[發(fā)明專利]一種果蔬采摘機(jī)器人氣動(dòng)感知末端執(zhí)行器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202111370348.6
• 申請日: 2021-11-18
• 公開（公告）號: CN114193486A
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張健滔;楊樂平;何斌;翟彬梁;劉士輝
• 申請（專利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類號: B25J15/00
• 分類號: B25J15/00;B25J13/08;A01D46/30
• 代理公司: 上海上大專利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

本發(fā)明涉及一種果蔬采摘機(jī)器人氣動(dòng)感知末端執(zhí)行器，包括法蘭盤、滑軌、支架、長柔性手指、短柔性手指、壓阻傳感器、壓電傳感器以及各部件間的連接零件等。本發(fā)明的柔性手指包括氣流道、分流道、進(jìn)氣口和柔性指節(jié)，氣泵通過氣管接入柔性手指的氣腔內(nèi)，經(jīng)過氣流道連通分流道，通過氣壓可以控制柔性指節(jié)實(shí)現(xiàn)向上、向下彎曲，并對果蔬進(jìn)行抓取和釋放。末端執(zhí)行器的柔性手指模塊帶有壓電傳感器和壓阻傳感器，可以通過電壓和電阻反饋果蔬的硬度和采摘力。柔性手指采用硅膠材料制作，通過末端執(zhí)行器的二指結(jié)構(gòu)可以有效解決果蔬毗鄰的問題，實(shí)現(xiàn)單個(gè)果蔬的無損采摘和穩(wěn)定抓取。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)機(jī)器人果蔬采摘技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及的是一種果蔬采摘機(jī)器人氣動(dòng)感知末端執(zhí)行器。

背景技術(shù)

果實(shí)的收獲采摘是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中最重要的一環(huán)，也是果蔬生產(chǎn)過程中最耗時(shí)耗力、時(shí)效性最強(qiáng)的生產(chǎn)環(huán)節(jié)之一，所投入的勞動(dòng)力約占整個(gè)生產(chǎn)種植過程的40％～50％。而農(nóng)業(yè)采摘機(jī)器人可以替代或部分替代人工采摘，緩解農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力的需求，其研究也逐漸成為機(jī)器人領(lǐng)域一個(gè)新的發(fā)展方向。

大多果蔬的表皮在采摘過程中容易受到損壞，且在生長過程中呈現(xiàn)毗鄰生長的態(tài)勢，還有一些果蔬生長環(huán)境復(fù)雜，這些問題對采摘機(jī)器人的有效采摘提出了較高的要求。

傳統(tǒng)的機(jī)器人剛性末端執(zhí)行器，通常存在效率低、控制復(fù)雜、穩(wěn)定性差和果蔬易損傷等問題，因此，研究一種能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定抓取和無損采摘的末端執(zhí)行器有著重大意義，成為急需解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對傳統(tǒng)采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器的不足，提出了一種果蔬采摘機(jī)器人氣動(dòng)感知末端執(zhí)行器，柔性手指包括氣流道、分流道、進(jìn)氣口和柔性指節(jié)，氣泵通過氣管接入柔性手指的氣腔內(nèi)，經(jīng)過氣流道連通分流道，通過氣壓能控制柔性指節(jié)實(shí)現(xiàn)向內(nèi)、向外彎曲，并對果蔬進(jìn)行抓取和釋放。末端執(zhí)行器的柔性手指模塊帶有壓電傳感器和壓阻傳感器，通過電壓和電阻反饋果蔬的硬度和采摘力。柔性手指采用硅膠材料或其他柔性材料制作，通過末端執(zhí)行器的二指結(jié)構(gòu)，有效解決果蔬毗鄰的問題，實(shí)現(xiàn)單個(gè)果蔬的無損采摘和穩(wěn)定抓取。

為達(dá)到上述發(fā)明創(chuàng)造目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

一種果蔬采摘機(jī)器人氣動(dòng)感知末端執(zhí)行器，包括法蘭盤、支架、滑軌和兩根長度不同的柔性手指，兩根柔性手指分別為長柔性手指和短柔性手指，每根柔性手指包含一系列依次連接的柔性指節(jié)；所述滑軌安裝在法蘭盤的一端，所述支架通過螺栓安裝在滑軌上，所述長柔性手指和短柔性手指的一端作為手指根部分別安裝在對應(yīng)的支架上，所述長柔性手指和短柔性手指的另一端形成手指自由端；

柔性手指向內(nèi)的一側(cè)形成柔性手指內(nèi)側(cè)的接觸工作面，所述柔性手指背向柔性手指內(nèi)側(cè)的工作面部分為柔性手指外側(cè)；在長柔性手指和短柔性手指的內(nèi)部皆設(shè)有空腔通道；每根柔性手指的腔體通道皆包括氣流道和分流道，氣流道沿著手指延伸方向設(shè)置，在各柔性指節(jié)中設(shè)有氣流道，各氣流道的底部靠近柔性手指內(nèi)側(cè)，氣流道接入各柔性指節(jié)中的分流道，在靠近柔性手指根部位置設(shè)有進(jìn)氣口，由進(jìn)氣口一端接入氣流道，進(jìn)氣口另一端通過氣管與氣源連接，分流道設(shè)置于在柔性手指外側(cè)和氣流道之間；柔性手指內(nèi)側(cè)的每個(gè)柔性指節(jié)的內(nèi)側(cè)表面形成柔性凸起結(jié)構(gòu)；在氣流道和柔性手指內(nèi)側(cè)之間，沿著手指延伸方向設(shè)置感知傳感器，感知傳感器用于檢測柔性手指內(nèi)側(cè)的接觸工作面的壓力，感知傳感器和氣源控制裝置分別與執(zhí)行控制器信號連接；當(dāng)氣壓發(fā)生改變時(shí)，各柔性手指的空腔通道發(fā)生膨脹或收縮，實(shí)現(xiàn)各柔性指節(jié)靠近柔性手指外側(cè)的中空部分發(fā)生膨脹或收縮變形，進(jìn)而使柔性手指發(fā)生形狀彎曲，實(shí)現(xiàn)兩根柔性手指的張開與閉合。本發(fā)明柔性手指采用中空腔體形式，既可以增大與果蔬的摩擦力，又可以避免擠壓、損傷果蔬，增強(qiáng)了抓取的穩(wěn)定性。本發(fā)明在保證抓取穩(wěn)定性的前提下減少了手指個(gè)數(shù)，由此增大了包裹范圍，減小了碰撞體積，可以采摘毗鄰果蔬；長度不同的兩個(gè)手指可以更好的包裹果蔬，提高采摘的穩(wěn)定性。