欠驅(qū)動(dòng)采摘末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)論文[不全].doc

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1、目錄摘要.錯(cuò)誤!未定義書簽。ABSTRACT.錯(cuò)誤!未定義書簽。第一章緒論.31.1課題研究意義.31.2農(nóng)業(yè)機(jī)器人發(fā)展概況.31.2.1國(guó)外研究成果及現(xiàn)狀.31.2.2國(guó)內(nèi)研究成果及現(xiàn)狀.61.3末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀.61.3.1國(guó)外末端執(zhí)行器研制進(jìn)展情況.71.3.2國(guó)內(nèi)研制的末端執(zhí)行器概述.81.4欠驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究發(fā)展.81.5主要內(nèi)容和研究方法.101.5.1主要研究?jī)?nèi)容.101.5.2技術(shù)路線.11第二章欠驅(qū)動(dòng)采摘末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì).122.1欠驅(qū)動(dòng)采摘末端執(zhí)行器的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).122.1.1手指結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).142.1.2轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)及機(jī)架的設(shè)計(jì).152.1.3驅(qū)動(dòng)方案的選擇.162.2手腕

2、關(guān)節(jié)的設(shè)計(jì).172.3執(zhí)行器的控制方案設(shè)計(jì).192.4本章小結(jié).20第三章末端執(zhí)行器靜力學(xué)分析.233.1欠驅(qū)動(dòng)手指的工作原理.233.2包絡(luò)抓取時(shí)的靜態(tài)力學(xué)模型.233.3運(yùn)動(dòng)學(xué)分析.263.4利用MATLAB軟件進(jìn)行手指綜合結(jié)構(gòu)參數(shù)確定.273.5手部的夾持誤差計(jì)算.283.6手指的有限元分析.303.7本章小結(jié).34第四章末端執(zhí)行器虛擬設(shè)計(jì)與仿真研究.14.1軟件概述.14.2機(jī)械手的虛擬設(shè)計(jì)與裝配.24.2.1模型的建立.24.2.2虛擬裝配.44.3手指運(yùn)動(dòng)仿真.44.4模塊化設(shè)計(jì).94.4.1模塊化設(shè)計(jì)概念.94.4.2手指的模塊化設(shè)計(jì).10II4.5本章小結(jié).11第五章控制系統(tǒng)設(shè)

3、計(jì).錯(cuò)誤!未定義書簽。5.1系統(tǒng)硬件組成.錯(cuò)誤!未定義書簽。5.1.1單片機(jī)的選用.錯(cuò)誤!未定義書簽。5.1.2AVRATmega16型單片機(jī)簡(jiǎn)介.錯(cuò)誤!未定義書簽。5.1.3步進(jìn)電機(jī).錯(cuò)誤!未定義書簽。5.1.4步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)器.錯(cuò)誤!未定義書簽。5.1.5傳感器.錯(cuò)誤!未定義書簽。5.1.6系統(tǒng)軟件方案分析.錯(cuò)誤!未定義書簽。5.2系統(tǒng)工作原理和工作過(guò)程.錯(cuò)誤!未定義書簽。5.3本章小結(jié).錯(cuò)誤!未定義書簽。第六章實(shí)驗(yàn)分析.錯(cuò)誤!未定義書簽。6.1手抓適應(yīng)性實(shí)驗(yàn).126.2壓力傳感器實(shí)驗(yàn).錯(cuò)誤!未定義書簽。6.3果實(shí)抓取力實(shí)驗(yàn)分析.錯(cuò)誤!未定義書簽。6.3.1壓力傳感器標(biāo)定實(shí)驗(yàn).錯(cuò)誤!未定義書

4、簽。6.3.2不同脈沖頻率下力的變化實(shí)驗(yàn).錯(cuò)誤!未定義書簽。6.3.3不同成熟度情況下力的變化實(shí)驗(yàn).錯(cuò)誤!未定義書簽。6.3.4夾持效率實(shí)驗(yàn).錯(cuò)誤!未定義書簽。6.4本章小結(jié).錯(cuò)誤!未定義書簽。第七章結(jié)論和建議.錯(cuò)誤!未定義書簽。7.1結(jié)論.錯(cuò)誤!未定義書簽。7.2創(chuàng)新點(diǎn).錯(cuò)誤!未定義書簽。7.3后續(xù)研究建議.錯(cuò)誤!未定義書簽。攻讀碩士期間發(fā)表的論文.錯(cuò)誤!未定義書簽。致謝.錯(cuò)誤!未定義書簽。第二章欠驅(qū)動(dòng)采摘末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)3第一章緒論1.1課題研究意義水果是人類生活中必不可少的食物，水果的種植比例也在逐年增多，2002年中國(guó)果品種植面積893萬(wàn)hm2，產(chǎn)量6225萬(wàn)t，占世界果品產(chǎn)量的13%

