[发明专利]用于采摘银杏花穗的末端执行器的采摘部分的设计方法

权利要求书

1.一种用于采摘银杏花穗的末端执行器的采摘部分的设计方法，步骤包括：1)通过银杏花穗的采样，确定设计方案；2)根据设计方案进行结构设计；3)对设计得到结构进行仿真分析，其特征是所述步骤2)中，通过模仿博比特虫头部结构，分别设计的采摘部分的咬合花穗、分离花穗和吞咽花穗三个功能结构；

2.1)咬合功能结构：通过模仿博比特虫口腔设计咬合机构，能够准确咬合包裹住花穗；

2.2)分离功能结构：通过模仿博比特虫抓住猎物后用勾爪由外向内翻转将猎物吞进体内，设计末端执行器口腔咬合包裹花穗后的分离花穗机构，将花穗从短枝上分离，实现分离的功能；

2.3)吞咽功能结构：通过模仿博比特虫将猎物通过喉部咽进身体，其喉部呈空管状，设计孔洞结构将分离后的花穗，从口腔内部的管道进入收集箱；

其中：

2.1)咬合机构设计为回转结构：通过花穗和叶片的力学性能测量的结果可知采摘花穗的力以及采摘叶片的力但都非常小；回转结构的开关闭合角度可调，咬合范围大；在咬合功能结构设计中，要设计咬合固定的保护罩，确保末端执行器口腔在采摘花穗时，花穗不会从口腔中脱落；

2.2)分离花穗机构的设计为梳刷结构：由于银杏花的尺寸和重量都非常小，在咬合机构上再采用梳刷原理的装置，分离花穗；

在2.1)和2.2)中的回转结构的驱动以及梳刷结构的驱动都要采用气压驱动装置驱动执行器的运动；气动驱动装置不会产生电火花，通过气压调节实现无极变速。

2.根据权利要求1所述的用于采摘银杏花穗的末端执行器的采摘部分的设计方法，其特征是所述步骤1)中：

1.1)银杏花穗的几何特征

采集成熟的银杏花穗的树枝，以一个短枝的花穗为一组数据，每个短枝的花穗个数和叶片个数是不同的；

采集不同的银杏树的树枝，测出有100组数据；

测量的是花穗的长度以及最大直径，银杏花穗的长度在24mm～27mm，最大直径在5mm～7mm，为咬合功能结构的设计提供了数据支持；

每个短枝上的花穗数量为4～6个，也有多个叶片，确定咬合功能结构每次将整个短枝上的花穗和叶片全部吞入，再通过采摘需要的力进行分辨花穗和叶片的采摘；

1.2)银杏短枝的间距

相近平面夹角＜45°的短枝间距是80mm～100mm，则采摘部分开始采摘一个短枝上的花穗时，采摘部分的咬合机构从张开到闭合过程中不能干涉到相邻的花穗，所以设计末端执行器张开最大范围的半径＜100mm；为了确保能将短枝上的花穗叶片全部吞入，执行器张开最小范围的半径必须＞30mm；最终设计执行器的口腔张开半径是30mm～100mm；

1.3)银杏花穗和叶片的力学性能

咬合机构将银杏花穗吞入后，分离功能结构将花穗采摘下来，需要测量采摘花穗的力；

在实验时裁剪下的银杏枝条上每个短枝上有3～5花穗，每个短枝上有4～6片银杏叶，而采摘银杏花穗为减少叶片被采摘的干扰，并且尽可能减少对叶片的损伤，所以要测采摘银杏叶片的力；

花穗和叶片都是生长在短枝上，执行器在采摘花穗时，不可避免会接触到短枝，为了防止执行器在闭合时夹断短枝，所以要测出折断短枝所需要的力；

上述3种力是采用平拉式来进行拉伸实验，实验中通过用测力计测得100组银杏花穗和叶片的采摘力；采摘银杏花穗的力是0.8N～1.3N，采摘叶片的力是3N～4.3N，短枝折断需要的力超过20N；因为采摘花穗时要尽量不会伤害到叶片，并且末端执行器不能夹断短枝，则采摘叶片最小的力约为3N，采摘花穗的力必须小于3N，采摘花穗最小的力约为1N；执行器夹住短枝时，对短枝施加的力必须小于20N。

3.根据权利要求1所述的用于采摘银杏花穗的末端执行器的采摘部分的设计方法，其特征是所述步骤3)中，通过SolidWorks建立末端执行器采摘部分的的三维模型，安装SW2.URDF插件，在三维模型中插入坐标系和基准轴，最后将建立好的URDF文件导入ROSMoveit仿真环境中，进行末端执行器采摘部分仿真采摘银杏花穗，整理分析仿真结果。