[發明專利]一種智能纖維增強復合材料夾持裝置及其應用

有效

• 申請號: 201710058143.1
• 申請日: 2017-01-23
• 公開（公告）號: CN106856837B
• 公開（公告）日: 2019-03-12
• 發明（設計）人: 鄒湘軍;陳明猷;唐昀超;馮文賢;李麗娟;王成琳;葉梓峰;曹曉曼
• 申請（專利權）人: 華南農業大學;廣東工業大學
• 主分類號: A01D46/253
• 分類號: A01D46/253;G06K9/00
• 代理公司: 廣州市華學知識產權代理有限公司 44245
• 代理人: 裘暉

本發明公開了一種智能纖維增強復合材料夾持裝置，包括仿生波型撥桿、FRP夾指、驅動電機、連接板和固定基板；FRP夾指包括固定夾指和運動夾指，固定夾指直接安裝在固定基板上，運動夾指與FRP夾指驅動電機相連接，可在FRP夾指驅動電機的輸出軸上運動；安裝在固定基板后端的撥桿連接板上設置有撥桿導軌，撥桿導軌上插接有仿生波型撥桿，仿生波型撥桿與撥桿驅動電機相連接，可在撥桿驅動電機的輸出軸上運動。本發明的裝置可以實時識別夾持裝置前方的障礙物，提高了裝置的智能化、自動化程度和工作效率。

技術領域

本發明涉及采摘機械領域，特別涉及一種智能纖維增強復合材料夾持裝置及其應用。

背景技術

中國作為農業大國，果蔬產業是重要產業之一，果蔬采摘機器人是發展現代化果蔬產業的重要手段，其中，末端執行器是保證果蔬采摘品質的關鍵執行部件。目前，我國的果蔬采摘機械化作業與國外相比仍有較大差距，特別是夾持裝置方面存在許多關鍵性的技術問題。國內現有的夾持裝置主要由基板、動力機構和夾指組成，機動性和智能性不高，缺乏采摘過程的實時信息反饋機構，同時作物采摘率較低、果實損傷率較高。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中存在的缺點，提供一種通用性好、采摘效率高、果實損傷率小的智能纖維增強復合材料夾持裝置及其應用(纖維增強復合材料，FiberReinforced Polymer/Plastic，簡稱FRP)。

本發明通過下述技術方案實現：

一種智能纖維增強復合材料夾持裝置，包括仿生波型撥桿、FRP夾指、驅動電機、連接板和固定基板；固定基板是整個夾持裝置的基本框架；連接板有多個，固定安裝在固定基板上，分別用于連接機械臂、仿生波型撥桿、仿生波型撥桿驅動電機和FRP夾指驅動電機；FRP夾指包括固定夾指和運動夾指，固定夾指直接安裝在固定基板上，運動夾指與FRP夾指驅動電機相連接，可在FRP夾指驅動電機的輸出軸上運動；安裝在固定基板后端的撥桿連接板上設置有撥桿導軌，撥桿導軌上插接有仿生波型撥桿，仿生波型撥桿與撥桿驅動電機相連接，可在撥桿驅動電機的輸出軸上運動。

撥桿連接板上設置有視覺傳感器安裝螺柱，用于安裝視覺傳感器。

所述仿生波型撥桿的外輪廓為正弦曲線，其末端尖角形狀類似蝗蟲、蝸牛等生物的觸角。仿生波型撥桿上安裝有障礙物識別器，用于識別夾持裝置前方的障礙物。障礙物識別器可以是視覺傳感器，也可以是觸覺傳感器,實際使用時只需采用其中一種傳感器。

當使用視覺傳感器來識別障礙物時，視覺傳感器為攝像頭，將攝像頭固定于撥桿連接板上，實時采集仿生波型撥桿前方的數字圖像,然后通過對攝像頭采集的數字圖像進行處理，實現對障礙物的識別并發出識別信號。對于特定的夾持目標，預先存儲特定的障礙物模板圖像，然后進行模板匹配。例如采摘對象為荔枝時，預先存儲足量的荔枝葉、荔枝枝干圖像，然后選擇最能凸顯荔枝葉與荔枝枝干特征的最優顏色通道，并將模板圖像中的該顏色通道與目標圖像的該顏色通道進行模板匹配，如果絕對值和(SAD)相似性測度的值超過預設的閾值，則發出障礙物識別信號。

當使用觸覺傳感器來識別障礙物時,觸覺傳感器為碳素纖維式觸覺傳感器，將碳素纖維式觸覺傳感器直接貼在仿生波型撥桿的前端，當碳素纖維式觸覺傳感器觸碰障礙物時，碳素纖維受壓與電極接觸導電，發出識別信號。

在背景簡單、障礙物較小且觸覺傳感器難以觸碰到的環境下，優選視覺傳感器來識別障礙物；在背景復雜或光照不佳的環境下，優選觸覺傳感器來識別障礙物。