实现思路0、技术实现要素：1、鉴于此，本发明提出一种欠驱动式番茄采摘机械手，该装置主要可以实现对不同大小的番茄进行柔性采摘。2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种欠驱动番茄采摘机械手，其特征在于，包括手指部分和底座部分。手指部分由三根相同的手指在同一个平面上圆周阵列组成，相互成120°夹角。一根手指包括指尖部分、第一指节部分、第二指节部分和手指底座部分四部分，其中指尖部分包括指尖和指尖轴；第一指节部分由第一指节、第一指节连杆和短垫片组成；第二指节部分由第二指节、第二指节连杆、长垫片、短垫片和原动连杆组成；手指底座部分包括手指底座、手指原动齿轮和手指从动齿轮；底座部分包括中心齿轮、行星齿轮、行星齿轮与手指原动齿轮轴、电机支架、电机、底座和底座支撑板。其中第一指节部分和第二指节部分分别由欠驱动机构和从动连杆机构驱动，第二指节部分与手指底座部分连接处设有锥齿轮，用于将行星齿轮传递上来的的齿轮旋转运动进一步传递至原动连杆。三根手指的运动实现了整个机械手的抓取运动。3、此机械手结构，底座部分能够与机械臂连接，通过机械臂的视觉识别系统将机械手送到蕃茄果实位置，随后机械手底座上的电机开始输出动力，带动中心齿轮转动，通过齿轮的外啮合作用，周围的三个行星齿轮开始旋转。手指部分的手指原动齿轮与底座部分的行星齿轮同轴，并在其转动之后开始转动，将运动和动力传递给竖直方向的手指从动齿轮，原动连杆与手指从动齿轮固连并做定轴转动，通过从动连杆的作用带动第一指节连杆、第二指节连杆进行平面运动，从而能使第一指节、第二指节、指尖运动。在抓取蕃茄果实的过程中，首先是第二指节开始运动，由欠驱动机构原动件数小于自由度数的特性，当第二指节运动到触碰到番茄果实表皮时，自由度数减少，第一指节和指尖重复第二指节的运动过程，直到全部与番茄果实表皮贴合，实现抓取动作。果实抓取完成之后，机械臂对该机械手整体施加力螺旋，并通过对果柄的扭转作用使其与果实分离，完成采摘动作。底座部分中电机支架起到放置电机和支撑中心轮的作用，底座和底座支撑板用于完成与机械臂的连接和支撑整个机械手。手指部分中各连杆之间的连接，考虑到尺寸和重量问题，采用销钉进行连接。在抓取过程中，采用在手指内部放置压感电阻的方法实现电流反馈，通过实验测试出防止番茄表皮破坏的力平均值，当电流值达到相应压力的对应值时，电机制动，能够达到防止番茄表皮损伤的目的，从而达到柔性采摘的目的。4、该欠驱动式番茄采摘机械手，除电机外全部使用光敏树脂材料通过3d打印制造，能够满足轻量化要求。手指的内部为防止机械损伤并满足一定的抓握要求，在每一根手指内部与果实接触的表面覆盖硅胶，增大抓取过程摩擦力的同时，有益于减少手指由于形状规则在抓取时对果实造成应力集中而产生的表皮损伤。5、有益效果6、1.在番茄采摘过程中，本发明利用欠驱动机构，仿生人体手指结构，能够实现番茄果实的柔性采摘。7、2.该机械手采用三根手指进行采摘，能够满足在采摘的过程中稳定抓取的要求同时，最大程度减少机构的复杂程度，减少总重量。8、3.对于较大的番茄，机械手采用三根手指同时进行抓取；对于尺寸较小的番茄，如圣女果，本机械手将直接使用指节捏取番茄进行采摘；9、4.本发明能够适配多种控制系统装置，具有广泛地应用场景。技术特征：1.一种欠驱动式番茄采摘机械手，其特征在于，由手指部分和底座部分组成，包括：2.根据权利要求1所述欠驱动式番茄采摘机械手，其特征在于，一根手指由指尖部分、第一指节部分、第二指节部分和手指底座部分组成，其中指尖部分由指尖和指尖轴组成；第一指节部分由第一指节、第一指节连杆和短垫片组成；第二指节部分由第二指节、第二指节连杆、长垫片、短垫片和原动连杆组成；手指底座部分由手指底座、手指原动齿轮和手指从动齿轮组成。其中第一指节部分和第二指节部分分别由欠驱动机构和从动连杆机构驱动，第二指节部分与手指底座部分连接处设有锥齿轮，用于将行星齿轮传递上来的的齿轮旋转运动进一步传递至原动连杆。三根手指的运动实现了整个机械手的抓取运动。技术总结本发明公开了一种欠驱动式番茄采摘机械手，包括手指部分和底座部分。手指部分由指尖部分、第一指节部分、第二指节部分和手指底座部分组成，第一指节部分和第二指节部分由欠驱动机构和从动连杆机构驱动，第二指节部分与手指底座部分连接处设锥齿轮，用于传递运动；底座部分由中心齿轮、行星齿轮、行星齿轮与手指原动齿轮轴、电机支架、电机、底座和底座支撑板组成，电机带动中心齿轮旋转，将动力通过周围行星齿轮传递给手指底座部分的锥齿轮。第二指节在第二指节连杆与短垫片的推动下运动，触碰到番茄的表皮时运动受到限制减少一个自由度，同时第一指节重复第二指节的运动，以上过程适用于采摘较大番茄。当番茄果实比较小时，则使用指尖进行采摘。技术研发人员：赵汐璇,宋颖,吴玥莹,刘沛辰,李泽雅,杨家伊受保护的技术使用者：北京林业大学技术研发日：技术公布日：2024/4/8