软体水果采摘机械手系统设计分析与试验

摘要

为了解决传统刚性机械手在水果采摘方面交互性差和安全性低等问题,设计了一种软体采摘机械手及其控制系统。机械手由4个驱动手指和法兰盘组成,每个手指由硅胶材料注入3D打印的模具固化形成,具有结构简单、成本低、效率高以及交互性好等优点。在正压和负压驱动下,可实现向内、外两个方向弯曲,抓取过程中能够自动适应抓取物体的形状大小。利用ABAQUS有限元仿真对其弯曲特性进行仿真,分析各个结构参数对弯曲角度的影响,得出最优的结构参数,据此设计制造软体机械手样机。机械手控制系统主要包括电路系统和气路系统,电路系统采用Stm32单片机与Labview上位机软件通讯,控制气路中电磁阀和比例阀的工作状态,并实时显示充气压力;气路系统中的比例阀用于调节气压大小,真空发生器用于提供负压实现向外侧弯曲,并通过电磁阀切换气路的工作模式(正压/负压)。试验表明,研制的软体采摘机械手工作范围为0~60 kPa,能够抓取的最大负载大约为5.8 N,可实现对苹果、西红柿等水果的无损稳定抓取。