5、1。目前我國(guó)的水果總產(chǎn)量躍居世界第一位，其中以蘋果、柑橘和梨的種植面積為最大。在我國(guó)，蘋果栽培有著悠久的歷史，是我國(guó)11大優(yōu)勢(shì)農(nóng)產(chǎn)品之一。我國(guó)蘋果生產(chǎn)在世界蘋果產(chǎn)業(yè)中占有舉足輕重的地位。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2004年我國(guó)蘋果栽培面積187.7萬(wàn)公頃、產(chǎn)量2367.5萬(wàn)噸，分別占世界蘋果栽培面積41.5%和產(chǎn)量的7.5%。近10多來(lái)年，我國(guó)對(duì)世界蘋果產(chǎn)量增長(zhǎng)的貢獻(xiàn)率高達(dá)84%2。這使得果園收獲作業(yè)機(jī)械化、自動(dòng)化成為廣大果農(nóng)們最為關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題。發(fā)展機(jī)械化收獲技術(shù)，研究開(kāi)發(fā)果蔬采摘機(jī)器人,不僅對(duì)于適應(yīng)市場(chǎng)需求、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、提高經(jīng)濟(jì)效率有著一定的現(xiàn)實(shí)意義，而且對(duì)于促進(jìn)我國(guó)農(nóng)業(yè)科技進(jìn)步，加速農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化進(jìn)程有著重

6、大的意義。在果實(shí)類的水果采摘生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中，需要人工不定時(shí)的對(duì)果實(shí)進(jìn)行成熟度判斷和收獲，并不時(shí)地移動(dòng)梯子登高或彎腰，因此果品采摘作業(yè)是水果生產(chǎn)鏈中最耗時(shí)、最費(fèi)力的一個(gè)環(huán)節(jié)、具有一定危險(xiǎn)性的作業(yè)。目前，國(guó)內(nèi)水果采摘作業(yè)基本上都是人工進(jìn)行，其費(fèi)用約占成本的50%70%，并且時(shí)間較為集中。隨著水果大面積的推廣與種植，研究水果采摘機(jī)器人既可以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力、改變農(nóng)業(yè)生產(chǎn)模式、解決勞動(dòng)力不足問(wèn)題等方面又可以減輕勞動(dòng)強(qiáng)度、提高生產(chǎn)效率，而且具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。1.2農(nóng)業(yè)機(jī)器人發(fā)展概況1.2.1國(guó)外研究成果及現(xiàn)狀農(nóng)業(yè)機(jī)器人是一種集傳感技術(shù)、監(jiān)測(cè)技術(shù)、人工智能技術(shù)、通訊技術(shù)、圖像識(shí)別技術(shù)、精密及系統(tǒng)集成技

7、術(shù)等多種前沿科學(xué)技術(shù)于一身的機(jī)器人4。農(nóng)業(yè)機(jī)器人是一門邊緣交叉學(xué)科，是多領(lǐng)域技術(shù)的綜合，其發(fā)展需要各相關(guān)學(xué)科的配合與支援3。農(nóng)業(yè)機(jī)器人又可以分為：施肥機(jī)器人、除草機(jī)器人、收摘機(jī)器人、嫁接機(jī)器人等。日本是研究農(nóng)業(yè)機(jī)器人最早的國(guó)家之一，早在20世紀(jì)70年代后期，隨著工業(yè)機(jī)器人的發(fā)欠驅(qū)動(dòng)蘋果采摘末端執(zhí)行器研究和設(shè)計(jì)4展，對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)器人的研究工作逐漸啟動(dòng)5,6,7。收獲作業(yè)的自動(dòng)化和機(jī)器人的研究始于20世紀(jì)60年代的美國(guó)(1968年)，采用的收獲方式主要是機(jī)械震搖式和氣動(dòng)震搖式，其缺點(diǎn)是果實(shí)易損，效率不高，特別是無(wú)法進(jìn)行選擇性的收獲8。自1983年第1臺(tái)西紅柿采摘機(jī)器人在美國(guó)誕生以來(lái)，采摘機(jī)器人的研究和

