[發明專利]一種瓜果采摘機器人末端執行器

有效

• 申請號: 202010881159.4
• 申請日: 2020-08-27
• 公開（公告）號: CN111937592B
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 袁建軍;周通;馬書根;鮑晟;賈文川
• 申請（專利權）人: 上海大學
• 主分類號: A01D46/30
• 分類號: A01D46/30;B25J15/00
• 代理公司: 北京雙收知識產權代理有限公司 11241
• 代理人: 趙天真

一種瓜果采摘機器人末端執行器，屬于自動化采摘技術領域，解決了現有采摘機器人末端執行器存在的易對果體造成損傷、對果實形狀自適應能力差、剪切不同果子時剪切動作執行時間點不可調等技術問題。本發明的技術方案為：一種瓜果采摘機器人末端執行器，其中：包括后支撐板、電動推桿、電動推桿傳動機構、夾持機構、延時機構和剪切機構；所述后支撐板豎直設置，所述電動推桿水平設在后支撐板左側壁下部，所述電動推桿傳動機構水平設在后支撐板右側下部，所述延時機構水平設在后支撐板右側上部；所述電動推桿傳動機構左端與后支撐板右側壁下部連接，所述夾持機構安裝在電動推桿傳動機構右端；所述延時機構左端與后支撐板右側壁上部連接，所述剪切機構安裝在延時機構頂部。本發明可以極大地拓展采摘機器人末端執行裝置的適用范圍，從而極大提高水果采摘的效率并保證采摘作業的質量。

技術領域

本發明屬于自動化采摘技術領域，具體涉及的是一種瓜果采摘機器人末端執行器。

背景技術

近年來，我國的瓜果產業取得了長足的發展，而相應的采摘難的問題也日益凸顯。瓜果采摘是瓜果產業中最費時費力的一個環節，而且需要保證較高的采摘作業質量水平才能保證后續的良好儲存與加工。我國目前主要還是依賴人力來進行瓜果的采摘作業，而隨著人口老齡化問題的加重以及農業從業人員的減少，瓜果獲得及時采摘并保證較低的損傷程度成為一個急需解決的問題。隨著機器人技術的發展，將采摘機器人應用于采摘領域成為未來的趨勢，而如何做到讓采摘機器人的末端執行器出色地完成夾持果體和剪斷果莖兩個作業內容是研發采摘機器人的核心技術也是一大難題。

瓜果品種繁多，生長的方式也不盡相同。有的果實單獨生長，果子之間有足夠的空間，這一類的果子采摘起來相對簡單；有的果實成簇生長，果子之間互相距離很近甚至互相接觸，彼此空間不足，這時就需要保證末端執行器果體夾持部件在有限的空間內完成夾持任務。能夠應對第二種情況的采摘機器人末端執行器，才能夠在采摘作業中自如地應對多變的情況，保證采摘作業的質量。

目前，有研究人員針對采摘機器人末端執行器給出了多種方案，申請號201811216941.3的發明專利，公開了一種采摘機器人末端執行器，該末端執行器采用4片弧面切刀和真空吸盤作為執行機構，吸盤吸附水果之后，伺服電機B帶動弧面切刀閉合從而實現對果柄的切斷，或者電機A帶動傳動機構和執行機構往復運動，完成果柄切割作業。這種設計方式采用的四片弧面切刀雖然可以實現對果實的包裹從而切斷果莖，但其弧面切刀閉合前需要先處于最大張開狀態，這就需要果體周圍有足夠的空間，而如果在簇生瓜果的使用場景下，該方法就較難發揮作用。除此之外，果子形狀并不是規則的球形，夾持部件應當有一定的自適應性能，全包裹的形式代表著與果體最多的接觸面積，由此也會導致適應性更差。

減少夾持部件與果體的接觸面積可以提升夾持部件的適應性，有方案提出用機械爪抓取的方式固定水果，但果莖需要通過扯拽式或者抓取扭折式。但是，通過扯拽的方法來使果莖斷開首先要求果莖易拉斷而且果莖拉斷后的長短也不可控，后續還需再次修剪，而且這種方式會對果皮造成損傷，影響外觀的同時，后續的存儲也成問題。而抓取扭折的方法，如果是讓果體與夾持部件固定，則問題同上，如果是讓夾持部件旋轉而果實放在機械爪腔體內，則難以避免形狀不規則的果實受到機械損傷。

申請號201810101937.6的發明專利，公開了一種水果采收機械手裝置，包括支撐環、夾持爪體、帶有電機盒的采摘桿、收集袋，該裝置在其中一根夾持爪體頂端鉸接剪切刀具，而剪切刀具通過鋼繩和杠桿與爪體進行聯動從而實現單電機控制下的夾持動作與剪切動作同步進行。該設計方式即使是面對簇生的瓜果也可以應用，且可以有效防止水果碰撞和破損。但是，剪切刀具鉸接在其中一根夾持爪體上，則該爪體就將與果莖相交，在進行夾持時就需要保證動作的高準確度，而且不同種類的瓜果進行夾持和剪切的時間點并不相同，籠統地使剪切動作和夾持動作同步進行會降低整個裝置針對不同場景的適應能力。