本發(fā)明涉及一種具有抓取果蔬功能的仿生蜻蜓爪式末端執(zhí)行器，屬于農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域中的一種新型仿生機械手。

背景技術(shù)：

在農(nóng)業(yè)工程領(lǐng)域，利用農(nóng)業(yè)智能裝備摘取和分選果蔬的過程中，由于果蔬種類繁雜、大小各異，所以想達到利用同一機械手抓取各種形狀果蔬的效果是十分困難的。另外果蔬容易損傷，所以穩(wěn)定并柔順的抓取也是十分重要的。但現(xiàn)今機械手對抓取不同形狀的物體的適應(yīng)程度和柔順程度都有很大的局限性，所以對摘取和分選中末端執(zhí)行器的研究就顯得尤為重要。

眾所周知，蜻蜓在抓取物體時，其爪指具有廣泛的適應(yīng)性，無論是豎直的樹枝頂端還是平放的樹枝枝干，蜻蜓都能牢靠抓取并且保持身體的穩(wěn)定性。這種現(xiàn)象與其抓取時的運動形式有直接的關(guān)系，而其運動形式與它獨特的六指機構(gòu)和各腿節(jié)不同的運動機理是密不可分的。因此蜻蜓爪為末端執(zhí)行器的仿生研究對象，通過研究其爪的結(jié)構(gòu)、形態(tài)和功能機理，可為抓取果蔬的末端執(zhí)行器提供仿生信息。因此探究蜻蜓爪的特點對于改進傳統(tǒng)抓取果蔬的末端執(zhí)行器有著實在意義。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明在于提供一種具有仿生結(jié)構(gòu)特征的農(nóng)業(yè)機器人末端執(zhí)行器，該機械手以蜻蜓爪指為仿生研究對象，并將其特有的六指結(jié)構(gòu)特征應(yīng)用于該機械手的設(shè)計。該機械手由框架式機械平臺、控制系統(tǒng)、反饋系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、電力輔助系統(tǒng)組成。該機械手以復(fù)合材料為材料，以電力為驅(qū)動能源。在抓取果蔬時，通過伺服電機下方裝有的平底推桿盤形凸輪機構(gòu)，控制機械手前后兩對爪指相對于中爪的角度。在機械手接觸到果蔬時，通過傳感器的力值反饋調(diào)節(jié)伺服電機的轉(zhuǎn)動幅度，從而來調(diào)節(jié)爪指內(nèi)部的高強度柔性聚酰胺繩的收緊或舒張。進而實現(xiàn)對不同大小、不同形狀的果蔬進行穩(wěn)定并柔順抓取的目的。

本發(fā)明所述的一種具有仿生幾何結(jié)構(gòu)特征的蜻蜓爪式末端執(zhí)行器，該機械手由框架式機械平臺、智能控制系統(tǒng)、反饋系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、電力輔助系統(tǒng)組成。機械平臺主體框架(1)和機械爪指由復(fù)合材料組成，主體框架(1)底部通過螺栓將滑道(19)固定，兩機械手轉(zhuǎn)節(jié)滑塊(18)之間通過彈簧約束，機械手轉(zhuǎn)節(jié)滑塊(18)上有兩條上下貫通的滑槽(15)，機械爪指由機械手轉(zhuǎn)節(jié)滑塊(18)穿過滑槽(15)通過球鉸(12)和球鉸梁(16)與中爪底盤(13)相聯(lián)接，中爪底盤(13)與機械手中爪腿節(jié)(8)通過中爪梁(14)進行相互固定，伺服電機(3)通過定位螺栓孔固定于平底推桿盤形凸輪(17)上的中爪底盤(13)，通過平底推桿盤形凸輪(17)與機械手轉(zhuǎn)節(jié)滑塊(18)的相對位置的改變，以及彈簧對機械手轉(zhuǎn)節(jié)滑塊(18)的約束，實現(xiàn)機械手轉(zhuǎn)節(jié)滑塊(18)在滑道(19)上的往復(fù)直線運動。機械手前后兩對爪指是相同的，機械手前爪由機械手前爪腿節(jié)(4)、機械手前爪脛節(jié)(5)、機械手前爪跗節(jié)(6)鉸接而成。機械手后爪由機械手后爪腿節(jié)(23)、機械手后爪脛節(jié)(24)、機械手后爪跗節(jié)(25)鉸接而成。機械手中爪由機械手中爪腿節(jié)(8)、機械手中爪脛節(jié)(9)、機械手中爪跗節(jié)(10)鉸接而成。在蜻蜓前（后）爪末端鉸接倒鉤(22)，倒鉤(22)由倒鉤鉸接處(28)、倒鉤末端(26)和倒鉤轉(zhuǎn)角(27)組成，并且在倒鉤(22)中存在彎曲結(jié)構(gòu)。在機械手倒鉤(22)和機械手中爪跗節(jié)(10)表面都側(cè)貼有應(yīng)變片(20)。機械手倒鉤(22)內(nèi)側(cè)固定有高強度柔性聚酰胺繩，高強度柔性聚酰胺繩通過機械手內(nèi)槽(21)纏繞在固定于伺服電機(2)、(7)輸出軸的繞線盤(11)上，以實現(xiàn)傳動的作用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為末端執(zhí)行器前后兩對爪指的俯視圖；

