[发明专利]一种智能纤维增强复合材料夹持装置及其应用

说明书

本发明公开了一种智能纤维增强复合材料夹持装置，包括仿生波型拨杆、FRP夹指、驱动电机、连接板和固定基板；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。本发明的装置可以实时识别夹持装置前方的障碍物，提高了装置的智能化、自动化程度和工作效率。

技术领域

本发明涉及采摘机械领域，特别涉及一种智能纤维增强复合材料夹持装置及其应用。

背景技术

中国作为农业大国，果蔬产业是重要产业之一，果蔬采摘机器人是发展现代化果蔬产业的重要手段，其中，末端执行器是保证果蔬采摘品质的关键执行部件。目前，我国的果蔬采摘机械化作业与国外相比仍有较大差距，特别是夹持装置方面存在许多关键性的技术问题。国内现有的夹持装置主要由基板、动力机构和夹指组成，机动性和智能性不高，缺乏采摘过程的实时信息反馈机构，同时作物采摘率较低、果实损伤率较高。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种通用性好、采摘效率高、果实损伤率小的智能纤维增强复合材料夹持装置及其应用(纤维增强复合材料，FiberReinforced Polymer/Plastic，简称FRP)。

本发明通过下述技术方案实现：

一种智能纤维增强复合材料夹持装置，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。

拨杆连接板上设置有视觉传感器安装螺柱，用于安装视觉传感器。

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、蜗牛等生物的触角。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。障碍物识别器可以是视觉传感器，也可以是触觉传感器,实际使用时只需采用其中一种传感器。

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。对于特定的夹持目标，预先存储特定的障碍物模板图像，然后进行模板匹配。例如采摘对象为荔枝时，预先存储足量的荔枝叶、荔枝枝干图像，然后选择最能凸显荔枝叶与荔枝枝干特征的最优颜色通道，并将模板图像中的该颜色通道与目标图像的该颜色通道进行模板匹配，如果绝对值和(SAD)相似性测度的值超过预设的阈值，则发出障碍物识别信号。

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。

在背景简单、障碍物较小且触觉传感器难以触碰到的环境下，优选视觉传感器来识别障碍物；在背景复杂或光照不佳的环境下，优选触觉传感器来识别障碍物。