水果采摘机器人通用夹持机构设计.PDF

２０１１年 １１月 农 业 机 械 学 报 第 ４２卷 增刊 水果采摘机器人通用夹持机构设计 叶　敏　邹湘军　蔡沛锋　邹海鑫 （华南农业大学南方农业机械与装备关键技术教育部重点实验室，广州 ５１０６４２） 　　【摘要】　为提高采摘机器人的实用性和利用率，提出了一种通用型夹持机构，并构建了虚拟样机。为使机械 夹持不损伤水果，研究了水果受力对夹持构型的影响，以柑橘为例进行变形、应力分析，为机构提出设计依据，进而 对结构进行优化，确定了机构外壳及杆件的合理参数和对果实损伤最小的夹持量，单类型水果夹持量为直径方向 小于２ｍｍ。 关键词：水果采摘机器人　夹持机构　虚拟样机　仿真 中图分类号：ＴＰ２４２６ 文献标识码：Ａ 文章编号：１０００１２９８（２０１１）Ｓ００１７７０４ ＣｌａｍｐｉｎｇＭｅｃｈａｎｉｓｍｏｆＦｒｕｉｔｓＨａｒｖｅｓｔｉｎｇＲｏｂｏｔ ＹｅＭｉｎ　ＺｏｕＸｉａｎｇｊｕｎ　ＣａｉＰｅｉｆｅｎｇ　ＺｏｕＨａｉｘｉｎ （ＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＫｅｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｎＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＭａｃｈｉｎｅａｎｄＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ， ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０６４２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｐｒｏｍｏｔｅｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌｉｔｙａｎｄｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｏｆｈａｒｖｅｓｔｉｎｇｒｏｂｏｔ，ａｇｅｎｅｒａｌｃｌａｍｐｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ ｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄ．ＷｉｔｈｔｈｅｖｉｒｔｕａｌｐｒｏｔｏｔｙｐｅｂｕｉｌｔｉｎＡＤＡＭＳａｎｄＡＮＳＹＳ，ｔｈｅｃｌａｍｐｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍｏｆｔｈｅ ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇｒｏｂｏｔｆｏｒａｖｏｉｄｉｎｇｆｒｕｉｔｉｎｊｕｒｙｗａｓｄｉｓｃｕｓｓｅｄ．Ｔｈｒｏｕｇｈｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｓｔｒｅｓｓａｎａｌｙｓｉｓｏｆｃｉｔｒｕｓ， ｔｈｅｉｍｐａｃｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆｐｉｃｋｅｄｓｔｒｅｓｓｗａｓｅｘａｍｉｎｅｄａｎｄｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｗａｓｏｐｔｉｍｉｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｔｈｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅａｎｄｔｈｅｍｉｎｉｍｕｍａｍｏｕｎｔｏｆｃｌａｍｐｉｎｇ（ｂｅｌｏｗ２ｍｍｉｎｄｉａｍｅｔｅｒｄｉｒｅｃｔｉｏｎ） ｗｅｒｅｖａｌｉｄａｔｅｄ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ　Ｆｒｕｉｔｓｈａｒｖｅｓｔｉｎｇｒｏｂｏｔ，Ｃｌａｍｐｉｎｇｍｅｃｈａｎｉｓｍ，Ｖｉｒｔｕａｌｐｒｏｔｏｔｙｐｅ，Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ 荔枝和龙眼）和单类球状水果采摘（一次采一个， 　　引言 如苹果和柑橘）。同类型的水果夹持机构的结构 末端执行器是水果采摘机器人的重要组成部 可以是相似的，设计相对容易。但是，既能夹持 分，设置于机械手前端。在进行采摘作业时，执行器 串类又能夹持球状水果的轻量化通用夹持机构 常直接与采摘目标接触，由于水果采摘环境和采摘 是较难设计的。 对象的复杂性，末端执行器的设计通常被认为是农 对于通用水果采摘机器人的研究，国内外取得 ［１］ ［３］ 业机器人的核心技术之一 。 的成果仍比较少。Ｐｅｔｔｅｒｓｓｏｎ等 提出一种利用磁 目前研制出的水果采摘机器人一般只能针 流变液成型的新型夹持器，通过激活在夹持器上的 对一种果实进行采摘