[发明专利]自动夹持末端执行器

说明书

技术领域

本发明涉及农业装备技术领域，特别是涉及一种自动夹持末端执行器。

背景技术

随着生活水平的提升，居民花卉消费稳步增长，2006年我国花卉种植面积已达1083万亩，约占世界花卉总种植面积的1/3，全国花卉销售额达556.6亿元，出口额约6.1亿美元，花卉产业具有广阔的市场前景和深远的发展潜力。然而由于我国现有花卉生产设备配套不完善，劳动投入以人工为主，作业效率低，劳动强度大，不利于发展规模化花卉生产模式，因此目前与花卉产业发达国家相比仍有较大差距，其中在盆栽花卉种苗生产过程中移栽环节表现尤为突出。目前盆栽花卉中主要以一年生草本科花坛花卉需求最大，其广泛应用于城市绿化和节日庆典装饰。由于多数盆栽花卉使用周期短、需求数量大的特点，其种苗由播种穴盘向花盆移栽所需劳动成本高，亟待研发自动化种苗移栽机械，实现花卉种苗移栽自动化。

由于花卉幼苗形状特征各异，子叶方向随机分布，夹持手爪操作幼苗过程中需防止对子叶和茎杆造成损伤。同时还需保证移栽释放幼苗时，手爪与幼苗能有效快速分离。因此幼苗夹持手爪在移栽过程中可靠无损夹持是智能移栽机关键技术之一。1986年Hwang等人研制的辣椒苗幼苗栽植机，通过具有柔性垫片的夹持手爪直接夹持幼苗茎杆进行移栽(Hwang，H.and RE.Sistler.A robotic pepper transplanter[J].Applied Engineering in Agriculture，1986.2(1)：2-5)。1994年美国Kutz等人研制的张合式幼苗移栽夹持手爪，由气动手爪、光电传感器以及注水喷嘴构成，通过夹持幼苗根部基质移动幼苗，手指上方安装压力水流喷嘴向幼苗根部喷水，有利于幼苗从手爪脱落，同时可以清洗夹持手指(L.J.Kutz，J.B.Craven.Evaluation of photoelectric sensors for robotic transplanting[J].Applied Engineering in Agriculture，1994，10(1)：115-122)。1996年美国K.C.Ting等人研制了伸缩式幼苗移栽夹持手爪，套筒内可伸缩的针形手指插入至幼苗根部基质进行夹持，手指缩回则完成幼苗释放，克服了张合式手指不容易与幼苗脱落的缺点(Y.Yang，K.C.Ting，G.A.Giacomelli.Factors affecting performance of sliding-needles gripper during robotic transplanting of seedlings[J].American Society of Agricultural Engineers，1991，7(4)：493-499)。国内沈阳农业大学邱立春等人发明的幼苗移栽机械手也采用伸缩式针形手指夹持幼苗根部，垂直伸缩气缸通过仿形套筒约束手指向内夹持轨迹，从而向幼苗根部施加夹持力。

目前对于移栽机末端手爪研究多集中应用于高度较小的穴盘钵苗，对于花卉幼苗移栽使用仍有不足之处。首先采用对幼苗茎部夹持的方式，容易夹伤茎杆，损坏幼苗；第二，张合摆动式手指夹持幼苗后，由于根部基质与手指容易粘连，二者不能快速分离，影响移栽可靠性；第三，采用仿形套筒式伸缩手指夹持幼苗，夹持操作缺乏驱动源，存在夹持力度不够，幼苗容易脱落，同时仿形套筒加工一次成型，手爪张开幅度不可调节，对于不同根部大小的钵苗适应性较差。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是提供一种针对花卉幼苗自动进行盆栽作业设备所需的操作手爪，通过优化设计夹持手指驱动结构和运动方式，可对不同个体大小的幼苗进行操作，采用有源动力主动夹持钵苗根部，保证可靠有效夹持力度，同时需要防止手指与幼苗根部粘连，实现有效分离。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种自动夹持末端执行器，其包括用于夹持和释放被夹持物的夹持单元，以及分别与所述夹持单元相连的伸缩驱动单元和夹持驱动单元；所述伸缩驱动单元用于驱动所述夹持单元伸缩，以靠近或远离被夹持物；所述夹持驱动单元用于驱动所述夹持单元开合，以夹持或释放被夹持物。

其中，所述夹持单元包括多个均匀分布的夹持手指，每个夹持手指对应连接一个伸缩驱动单元。

其中，每个所述伸缩驱动单元包括与所述夹持手指刚性相连的伸缩驱动气缸，所述伸缩驱动气缸带动所述夹持手指伸缩。