[发明专利]一种智能纤维增强复合材料夹持装置及其应用

权利要求书

1.一种智能纤维增强复合材料夹持装置，其特征在于：包括仿生波型拨杆、FRP夹指、驱动电机、连接板和固定基板；固定基板是整个夹持装置的基本框架；连接板有多个，固定安装在固定基板上，分别用于连接机械臂、仿生波型拨杆、仿生波型拨杆驱动电机和FRP夹指驱动电机；FRP夹指包括固定夹指和运动夹指，固定夹指直接安装在固定基板上，运动夹指与FRP夹指驱动电机相连接，可在FRP夹指驱动电机的输出轴上运动；安装在固定基板后端的拨杆连接板上设置有拨杆导轨，拨杆导轨上插接有仿生波型拨杆，仿生波型拨杆与拨杆驱动电机相连接，可在拨杆驱动电机的输出轴上运动；所述仿生波型拨杆的外轮廓为正弦曲线，其末端尖角形状类似蝗虫、蜗牛生物的触角；仿生波型拨杆上安装有障碍物识别器，用于识别夹持装置前方的障碍物；障碍物识别器是视觉传感器或触觉传感器。

2.根据权利要求1所述的智能纤维增强复合材料夹持装置，其特征在于：当使用视觉传感器来识别障碍物时，视觉传感器为摄像头，将摄像头固定于拨杆连接板上，实时采集仿生波型拨杆前方的数字图像,然后通过对摄像头采集的数字图像进行处理，实现对障碍物的识别并发出识别信号。

3.根据权利要求2所述的智能纤维增强复合材料夹持装置，其特征在于：视觉识别障碍物的模板匹配算法的具体步骤为：

(1)对于特定的夹持目标，预先存储n张该夹持目标旁的常见障碍物的图像，构建障碍物模板图像库；

(2)根据障碍物模板图像的颜色特征，提取最能凸显障碍物特征的颜色通道，构建障碍物颜色模板图像库；

(3)用张正友标定法对摄像机进行单目标定，获取标定参数；

(4)摄像机拍摄一帧前方图像，并使用标定参数对采集的图像进行畸变校正；

(5)对校正后的图像进行预处理，即进行中值滤波和直方图均衡化，以去除图像中的主要噪点并提高对比度，凸显障碍物特征；

(6)对预处理后的图像进行颜色通道提取，该颜色通道与步骤2中所述颜色通道应一致；

(7)用障碍物颜色模板图像库中的n幅模板图像，对上一步中所提取的颜色通道图像进行遍历，取遍历过程中的最大SAD值作为相似性测度；每个模板得到一个最大SAD相似性测度，则最终得到n个最大SAD相似性测度；SAD相似性测度计算公式如下：

式中，src为已经经过畸变校正、预处理和颜色通道提取的图像，templete是像素大小为M×N的模板图像，SAD(i,j)为src中以坐标值为(i,j)的像素点为锚点的SAD相似性测度，rows为图像的行数，cols为图像的列数；

(8)在步骤(7)所得n个最大SAD相似性测度中，再取其最大值，将此最大值与人为设定的阈值比较；若大于阈值，发出障碍物存在信号，返回步骤(4)；若小于阈值，不做处理，同样返回步骤(4)。

4.根据权利要求1所述的智能纤维增强复合材料夹持装置，其特征在于：当使用触觉传感器来识别障碍物时,触觉传感器为碳素纤维式触觉传感器，将碳素纤维式触觉传感器直接贴在仿生波型拨杆的前端，当碳素纤维式触觉传感器触碰障碍物时，碳素纤维受压与电极接触导电，发出识别信号。

5.根据权利要求1所述的智能纤维增强复合材料夹持装置，其特征在于：所述FRP夹指包括FRP软垫，FRP软垫的厚度为2mm，是采用碳纤维浸渍胶将FRP软垫材料粘贴于固定夹指和运动夹指的指面上，并且完全覆盖夹指的内侧。

6.根据权利要求1所述的智能纤维增强复合材料夹持装置，其特征在于：FRP夹指在夹持串类果实时，夹持端的形状为两种不同尺寸的V型齿面结构；对于果梗直径为3mm～6mm的小果串，使用槽角θ＝60°的齿面夹持；对于果梗直径为6mm～10mm的大果串，使用槽角θ＝90°的齿面夹持。

7.根据权利要求1所述的智能纤维增强复合材料夹持装置，其特征在于：FRP夹指在夹持球类果实时，夹持端的形状为橄榄形指面结构；橄榄形指面结构能够适应多种曲率果实形状，有利于夹持各种曲率的球状果实。