[發(fā)明專利]果蔬收獲機(jī)器人柔順采摘末端執(zhí)行器

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 200810019826.7
• 申請日: 2008-03-18
• 公開（公告）號(hào): CN101238775A
• 公開（公告）日: 2008-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉繼展;李萍萍;毛罕平
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號(hào): A01D46/30
• 分類號(hào): A01D46/30;A01D46/24;B25J9/00;B25J9/08;B25J9/10;B25J13/00;B25J15/08
• 代理公司: 南京知識(shí)律師事務(wù)所
• 代理人: 汪旭東

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，特別涉及一種果蔬收獲機(jī)器人柔順采摘末端執(zhí)行器。

背景技術(shù)

果蔬收獲機(jī)器人在作業(yè)時(shí)，一般由機(jī)械手將末端執(zhí)行器運(yùn)送至果實(shí)附近，并確定末端執(zhí)行器的姿態(tài)，再由末端執(zhí)行器完成對果實(shí)的抓取和分離。由于果實(shí)的柔嫩性，在采摘過程中避免末端執(zhí)行器動(dòng)作所造成被采摘果實(shí)的破裂和損傷，以及因采摘?jiǎng)幼鞫鴮ο噜徆麑?shí)造成的碰撞傷害，對于提高收獲成功率、保證果實(shí)的品質(zhì)和延長果實(shí)的貯藏保鮮周期具有非常重要的意義?，F(xiàn)有收獲機(jī)器人末端執(zhí)行器均難以實(shí)現(xiàn)果蔬的柔順采摘。如荷蘭E.J.VAN?HENTEN等開發(fā)的黃瓜收獲機(jī)器人(An?Autonomous?Robot?for?Harvesting?Cucumbers?in?Greenhouses.AutonomousRobots?13，241-258，2002.)，其末端執(zhí)行器的夾持器由工業(yè)用夾持器改造而成，手指為剛性結(jié)構(gòu)；日本M.MONTA等開發(fā)的番茄收獲機(jī)器人(End-Effectors?forTomato?Harvesting?Robot.Artificial?Intelligence?Review?12：11-25，1998.)，僅在末端執(zhí)行器的平板手指內(nèi)側(cè)貼一層橡膠，在加緊果實(shí)后扭斷果梗的過程中需要較大夾持力，而手指與果皮接觸面積很小，容易造成果實(shí)的損傷甚至破裂；而日本N.KONDO等開發(fā)的番茄收獲機(jī)器人，四指由橡膠管構(gòu)成，通過馬達(dá)帶動(dòng)鋼絲拉動(dòng)手指閉合抓住果實(shí)，但欠驅(qū)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)精度受到影響。以上收獲機(jī)器人均無法實(shí)現(xiàn)果蔬的柔順采摘。而專利200710020500.1通過3維指力傳感器和6維腕力傳感器的力反饋實(shí)現(xiàn)末端執(zhí)行器的主動(dòng)柔順控制，為增大夾持時(shí)果實(shí)與手指的接觸面積而采用了圓弧面和橡膠層，但如何使安裝于手指的3維指力傳感器獲得果實(shí)與手指面間的全部作用力，這一問題并未得到解決；在夾持時(shí)，由于視覺系統(tǒng)誤差、機(jī)械手運(yùn)動(dòng)誤差和枝葉遮擋、阻礙造成的末端執(zhí)行器與果實(shí)的姿態(tài)偏差，容易造成果實(shí)的夾持失效或損傷；同時(shí)真空吸盤固定于移動(dòng)部件上，采摘過程中果實(shí)與吸盤的位置、角度偏差，以及吸盤運(yùn)動(dòng)過程中與果實(shí)相對位置、角度的變化很容易造成真空吸盤與果實(shí)的脫離。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服現(xiàn)有收獲機(jī)器人采摘裝置的不足，本發(fā)明提供一種果蔬收獲機(jī)器人柔順采摘末端執(zhí)行器，通過被動(dòng)柔順結(jié)構(gòu)和主動(dòng)柔順控制的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)果實(shí)的柔順采摘。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：被動(dòng)柔順結(jié)構(gòu)包括真空波紋吸盤和球副組成的真空吸盤柔順結(jié)構(gòu)、手指前端3維指力傳感器安裝及浮動(dòng)回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)；主動(dòng)柔順控制通過兩指內(nèi)側(cè)安裝的3維指力傳感器和腕部安裝的6維腕力傳感器感知并反饋力信息來實(shí)現(xiàn)。其特征在于，將一受力附件安裝于3維指力傳感器的受力體上，將3維指力傳感器的本體通過一浮動(dòng)回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)聯(lián)接于手指上；通過球副將真空波紋吸盤聯(lián)接于移動(dòng)部件上。

本發(fā)明的有益效果是，與現(xiàn)有專利相比，通過手指前端浮動(dòng)回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)，可以自動(dòng)調(diào)整指面與果實(shí)的姿態(tài)偏差，實(shí)現(xiàn)夾持的被動(dòng)柔順；通過手指前端3維指力傳感器安裝結(jié)構(gòu)，使3維指力傳感器受力體可以感受果實(shí)與手指面間全部夾持力和摩擦力信息，并與6維腕力傳感器所感知的信息一起反饋回控制系統(tǒng)，進(jìn)行采摘過程的主動(dòng)柔順控制；通過采用球副代替固定聯(lián)接，能夠自動(dòng)適應(yīng)果實(shí)與真空波紋吸盤間的位置、角度偏差和變化。

附圖說明

圖1為果蔬收獲機(jī)器人柔順采摘末端執(zhí)行器主體結(jié)構(gòu)示意圖，圖2為手指前端3維指力傳感器安裝及浮動(dòng)回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)主視圖，圖3為手指前端3維指力傳感器安裝及浮動(dòng)回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)俯視圖，圖4為浮動(dòng)回轉(zhuǎn)支承結(jié)構(gòu)對姿態(tài)偏差的順應(yīng)示意圖。

圖中1.手指，2.雙頭螺桿，3.導(dǎo)桿，4.齒輪，5.齒條，6.6維腕力傳感器，7.電機(jī)，8.錐齒輪，9.錐齒輪，10.球副，11.真空波紋吸盤，12.3維指力傳感器，13.3維指力傳感器受力體，14.3維指力傳感器本體，15.端蓋，16.拉伸彈簧，17.下法蘭，18.滾珠，19.手指頭，20.手指架，21.受力附件，22.彈性材料，23.螺釘，24.凸耳，25.螺栓/螺母，26.凸耳。

具體實(shí)施方式