[发明专利]全驱动仿人手三指果蔬采摘末端执行器

说明书

本发明涉及一种全驱动仿人手三指果蔬采摘末端执行器，包括拇指、食指和中指，且每根手指均具有远指关节、近指关节以及掌心架，远指关节与近指关节的一端铰接连接，近指关节的另一端与掌心架铰接连接；且在每根手指上还设置有分别驱动近指关节和远指关节弯曲和张开的近指连杆机构和远指连杆机构，以实现握取果实的动作；拇指掌心架与中指掌心架以一定角度固定连接，食指和拇指通过一手掌件相连接，以对所摘取的果蔬提到支撑作用，且在食指掌心架的下端设置有控制食指旋转的转向机构；本发明采用两关节全驱动方式，结构设计简单合理，抓取效果稳定、运动灵活，可有效提高作业质量和作业效率。

技术领域

本发明涉及一种果蔬采摘末端执行器,具体涉及一种全驱动仿人手三指果蔬采摘末端执行器。

背景技术

随着科技进步，参与农业的机械智能化程度不断提高，果蔬采摘使用机器人替代人工劳动已经成为现代农业发展的重要趋势。果蔬采摘在农产作业中最为费时费力，这也使得研究果蔬采摘机器人成为现代农业生产的重大需求。果蔬采摘机器人的末端执行器作为最后执行采摘动作的重要部件，如人手一般，需要同时具备感知能力和执行动作能力。用机械替代既灵活又灵敏的人手，是传统农业装备技术与现代机器人学技术的融合，是将传统农业发展带向现代化、智能化之路的重要体现。由于果蔬的外表较为脆弱,而它的形状及生长状况复杂,因此末端执行器的设计通常被认为是农业机器人的核心技术之一。

例如，授权公告号为【CN102729256B】的发明专利公开一种欠驱动采摘机械手末端执行器装置，包括结构相同的三个手指，传动机构，三块接触板，三根连杆，驱动杆和转动盘；每个手指具有三个关节，手指第一关节的一端均匀安装在转动盘上，每个手指都装有接触板，驱动杆在电机的驱动下移动，通过连杆带动3个手指相向运动闭拢，当手指上的接触板接触到果蔬时，果蔬会推动接触板滑动，驱动手指第二关节内部不完全齿轮运动，与之啮合的齿轮带动手指第三关节运动，接触板表面的力传感器测试到预定的抓取力时，将信号反馈给电机，控制驱动杆停止移动，电机再驱动转动盘转动，实现果蔬采摘。

但是，其采用欠驱动方式，在减少果蔬损伤方面控制效果仍然欠佳，作业质量及作业效率有待进一步提高；其采用三关节设计方式，作为衡量抓取稳定重要指标的抓取构形数是和关节数成指数变化的关系，抓取构形越多越容易出现接触点脱离，越不容易稳定，即三关节方式抓取稳定性较差，且在机器人图像识别存在误差的情况下难以准确抓住果实。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有技术中末端执行器抓取稳定性差、作业质量和作业效率欠佳等缺陷，提出一种全驱动仿人手三指果蔬采摘末端执行器，采用两关节全驱动的方式，实现与人的拇指、食指、中指三指相似的运动方式，可有效提高作业质量及效率，且运动灵活、通用性强，抓取稳定性高。

本发明是采用以下的技术方案实现的：全驱动仿人手三指果蔬采摘末端执行器，包括拇指、食指和中指，且每根手指均具有远指关节、近指关节以及掌心架，所述远指关节与近指关节的一端铰接连接，近指关节的另一端与掌心架铰接连接，所述近指关节的两端设置有U型凹槽，远指关节及掌心架上设置有与所述凹槽匹配的凸柱，使关节配合更加灵活；且在每根手指上还设置有分别驱动近指关节和远指关节弯曲和张开的近指连杆机构和远指连杆机构，通过近指连杆机构和远指连杆机构分别控制近指关节和远指关节弯曲或张开实现握取果实的动作；

另外，在食指和拇指之间还连接有一手掌件，以对所摘取的果蔬提到支撑作用；拇指掌心架与中指掌心架通过一连接杆固定连接，食指掌心架的下端设置有控制食指旋转的转向机构；所述转向机构包括电机、与电机主轴连接的齿轮组件，所述齿轮组件通过一连接板与食指掌心架固定连接，在电机的驱动下绕转向机构转动来调节角度。