《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(huì)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(yè)珍藏版）》請(qǐng)?jiān)谘b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(jì)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(zhǎng)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(shí)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(jiān)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(shí)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(duì)果蔬的損傷為主要目標(biāo)。一般集成

2、兩項(xiàng)功能：①檢測(cè)果實(shí) 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(shí)或果梗并 剪切果柄，完成采摘?jiǎng)幼?。在?dòng)作上通常包括獲取果實(shí)和果實(shí)與植株 分離兩部分。為了安全與高效的完成采摘?jiǎng)幼?，末端?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(shí)是采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器必須實(shí)現(xiàn)的兩大關(guān)鍵 動(dòng)作，即首先通過抓取、吸入、勾取等一定方式獲取果實(shí)，再通過扭 斷、剪切等不同方法完成果實(shí)與果梗的分離。從目前發(fā)表的文獻(xiàn)來看， 獲取果實(shí)的方式主要?dú)w為非夾持類和夾持類兩種。分離果實(shí)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(shí)現(xiàn)果 實(shí)的回收，因此剪掉的果實(shí)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(guó)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(jiǎn)單，適用于植株冠層內(nèi)枝葉較 稀疏，且果實(shí)具有一定抗沖擊能力的果蔬。對(duì)于果梗較短的植株，往往 造成無(wú)法剪切或碰上果實(shí)的現(xiàn)象，對(duì)于冠層空間比較復(fù)雜的植株，果

4、實(shí) 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(shí)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(shí)吸入末端 執(zhí)行器內(nèi)，再通過切斷、扭斷等方式分離果實(shí)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(shí)向后拉動(dòng)， 同時(shí)末端執(zhí)行器的彈性蓋板向前移動(dòng)， 使果實(shí)進(jìn)入籠 體內(nèi)，然后蓋板收縮進(jìn)而保住果實(shí)，隨后一對(duì)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(shí)開發(fā)的蘋果采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器，設(shè)計(jì) 成漏斗的形狀，漏斗內(nèi)安置攝像機(jī)，當(dāng)有果實(shí)進(jìn)入手爪范圍的時(shí)候，真 空吸引器打開將果實(shí)吸入，再通過旋轉(zhuǎn)扭斷果梗將果實(shí)采摘下來。 圖

5、5 (b)所示英國(guó)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(gè)內(nèi)置圓環(huán)和兩個(gè)彈簧蓋組成，該末端執(zhí)行器獲取果實(shí)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(shí)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(shí)等等。吸入式的末端執(zhí)行器硬 件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，工作原理類似，對(duì)于果實(shí)嬌嫩、果梗柔弱細(xì)長(zhǎng)的草莓等 果實(shí)，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(duì)果實(shí)個(gè)體尺寸差異適應(yīng)能力較差動(dòng)作速度較慢，穩(wěn)定性不高， 而且 相鄰的未成熟的果實(shí)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(gè)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(shí)。因此，一般情況下，對(duì)于形狀較為規(guī)格，尺寸 和質(zhì)量部太大的果實(shí)，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?。↗un Qiao）等人開發(fā)設(shè)計(jì)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(gè)瘦長(zhǎng)形的手指， 長(zhǎng)度 為160mm ,厚度和寬度分別只有1mm和10mm。兩個(gè)手指組成的手爪 抓住果柄的過程由依靠一個(gè)凸輪的瞬時(shí)針旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行張開和 夾緊動(dòng)作，凸輪的旋轉(zhuǎn)

7、運(yùn)動(dòng)由一個(gè)步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，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(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)張凱良等人設(shè)計(jì)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(dòng)絲杠旋轉(zhuǎn)，從而螺紋管進(jìn)行前 后運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)兩根手指做閉合或張開動(dòng)作，完成對(duì)果實(shí)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(shí)，在靠近手指根部的位置安裝了一對(duì)間距可調(diào) 的機(jī)械觸點(diǎn)，作為機(jī)械爪夾持力度的反饋裝置?？梢?，該末端執(zhí)行器 的夾持裝置獲取果實(shí)的精確性、

8、可靠性以及對(duì)果實(shí)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(zhǎng)增加了真空吸盤裝置，避免了采摘時(shí)將相鄰的未成熟果實(shí)一 同夾持。真空吸盤裝置由真空發(fā)生設(shè)備、真空檢測(cè)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(dòng)帶動(dòng)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(dòng) 果實(shí)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(jì)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(dòng)，通過錐齒輪的傳動(dòng)，帶動(dòng)具有左旋和右旋兩段螺紋的雙向螺桿 傳動(dòng)，使與之組成螺旋副的兩手指產(chǎn)生平行相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而合攏或