[发明专利]具有感觉的欠驱动末端执行器

说明书

技术领域

本发明涉及一种末端执行器，具体地说是涉及一种具有感觉的欠驱动末端执行器。 

背景技术

末端执行器是果蔬采摘机器人的重要组成部分，与工业机器人的末端执行器相比，由于其作业对象和环境的柔嫩性、不规则性和复杂多变性特征，采摘机器人的末端执行器具有明显的特殊性和更高的智能化要求。一般果蔬果实的表皮和果实本身通常都比较脆弱和柔软，这对采摘果实的抓取力度控制提出了比较高的要求。 

末端执行器对农业发展起了巨大贡献，但是还存在着一些缺陷：（1）抓取过程中果蔬外表发生损伤。果实柔弱易破的特性导致用刚体抓取很容易损伤果实。尽管所有研制出的末端执行器的夹持手指都选用刚体或者是接触果实一侧粘有海绵、橡胶的刚体,而且基本都是专一用于某一水果品种,但是粘有海绵、橡胶的刚体的变形适应能力很有限。（2）通用性不强。末端执行器的基本结构取决于具体工作对象特性及工作方式。在农作物生产体系中，果蔬形体差异很大，即使是同一品种，其个体大小和形状也不完全相同。因此，采摘机器人只能对一种果实进行收获，并且果实应该大小、形状相差不大，致使采摘机器人效率难以提高的主要原因,也是制约采摘机器人未来发展与应用推广的瓶颈。 

发明内容

为了克服现有技术的不足之外，本发明的目的是提供一种具有感觉的欠驱动机械手，具有负载能力强、驱动元件少、控制较简单、采摘效率和抓取力自适应的装置。 

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是： 

本发明包括手二只结构相同手指、底座和掌部分；每个手指部分的第一指节与第二指节的一端通过第一关节铰接，第二指节的另一端与手掌上连接板通过第二关节铰接；底座部分的电机安装在手掌下连接板，电机轴与移动板同轴螺纹传动连接，两根移动推杆的一端分别固定在移动板的两端；两根移动推杆的另一端与各自耦合连杆的一端铰接；手掌部分的手掌上连接板和手掌下连接板两侧分别用连接圆杆连接；每个手指的三角形驱动杆的中间孔与底座之间连接是通过各自耦合连杆的另一端铰接；底座的电机与手掌的下连接板通过螺栓固定；每个手指与手掌是通过手指的第二关节与手掌上连接板铰接；其特征在于：第一关节和第二关节之间集成欠驱动机构，电机通过差分机构驱动两个手指的开合，第一指节与第二指节内侧设置接触觉传感器、滑动觉传感器。

所述每个手指的二个指节之间集成欠驱动机构，它均由精确捏取机构和包络抓取机构组成。 

精确捏取机构，由第一指节回转杆、一二指节回转耦合杆、第二指节回转杆和第二指节构成平行四边形连杆机构，设置在两指节之间；第二指节的第一关节与第一指节回转杆的一端铰接，第一指节回转杆的另一端与一二指节回转耦合杆的一端铰接，一二指节回转耦合杆的另一端与第二指节回转杆的一端铰接，第二指节回转杆的另一端与第二指节的第二关节铰接。 

包络抓取机构，由第一指节回转杆、一二指节耦合驱动杆、三角形驱动杆和第二指节构成四连杆机构，设置在两指节之间，第二指节的第一关节与第一指节回转杆的一端铰接，第一指节回转杆的另一端与一二指节耦合驱动杆的一端铰接，一二指节耦合驱动杆的另一端与三角形驱动杆的外侧孔铰接，驱动杆的内侧孔与第二指节的第二关节铰接。 

所述电机安装在手掌下连接板，电机输出轴直接驱动安装在移动板上，所述两个耦合连杆与固定在移动板上两个移动推杆形成移动副，实现一个电机驱动二个手指的开合的差分机构。 

所述的滑触觉反馈电路包括电荷转换电路、低通滤波电路、工频陷波电路、增益调节电路、A/D采样电路；PVDF压电传感器的信号经电荷转换电路、低通滤波电路、工频陷波电路、增益调节电路和A/D采样电路后与控制器输入端连接。 

所述的PVDF压电传感器，包括由PVDF薄膜和贴在PVDF薄膜两侧的铜片组成的PVDF压电传感器，引出正负电极，PVDF压电传感器两面分别粘有绝缘橡胶表皮保护层，具有平面的绝缘橡胶表皮保护层贴在各指节表面，具有锯齿形的绝缘橡胶表皮保护层朝向抓取物。 

本发明具有的有益效果是： 

本发明结构简单、通用性强、驱动器数目少、成本低、控制简单、可靠性高、体积小而且可实现对物体形状的自适应抓取等特点。

附图说明

图1是本发明的结构示意图； 

图2是本发明的底座部分结构示意图；

图3是本发明的欠驱动手指原理示意图；

图4是本发明的滑触觉反馈原理示意图；

图5是本发明的传感器结构示意图；

图6是本发明的传感器处理原理示意图；