《果蔬采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)組成現(xiàn)狀分析》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《果蔬采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)組成現(xiàn)狀分析（8頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、采摘機(jī)機(jī)器末端執(zhí)行器研究現(xiàn)狀分析 末端執(zhí)行器是果蔬采摘機(jī)器人的另一重要部件，它的設(shè)計通常被認(rèn) 為是機(jī)器人的核心技術(shù)之一。一般果蔬的外表比較脆弱，它的形狀及 生長狀況通常復(fù)雜。在機(jī)器人采摘過程中果蔬外表發(fā)生損傷的原因主要 有：①果蔬位置識別或機(jī)械臂控制規(guī)劃有誤， 導(dǎo)致末端執(zhí)行器劃傷或刺 傷果蔬外表； ②末端執(zhí)行器夾持或抓取力過大， 壓傷果蔬外表；③末 端執(zhí)行器抓持不穩(wěn)定導(dǎo)致果蔬掉落，與地面或其他堅硬物體接觸而碰上 外表。 作為采摘機(jī)器人的執(zhí)行裝置，末端執(zhí)行器應(yīng)根據(jù)不同果蔬果實的 生物、機(jī)械特性及栽培方式，采取不同的專用機(jī)構(gòu)以提高采摘的成功 率并減小對果蔬的損傷為主要目標(biāo)。一般集成

2、兩項功能：①檢測果實 的位姿，為執(zhí)行機(jī)構(gòu)提供導(dǎo)航信息；②以適當(dāng)力度夾持果實或果梗并 剪切果柄，完成采摘動作。在動作上通常包括獲取果實和果實與植株 分離兩部分。為了安全與高效的完成采摘動作，末端執(zhí)行器還可能加 入吸盤、推桿等附加機(jī)構(gòu)以及各類傳感器以完成準(zhǔn)確采摘并減小損傷。 1. 獲取方式 獲取和分離果實是采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器必須實現(xiàn)的兩大關(guān)鍵 動作，即首先通過抓取、吸入、勾取等一定方式獲取果實，再通過扭 斷、剪切等不同方法完成果實與果梗的分離。從目前發(fā)表的文獻(xiàn)來看， 獲取果實的方式主要歸為非夾持類和夾持類兩種。分離果實與果梗的 方式有傳統(tǒng)的扭斷、折斷、拉斷以及通過剪刀或切刀進(jìn)

3、行切斷，還有 新式的熱切割方法等。 1.1 .直接切斷式 這類末端執(zhí)行器一般都是直接剪斷果梗，由于其本身不能實現(xiàn)果 實的回收，因此剪掉的果實直接落地或者落入事先放置的果箱中。例 如，日本開發(fā)的甜椒采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器、茄子采摘末端執(zhí)行器、 番茄采摘末端執(zhí)行器、美國柑橘采摘末端執(zhí)行器均為此類結(jié)構(gòu)，如下 圖所示。 1甜椒采摘末端執(zhí)行器 2茄子采摘末端執(zhí)行器 3番茄采摘末端執(zhí)行器 這類末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)更能較為簡單，適用于植株冠層內(nèi)枝葉較 稀疏，且果實具有一定抗沖擊能力的果蔬。對于果梗較短的植株，往往 造成無法剪切或碰上果實的現(xiàn)象，對于冠層空間比較復(fù)雜的植株，果

4、實 下落過程中很容易被碰上，并且下落的位置也不定，影響果實的回收 1.2 吸入式 這類非夾持類末端執(zhí)行器主要是通過真空系統(tǒng)將果實吸入末端 執(zhí)行器內(nèi)，再通過切斷、扭斷等方式分離果實和果梗。 如圖4所示的柑橘采摘末端執(zhí)行器結(jié)構(gòu)圖，由真空吸盤先吸持住 果實向后拉動， 同時末端執(zhí)行器的彈性蓋板向前移動， 使果實進(jìn)入籠 體內(nèi)，然后蓋板收縮進(jìn)而保住果實，隨后一對割刀合攏切斷果梗。 4柑橘采摘末端執(zhí)行器 如圖5 (a)所示比利時開發(fā)的蘋果采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器，設(shè)計 成漏斗的形狀，漏斗內(nèi)安置攝像機(jī)，當(dāng)有果實進(jìn)入手爪范圍的時候，真 空吸引器打開將果實吸入，再通過旋轉(zhuǎn)扭斷果梗將果實采摘下來。 圖

