自適應(yīng)可調(diào)式水果采摘機(jī)械手的設(shè)計(jì)

韓朗煜

摘要：針對(duì)水果采摘存在的實(shí)際問(wèn)題，設(shè)計(jì)了一種具有自適應(yīng)功能的可調(diào)式采摘機(jī)械手，該機(jī)械手的抓取范圍、夾持力等均可根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，在抓取范圍內(nèi)具有形狀自適應(yīng)性，適用性和通用性較強(qiáng)。

關(guān)鍵詞：水果采摘；機(jī)械手；可調(diào)；自適應(yīng)

我國(guó)是水果生產(chǎn)大國(guó)，各個(gè)地區(qū)果樹(shù)種植面積很大，在果實(shí)成熟期，采摘作業(yè)季節(jié)性強(qiáng)，時(shí)間緊張，采摘果實(shí)所耗費(fèi)的勞動(dòng)力占據(jù)整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的30%～50%。目前大部分水果依然采用傳統(tǒng)的人工采摘方式，高處的水果往往需要登梯子、爬樹(shù)等，勞動(dòng)強(qiáng)度高，采摘效率低，還具有一定的危險(xiǎn)性。本文設(shè)計(jì)了一種采摘機(jī)械手，其抓取范圍、夾持力等可調(diào)，將其安裝在伸縮桿上，就能夠形成一種便攜性好、操作方便、通用性強(qiáng)的水果采摘器，使得人站在地面就可以方便地摘下高處的水果，能夠有效提高水果采摘的效率和安全性。

1、機(jī)械手夾持范圍可調(diào)性的設(shè)計(jì)

1.1 可調(diào)式搖桿的設(shè)計(jì)

機(jī)械手的基本機(jī)構(gòu)原理如圖1所示，拉桿左右移動(dòng)時(shí)，可通過(guò)連桿1和連桿2分別帶動(dòng)搖桿1和搖桿2擺動(dòng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的開(kāi)合控制。將機(jī)械手兩個(gè)搖桿右端夾持部分的結(jié)構(gòu)做成是可調(diào)的3節(jié)結(jié)構(gòu)，其末端的兩節(jié)的長(zhǎng)度設(shè)計(jì)成位置可調(diào)，機(jī)械手末端的開(kāi)口度就可以改變，其最大夾持尺寸就能夠根據(jù)需要在一定范圍內(nèi)調(diào)整。

1.2 可調(diào)式定位桿設(shè)計(jì)

在實(shí)際使用過(guò)程中，為了使不同尺寸的水果在機(jī)械手中都能夠被可靠抓住，應(yīng)當(dāng)設(shè)置定位桿，根據(jù)水果的大小，將定位桿調(diào)整到合適的位置，在定位桿和搖桿末端的壓桿的作用下，就可以將水果牢牢抓住，如圖2所示。

2、機(jī)械手的自適應(yīng)性及夾持力調(diào)整的實(shí)現(xiàn)

根據(jù)機(jī)械手的基本機(jī)構(gòu)形式和可調(diào)節(jié)性的設(shè)計(jì)，機(jī)械手的結(jié)構(gòu)如圖3所示。機(jī)械手的剪刀式機(jī)構(gòu)做成完全相同的上下兩層，兩層之間通過(guò)機(jī)械手固定軸、連接軸和固定柱連接在一起。需要調(diào)節(jié)機(jī)械手的夾持范圍時(shí)，松開(kāi)搖桿1、搖桿2上固定調(diào)節(jié)桿的螺釘定后，調(diào)整調(diào)節(jié)桿的伸縮長(zhǎng)度，并可松開(kāi)壓桿鎖緊塊側(cè)面的緊定螺釘，調(diào)整壓桿的伸縮長(zhǎng)度。

在機(jī)械手固定軸上安裝一個(gè)支板固定塊，在支板固定塊的兩側(cè)用螺釘安裝固定塊支板，兩個(gè)固定塊支板之間用螺釘連接定位桿固定塊，在定位桿固定塊上安裝4個(gè)定位桿。固定塊支板中間為長(zhǎng)槽，可以調(diào)整其前后位置，這樣定位桿的位置就可以前后調(diào)節(jié)。為了保證定位桿方向不變，在支板固定塊下方兩側(cè)安裝兩個(gè)定位板，在機(jī)械手固定板上的兩側(cè)安裝兩個(gè)連接塊，在定位板和連接塊上安裝支撐柱，在支撐柱上安裝連接板。

機(jī)械手利用舵機(jī)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)軸固定盤(pán)通過(guò)舵盤(pán)與舵機(jī)主軸連接在一起，在驅(qū)動(dòng)軸固定盤(pán)上安裝一個(gè)偏心軸，偏心軸上套一個(gè)套筒，套筒與驅(qū)動(dòng)塊底部的槽相配合，當(dāng)舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)舵盤(pán)帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸繞舵機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)塊運(yùn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)塊向前運(yùn)動(dòng)時(shí)，通過(guò)拉塊推動(dòng)連接軸，使機(jī)械手打開(kāi)；驅(qū)動(dòng)塊向后運(yùn)動(dòng)時(shí)通過(guò)彈簧作用于墊片和螺母，并通過(guò)拉桿帶動(dòng)拉塊，由拉塊帶動(dòng)連接軸，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的閉合。由于其閉合通過(guò)彈簧實(shí)現(xiàn)，一方面，通過(guò)調(diào)整彈簧的預(yù)壓量，可以調(diào)整夾持力的大小；另一方面，雖然驅(qū)動(dòng)塊的運(yùn)動(dòng)范圍是一定的，但隨著被夾持水果大小不一樣，彈簧的壓縮量自動(dòng)調(diào)整，自適應(yīng)于所夾持水果的大小。

3、機(jī)械手抓取范圍可調(diào)性試驗(yàn)

如圖4所示，取兩個(gè)大小差異較大的蘋(píng)果，將機(jī)械手的調(diào)節(jié)桿、壓桿和定位桿進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)后，就能夠分別可靠抓取尺寸差異明顯的兩個(gè)蘋(píng)果。

4、結(jié)論

本文設(shè)計(jì)了一種水果采摘機(jī)械手，其抓取范圍大小和夾持力可調(diào)，而且在抓取范圍內(nèi)可自適應(yīng)于不同大小的水果，適用性和通用性較強(qiáng)。

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