8、開(kāi)發(fā)歷經(jīng)20多年，日本和歐美等國(guó)家相繼立項(xiàng)研究采摘蘋果、柑桔、西紅柿、西瓜和葡萄等智能機(jī)器人9。1.2.1.1西紅柿采摘機(jī)器人日本Kondo-N10,12,13等人研制的西紅柿收獲機(jī)器人由機(jī)械手、末端執(zhí)行器、視覺(jué)傳感器和移動(dòng)機(jī)構(gòu)等組成，如圖1.1所示。圖1-1西紅柿采摘機(jī)器人圖1-2美國(guó)的番茄采摘機(jī)器人Fig.1-1TomatoharvestingrobotFig.1-2Tomatopicking-robotmadeinAmerica機(jī)器人的采摘機(jī)械手采用7自由度的SCORBOTER工業(yè)機(jī)器人，能夠形成指定的采摘姿態(tài)進(jìn)行采摘。用彩色攝像機(jī)作為視覺(jué)傳感器來(lái)尋找和識(shí)別成熟果實(shí)，利用雙目視覺(jué)方法對(duì)目

9、標(biāo)進(jìn)行定位；移動(dòng)機(jī)構(gòu)采用4輪結(jié)構(gòu)，能在壟間自動(dòng)行走。在2004年2月10日美國(guó)加利福尼亞州圖萊里開(kāi)幕的世界農(nóng)業(yè)博覽會(huì)上，美國(guó)加利福尼亞西紅柿機(jī)械公司展出2臺(tái)全自動(dòng)西紅柿采摘機(jī)(圖1.2)，這種西紅柿采摘機(jī)首先將西紅柿連枝帶葉割倒后卷入分選倉(cāng)，倉(cāng)內(nèi)能識(shí)別紅色的光譜分選設(shè)備挑選出紅色的西紅柿，并將其通過(guò)輸送帶送入隨行卡車的貨艙內(nèi)，然后將未成熟的西紅柿連同枝葉一道粉碎，噴撒在田里作肥料14。1.2.1.2蘋果采摘機(jī)器人韓國(guó)研制的蘋果采摘機(jī)器人，其機(jī)械手工作空間達(dá)到3m，具有4個(gè)自由度，包括3個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)和1個(gè)移動(dòng)關(guān)節(jié)，采用三指夾持器作為末端執(zhí)行器，內(nèi)有壓力傳感器避免損傷蘋果。利用CCD攝像機(jī)和光電傳感

10、器識(shí)別果實(shí)，從樹(shù)冠外部識(shí)別蘋果時(shí)識(shí)別率達(dá)85%，速度達(dá)5個(gè)/s15。第二章欠驅(qū)動(dòng)采摘末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)5圖1-3蘋果采摘機(jī)器人Fig.1-3Appleharvestingrobot2008年JohanBaeten和SvenBoedrij等人研制的蘋果采摘機(jī)器人16(圖1.3)，利用松下VR006L型六自由度手臂作為機(jī)械手主體，在果園作業(yè)時(shí)，機(jī)械手由一臺(tái)拖拉機(jī)牽引，其機(jī)器人整體占地面積較大，機(jī)械手重量較重，且成本較高，只適于植株較矮小的蘋果樹(shù)。1.2.1.3多功能葡萄采摘機(jī)器人日本岡山大學(xué)研制出了一種多功能葡萄采摘機(jī)器人(圖1.4)17。葡萄采摘機(jī)器人采用5自由度的極坐標(biāo)機(jī)械手，末端的臂可以在葡萄

11、架下水平勻速運(yùn)動(dòng)。視覺(jué)傳感器一般采用彩色攝像機(jī)，采用PSD三維視覺(jué)傳感器效果更佳，可以檢測(cè)成熟果實(shí)及其距離信息的三維信息。采摘時(shí)，用于葡萄采摘的末端執(zhí)行器有機(jī)械手指和剪刀機(jī)械手指抓住果房，剪刀剪斷穗柄。1.2.1.4蘑菇采摘機(jī)器人英國(guó)Silsoe研究所研制的蘑菇采摘機(jī)器人18，可自動(dòng)測(cè)量蘑菇的位置大小，并選擇性地采摘和修剪。它的機(jī)械手由2個(gè)氣動(dòng)移動(dòng)關(guān)節(jié)和1個(gè)步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)組成，末端執(zhí)行器是帶有軟襯墊的吸引器，視覺(jué)傳感器采用TV攝像頭，安裝在頂部用來(lái)確定蘑菇的位置和大小。采摘成功率75%左右，采摘速度67個(gè)/s。圖1.4多功能葡萄采摘機(jī)器圖1.5草莓采摘機(jī)器人Fig.1-4Multi-o

