一种果蔬采摘柔性末端夹持器的设计与制作

目前，机器人技术已经在工业、医疗、军事、科学勘探等方面得到了广泛的应用，随着农业机械化、自动化的深入发展，机器人技术在农业生产方面发展迅速。其中，采用柔性材料制造的软体机器手在农作物采摘方面有着独特的优势，较强的灵活性使其适应农作物枝叶错综复杂的环境；良好的柔韧性使其能够摘取不同形状的果实，通用性比较广；高效的过载保护能力使其避免载荷过大时损害果实。

本设计选取多腔室应变的方式设计制作了一种果蔬采摘柔性末端夹持器。夹持器由应变抑制层和充气应变腔室部分组成，采用超弹性硅橡胶材料制作，选用空气为传动介质，基于帕斯卡原理，通过控制腔体内的气压来控制夹持器的伸长与弯曲，完成果蔬的采摘。

一、结构设计与运动原理

果蔬采摘柔性末端夹持器采用多腔室应变结构，由底层的应变抑制层和充气应变腔室部分组成，其结构示意图如图1，在充气应变腔室通入气压后，由超弹性材料构成的腔室发生膨胀，沿长度方向互相远离，底层的应变抑制层限制了其在底层的膨胀变形，使柔性末端夹持器向应变抑制层弯曲，采用3 个圆周分布的夹持器配合使用，通过改变气压大小和腔室尺寸分布来控制“三爪机械手”的弯曲程度和夹取能力，完成果蔬的抓取。

在尺寸设计时，沿长度方向的壁厚L1相对于其他方向的壁厚稍小，其目的是使夹持器充气膨胀以后主要沿长度方向膨胀，在底层的应变抑制层的作用下实现最大程度的弯曲效果，防止其他方向的膨胀，提高工作效率。……