5、5 (b)所示英國開發(fā)的蘋果采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器，由一截管道、 兩個內(nèi)置圓環(huán)和兩個彈簧蓋組成，該末端執(zhí)行器獲取果實的原理也是 吸入+扭斷式，當(dāng)蘋果的位置信息傳來之后，真空系統(tǒng)將果實吸入，再 扭斷果梗采摘下蘋果。 (a)( b) 圖5蘋果采摘末端執(zhí)行器 還有吸入+勾取的方式來獲取果實等等。吸入式的末端執(zhí)行器硬 件設(shè)計簡單，工作原理類似，對于果實嬌嫩、果梗柔弱細(xì)長的草莓等 果實，采取吸入加勾取比夾持的獲取方式更可行，但這類末端執(zhí)行器 對果實個體尺寸差異適應(yīng)能力較差動作速度較慢，穩(wěn)定性不高， 而且 相鄰的未成熟的果實也容易被一同吸入和采摘下來。 1.3夾持類 這類末端執(zhí)

6、行器其夾持器通常由帶有真空吸引器和數(shù)目不等的 手指構(gòu)成。按手爪的個數(shù)可分為兩指和多指型，目前大多數(shù)果蔬采摘機(jī) 器人末端執(zhí)行器為兩指，也有一些三指和四指的末端執(zhí)行器，用于外 形不規(guī)則或較大的果實。因此，一般情況下，對于形狀較為規(guī)格，尺寸 和質(zhì)量部太大的果實，應(yīng)首選較少手指進(jìn)行抓持。 1.3.1 兩指夾持 如圖6所示，日本東京大學(xué)喬俊（Jun Qiao）等人開發(fā)設(shè)計的甜椒 采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器， 該末端執(zhí)行器具有兩個瘦長形的手指， 長度 為160mm ,厚度和寬度分別只有1mm和10mm。兩個手指組成的手爪 抓住果柄的過程由依靠一個凸輪的瞬時針旋轉(zhuǎn)運動進(jìn)行張開和 夾緊動作，凸輪的旋轉(zhuǎn)

7、運動由一個步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動，凸輪為橢圓形, 旋轉(zhuǎn)90度后手爪就完成一次張開或夾緊的過程。 圖6日本的甜椒采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器 .中國農(nóng)業(yè)大學(xué)張凱良等人設(shè)計了草莓采摘機(jī)器人，其機(jī)械原理如圖 7所示，該末端執(zhí)行器的夾持機(jī)構(gòu)主要有機(jī)械爪及其附屬部件構(gòu)成。絲 杠與內(nèi)螺紋管通過螺紋連接，由電機(jī)帶動絲杠旋轉(zhuǎn)，從而螺紋管進(jìn)行前 后運動，進(jìn)而帶動兩根手指做閉合或張開動作，完成對果實的獲取 在兩手指的內(nèi)側(cè)上裝有橡膠墊，增加了緩沖，可使末端執(zhí)行 器更可靠地夾持，同時，在靠近手指根部的位置安裝了一對間距可調(diào) 的機(jī)械觸點，作為機(jī)械爪夾持力度的反饋裝置?？梢姡撃┒藞?zhí)行器 的夾持裝置獲取果實的精確性、

8、可靠性以及對果實的保護(hù)程度明顯要 好于日本的甜椒采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器。 1.手指2.內(nèi)螺紋管3.絲杠4.電機(jī) 圖7機(jī)械爪機(jī)構(gòu)示意圖 劉繼展等研制了番茄采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器（圖8）,由于番茄 的成串生長增加了真空吸盤裝置，避免了采摘時將相鄰的未成熟果實一 同夾持。真空吸盤裝置由真空發(fā)生設(shè)備、真空檢測控制元件、吸盤和連 接附件組成。采用小型壓縮氣罐為氣源，采用適應(yīng)曲面及不平整工件、 具有良好緩沖性能的真空波紋吸盤由真空軟管、接頭等附件連接組成末 端執(zhí)行器的真空系統(tǒng)。真空波紋吸盤固定于齒輪的前端，通過齒輪齒 條傳動帶動吸盤前進(jìn)和后退，并與真空系統(tǒng)相配合，完成吸住并拉動 果實的任務(wù)。 采用兩指夾持機(jī)構(gòu)，如圖9所示，手指指面設(shè)計成圓弧并貼有 5mm厚的橡膠，增強(qiáng)了夾持的可靠性。手指夾持機(jī)構(gòu)由直流伺服電機(jī) 驅(qū)動，通過錐齒輪的傳動，帶動具有左旋和右旋兩段螺紋的雙向螺桿 傳動，使與之組成螺旋副的兩手指產(chǎn)生平行相對運動，從而合攏或