[发明专利]具有感觉的多指欠驱动末端执行器

说明书

技术领域

本发明涉及一种末端执行器，具体地说是涉及一种具有感觉的多指欠驱动末端执行器。 

背景技术

末端执行器是果蔬采摘机器人的重要组成部分，与工业机器人的末端执行器相比，由于其作业对象和环境的柔嫩性、不规则性和复杂多变性特征，采摘机器人的末端执行器具有明显的特殊性和更高的智能化要求。一般果蔬果实的表皮和果实本身通常都比较脆弱和柔软，这对采摘果实的抓取力度控制提出了比较高的要求。 

末端执行器对农业发展起了巨大贡献，但是还存在着一些缺陷：（1）抓取过程中果蔬外表发生损伤。果实柔弱易破的特性导致用刚体抓取很容易损伤果实。尽管所有研制出的末端执行器的夹持手指都选用刚体或者是接触果实一侧粘有海绵、橡胶的刚体,而且基本都是专一用于某一水果品种,但是粘有海绵、橡胶的刚体的变形适应能力很有限。（2）通用性不强。末端执行器的基本结构取决于具体工作对象特性及工作方式。在农作物生产体系中，果蔬形体差异很大，即使是同一品种，其个体大小和形状也不完全相同。因此，采摘机器人只能对一种果实进行收获，并且果实应该大小、形状相差不大，致使采摘机器人效率难以提高的主要原因,也是制约采摘机器人未来发展与应用推广的瓶颈。 

发明内容

为了克服现有技术的不足之外，本发明的目的是提供具有感觉的多指欠驱动末端执行器，具有负载能力强、驱动元件少、控制较简单、采摘效率和抓取力自适应的装置。 

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是： 

本发明包括三只结构相同的手指、底座和手掌部分；每个手指部分的第一指节与第二指节铰接，第二指节与第三指节铰接，第三指节与手指转台铰接；底座部分的电机经联轴器、丝杠带动移动板作上下移动；手掌部分的手掌上连接板和手掌下连接板之间通过销同轴连接；三个手指的第三指节与所述移动板分别通过耦合杆连接，三个手指的第三指节与手掌通过手指转台转动连接，底座与手掌通过圆柱导轨连接；每个手指的三指节之间集成欠驱动机构，所述电机通过差分机构驱动三个手指的开合，第一指节、第二指节及第三指节内侧均设置集成触觉和滑动觉一体的滑触觉传感器，力反馈电路的输入端与滑触觉传感器连接，力反馈电路的输出端经控制器与电机连接，电机中的霍尔传感器与控制器组成反馈电路，实现电机转速的控制。

所述每个手指的三指节之间集成欠驱动机构，它均由精确捏取机构和包络抓取机构组成。 

精确捏取机构，由第一指节回转杆、一二指节耦合回转杆、中间平行杆、第二指节、二三指节耦合回转杆、第三指节回转杆、第三指节构成两套平行四边形连杆机构，设置在三个指节之间，第二指节的一端与第一指节回转杆的一端通过第一关节铰接，第一指节回转杆的另一端与一二指节耦合回转杆的一端铰接，一二指节耦合回转杆的另一端与中间平行杆中间孔铰接，中间平行杆内侧孔与第二指节的另一端通过第二关节铰接，中间平行杆外侧孔与二三指节耦合回转杆的一端铰接，二三指节耦合回转杆的另一端与第三指节回转杆的一端铰接，第三指节回转杆的另一端与第三指节的一端通过第三关节铰接。 

包络抓取机构，由第一指节、一二指节耦合驱动杆、三角形驱动杆、第二指节、二三指节耦合驱动杆、第三指节驱动杆、第三指节构成两套四连杆机构，设置三个指节之间，第一指节与第二指节的一端通过第一关节铰接，第一指节与一二指节耦合驱动杆的一端铰接，一二指节耦合驱动杆的另一端与三角形驱动杆外侧孔铰接，三角形驱动杆内侧孔与第二指节的另一端通过第二关节铰接，三角形驱动杆中间孔与二三指节耦合驱动杆的一端铰接，二三指节耦合驱动杆的另一端铰接与第三指节驱动杆的一端铰接，第三指节驱动杆的另一端与第三指节通过第三关节铰接。 

所述电机安装在手掌正下方，电机驱动固定在移动板上的滑块，每个耦合杆与两个正交铰链的一端铰接，两个正交铰链的另一端与移动板铰接，移动板上下移动驱动三只手指开合。 

所述的力反馈电路包括多路模拟开关、电荷转换电路、低通滤波电路、工频陷波电路、增益调节电路、A/D采样电路；PVDF压电传感器与电荷转换电路连接、低通滤波电路、工频陷波电路、增益调节电路和A/D采样电路后与控制器输入端连接。 

所述的PVDF压电传感器，包括由PVDF薄膜和贴在PVDF薄膜两侧的铜片组成的PVDF压电传感器，引出正负电极，PVDF压电传感器两面分别粘有绝缘橡胶表皮保护层，具有平面的绝缘橡胶表皮保护层贴在各指节表面，具有锯齿形的绝缘橡胶表皮保护层朝向抓取物。 

本发明具有的有益效果是：