基于气动柔性驱动器的苹果采摘末端执行器研究.pdfVIP

２０１０年 ９月 农 业 机 械 学 报 第 ４１卷 第 ９期 ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１２９８．２０１０．０９．０３１ 基于气动柔性驱动器的苹果采摘末端执行器研究 杨庆华　金寅德　钱少明　鲍官军 （浙江工业大学特种装备制造与先进加工技术教育部重点实验室，杭州 ３１００１４） 　　【摘要】　设计了一种基于气动柔性驱动器的苹果采摘末端执行器：以气动柔性驱动器作为其弯曲关节，用力 学分析的方法对弯曲关节及末端执行器进行建模，分析建立关节弯曲量及输出力与其内腔气体压力之间的数学关 系；建立了末端执行器抓取苹果目标的数学模型。实验结果表明：该末端执行器有较大的输出力，能很好地抓持苹 果，并具有很好的柔顺性。 关键词：苹果　采摘机器人　末端执行器　气动柔性驱动器　弯曲关节 中图分类号：ＴＰ２４２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００１２９８（２０１０）０９０１５４０５ ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎＥｎｄｅｆｆｅｃｔｏｒｏｆＡｐｐｌｅＰｉｃｋｉｎｇＢａｓｅｄｏｎ ＮｅｗＦｌｅｘｉｂｌｅＰｎｅｕｍａｔｉｃＡｃｔｕａｔｏｒ ＹａｎｇＱｉｎｇｈｕａ　ＪｉｎＹｉｎｄｅ　ＱｉａｎＳｈａｏｍｉｎｇ　ＢａｏＧｕａｎｊｕｎ （ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＳｐｅｃｉａｌＰｕｒｐｏｓｅＥｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄＡｄｖａｎｃｅｄＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ， ＺｈｅｊｉａｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈａｎｇｚｈｏｕ３１００１４，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａｎｅｗｔｙｐｅｏｆｅｎｄｅｆｆｅｃｔｏｒｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｂａｓｅｄｏｎｆｌｅｘｉｂｌｅｐｎｅｕｍａｔｉｃａｃｔｕａｔｏｒ（ＦＰＡ），ｗｈｉｃｈｗａｓ ｄｅｓｉｇｎｅｄａｓａｂｅｎｄｉｎｇｊｏｉｎｔ．Ｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｂｅｎｄｉｎｇｊｏｉｎｔｓａｎｄｅｎｄｅｆｆｅｃｔｏｒｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ ｗｉｔｈｍｅｃｈａｎｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｂｅｎｄｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ，ａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅ ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｏｕｔｐｕｔｂｅｎｄｉｎｇｆｏｒｃｅｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｆｏｒｅｎｄ ｅｆｆｅｃｔｏｒｏｆｃｒａｗｌｉｎｇａｐｐｌｅｗａｓｂｕｉｌｔ．Ｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｆｏｒｃｅｏｆｔｈｅｅｎｄｅｆｆｅｃｔｏｒｉｓ ｑｕｉｔｅｓｔｒｏｎｇａｎｄｔｈｅａｃｔｕａｔｏｒｃａｎｇｒａｓｐａｐｐｌｅｓｐｅｒｆｅｃｔｌｙａｎｄｆｌｅｘｉｂｌｙ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　Ａｐｐｌｅ，Ｐｉｃｋｉｎｇｒｏｂｏｔ，Ｅｎｄｅｆｆｅｃｔｏｒ，Ｆｌｅｘｉｂｌｅｐｎｅｕｍａｔｉｃａｃｔｕａｔｏｒ（ＦＰＡ），Ｂｅｎｄｉｎｇｊｏｉｎｔ 器［６～７］，因其运动特性与生物肌肉极为相似，也称之 　　引言 为气动人工肌肉，堪称气动驱动器的代表。此外，还 农业机器人通常由移动机构、机械手臂、末端执 有日本东芝公司研制的三 自由度驱动器 ＦＭＡ［８］ 行器和视觉传感器等组成。末端执行机构［１～４］是机 （ｆｌｅｘｉｂｌｅｍｉｃｒｏａｃｔｕａｔｏｒ）、日本冈山大学 Ｎｏｒｉｔｓｕｇｕ等 器人的核心部分之一，它是直接接触目标物的部件， ［９］