[发明专利]一种具有力感知的果蔬采摘机器人柔性末端执行器

权利要求书

1.一种具有力感知的果蔬采摘机器人柔性末端执行器，包括执行器外壳(2)、采摘机器人末端旋转法兰(1)和力感知柔性手指(17)，其特征在于：

所述采摘机器人末端旋转法兰(1)与采摘机器人末端关节连接，作为旋转动力源；通过一个旋转传动机构经一个连杆传动机构连接驱动一个柔性手指模块，使力感知柔性手指(17)张合；

所述采摘机器人末端旋转法兰(1)，旋转传动机构和连杆传动机构安装在筒形执行器外壳(2)内，力感知柔性手指(17)安装在执行器外壳(2)的下端；

将一个深度相机(3)安装在执行器外壳(2)上；每个力感知柔性手指(17)中各安装一个压力传感器(18)。

2.根据权利要求1所述具有力感知的果蔬采摘机器人柔性末端执行器，其特征在于，所述旋转传动机构和连杆传动机构的结构如下：一根丝杆(12)通过一个联轴器(10)安装在采摘机器人末端旋转法兰(1)之下，一个滑动螺母(13)安装在一个滑动螺母法兰(6)上而与丝杆(12)旋配，若干直线轴承(5)安装在滑动螺母法兰(6)上，若干直线轴承导轨(4)分别安装在直线轴承(5)中并且下端安装在一个手指连接法兰(20)上，所述柔性手指模块的力感知柔性手指(17)安装在手指连接法兰(20)上，若干连杆(7)两端分别与滑动螺母法兰(6)和力感知柔性手指(17)铰链，若干法兰外壳连接件(9)实现执行器外壳(2)与手指连接法兰(20)相连接；

所述采摘机器人末端旋转法兰(1)通过螺栓可安装在果蔬采摘机器人末端关节上，采摘机器人的末端关节驱动末端旋转法兰(1)旋转；所述采摘机器人末端旋转法兰(1)与丝杆(12)通过联轴器(10)相连，采摘机器人末端旋转法兰(1)的旋转带动丝杆(12)的旋转；所述丝杆(12)安装在一个上带座轴承(11)与一个下带座轴承(19)中，上带座轴承(11)通过螺栓固定在执行器外壳(2)的上带座轴承螺纹孔中，下带座轴承(19)通过螺栓固定在手指连接法兰(20)的下带座轴承螺纹孔中；所述滑动螺母(13)旋配在丝杆(12)上，丝杆(12)的旋转带动滑动螺母(13)在丝杆(12)上轴向移动；以上构成了一种具有力感知的果蔬采摘机器人柔性末端执行器的螺旋传动机构。

3.根据权利要求2所述具有力感知的果蔬采摘机器人柔性末端执行器，其特征在于：所述滑动螺母(13)安装在滑动螺母法兰(6)中的滑动螺母安装孔中，并通过螺栓将滑动螺母(13)固定在滑动螺母法兰(6)中的滑动螺母螺纹孔中，滑动螺母(13)在丝杆(12)上的轴向运动带动滑动螺母法兰(6)在丝杆(12)上的轴向运动；所述直线轴承(5)通过两端卡簧安装在在滑动螺母法兰(6)中的直线轴承安装孔中，直线轴承导轨(4)安装在手指连接法兰(20)的滑动导轨固定沉孔与执行器外壳(2)的滑动导轨固定沉孔中，限制滑动螺母法兰(6)的周向运动；所述连杆(7)的两端安装于一个滑动螺母销轴(14)与一个柔性手指销轴(15)上，滑动螺母销轴(14)通过两端卡簧安装在柔性手指后销轴孔(17-3)中，柔性手指销轴(15)通过安装在滑动螺母销轴孔中；一个滚珠轴承(8)安装在手指连接法兰(20)的滚珠轴承轴承座中，柔性手指销轴(15)通过两端卡簧安装在滚珠轴承(8)中，保证连杆机构运动顺滑；所述力感知柔性手指(17)通过柔性手指前销轴孔(17-1)与柔性手指后销轴孔(17-3)分别通过卡簧安装在柔性手指销轴(15)与手指连接法兰销轴(16)中；以上构成了一种具有力感知的果蔬采摘机器人柔性末端执行器的连杆传动机构，通过滑动螺母法兰(6)沿丝杆(12)轴向运动带动连杆(7)运动，连杆(7)的运动带动力感知柔性手指(17)的张开与闭合。

4.根据权利要求1所述的一种具有力感知的果蔬采摘机器人柔性末端执行器，其特征在于：所述执行器外壳(2)为圆柱型中空结构，所述执行器外壳(2)与手指连接法兰(20)通过法兰外壳连接件(9)相连接，法兰外壳连接件(9)通过螺栓固定在固定连接板安装孔与法兰外壳连接件安装螺纹孔上；所述执行器外壳(2)通过螺栓固定在外壳固定螺纹通孔中，并且可以通过外壳装配孔完成螺栓的安装；所述执行器外壳(2)与连杆(7)对应的位置有连杆运动槽，保证连杆(7)足够运动空间；所述果蔬采摘机器人的深度相机(3)可通过螺栓安装在深度相机安装孔中，将深度相机(3)固定在执行器外壳(2)之上。

5.根据权利要求3所述的力感知柔性手指(17)，其特征在于：所述柔性手指模块的力感知柔性手指(17)中设计有柔性手指中空结构(17-4)，通过此结构力感知柔性手指(17)在抓取果蔬时能够向内凹产生形变包裹住果蔬，形成可靠性结构形式；力感知柔性手指(17)抓取果蔬时与果蔬接触的部分设计有表面锯齿结构(17-5)，增加果蔬与力感知柔性手指(17)表面的摩擦力，防止果蔬在采摘过程中滑落；所述压力传感器(18)安装于力感知柔性手指(17)中，压力传感器(18)采用压敏电阻之类敏感材料，通过测量压敏电阻阻值的变化可得到末端执行器抓取果蔬时的接触力；机器人在采摘果蔬的时候，可实时反馈抓取果蔬的接触力，通过对接触力大小的控制，确保果蔬无损采摘；所述力感知柔性手指(17)整体呈直角三角形外形，一种具有力感知的果蔬采摘机器人柔性末端执行器中包含了三个力感知柔性手指(17)，组成稳定的果蔬抓取空间；所述力感知柔性手指(17)使用硅胶材质加工而成，不仅具有很好的柔性还有一定的刚度，能够在保证果蔬不被破坏的同时抓取住果蔬并且存在一定的压力，防止果蔬掉落。