12、perationrobotforgrapevineFig.1-5Strawberryharvestingrobot欠驅(qū)動(dòng)蘋果采摘末端執(zhí)行器研究和設(shè)計(jì)61.2.1.5柑橘收獲機(jī)器人法國(guó)和西班牙尤利卡合作的工程項(xiàng)目“CIT2RUS”是比較成功的研究成果19,20。該項(xiàng)目1988年開(kāi)始啟動(dòng),其研制的收獲機(jī)器人。其最高能達(dá)到80%的采摘率，采摘率一般為60%65%。由于其無(wú)法商業(yè)化,加上過(guò)多的費(fèi)用損耗,缺乏資金投入，該項(xiàng)目在1997年便中止了。1.2.1.6草莓采摘機(jī)器人KondoN等人針對(duì)草莓越來(lái)越多采用高架栽培模式11，研制出了5自由度的采摘機(jī)器人，如1.5所示。草莓采摘機(jī)器人的視覺(jué)系統(tǒng)與番茄采摘

13、機(jī)器人相似，末端執(zhí)行器采用真空系統(tǒng)加螺旋加速切割器。收獲時(shí)，3對(duì)光電開(kāi)關(guān)檢測(cè)草莓的位置，視覺(jué)系統(tǒng)計(jì)算空間位置，控制機(jī)械手移動(dòng)到預(yù)定位置，末端執(zhí)行器將草莓吸入；當(dāng)草莓位于合適的位置時(shí)，腕關(guān)節(jié)移動(dòng)，果梗進(jìn)入指定位置，螺旋加速驅(qū)動(dòng)切割器旋轉(zhuǎn)切斷果梗，完成采摘。1.2.2國(guó)內(nèi)研究成果及現(xiàn)狀果樹(shù)采摘機(jī)器人的研究在我國(guó)尚處于起步階段。在采摘機(jī)械手和末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)研究方面：中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化科學(xué)研究院謝建新等人為解決機(jī)器人靈巧避障問(wèn)題，研究設(shè)計(jì)了6自由度的關(guān)節(jié)型機(jī)械手臂。梁喜鳳等為分析并改善番茄收獲機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)特性，進(jìn)行了番茄收獲機(jī)械手運(yùn)動(dòng)學(xué)優(yōu)化與仿真試驗(yàn)，取得了較好的效果。東北林業(yè)大學(xué)的路懷民研制了林木球果

14、采摘機(jī)器人，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)的趙金英等（2006年）對(duì)西紅柿采摘機(jī)器人整體進(jìn)行了研究。1.3末端執(zhí)行機(jī)構(gòu)的研究現(xiàn)狀末端執(zhí)行件通常由機(jī)械裝置和傳感器組成。末端執(zhí)行件必須保證不傷害目標(biāo)作物，不惡化生物生產(chǎn)的質(zhì)量，與工業(yè)機(jī)器人的末端執(zhí)行器相比，由于其作業(yè)對(duì)象和環(huán)境的柔嫩性、不規(guī)則性和復(fù)雜多變性特征，采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器具有明顯的特殊性和更高的智能化要求。目前果蔬采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器基本都是專用的，只能對(duì)一種果實(shí)進(jìn)行收獲,即是采摘機(jī)器人效率難以提高的主要原因，也是制約采摘機(jī)器人未來(lái)發(fā)展與應(yīng)用推廣的瓶頸。解決末端執(zhí)行器的通用性、靈活性和成本之間的矛盾,是果蔬采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器研究發(fā)展的方向。第二章欠驅(qū)動(dòng)

