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猕猴桃果实采摘末端执行器设计与试验.doc

来源：花匠小妙招时间：2025-05-10 05:56

猕猴桃果实采摘末端执行器设计与试验* 【摘要】果实无损采摘是采摘机器人的关键技术之一，本文进行了自然生长条件下簇生猕猴桃果实无损采摘末端执行器的研究。基于人工采摘方式和果柄生物特性，提出面向机器人的果实采摘方法，设计了果柄分离试验进行可行性验证；基于果实采摘方法设计了从底部接近、旋转包络分离毗邻果实并抓取的末端执行器，并试制样机，进行了现场评价试验。试验结果表明，末端执行器有效解决了毗邻果实分离问题，能够实现单个果实稳定抓取和无损采摘，采摘成功率在96.0%以上，平均单果耗时22s。关键词：猕猴桃果实采摘机器人采摘方法末端执行器中图分类号：S225.93 文献标识码：A 文章编号：××（编辑部制作） Study on Picking End-effector of Kiwifruit Abstract Fruit nondestructive picking is one of the key technologies of harvesting robot. In this paper, a nondestructive picking end-effector of kiwifruit was studied. Firstly, based on the artificial way of kiwifruit picking and the biology characteristics of kiwifruit stalk, a fruit picking method for robot was proposed, which was verified by a special designed separation test. Then, an end-effector was designed and manufactured based on the fruit picking method, which could approach a fruit from the bottom, envelop and grab the fruit from two sides. In the end, the performance of the end-effector prototype was tested in the field. The result showed that, the end-effector effectively solved the problems of separating the adjacent fruits, it could grab a single fruit stably and pick it nondestructively, the success rate of picking was 96.0% and a average picking time was 22s for one fruit. Key words Kiwifruit, Picking method, End-effector, Harvesting robot引言中国是世界上猕猴桃种植面积最大的国家，但目前猕猴桃靠人工采摘，猕猴桃采摘是最费时费力的环节。因此，研究猕猴桃采摘机器具有重要意义[1]。果实无损采摘是采摘机器人的关键技术之一，主要靠采摘机器人末端执行器来保证。不同果蔬的生长特点和采摘要求不同，采摘方式也不同，因此末端执行器的结构形式也存在差异[2~13]。猕猴桃具有易损伤、后熟、簇生等特点，采摘时为保证不损伤果实需要进行毗邻果实分离，同时去除果柄。相比苹果、柑橘等冠状树形，猕猴桃属藤蔓植物，采用棚架式栽培模式，具有相对标准的生长环境，果实下垂于藤蔓上，底部空间大，不受枝干、树叶、果实等干涉，有利于采摘动作的实施。陈军等[7]研究的猕猴桃采摘末端执行器从果实两侧抓持，左右翻转分离果柄，在实验室进行了单果采摘试验并未讨论毗邻果实的采摘问题。Scarfe A J等[8]介绍了猕猴桃采摘机器人的基本结构，尚没有末端执行器的研究报道。毗邻果实分离方面，番茄果实采用真空吸盘吸附的方式[14~15]，但结构复杂，并且猕猴桃表面生有绒毛不利于真空吸盘工作。果柄分离方面，刘继展等[14]对番茄果柄折断特性进行了研究，陈燕等[15]对荔枝果柄切断特性进行了研究。两者主要是从对应果实采摘方法考虑，为果实采摘提供了依据。本文从自然生长条件下猕猴桃簇生等特点出发，基于人工采摘方式和果柄生物特性，提出面向机器人的果实采摘方法，设计了果柄分离试验进行可行性验证；充分利用果实底部空间，采用钳式组合手指设计了从果实底部接近、旋转包络分离毗邻果实并抓取的末端执行器，并试制样机进