果蔬采摘機器手研究

李津容 馬媛

摘 要：果蔬采摘的一個重要環(huán)節(jié)就是直接觸碰到果蔬的機器手，它決定了果蔬采摘的質(zhì)量，本文綜述了國內(nèi)外各種果蔬采摘多指式機器手的研究與發(fā)展，通過對比幾種典型的機器手設(shè)計總結(jié)出目前果蔬采摘機器手的主要問題，并且對未來果蔬采摘機器手的發(fā)展方向作出預(yù)測。

關(guān)鍵詞：果蔬采摘；機器手；研究現(xiàn)狀

中圖分類號：TP242.3 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）21-0293-01

引 言：

我國是一個農(nóng)業(yè)大國，如今各種果蔬的生產(chǎn)已能滿足市場，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器人能極大推動我國農(nóng)業(yè)機械化的進程，提高我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)加工的效率，加快我國勞動力的解放，由于直接觸碰到果蔬，果蔬采摘機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器手設(shè)計，分析并預(yù)測未來果蔬采摘機器手的研究趨勢。

主體部分：

圖1為牟順海，李少華[1]所研究的茶葉采摘機器手3，采用曲柄連桿的原理完成兩手指的開合運動，指端處安有鋸齒狀刀片，能在相互運動中實現(xiàn)對茶葉的剪切，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)計的類球果蔬采摘末端執(zhí)行器，采用一種對稱的雙搖桿機構(gòu)，進行采摘動作時，驅(qū)動裝置是固定在機械臂兩邊的氣缸，推桿在其作用下作直線往復(fù)運動，傳動桿帶動執(zhí)行器上下顎作咬合運動，從而使得果枝分離，且端口平整不傷害植株本體。該設(shè)計在下顎支架與主架間安裝果蔬傳送柔性通道，當(dāng)采摘動作完成后，果蔬將直接落入該通道滑向收集器，而免去了機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)動原理（如圖3）所設(shè)計的機械手，所謂欠驅(qū)動是指驅(qū)動器數(shù)目少于機構(gòu)本身自由度數(shù)目的機構(gòu)。這一種設(shè)計結(jié)構(gòu)簡單，通用性強，僅靠一個電動機便能驅(qū)動三個手指，抓取物體時具有形狀自適應(yīng)能力，手指可完全包絡(luò)物體，可以通過最大接觸力的閉環(huán)力反饋控制來實現(xiàn)無損采摘。

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器手，包括具有3個旋轉(zhuǎn)關(guān)節(jié)自由度的采摘機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：

綜上所述，果蔬采摘的末端執(zhí)行器形式多樣，但是目標(biāo)均是以不會傷害果蔬的前提下提高作業(yè)效率，簡化機器手結(jié)構(gòu)。但是各種機器手的設(shè)計所應(yīng)用的對象比較單一，通用性不強。比較各種機器手的研究我們發(fā)現(xiàn)，以欠驅(qū)動原理為基礎(chǔ)的多指機器手是比較理想的設(shè)計，也是未來值得進一步發(fā)展和研究的方向，相信會對我國智能農(nóng)機發(fā)展產(chǎn)生積極的影響。

參考文獻

[1]牟順海，李少華.茶葉采摘機器手采摘剪刀設(shè)計及仿真.西南師范大學(xué)學(xué)報（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)動機械手爪設(shè)計及其力控制.機械工程學(xué)報，2014，50（19）：1～8.

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

收稿日期：2018-6-20