欠驅(qū)動(dòng)三指手采摘裝置的設(shè)計(jì)與抓取研究.pdf

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

2、動(dòng)源。關(guān)節(jié)之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)依靠串聯(lián)的四桿機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，結(jié)合機(jī)械限位結(jié)構(gòu)和扭簧的作用，實(shí)現(xiàn)順序包絡(luò)果實(shí)和穩(wěn)定返回初始位置。本文設(shè)計(jì)的欠驅(qū)動(dòng)手指機(jī)構(gòu)能克服以往同類欠驅(qū)動(dòng)手指各指節(jié)不能順序碰觸果實(shí)，運(yùn)動(dòng)中出現(xiàn)“卡死”等現(xiàn)象，以及回指時(shí)各指節(jié)不能可靠返回初始位置的問(wèn)題。
　　 利用虛功原理建立單手指驅(qū)動(dòng)力與三指面接觸分力之間的力學(xué)模型，并應(yīng)用ADAMS仿真計(jì)算出驅(qū)動(dòng)力與各指面接觸分力的大小關(guān)系，驗(yàn)證了力學(xué)模型的正確性。建立手指機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)過(guò)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(dòng)源控制提供依據(jù)。利用力封閉原理證明設(shè)計(jì)的欠驅(qū)動(dòng)三指手抓取類球形和類圓柱形果實(shí)具有力封閉特性。
　　 利用擺切實(shí)驗(yàn)臺(tái)分別對(duì)青果期和成熟期番茄果梗在3種擺切角速度下進(jìn)行剪切實(shí)驗(yàn)，對(duì)測(cè)得的電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析獲得最大剪切力，用于剪枝機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)及零件有限元分析和疲勞強(qiáng)度計(jì)算。
　　 設(shè)計(jì)的剪枝機(jī)構(gòu)由擺動(dòng)從動(dòng)件盤形凸輪機(jī)構(gòu)串聯(lián)導(dǎo)桿機(jī)構(gòu)而成。剪枝機(jī)構(gòu)與欠驅(qū)動(dòng)三指手通過(guò)二自由度載臺(tái)相

4、連接，導(dǎo)引剪枝機(jī)構(gòu)的剪刀到達(dá)果梗位置。根據(jù)擺切實(shí)驗(yàn)所得剪切力對(duì)剪枝機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析，得到了剪枝機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)力矩，為合理選擇驅(qū)動(dòng)源提供依據(jù)。根據(jù)動(dòng)刀片的擺角范圍，確定了凸輪機(jī)構(gòu)擺桿的擺角要求，據(jù)此設(shè)計(jì)了凸輪的輪廓曲線，并利用ADAMS仿真驗(yàn)證了剪枝機(jī)構(gòu)動(dòng)作的正確性。
　　 利用剪枝機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析結(jié)果計(jì)算各零件在剪切瞬間的受力情況，對(duì)剪枝機(jī)構(gòu)動(dòng)刀片和底板進(jìn)行有限元計(jì)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(jìn)行10000和15