[发明专利]一种具有三级缓冲的采摘执行末端装置

说明书

本发明公开了一种具有三级缓冲的采摘执行末端装置，包括直管、负压腔外壁、缓冲腔外壁和落果出口，负压腔外壁的一端与缓冲腔外壁固定连接，负压腔外壁的另一端连接在直管的外壁上，负压腔外壁与直管外侧壁之间构成负压腔，缓冲腔外壁内部设置有缓冲腔，缓冲腔与负压腔相连通；直管内部设置有与直管相贴合的直管缓冲面，落果出口靠近直管一侧的隔离墙的下内壁上设置有缓冲腔缓冲面；落果出口远离直管一侧的缓冲腔外壳的内壁上设置有凹型缓冲面；本发明设置有三重缓冲，能够获得更好的果实采摘质量；通过直管内侧设置直管缓冲面能够减少有效进风面积，使得在风机效率不变的前提下获得更大的吸力，提高负压利用率，降低能耗。

技术领域

本发明涉及智能采摘领域，更具体的说，尤其涉及一种具有三级缓冲的采摘执行末端装置。

背景技术

目前果实采摘和收获仍然很大程度上是手工过程。在果实生长在树上的果园中，例如苹果园、梨园和桃园等，农场劳动者将梯子移动到树附近、攀爬梯子、采摘果实，并将果实转移到如篮子的临时存储物。在工人已采摘完该位置中的所有成熟果实之后，工人爬下来并将梯子移动到另一位置，然后根据需要地多次重复该过程。随着人工成本的不断攀升，果农雇工难问题日趋明显，甚至出现让果实烂在树上也比雇人采摘更加经济的情形，自动化智能采摘已成为研究的热点。

目前采摘末端执行器的研究主要有辅助人工式、振动冲击式、机械手抓取式。辅助人工式采摘机器人为工人提供一个空间三自由度移动的升降平台，工人站在升降平台上进行采摘作业。这取消了传统人工采摘爬梯子，转移梯子等过程，大大提高了采摘效率，但仍依赖人工。振动冲击式采摘机器人直接对果树进行振动冲击，从而使得果实掉落，进行收集。这种方式对果实损伤太大，一是不利于保存，二是果实品相破坏影响销售。机械手抓取式是目前大多数研究的选择，其采用仿人手指的末端结构，模仿人采摘的方式对目标果实进行抓取。使目标果实与果梗分离采摘方式主要有两种，一种是在机械手抓紧果实后，进行扭转拉拔直接采摘；另一种则是通过外加的刀片、激光或者通电金属丝对果梗进行切割。这种方式与人工采摘方式极为接近，可以很好地实现无损化采摘，但由于对果实的抓取需要精确定位，采摘步骤也较为复杂，使得采摘效率低下，这是限制其实用性的最大因素。

由于上述末端执行器存在各式各样的问题，负压吸附式末端执行器逐渐进入人们视野，其利用负压直接对目标果实进行吸取，产生的吸力使得果实与果梗分离实现采摘，具有极高的采摘效率。由于负压吸附式属于新兴采摘方式，人们对于其采摘无损化的研究还不够深入。

申请号为CN201580075405.4的国内发明专利公布了一种用于机器人收获的末端执行器，其具体公开了包括真空生成子系统和连接到真空生成子系统的末端执行器。末端执行器具有：第一管，其具有第一直径；以及第二管，其具有小于第一直径的第二直径，因此第二管配合在第一管内侧。该发明通过吸力采摘方式，大大提高了采摘效率。但是在运用吸力采摘方式采摘以及落果的过程中，仍存在对果实损伤的可能。

申请号CN201910418059.5的国内发明专利公布了一种用于机器人收获的末端执行器，其具体公开了包括空气入口、与真空发生系统连接的真空吸口和位于下端的落果出口。该发明利用缓冲腔内产生的环形气流对果实产生向上的提拉力，对抗果实被采摘后下落时的自由落体作用，降低果实下落抛物线在水平方向上距离过长而撞到后端延伸部的落果减伤后壁的概率，减少采摘下落过程中造成果实损伤。但是果实处于水平气流段时，内管与果实仍有可能发生碰撞，且当果实撞到减伤后壁时，该减伤后壁并不能很好的起到缓冲减伤作用。同时其直管内壁缺乏防护，果实在直管内部运输过程中，因上下颠簸与内壁发生碰撞而可能造成果实表面损伤。

为进一步降低果实在采摘过程中受到的损伤，我们设计了一种更好的具有三级缓冲的采摘执行末端装置。第一级挤压摩擦缓冲，对吸取的果实进行降速的同时避免其因上下颠簸与内壁发生碰撞而造成表面损伤。第二级空流缓冲，巧妙利用负压产生的气流对目标果实进行减速缓冲。第三级碰撞缓冲，特殊的凹型缓冲面设计具有更好的缓冲效果，并降低果实自由落体的趋势，防止果实碰撞受损。

发明内容