基于梯度点阵结构的浆果变刚度柔性夹持机构设计

摘要

【目的】根据浆果在采摘、分拣等环节中的夹持性能需求，在机器人末端使用高刚度驱动连接和低刚度无损夹持的夹持机构，有效推进农业机器人在浆果生产领域的推广。【方法】针对典型浆果-小番茄的夹持工况，引入多层级拓扑优化理论，提出基于梯度点阵结构的变刚度柔性夹持机构设计方法，构建变刚度柔性夹持机构的优化设计模型，实现由单一材料构建的刚度梯度分布的一体化柔性夹持机构设计。【结果】采用Polyjet增材制造技术，加工获得柔性质量约45 g的夹持机构样件。对茂名‘千禧’小番茄的夹持试验发现，夹持机构样件输入端的驱动载荷为11.00～14.56 N时，小番茄的压缩率为0.90%～1.91%，机械损伤度为0。【结论】优化设计的变刚度柔性夹持机构可有效且几乎零损伤地夹持外表层较为脆弱的浆果，为浆果自动化采摘、分拣等环节中夹持装备的设计提供了可行的设计方法。

关键词

浆果 / 夹持 / 柔性夹持机构 / 点阵结构 / 变刚度 / 拓扑优化