[实用新型]一种水果采摘机器人的末端执行器

说明书

所属技术领域

本实用新型涉及农业机械领域，具体的讲是一种针对有坚硬果梗的柑橘类水果的采摘装置。 

背景技术

目前水果收获成本占水果生产总成本的40～50％。水果采摘是在非结构化的自然条件下进行，水果个体的差异，树上着生位置、姿态的不同，遮挡和重叠程度不同，导致采摘动作复杂，目前还没有成熟的自动化设备问世。柑橘采摘还面临一个问题就是切断坚硬的果梗。人工采摘时为了不伤及果皮均采用剪刀切断。由于同一树的果实成熟期不同，因此在采摘时不能损伤未成熟果以及枝叶。 

柑橘采摘机器人末端执行器设计是难点： 

1.要求能准确抓取水果，避免中途脱落，这就要求在过程中有稳定的保持装置；目前国际上报道的末端执行器大多基于手指形夹持装置，需要机器人本体传送较大的夹持力，执行机构复杂。 

2.为了在采摘过程中能顺利穿过树枝等障碍物，执行器设计时体积不能太大，外部突起和附加部件少，避免牵挂枝叶。 

3.需要调整或探测果梗的大致位置，否则无法实现果、梗的分离。 

4.需要设计一套快速切断坚硬果梗的机械装置。 

5.执行器机构简单，重量轻，否则需要大功率的电机驱动机械手臂，造成机器人本体体积过于庞大，失去实用性。 

经文献检索，目前国际上针对柑橘采摘机器人的末端执行器设计报道较少。日本学者曾研究了一种夏橙收获机器人，该装置的末端执行器由钢丝牵引橡胶手指夹持水果，通过汽缸驱动剪刀快速剪断果梗。但如果末端执行器和水果之间枝叶等障碍物，橡胶手指靠近水果时会过早自动弯曲，无法抓取水果，即使抓住果实，当果梗不在剪切区域也无法切断果梗，这种装置手爪过于笨重，影响机器人整体结构。美国研究人员研制的柑橘采摘机器人，其末端执行器装有一个圆弧刀片，通过快速转动切断果梗，由于柑橘果梗坚硬，一次切割难以切断，如果水果卡在刀片位置，会切破水果，据报导采摘时造成44％的水果损伤。 

经美国专利检索，专利Fruit Picking Device(5005347)专门针对有坚硬果梗的水果设计 了一个采摘执行器，执行器和手臂均为圆筒结构，头部安装2对相互垂直的圆环，当执行器自下而上套住水果后，圆筒内探测器断开，启动第一对圆环闭合，果梗被圆环夹住，中部装有刀片的第2对圆环闭合，同时切断果梗。2对圆环由安装在圆筒壁上的往复式气泵通过连杆驱动，为防止树枝牵挂，圆筒外加装了保护套。由于柑橘类水果直径一般在60-80mm之间，如果采用该设计方案，需要更大直径的执行器，不利于执行器深入树丛。 

Fruit Picker(5428947)，Citrus Harvesting Machine(5666795)，Dual Pressure ReleaseAssembly For A Fruit Harvesting Machine(6006507)，Continuously Advancing FruitHarvesting Machine(US 6263652B1)等专利，主要利用移动机械将梳状的果实采摘臂伸入果树，当手臂收回时安装在采摘臂上的钩子钩住果梗，并将其折断，实现果、树分离。这是一种单纯的收获机械，既不考虑果实成熟期，也不判断钩住的是否为果梗，因此极易损伤果实和果树。 

另外检索到的采摘执行器，如Fruit Picking Apparatus(5463859)、Fruit PickingApparatus(US 6182431B1)，Universe Fruit-picking Tool(US 6298645B1)等，大多是为方便人工采摘而设计，国内也有为人工采摘设计柑橘采摘装置专利。 

上述文献和专利技术均存在一些问题，无法满足柑橘自主采摘实用化过程中的技术要求。 

发明内容

鉴于现有采摘设计及装置存在的缺陷，本实用新型的目的是提供一种结构简单，体积小，能平稳保持水果，并通过调整果梗位置，顺利割断果梗的柑橘采摘机器人采摘执行器。 

本实用新型所述的水果采摘技术方案为：