[发明专利]柔性番茄采摘末端执行器及相应采摘机构和方法

说明书

技术领域

本发明涉及农业采摘机器人领域，具体地，涉及柔性番茄采摘末端执行器及相应采摘机构和方法。

背景技术

番茄的果实营养丰富，具特殊风味，可以生食、煮食、加工番茄酱、汁或整果罐藏，成为人们的主要蔬菜之一，随着我国大棚番茄种植技术推广，种植面积及年产量越来越大，目前我国番茄的收获完全依靠人工采摘，在我国番茄的人工收获作业量大，劳动强度高，效率低，随着我国城镇化进程和人口的老龄化，农村劳动力不足现象日趋明显，研究并推广番茄自动化收获技术，成为现阶段亟待解决的问题。

番茄2～5个成束生长、相互触碰，采摘过程中末端执行器难以以理想姿态接近和夹持果实，极易造成夹持的失败和相邻果实的损伤，番茄采收时应轻摘轻放，摘时最好不带果蒂，以防装运中果实相互被刺伤，目前对于番茄采摘机器人研究中有通过吸盘首先吸持住番茄并将其拉离果束，再夹持果实旋转分离果梗的采摘方法，但是番茄果梗采用扭断或拉断方式均需很长时间，据试验数据分析折断果梗是最省力的方式，所以该扭断果梗的方法采摘效率太低。

番茄采摘机器人的机械手末端执行器是安装在机械臂前端，直接与番茄相接触，而且番茄柔软多汁，表皮一旦受损很快就会坏掉，因此机械手末端执行器必须具备柔性和自适应能力才能保证番茄采摘的效率和成功率，因此需要柔性番茄采摘末端执行器及相应采摘机构和方法，而目前这种柔性采摘机械手末端执行器市场上是没有的。柔性采摘机械手末端执行器的机构参数将严重影响采摘效率和成功率，其研究发展对提高农业生产效率及番茄的市场价值均起着至关重要的作用。

发明内容

针对上述现有技术中的缺陷，本发明提供柔性番茄采摘末端执行器及相应采摘机构和方法，克服现有番茄手工采摘效率低、机械化程度低的缺陷，本发明采用吸拉果实同步夹持，若干硅胶钢琴按键具有柔性自适应能力，然后摆动折断果梗的采摘方式，解决了番茄采摘效率低和易损伤的技术难题。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种柔性番茄采摘末端执行器，是由一号气缸、视觉传感器、二号汽缸、气缸安装板、U型支架、弹簧支架、弹簧、仿形手指结构、吸盘、手指压盘、吸盘气缸和转轴组成的，所述的仿形手指结构包括硅胶钢琴按键、微型弹簧、手指转轴、左仿形手指、左手指半圆压板、右手指半圆压板和右仿形手指，其特征是：所述气缸安装板与机械臂连接，所述一号气缸和二号气缸成120°夹角设置在气缸安装板上，所述视觉传感器设置在气缸安装板上，所述吸盘气缸安装在U型支架上，所述U型支架通过转轴与一号气缸轴和二号气缸轴连接，所述弹簧支架设置在U型支架两侧，所述弹簧一端与弹簧支架连接，另一端与仿形手指结构连接，所述吸盘设置在吸盘气缸轴端，所述手指压盘安装在吸盘气缸轴上；所述硅胶钢琴按键通过微型弹簧与左仿形手指连接，所述硅胶钢琴按键通过微型弹簧与右仿形手指连接，所述左仿形手指通过手指转轴与U型支架连接，所述右仿形手指通过手指转轴与U型支架连接，所述左手指半圆压板与左仿形手指连接，所述右手指半圆压板与右仿形手指连接，所述右手指半圆压板和左手指半圆压板拼合成一个圆孔。

优选地，硅胶钢琴按键是边长5mm的方块，左仿形手指通过微型弹簧共连接84个硅胶钢琴按键，成7行12列设置，左右前后间隙均为2mm，右仿形手指通过微型弹簧共连接84个硅胶钢琴按键，成7行12列设置，左右前后间隙均为2mm，硅胶钢琴按键表面粘附有压力传感器。

优选地，气缸安装板两侧折页与水平面夹角为120°，一号气缸和二号气缸成120°夹角安装在气缸安装板上；

优选地，所述左手指半圆压板和右手指半圆压板拼合成圆孔直径为8.5mm，所述吸盘气缸轴外径为8mm。

优选地，所述手指压盘外径为10mm，距离吸盘有15mm。

具体的，所述弹簧原长状态使左仿形手指和右仿形手指开口距离为90mm。