[发明专利]果蔬采收机器人机械手及力控制方法

说明书

本发明涉及果蔬自动化采摘技术领域，具体而言涉及果蔬采收机器人机械手，包括：两个相对设置的夹持部，被设置成与果蔬仿形的形状；两个弹性力传递构件，第一端分别被连接到所述夹持部；驱动构件，驱动构件连接到所述弹性力传递构件的第二端。本发明在驱动构件与夹持部之间设有弹性力传递构件，通过弹性力传递构件在驱动构件与夹持部之间实现力的解耦设计，可以提供柔性保护，利用驱动力的迟滞和缓冲，提高夹持的可靠性。

技术领域

本发明涉及果蔬自动化采摘技术领域，具体而言涉及果蔬采收机器人机械手及力控制方法。

背景技术

在果蔬的规模化农业生产中，采摘收获工作量巨大。为了提高采摘收获的效率、保证果蔬的采摘质量，以及在收获期内及时的采摘，现有技术通常使用采摘机器人或者机械手实现自动化或者半自动化的采摘，例如对于苹果、橙、番茄等蔬果的采摘，通过计算机视觉定位果实位置，然后通过机械手剪断或者切断梗部，并将采摘的果实放入到接纳筐，实现对具有一致形貌特征的果蔬的快速采摘与归类摆放。

采摘过程中保证果蔬质量并且不破坏果蔬表面是规模农业的关键技术，一方面可提升果蔬整体的观感卖相、一致性和质量，另一方面，果蔬采摘质量的好坏，还将直接影响到水果的保鲜储藏、运输配送等后续工作。

采集机器人或者机械手的末端执行器，设计成与被采的果蔬仿形的方式，在通过视觉定位感知到果蔬的位置后，通过仿形的“夹持手”夹住或者抱住果蔬，然后进行剪断。在此过程中，对于夹持力的控制是个难题，夹持力过大容易造成果蔬破裂，破坏果蔬，夹持力过小存在不易将果蔬摘下的问题。

目前，现有技术中通常通过柔性夹爪等方式并通过对夹爪的夹紧驱动控制来实现夹紧和采摘。例如，专利文献1所提出的方案，采用柔性夹爪采摘果蔬，对果蔬有一定的保护效果，但是无法准确的控制力的大小。又如专利文献2所提出的方案，在夹持端设置传感器，控制夹持端的进给位移，而单一的传感器测量存在误差，导致可靠性低，因此，如何实现稳定、可靠的夹持是需要解决的难题。

现有技术文献：

专利文献1：CN101238775A 果蔬收获机器人柔顺采摘末端执行器

专利文献2：CN206743906U 一种猕猴桃果实采摘末端执行器

发明内容

本发明目的在于提供果蔬采摘机器人末端执行器及力矩控制方法，旨在实现能提高传感器对于驱动构件夹持驱动反馈的可靠性，并提供柔性保护，以保持对果蔬夹持力控制的稳定。

本发明的第一方面提出一种果蔬采收机器人机械手，包括：

两个相对设置的夹持部，所述夹持部可被驱动相对运动以形成与果蔬仿形的夹持空间；所述夹持部相对运动的方向被定义成第一方向；

弹性力传递构件，与夹持部一一对应的设置，所述弹性力传递构件的第一端被连接到夹持部；

驱动构件，连接到所述弹性力传递构件的相对的第二端，所述驱动构件被设置成沿着第二方向驱动所述弹性力传递构件发生弹性变形；所述第一方向与第二方向相同；

其中，所述弹性力传递构件在被所述驱动构件驱动时，发生弹性变形并且向所述夹持部施力，以将驱动构件的驱动力传递至夹持部，驱动两个夹持部相互靠近运动，以对果蔬进行夹持。

优选地，所述弹性力传递构件包括弹性变形与驱动构件施加的驱动力成线性变化的线性弹性部件，并且在发生弹性形变时，产生沿第二方向并呈线性变化的弹力。

优选地，所述夹持部设有第一压力传感器，用于获取夹持部受到的压力，记为第一压力；所述弹性力传递构件的其中一端设有第二压力传感器，用于获取弹性力传递构件受到的压力，记为第二压力；所述驱动构件被设置成根据所述第一压力和第二压力控制夹持部对果蔬的夹持。