15、采摘末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)71.3.1國(guó)外末端執(zhí)行器研制進(jìn)展情況Kutz等人（1987）基于CAD系統(tǒng)設(shè)計(jì)了移栽機(jī)器人21-22。如圖1.6其末端執(zhí)行件是一個(gè)并行夾取式夾持器，由1個(gè)氣缸和1個(gè)并行的夾取抓手組成。其抓取手只有張開(kāi)和合攏兩種狀態(tài)，這兩種位置的距離差是20mm，兩個(gè)夾片長(zhǎng)3mm。在3.3min內(nèi)能完成36個(gè)苗的移植，存活率可達(dá)96%。圖1.6SNS夾取器圖1.7柑橘采摘末端執(zhí)行器Fig.1-6SNSClipextractorFig.1-7Orangeharvestingend-effector美國(guó)佛羅里達(dá)大學(xué)研究員研制了用于小樹(shù)林的柑橘采摘機(jī)械手19，如圖1.7所示，依靠1個(gè)CCD攝像機(jī)

16、和超聲波傳感器置于末端執(zhí)行器的內(nèi)部來(lái)探測(cè)水果的位置。該機(jī)械手為球形坐標(biāo)形式,有7個(gè)自由度。其末段執(zhí)行器最高速率為508mm/s，最大載荷量大約為9.07kg，圖像處理和視覺(jué)伺服所花的時(shí)間為1580ms。Ryu等人（2000）設(shè)計(jì)了一種由氣動(dòng)系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)的夾取裝置14。該末端器由步進(jìn)電機(jī)、氣缸、氣動(dòng)卡盤和夾取指組成，如圖1.8所示。其末端執(zhí)行件由步進(jìn)電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，并根據(jù)植株的方位確定針狀?yuàn)A取指的位置，避免抓取時(shí)對(duì)植株葉片的傷害。PeterP.Ling等人（2004）設(shè)計(jì)了一種4個(gè)手指的末端執(zhí)行件23，如圖1.9。該末端執(zhí)行件主要由數(shù)字線性步進(jìn)電機(jī)、4個(gè)手指和吸引器組成。手指利用纜繩和筋腱使其彎曲，利

17、用扭矩彈簧使其伸展。數(shù)字線性步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)筋腱，增強(qiáng)了末端執(zhí)行件運(yùn)動(dòng)的可控性和精確性。圖1-8執(zhí)行器圖1-9手指末端執(zhí)行Fig.1-8end-effectorFig.1-9fingerend-effector欠驅(qū)動(dòng)蘋果采摘末端執(zhí)行器研究和設(shè)計(jì)82008年JohanBaeten和SvenBoedrij等人研制了蘋果采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器16(圖1.10)。其硅樹(shù)脂管里裝有微型攝像頭，用于獲取末端執(zhí)行器正前方蘋果圖像。真空泵提供動(dòng)力，吸盤用于吸取蘋果。圖1-10蘋果采摘末端執(zhí)行器Fig.l-10Appleharvestingend-effector1.3.2國(guó)內(nèi)研制的末端執(zhí)行器概述與國(guó)外相比，國(guó)內(nèi)在果

18、蔬采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器的研究方面起步較晚，成果相對(duì)較少。其中，中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)對(duì)茄子采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器進(jìn)行了研制，其采摘成功率達(dá)到92.76%。江蘇大學(xué)農(nóng)業(yè)工程研究院研制了一種基于多傳感器信息融合和開(kāi)放式控制的智能控制的番茄采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器，系統(tǒng)設(shè)計(jì)質(zhì)量?jī)H為1.12kg，末端執(zhí)行器完成采摘?jiǎng)幼鞯臅r(shí)間為35s。到目前為止，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有研制出蘋果采摘機(jī)器人的末端執(zhí)行器。因此，開(kāi)發(fā)一種具有采摘效率和成功率高，具有輕便性，通用性強(qiáng)的蘋果采摘末端執(zhí)行器具有重要的意義。1.4欠驅(qū)動(dòng)技術(shù)研究發(fā)展當(dāng)一種機(jī)械機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器數(shù)量少于這種機(jī)械機(jī)構(gòu)的自由度數(shù)量時(shí)，這種機(jī)械機(jī)構(gòu)就稱為欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)24,25。這種機(jī)構(gòu)具有形狀

