科创中国
果蔬采摘软体机械手
发布时间: 2025-06-12
基本信息
合作方式：
委托开发
成果类型：
发明专利
行业领域：
高端装备制造产业,智能制造装备产业
成果介绍
机器人自出现以来，被广泛的应用于众多领域，代替人们进行大量重复性、高强度的工作。随着现代化农业的发展，面向果蔬采摘的智能机械接踵而至，其中最为典型的便是采摘机械手。传统机械手多为刚性结构，具有高精度、高输出力的特点，被应用于采摘、装配、分拣等领域。但由于传统刚性机械手多由铰链、连杆等机构组成，所用材料大多为刚性材料，自由度有限，环境适应性较差，再抓取一些表面脆弱的果蔬、食品等物体时，很容易输出过大的力，从而对物体造成损坏，限制了刚性机械手的应用范围。为了解决上述问题，学者们从自然界的软体生物中获得了灵感，研发出了软体机械手。如中国科学技术大学受蜂巢结构启发，设计了一种气动蜂巢网络驱动的软体机械手。北京航空航天大学研发的章鱼构型气动软体机械手，以及日本普利司通基于人体肌肉结构研发的橡胶传动软体机械手等等。这些机械手都具有良好的人机交互性，有较好的灵活性和环境适应性。
成果亮点
核心设计
软体手指
气动驱动：采用气动网络结构（类似特殊气球），充气后因腔室分布不均而弯曲，模拟手指动作。
仿生鱼鳍结构：结合鱼鳍效应，增大接触面积，提升抓取稳定性，同时减少对易损物体的损伤。
优化结构：
指根：慢速气动网络，增强承载能力。
指尖：快速气动网络，缓解鱼鳍硬化影响，保持灵活弯曲。
变姿态手掌
齿轮机构：支持圆周抓取（如握持）和平行抓取（如捏取），模拟人手主要抓取模式。
可调螺栓：调节手指位置，适应不同尺寸目标。
制造与测试
硅胶浇注成型：冷却4~6小时制成手指，并测试弯曲性能。
多模式抓取：成功展示不同构型下的稳定抓取能力。
该机械手兼具灵活性、适应性及稳定性，适用于农业采摘等场景。
团队介绍
东北林业大学机电工程学院李三平副教授团队针对传统刚性采摘机械手适用范围小、环境适应性差及对果蔬损伤大等问题，设计了一种面向沙果采摘的刚柔耦合气动软体采摘机械手1。该机械手以龙丰果为例建立了软体手指弯曲角度计算模型，通过实验选定了深圳市红叶杰科技有限公司生产的 HY - E620 型硅胶作为软体手指材料，开展了有限元仿真分析确定较优结构，并进行了多种实验验证1。所设计的采摘机械手对含 3 - 6 个果实的成串沙果采摘成功率达 80％，还可采摘苹果、梨和橘子等类球形水果，具有一定的通用性，可为水果采摘机械手的设计与研究提供新思路。
成果资料
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