【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水果采摘，尤其是一种具备力感知功能的水果采摘末端执行器及方法。
技术介绍
1、在水果生产作业过程中，果实采摘是重要的组成部分，也是一种季节性劳动力密集型工作。随着农业生产自动化的迫切需求，采用智能化装备进行果实采摘是必然趋势。
2、当前，采摘机器人使用广泛。其利用机器视觉识别果实，末端执行器分离果实，模拟人工采摘，达到减少劳动力需求的目的，提高采摘质量。但现有类球状水果采摘机器人配置的末端执行器容易对水果表面造成损伤，尤其是一些果实表皮比较脆弱的水果。
技术实现思路
1、针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种具备力感知功能的水果采摘末端执行器及方法，通过设置带有触觉传感器的手指机构以及基于末端执行器的无损抓取方法，可最大限度地减少对果实的损伤，提高采摘效率和果实的最终质量。为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
2、第一方面，本专利技术提供了一种具备力感知功能的水果采摘末端执行器，包括：
3、转接盘，用于与机械臂连接；
4、连接盘，与所述转接盘之间设有连接柱作为两者间支撑构件；
5、手指机构，具有至少三个手指单元且均匀环绕安装在所述转接盘和所述连接盘上；各所述手指单元包括呈仿生手指状的两关节手指及其驱动，所述驱动与所述两关节手指间设有连杆机构传递动力以驱动两关节手指开合；
6、触觉传感器，设置在所述两关节手指上。
7、作为进一步的实现方式，所述连杆机构包括
8、作为进一步的实现方式，所述两关节手指包括近端手指和远端手指且两者间设有扭簧，所述中间连杆与所述近端手指共同铰接在所述连接盘上，所述上连杆与所述远端手指铰接。
9、作为进一步的实现方式，所述下连杆远离所述两关节手指一端在所述驱动作用下可上下运动。
10、作为进一步的实现方式，所述驱动安装在所述转接盘上。
11、作为进一步的实现方式，所述下连杆铰接有连接件，所述驱动为步进电机，所述连接件与所述步进电机转轴螺旋连接。
12、作为进一步的实现方式，所述触觉传感器呈点状分布在所述两关节手指上。
13、第二方面，本专利技术提供了一种水果无损抓取方法，采用如第一方面所述的具备力感知功能的水果采摘末端执行器进行，包括以下步骤：
14、通过信号滤波确定触觉传感器的最佳平滑因子值；对若干同一类水果抓取采集轮廓信息，获得包含三组传感器读数的初步数据集，并对数据状态进行分类标注；抓取采集后，通过回归预测模型对果实数据集进行训练，得出预测模型，并构建基于支持向量分类算法的抓取动作补偿模型，基于支持向量分类模型的分类结果，采用模型预测控制框架规划控制策略；执行水果无损抓取任务，利用模型预测控制策略控制步进电机调整手指机构的开合程度，以达到最佳抓取状态；若抓取存在问题，根据抓取过程中实时反馈信息进行重新规划和调整。
15、作为进一步的实现方式，对所构件的模型采用滚动时域优化的方法，每次只实施计算出控制序列中的第一个动作，然后根据新的状态反馈更新模型，并重新解决优化问题。
16、作为进一步的实现方式，分类结果包括成功抓取、调整状态以及抓取失败。
17、上述本专利技术的有益效果如下：
18、1.本专利技术的末端执行器设置有至少三个手指单元，且各单元均由呈仿生手指状的两关节手指组成，不仅适配水果的轮廓，且有利于水果的无损抓取；同时，在两关节手指上设有触觉传感器，抓取时可以获取关于水果状态的信息，如位置、大小和压力反馈，通过实时的反馈，可降低对水果的损伤。
19、2.本专利技术的驱动采用步进电机，抓取过程中，利用步进电机的脉冲数来精确控制末端执行器的开合状态，大大降低了末端执行器对果实的损伤，实现了对水果果实的无损采摘。
20、3.本专利技术中的水果无损抓取方法围绕着末端执行器的有效感知、精确规划、准确执行和实时反馈构建，考虑了末端执行器运动的速度和精度、工作环境的复杂性以及操作的安全性等因素，可确保末端执行器可以在各种条件下高效地完成抓取任务，同时最大限度地减少对果实的损伤，提高采摘效率和果实的最终质量。
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1.一种具备力感知功能的水果采摘末端执行器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种具备力感知功能的水果采摘末端执行器，其特征在于，所述连杆机构包括上连杆、中间连杆和下连杆，所述两关节手指与所述上连杆、中间连杆构成四杆机构，所述下连杆与所述上连杆和所述中间连杆铰接在一点，所述下连杆连接所述驱动。
3.根据权利要求2所述的一种具备力感知功能的水果采摘末端执行器，其特征在于，所述两关节手指包括近端手指和远端手指且两者间设有扭簧，所述中间连杆与所述近端手指共同铰接在所述连接盘上，所述上连杆与所述远端手指铰接。
4.根据权利要求3所述的一种具备力感知功能的水果采摘末端执行器，其特征在于，所述下连杆远离所述两关节手指一端在所述驱动作用下可上下运动。
5.根据权利要求4所述的一种具备力感知功能的水果采摘末端执行器，其特征在于，所述驱动安装在所述转接盘上。
6.根据权利要求4所述的一种具备力感知功能的水果采摘末端执行器，其特征在于，所述下连杆铰接有连接件，所述驱动为步进电机，所述连接件与所述步进电机转轴螺旋连接。
8.一种水果无损抓取方法，其特征在于，采用如权利要求1-7任一项所述的具备力感知功能的水果采摘末端执行器进行，包括以下步骤：
9.根据权利要求8所述的一种水果无损抓取方法，其特征在于，对所构件的模型采用滚动时域优化的方法，每次只实施计算出控制序列中的第一个动作，然后根据新的状态反馈更新模型，并重新解决优化问题。
10.根据权利要求8所述的一种水果无损抓取方法，其特征在于，分类结果包括成功抓取、调整状态以及抓取失败。
...【技术特征摘要】
1.一种具备力感知功能的水果采摘末端执行器，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种具备力感知功能的水果采摘末端执行器，其特征在于，所述连杆机构包括上连杆、中间连杆和下连杆，所述两关节手指与所述上连杆、中间连杆构成四杆机构，所述下连杆与所述上连杆和所述中间连杆铰接在一点，所述下连杆连接所述驱动。
3.根据权利要求2所述的一种具备力感知功能的水果采摘末端执行器，其特征在于，所述两关节手指包括近端手指和远端手指且两者间设有扭簧，所述中间连杆与所述近端手指共同铰接在所述连接盘上，所述上连杆与所述远端手指铰接。
4.根据权利要求3所述的一种具备力感知功能的水果采摘末端执行器，其特征在于，所述下连杆远离所述两关节手指一端在所述驱动作用下可上下运动。
5.根据权利要求4所述的一种具备力感知功能的水果采摘末端执行器，其特征在于，所述驱...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨化伟，史孝杰，李宁，吴杰，赵光泽，张波，屈慧星，王少伟，王树城，
申请(专利权)人：山东省农业机械科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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