[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

说明书

本发明涉及一种具有力感知的果蔬采摘机器人柔性末端执行器，包括具有力感知的柔性手指模块、螺旋传动机构、视觉深度相机、压力传感器、执行器外壳、法兰盘及各部件间的连接零件。本发明采用末端关节驱动作为执行器的动力来源，无需额外的动力源，降低了整体的复杂度。执行器通过螺旋传动结合连杆传动，使机器人末端关节驱动执行器柔性手指的张开与闭合。执行器的柔性手指模块带有压力传感器，提供给采摘机器人抓取果蔬时的接触压力反馈，通过反馈调节果蔬的抓取力，从而避免采摘过程中抓取力过大而导致果蔬表皮损坏。柔性手指模块及中空结构既保证了抓取果蔬时手指的刚度，又能在受力时产生适当的形变包裹住果蔬，从而实现对果蔬的柔性无损采摘。

技术领域

本发明涉及农业机器人果蔬采摘技术领域，具体涉及的是一种具有力感知的果蔬采摘机器人柔性末端执行器。

背景技术

农业作为社会生产的基础，为人们的日常生活提供赖以生存的生活物质资料。近年来，我国农业正处于发展动力升级、发展方式改变、发展结构优化的改革关键期。蔬菜生产行业属于劳动密集型产业，人工成本的增加，使得研发果蔬采摘机器人进行全自动化采摘具有重要的意义。在果蔬采摘机器人进行采摘过程中，某些果蔬的表皮极易受到损坏，在采摘的时候需要保证其果实的完整性，达到柔性采摘的目的。末端柔性执行器作为果蔬采摘机器人的关键部件，直接与果蔬进行接触，决定着采摘机器人的作业效率和果实损伤率，在提高采摘机器人的效率与稳定性方面有着十分重要的作用。

相对于传统的机器人刚性末端执行器而言，采用具有力感知的果蔬采摘机器人柔性末端执行器具备以下优点：

1、柔性末端执行器能保证表皮脆弱的果蔬不被损坏，达到无损采摘的目的；

2、具有力感知的柔性手指，能够将与果蔬接触的压力反馈给果蔬采摘机器人，从而达到抓取力可控目的；

3、依靠采摘机器人末端关节驱动作为动力，末端执行器结构简单，成本低廉；

因此，末端执行器成为采摘机器人领域一个新的发展方向，其中具有力感知的柔性末端执行器更是需求量极大，但现有的末端执行器的性能和实用性还不够理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有力感知的果蔬采摘机器人柔性末端执行器，通过安装在采摘机器人末端关节，带有压力传感器的柔性硅胶手指，可实现采摘机器人对果蔬的无损采摘。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

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、采摘机器人末端旋转法兰和力感知柔性手指；所述采摘机器人末端旋转法兰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而使力感知柔性手指张合；所述采摘机器人末端旋转法兰，旋转传动机构和连杆传动机构安装在筒形执行器外壳内，而力感知柔性手指安装在执行器外壳的下端；一个深度相机安装在执行器外壳上；每个力感知柔性手指中各安装一个压力传感器。

优选地，本发明采摘机器人末端旋转法兰与采摘机器人的末端关节相连接作为旋转动力来源，通过联轴器与丝杆相连接，连杆与滑动螺母形成螺旋传动。滑动螺母法兰与滑动螺母通过螺栓固定，随着滑动螺母沿着丝杆进行轴向运动。滑动螺母法兰通过连杆与力感知柔性手指相连接，通过连杆运动使力感知柔性手指张开与闭合，完成柔性采摘。