[发明专利]一种果实平留梗采摘的机器人末端执行器及作业方法

说明书

本发明提供了一种果实平留梗采摘的机器人末端执行器及作业方法，该末端执行器主要包括半圆条形摆刀和两1/4球面指，采摘时，果实进入两1/4球面指之间，1/4球面指快速合拢同时膨胀环形气囊向上滑动到采摘位形成对果实的可靠柔性抓握，1/4球面指开口缝隙适应果梗的方位偏差；半圆条形摆刀齐平于果蒂完成果梗切割，环形气囊收缩使果实落入送果软管完成回收。本发明通过双1/4球面指、半圆条形摆刀与筒内可移动环形气囊的有机组合，实现树上果实大小、位姿自适应的机器人平留梗采摘与回收作业，结构简单可靠。

技术领域

本发明涉及农业机器人领域，特别涉及一种果实平留梗采摘的机器人末端执行器及作业方法。

背景技术

随着农业劳动力的锐减，鲜食果实的机器人化采摘已成为国内外的重点课题，针对不同鲜食果实的各类采摘机器人方案不断涌现。我国的水果产量巨大且鲜食比重极大，但是目前采收完全依赖人工，仅采摘的人工成本已经达到0.7-1.2元/公斤，实现机器人采摘的需求迫切。

根据农业部标准《NY-T716-2003柑橘采摘技术规范》，柑橘的人工采摘中应于果蒂部位将果梗剪平，切忌用手强拉果，以防拉伤果蒂而形成伤果。不仅柑橘，其他林果也有类似要求。根据农业部标准《NY_T1086-2006苹果采摘技术规范》，苹果应在采中或采后将果梗适当剪短，使果梗低于果肩。该平留梗要求是为了避免采后贮运过程中，因突出的果梗将其他果实表皮划伤，从而影响商品性甚至造成果品的腐烂变质。

平留梗要求在水果的人工采收中广泛采用，但是对于机器人采摘而言具有极大的挑战。现有采摘机器人末端执行器一般分为两大类，第一类以夹持果实通过拉、扭、折断果梗方式采摘，在果蒂或离层部位断裂，难以满足平留梗要求；第二类以切割果梗方式采摘，由于果实个体差异性、姿态差异性和视觉定位、切割工具定位的困难，亦难以实现平留梗采摘。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种果实平留梗采摘的机器人末端执行器及作业方法，实现对树上果实个体差异自适应的机器人平留梗采摘和回收。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种果实平留梗采摘的机器人末端执行器，包括：

圆筒环形气囊机构，包括圆筒和环形气囊，环形气囊滑动连接在圆筒内壁，环形气囊与气动系统相连，在气动系统的作用下，环形气囊能够处于膨胀状态或收缩状态；

球面双指机构，包括两1/4球面指和球面指电机，两1/4球面指形状相同，对称安装于圆筒的上管口，球面指电机通过齿轮机构驱动两1/4球面指开合；

摆刀机构，包括半圆条形摆刀和摆刀电机，半圆条形摆刀安装在圆筒上管口，半圆条形摆刀由摆刀电机驱动；所述半圆条形摆刀位于一对1/4球面指的外侧；

所述1/4球面指的外壁上安装有限位开关。

上述技术方案中，所述齿轮机构为两相互啮合的球面指齿轮和电机轴齿轮，球面指电机与电机轴齿轮连接，电机轴齿轮与一球面指齿轮啮合，球面指齿轮安装在两1/4球面指的同一端。

上述技术方案中，所述半圆条形摆刀的回转轴线同时与圆筒中心线、两1/4球面指的回转轴线垂直，两1/4球面指的回转轴线平行且与圆筒中心线垂直。

上述技术方案中，沿1/4球面指回转轴线的投影面内，限位开关的安装位置为与开口的夹角为θ，且限位开关的安装位置位于半圆条形摆刀初始状态的远端，开口为两1/4球面指相对的位置。

上述技术方案中，所述圆筒的内径R满足：k₁R_max≤R≤k₂R_max，其中R_max为采摘期该品种水果的最大果实半径，k₁、k₂为系数。