[發明專利]果實串采摘機械手末端執行器及其采摘方法

在審

• 申請號: 201810145271.4
• 申請日: 2018-02-12
• 公開（公告）號: CN108293418A
• 公開（公告）日: 2018-07-20
• 發明（設計）人: 梁喜鳳;路杰;秦超;謝文兵
• 申請（專利權）人: 中國計量大學
• 主分類號: A01D45/00
• 分類號: A01D45/00;A01D91/04
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 傅朝棟;張法高

本發明公開了一種果實串采摘機械手末端執行器及其采摘方法，該裝置包括果梗夾持機構、果梗切割機構與控制總成，控制器通過三位二通電磁閥控制果梗夾持機構氣缸工作，帶動夾持連桿機構實現左右夾指的開合，根據壓電膜式傳感器測定的夾持力大小，實現果實串果梗的夾持，控制器控制繼電器使果梗切割機構的直流電動機工作，帶動軟軸旋轉，從而驅動圓形鋸高速旋轉，同時，通過步進電動機驅動絲桿轉動，帶動圓形鋸向靠近果梗方向移動，實現果實串果梗的切割，克服了單個果實采摘效率低、果實容易受損、人工采摘勞動強度大等缺點。該裝置采摘可靠性高，果實無損傷、操作簡便，通用性高，適用于不同類型單個果實以及果實串的采摘工作。

技術領域

本發明屬于農業機械領域，涉及一種果實串采摘收獲機械手的末端執行器，尤其涉及一種能夠抓取、夾持、切斷主果梗使果實串與果梗分離的采摘機械手末端執行器及其采摘方法。

背景技術

在番茄的整個農業生產中，果實收獲作業是農業生產的重要環節，但目前我國番茄的采摘主要依靠手工完成，勞動強度大，工作效率低，生產過程人力成本占較大比重，約占成本的50％～70％；且果實成熟時間較為集中，人工不易準確判斷果實的成熟程度，果實商品率低，其產量與質量受到嚴重影響。

果實收獲機器人的研究與應用對提高勞動生產率和產品質量，保證果實適時采收，具有很大發展潛力和應用前景。末端執行器是采摘機器人的核心技術之一，其結構型式與工作方式取決于采摘對象的特性，同時會影響果實采摘成功率和商品價值。目前大多數番茄收獲機器人均是針對單個果實的采收，這種采摘方法能夠保證采摘到成熟質量比較好的果實，但一串番茄需要進行多次采摘動作，效率很低，收獲及時性和產品質量得不到改善，這也是番茄收獲機器人沒有商品化應用的主要原因。通常番茄果實成串生長，每串有4-6個果實，如果能夠實現成串采摘則可以大大提高生產效率，果實存儲時間也會更長，因此，面向番茄果實串采收將成為大規模番茄種植的主要收獲方式。末端執行器作為直接接觸果實或植株的關鍵部件，其靈活性直接影響采摘成功率和工作效率。目前末端執行器結構不夠緊湊，靈活性較差，采摘成功率不高，采摘過程中所需要的某些姿態難以實現，不能完成深入到植株內部對隨機生長的果實串采摘的任務。因此，由于農業生產環境的特殊性，需要一種用于果實串采摘的可靠性好、結構緊湊、靈活方便、可控性較高的，并具有小范圍內的通用性末端執行器，為提高收獲機器人的位姿靈活性和采摘成功率等性能提供條件。

發明內容

本發明的目的是為了克服上述果實采摘缺點，適應番茄果實成串采收、提高農業機器人工作效率和保證果實采摘質量的要求，本發明提供一種果實串采摘機械手末端執行器及其采摘方法，將果梗夾持機構和果梗切割機構設計于一體，通過氣動與連桿機構相結合驅動果梗夾持機構夾持果梗，切割機構的圓形鋸旋轉的同時，由絲桿帶動向前移動，切斷番茄主果梗，實現果實串采摘，夾持與切割同步，采摘可靠性高，果實不受損傷，操作簡便，通用性高，為不同類型單個果實以及果實串的采摘提供了理想的采摘裝置及其采摘方法。

本發明解決其技術問題所采取的技術方案是：果實串采摘機械手末端執行器，其包括果梗夾持機構、果梗切割機構與控制總成，果梗切割機構安裝于果梗夾持機構的上表面，

果實串采摘機械手末端執行器，包括果梗夾持機構、果梗切割機構，果梗切割機構安裝于果梗夾持機構的上表面；

果梗夾持機構包括氣缸、T形架、下基板、右夾指、左夾指、推桿、右夾持臂、左夾持臂，氣缸的缸體前端固定在T形架的后側，氣缸活塞桿穿過T形架中部與推桿中部垂直固定連接；推桿兩端分別與兩個連桿的一端鉸鏈連接，兩個連桿的另一端分別與右夾持臂、左夾持臂鉸鏈連接；下基板后部固定在T形架前下側，右夾持臂、左夾持臂的中部分別與下基板前部通過銷軸鉸鏈連接，右夾指、左夾指分別固定在右夾持臂、左夾持臂的前端，右夾指、右夾持臂與左夾指、左夾持臂沿下基板縱向中心線對稱布置，且右夾持臂與左夾持臂的對稱中心線與氣缸活塞桿的中心線平行且在同一垂直平面內；