果蔬采摘機(jī)器手研究

李津容 馬媛

摘 要：果蔬采摘的一個(gè)重要環(huán)節(jié)就是直接觸碰到果蔬的機(jī)器手，它決定了果蔬采摘的質(zhì)量，本文綜述了國(guó)內(nèi)外各種果蔬采摘多指式機(jī)器手的研究與發(fā)展，通過(guò)對(duì)比幾種典型的機(jī)器手設(shè)計(jì)總結(jié)出目前果蔬采摘機(jī)器手的主要問(wèn)題，并且對(duì)未來(lái)果蔬采摘機(jī)器手的發(fā)展方向作出預(yù)測(cè)。

關(guān)鍵詞：果蔬采摘；機(jī)器手；研究現(xiàn)狀

中圖分類號(hào)：TP242.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1004-7344（2018）21-0293-01

引 言：

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，如今各種果蔬的生產(chǎn)已能滿足市場(chǎng)，但是果蔬采摘仍然多數(shù)依賴傳統(tǒng)人工摘取的方式，研究智能果蔬采摘機(jī)器人能極大推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械化的進(jìn)程，提高我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)加工的效率，加快我國(guó)勞動(dòng)力的解放，由于直接觸碰到果蔬，果蔬采摘機(jī)器手是很重要的部分，其研究則顯得尤為重要。因此，本文介紹了幾種典型的機(jī)器手設(shè)計(jì)，分析并預(yù)測(cè)未來(lái)果蔬采摘機(jī)器手的研究趨勢(shì)。

主體部分：

圖1為牟順海，李少華[1]所研究的茶葉采摘機(jī)器手3，采用曲柄連桿的原理完成兩手指的開(kāi)合運(yùn)動(dòng)，指端處安有鋸齒狀刀片，能在相互運(yùn)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)對(duì)茶葉的剪切，而被剪切下的茶葉則被收集到收集槽內(nèi)，防止丟失。

圖2為付舜[2]等人設(shè)計(jì)的類球果蔬采摘末端執(zhí)行器，采用一種對(duì)稱的雙搖桿機(jī)構(gòu)，進(jìn)行采摘?jiǎng)幼鲿r(shí)，驅(qū)動(dòng)裝置是固定在機(jī)械臂兩邊的氣缸，推桿在其作用下作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)，傳動(dòng)桿帶動(dòng)執(zhí)行器上下顎作咬合運(yùn)動(dòng)，從而使得果枝分離，且端口平整不傷害植株本體。該設(shè)計(jì)在下顎支架與主架間安裝果蔬傳送柔性通道，當(dāng)采摘?jiǎng)幼魍瓿珊?，果蔬將直接落入該通道滑向收集器，而免去了機(jī)器人采摘完成后的放置步驟，提高采摘效率。

圖4為金波[3]等人基于欠驅(qū)動(dòng)原理（如圖3）所設(shè)計(jì)的機(jī)械手，所謂欠驅(qū)動(dòng)是指驅(qū)動(dòng)器數(shù)目少于機(jī)構(gòu)本身自由度數(shù)目的機(jī)構(gòu)。這一種設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，通用性強(qiáng)，僅靠一個(gè)電動(dòng)機(jī)便能驅(qū)動(dòng)三個(gè)手指，抓取物體時(shí)具有形狀自適應(yīng)能力，手指可完全包絡(luò)物體，可以通過(guò)最大接觸力的閉環(huán)力反饋控制來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)損采摘。

圖5為肖英奎[4]等人所研究出的一種具有力感知的柔性果蔬采摘機(jī)器手，包括具有3個(gè)旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)自由度的采摘機(jī)械臂及具有力反饋功能的三指果蔬采摘末端執(zhí)行器。

結(jié) 語(yǔ)：

綜上所述，果蔬采摘的末端執(zhí)行器形式多樣，但是目標(biāo)均是以不會(huì)傷害果蔬的前提下提高作業(yè)效率，簡(jiǎn)化機(jī)器手結(jié)構(gòu)。但是各種機(jī)器手的設(shè)計(jì)所應(yīng)用的對(duì)象比較單一，通用性不強(qiáng)。比較各種機(jī)器手的研究我們發(fā)現(xiàn)，以欠驅(qū)動(dòng)原理為基礎(chǔ)的多指機(jī)器手是比較理想的設(shè)計(jì)，也是未來(lái)值得進(jìn)一步發(fā)展和研究的方向，相信會(huì)對(duì)我國(guó)智能農(nóng)機(jī)發(fā)展產(chǎn)生積極的影響。

參考文獻(xiàn)

[1]牟順海，李少華.茶葉采摘機(jī)器手采摘剪刀設(shè)計(jì)及仿真.西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2014，39（6）.

[2]付 舜，王 毅.類球果蔬采摘末端執(zhí)行器設(shè)計(jì)及分析.湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)（HUNANAGRICULTURALSCIENCES），2017，3.

[3]金 波，林龍賢.果蔬采摘欠驅(qū)動(dòng)機(jī)械手爪設(shè)計(jì)及其力控制.機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2014，50（19）：1～8.

[4]肖英奎，李永強(qiáng)，謝 龍，付英達(dá).新型具有力感知的柔性果蔬采摘機(jī)械手研究：農(nóng)機(jī)化研究，2017（10）.

收稿日期：2018-6-20