[发明专利]一种适用于白芦笋选择性机械化采收的末端执行器及采收方法

权利要求书

1.一种适用于白芦笋选择性机械化采收的末端执行器，其特征在于包括：机架、驱动及限位装置、剪切装置、夹持装置和控制系统；所述的机架用于支撑和固定驱动及限位装置、剪切装置、夹持装置和控制系统；所述的驱动及限位装置固定在机架上，用于为末端执行器提供入土和剪切的驱动力；所述的剪切装置与驱动及限位装置连接，用于切断白芦笋；所述的夹持装置固定在剪切装置上，用于夹持白芦笋并带出土壤；所述的控制系统用于控制末端执行器实现入土、剪切和夹持动作；

所述的驱动及限位装置包括固定板、电动缸、限位板；所述的固定板为两端开有螺栓孔的长方形结构，固定在机架上；所述的电动缸通过螺栓固定在固定板上，为末端执行器的入土和剪切提供驱动力；所述的限位板为两块，均为内侧带有滑槽的“L”型结构，对称固定在固定板的两侧，用于限制刀片护板的位移；

所述的剪切装置包括压缩板、外壳、剪切导杆、剪切弹簧、刀片护板、刀片；所述的压缩板为两侧带有凸起的板状结构，并与电动缸的导杆通过螺栓固定；所述的外壳为方形空心结构，外侧有与限位板滑槽相配合的凸起，用于外壳在限位板内侧上下滑动的导向；所述的外壳内侧有与压缩板的凸起相配合的滑槽，用于压缩板在外壳内部滑动的导向；所述的外壳底部两两对称开有四个导向孔，用于剪切导杆的导向；所述的剪切导杆为四根，上部两两对称固定在压缩板的四个角上，下部穿过外壳底部的四个导向孔；所述的剪切弹簧为四个，分别嵌套在剪切导杆上；所述的刀片护板为中空的长方形结构，上部固定在外壳的底部用于储藏刀片；所述的刀片护板其下部开口处有楔形凸起结构，使得刀片从刀片护板中出来时产生一定的倾角并铲断芦笋；所述的刀片为韧性较大的金属结构，下部开有刃口，用于切断白芦笋，上部固定在压缩板上并藏于刀片护板中；

所述的夹持装置包括夹板固定座、右夹板、左夹板、夹持导杆、夹持弹簧、舵机固定座、舵机、绳索；所述的夹板固定座为“L”型结构，一侧通过螺栓固定在刀片护板上，另一侧用于固定左夹板或右夹板；所述的右夹板为非对称的倒“U”型结构，一侧附有柔性材料，用于夹持白芦笋，另一侧两两对称开有四个导向孔，用于夹持导杆的导向；所述的左夹板为附有柔性材料的结构，用于夹持白芦笋时实现低损伤；所述的夹持导杆为四根，分别两两对称固定在左夹板的背面，并对应穿过右夹板的导向孔；所述的夹持弹簧为四个，分别嵌套在四根夹持导杆上，并保证弹簧的自然状态使得两夹板处于夹持状态；所述的舵机固定座固定在左侧的限位板上，用于安装舵机；所述的舵机固定在舵机固定座上，并使得舵机输出轴的方向垂直于刀片护板；所述的绳索一侧系在左夹板上，一侧系在舵机输出轴上，使得舵机转动时带动左夹板压缩夹持弹簧并横向移动，实现两夹板的张开；

所述的控制系统包括控制箱、舵机、电机驱动器、电动缸、电源；所述的控制箱包括控制器、电机驱动器，固定在机架上，主要实现电机控制和通讯功能；所述的控制器由单片机、微处理器或工控机和I/O驱动接口电路构成；所述的舵机选用满足扭矩要求的舵机；所述的电机驱动器，根据电机类型选用不同型号的交、直流电机驱动器、步进电机驱动器或伺服电机驱动器，接收由控制器发出的控制信号，驱动电机转动；所述的电源可为控制系统的工作提供电能。

2.根据权利要求1所述的一种适用于白芦笋选择性机械化采收的末端执行器的控制方法如下：

1）末端执行器处于白芦笋的侧上方，控制器控制电动缸向下伸出，导杆带动压缩板以及外壳整体向下移动，同时控制舵机转动，通过绳索拉动左夹板位移，使得两夹板处于张开状态，由于剪切弹簧阻尼比较大，在末端执行器入土过程中，压缩量很小；

2）在电动缸的推动下末端执行器完成入土动作，当到达采收深度，即外壳到达限位板最下端时，外壳无法再移动，电动缸完成第一段位移，电动缸继续伸出并推动压缩板压缩剪切弹簧，刀片从刀片护板中伸出，在楔形凸起的作用下，产生一定倾斜铲断白芦笋；

3）到达采收深度时，白芦笋正好位于两夹板中间且靠近右夹板的位置，舵机反转，左夹板在夹持弹簧的弹力下与右夹板夹住白芦笋，完成夹持动作；

4）电动缸在控制器的控制下开始收回，首先在剪切弹簧的弹力下刀片慢慢收回到刀片护板中，然后末端执行器夹持白芦笋离开土壤，完成采收动作。