[发明专利]果实串采摘机械手末端执行器及其采摘方法

说明书

本发明公开了一种果实串采摘机械手末端执行器及其采摘方法，该装置包括果梗夹持机构、果梗切割机构与控制总成，控制器通过三位二通电磁阀控制果梗夹持机构气缸工作，带动夹持连杆机构实现左右夹指的开合，根据压电膜式传感器测定的夹持力大小，实现果实串果梗的夹持，控制器控制继电器使果梗切割机构的直流电动机工作，带动软轴旋转，从而驱动圆形锯高速旋转，同时，通过步进电动机驱动丝杆转动，带动圆形锯向靠近果梗方向移动，实现果实串果梗的切割，克服了单个果实采摘效率低、果实容易受损、人工采摘劳动强度大等缺点。该装置采摘可靠性高，果实无损伤、操作简便，通用性高，适用于不同类型单个果实以及果实串的采摘工作。

技术领域

本发明属于农业机械领域，涉及一种果实串采摘收获机械手的末端执行器，尤其涉及一种能够抓取、夹持、切断主果梗使果实串与果梗分离的采摘机械手末端执行器及其采摘方法。

背景技术

在番茄的整个农业生产中，果实收获作业是农业生产的重要环节，但目前我国番茄的采摘主要依靠手工完成，劳动强度大，工作效率低，生产过程人力成本占较大比重，约占成本的50％～70％；且果实成熟时间较为集中，人工不易准确判断果实的成熟程度，果实商品率低，其产量与质量受到严重影响。

果实收获机器人的研究与应用对提高劳动生产率和产品质量，保证果实适时采收，具有很大发展潜力和应用前景。末端执行器是采摘机器人的核心技术之一，其结构型式与工作方式取决于采摘对象的特性，同时会影响果实采摘成功率和商品价值。目前大多数番茄收获机器人均是针对单个果实的采收，这种采摘方法能够保证采摘到成熟质量比较好的果实，但一串番茄需要进行多次采摘动作，效率很低，收获及时性和产品质量得不到改善，这也是番茄收获机器人没有商品化应用的主要原因。通常番茄果实成串生长，每串有4-6个果实，如果能够实现成串采摘则可以大大提高生产效率，果实存储时间也会更长，因此，面向番茄果实串采收将成为大规模番茄种植的主要收获方式。末端执行器作为直接接触果实或植株的关键部件，其灵活性直接影响采摘成功率和工作效率。目前末端执行器结构不够紧凑，灵活性较差，采摘成功率不高，采摘过程中所需要的某些姿态难以实现，不能完成深入到植株内部对随机生长的果实串采摘的任务。因此，由于农业生产环境的特殊性，需要一种用于果实串采摘的可靠性好、结构紧凑、灵活方便、可控性较高的，并具有小范围内的通用性末端执行器，为提高收获机器人的位姿灵活性和采摘成功率等性能提供条件。

发明内容

本发明的目的是为了克服上述果实采摘缺点，适应番茄果实成串采收、提高农业机器人工作效率和保证果实采摘质量的要求，本发明提供一种果实串采摘机械手末端执行器及其采摘方法，将果梗夹持机构和果梗切割机构设计于一体，通过气动与连杆机构相结合驱动果梗夹持机构夹持果梗，切割机构的圆形锯旋转的同时，由丝杆带动向前移动，切断番茄主果梗，实现果实串采摘，夹持与切割同步，采摘可靠性高，果实不受损伤，操作简便，通用性高，为不同类型单个果实以及果实串的采摘提供了理想的采摘装置及其采摘方法。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：果实串采摘机械手末端执行器，其包括果梗夹持机构、果梗切割机构与控制总成，果梗切割机构安装于果梗夹持机构的上表面，

果实串采摘机械手末端执行器，包括果梗夹持机构、果梗切割机构，果梗切割机构安装于果梗夹持机构的上表面；

果梗夹持机构包括气缸、T形架、下基板、右夹指、左夹指、推杆、右夹持臂、左夹持臂，气缸的缸体前端固定在T形架的后侧，气缸活塞杆穿过T形架中部与推杆中部垂直固定连接；推杆两端分别与两个连杆的一端铰链连接，两个连杆的另一端分别与右夹持臂、左夹持臂铰链连接；下基板后部固定在T形架前下侧，右夹持臂、左夹持臂的中部分别与下基板前部通过销轴铰链连接，右夹指、左夹指分别固定在右夹持臂、左夹持臂的前端，右夹指、右夹持臂与左夹指、左夹持臂沿下基板纵向中心线对称布置，且右夹持臂与左夹持臂的对称中心线与气缸活塞杆的中心线平行且在同一垂直平面内；