19、自適應(yīng)能力,欠驅(qū)動(dòng)手指抓取物體時(shí)，它能夠完全包絡(luò)物體，并且能夠適應(yīng)物體的形狀。在機(jī)械手爪上的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)與機(jī)器人系統(tǒng)上的欠驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)是不同的概念。欠驅(qū)動(dòng)機(jī)器人通常是指含有一個(gè)或多個(gè)無(wú)驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)的操作器，而欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手通常使用彈性元件來(lái)設(shè)計(jì)欠驅(qū)動(dòng)關(guān)節(jié)，這就是說(shuō)這些關(guān)節(jié)可以理解為無(wú)法控制或被動(dòng)控制，而不是沒(méi)有驅(qū)動(dòng)。美國(guó)麻省理工學(xué)院和猶他大學(xué)于1980年聯(lián)合研制成功了Utah/MIT手爪26,27,28。第二章欠驅(qū)動(dòng)采摘末端執(zhí)行器的設(shè)計(jì)9手爪采用模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，手指的配置方式類似于人手，有四個(gè)手指:拇指、食指、中指和無(wú)名指，四個(gè)手指結(jié)構(gòu)完全相同，每個(gè)手指有4個(gè)自由度。手指關(guān)節(jié)采用伺服氣動(dòng)缸作為驅(qū)動(dòng)元件，由

20、腱和滑輪傳動(dòng)。加拿大MDROBOTICS公司與Laval大學(xué)合作研制了非擬人手通用欠驅(qū)動(dòng)手爪SARAH（Self-AdaptingRoboticAuxiliaryHand）29，如圖1.11示。該手爪有3個(gè)手指，每個(gè)手指有3個(gè)關(guān)節(jié)，加上1個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，共10個(gè)自由度，而只用兩個(gè)電機(jī)驅(qū)動(dòng)，一個(gè)電機(jī)負(fù)責(zé)手爪的開(kāi)合，另一個(gè)負(fù)責(zé)手指的轉(zhuǎn)向。采用平面直齒輪差動(dòng)方式，形成一路輸入三路輸出，分別去驅(qū)動(dòng)三個(gè)手指開(kāi)合。通過(guò)槽輪機(jī)構(gòu)對(duì)三個(gè)手指中的兩個(gè)進(jìn)行位置調(diào)整，進(jìn)行轉(zhuǎn)向，以適合不同形狀物體的抓取。圖1.11欠驅(qū)動(dòng)手爪SARAH圖1.12基于錐齒輪差動(dòng)機(jī)構(gòu)的欠驅(qū)動(dòng)手爪Fig.l-10Self-AdaptingRo

21、boticAuxiliaryHandFig.l-12Under-actuatedrobothandbasedonconegeardifferentialmechanism國(guó)內(nèi)研究單位主要有哈爾濱工業(yè)大學(xué)、清華大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、合肥智能機(jī)械研究所等。北京航空航天大學(xué)機(jī)器人研究所于80年代末開(kāi)始的靈巧手研究與開(kāi)發(fā)28,30。最初研究出來(lái)的BH-1靈巧手是一種仿JPL的靈巧手，功能相對(duì)簡(jiǎn)。在隨后的幾年中又不斷改進(jìn)，研制出BH-3型靈巧手。如圖1.14所示。中科院合肥智能機(jī)械研究所開(kāi)發(fā)了基于錐齒輪差動(dòng)的欠驅(qū)動(dòng)三指機(jī)器人手爪27,，圖1.12所示。這兩個(gè)手爪在結(jié)構(gòu)上與加拿大開(kāi)發(fā)的SARAH手爪有些相似，它集成了SARAH手爪的靈巧手指機(jī)構(gòu),采用兩級(jí)錐齒輪差動(dòng)方式，機(jī)構(gòu)簡(jiǎn)潔高效，結(jié)構(gòu)緊湊，維護(hù)方便主動(dòng)適應(yīng)性和智能化程度上較SARAH有所提高。2003年，哈爾濱工業(yè)大學(xué)和德國(guó)宇航中心合作，研制成功HIT/DLR多指靈巧手，圖1.13示，大大促進(jìn)了我國(guó)在靈巧手技術(shù)方面的發(fā)展31,32,33。目前國(guó)內(nèi)外欠驅(qū)動(dòng)多指手的應(yīng)用背景主要是人工假手、海底探測(cè)、宇航器倉(cāng)內(nèi)欠驅(qū)動(dòng)手爪及太空機(jī)器人的末端操作器等,尚未見(jiàn)到將欠驅(qū)動(dòng)多指手爪應(yīng)用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中。