圖3為機械手前爪指結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：l、主體框架；2、伺服電機；3、伺服電機；4、機械手前爪腿節(jié)；5、機械手前爪脛節(jié)；6、機械手前爪跗節(jié)；7、伺服電機；8、機械手中爪腿節(jié)；9、機械手中爪脛節(jié)；10、機械手中爪跗節(jié)；11、繞線盤，12、球鉸；13、中爪底盤；14、中爪梁；15、滑槽；16、球鉸梁；17、平底推桿盤形凸輪；18、機械手轉(zhuǎn)節(jié)滑塊；19、滑道，20、應(yīng)變片；21、內(nèi)槽；22、倒鉤。

具體實施方式

所述的一種具有仿生幾何結(jié)構(gòu)特征的蜻蜓爪式末端執(zhí)行器，該機械手由框架式機械平臺、智能控制系統(tǒng)、反饋系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、電力輔助系統(tǒng)組成。機械平臺主體框架(1)和機械爪指由復(fù)合材料組成，主體框架(1)底部通過螺栓將滑道(19)固定，兩機械手轉(zhuǎn)節(jié)滑塊(18)之間通過彈簧約束，機械手轉(zhuǎn)節(jié)滑塊(18)上有兩條上下貫通的滑槽(15)，機械爪指由機械手轉(zhuǎn)節(jié)滑塊(18)穿過滑槽(15)通過球鉸(12)和球鉸梁(16)與中爪底盤(13)相聯(lián)接，中爪底盤(13)與機械手中爪腿節(jié)(8)通過中爪梁(14)進行相互固定，伺服電機(3)通過定位螺栓孔固定于平底推桿盤形凸輪(17)上的中爪底盤(13)，通過平底推桿盤形凸輪(17)與機械手轉(zhuǎn)節(jié)滑塊(18)的相對位置的改變，以及彈簧對機械手轉(zhuǎn)節(jié)滑塊(18)的約束，實現(xiàn)機械手轉(zhuǎn)節(jié)滑塊(18)在滑道(19)上的往復(fù)直線運動。機械手前后兩對爪指是相同的，機械手前爪由機械手前爪腿節(jié)(4)、機械手前爪脛節(jié)(5)、機械手前爪跗節(jié)(6)鉸接而成。機械手后爪由機械手后爪腿節(jié)、機械手后爪脛節(jié)、機械手后爪跗節(jié)鉸接而成。機械手中爪由機械手中爪腿節(jié)(8)、機械手中爪脛節(jié)(9)、機械手中爪跗節(jié)(10)鉸接而成。在蜻蜓前（后）爪末端鉸接倒鉤(22)，倒鉤(22)由倒鉤鉸接處、倒鉤末端和倒鉤轉(zhuǎn)角組成，并且在倒鉤(22)中存在彎曲結(jié)構(gòu)。在機械手倒鉤(22)和機械手中爪跗節(jié)(10)表面都側(cè)貼有應(yīng)變片(20)。機械手倒鉤(22)內(nèi)側(cè)固定有高強度柔性聚酰胺繩，高強度柔性聚酰胺繩通過機械手內(nèi)槽(21)纏繞在固定于伺服電機(2)、(7)輸出軸的繞線盤(11)上，以實現(xiàn)傳動的作用。在使用開始時，伺服電機(2)、(3)、(7)處于初始位置，控制系統(tǒng)通過機器視覺技術(shù)調(diào)節(jié)平底推桿盤形凸輪(17)與機械手轉(zhuǎn)節(jié)滑塊(18)的相對位置，再加上彈簧對機械手轉(zhuǎn)節(jié)滑塊(18)的約束，實現(xiàn)機械手轉(zhuǎn)節(jié)滑塊(18)在滑道(19)上的運動，進而實現(xiàn)抓取果蔬時兩對爪指相對于中爪的角度，達到了仿生蜻蜓爪的動作來抓取不同形狀的果蔬的目的。每條機械爪的腿節(jié)的比例是仿生蜻蜓腿節(jié)的比例，更加適應(yīng)各種形狀的果蔬。在機械手接觸到果蔬時，通過倒鉤(22)和機械手中爪跗節(jié)(10)內(nèi)側(cè)貼有的應(yīng)變片(20)，把測到的力值反饋給控制系統(tǒng)，進而調(diào)節(jié)伺服電機(2)、(7)的轉(zhuǎn)動，使固定在機械手倒鉤(22)和機械手中爪跗節(jié)(10)內(nèi)槽(21)中的高強度柔性聚酰胺繩收緊或舒張，達到輕柔的抓取不同形狀果蔬的目的。此仿生蜻蜓爪式末端執(zhí)行器適應(yīng)性高，適合各種形狀果蔬的抓取。