基于fpa的球果采摘末端抓持器

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1、基于FPA的球果采摘末端抓持器鲍官军，张水波，陈亮，杨庆华’（特种装备制造与先进加工技术教育部/浙江省熏点实验室（浙江工业大学），杭州310032）摘要：为实现球果的安全、可靠采摘，基于气动柔性驱动器FPA设计了新型的球果采摘末端执行器，主耍由三个FPA驱动的手指和基座构成。建立了手指指端在S座坐标系A的运动学方程，分析了末端抓持器在任意姿态下进行球果抓握的力学过程，建立丫球果抓持数学模型。实验结果表明，所设计的球果采摘末端执行器可对成熟球果进行任意姿态的抓握，建立的数学模型可用于实际的采摘过程控制。关键词：末端执行器，采摘机器人，气动柔性驰动器中图分

2、类号：TP241SphericalFruitEnd-GrasperBasedonFPABaoGuanjun，ZhangShuibo,ChenLiang，YangQinghua收稿曰期:2012-3-13修回日期：2012-4-16项目资助：W家然科学基金项目（51075363）;浙江省自然科学基金杰出青年团队项M（R1090674）作者简介：鲍仃军（1979-），男，博士，副教授，研究方向为机器人技术及控制、光伏微M与控制等。E-mail:gjbao@zjut.edu.cn通讯作者：杨庆华U964-）,男，溥士，教授，从事机器人技术及应川、精密锻压技术

3、等领域研宂。E-mail:robot@zjut.cdu.cn(KeyLaboratoryofE&M(ZhejiangUniversityofTechnology｝，MinisttyofEducation&ZhejiangProvince,Hangzhou,310032,China)Abstract:Torealizethesafeandstablepickingofsphericalfruit,anewtypeofpickingend-grasperisdesignedbasedontheflexiblepcnumaticactuatorFPA.The

4、end-grasperismainlycomposedofabaseandthreefingersdrivenbyFPAs.Thekinematicsoffingertipsinthebasecoordinateisestablished.Theforcemodelofsphericalfruitgraspingunderdiscretionalorientationisanalyzedandthegraspingmathematicmodelisbuilt.Theexperimentalresultsshowthatthedesignedspheri

5、calfruitend-graspercanpickandholdmaturefruitunderdiscretionalorientationandthemathematicmodelcanbeadoptedinfruit-pickingpracticecontrol.Keywords:end-effector;pickingrobot;flexiblepneumaticactuator引言果实采摘季节性强、时间短、劳动强度大、费用高，是水果生产整个周期屮最耗时、最费力的一个环节。目前果实采摘基本上还是人工作业，自动化程度低、时效性差、易损伤果实，并

6、且采摘费用占成本的33%〜50%111。故进行农业果实的向动化采摘设备研制是非常有必要的。由于一般农业果实较为脆弱或敏感，并且形状各异、生长环境相对复杂，因此农业果实采摘末端抓持器/执行器的设计通常被认力是农业机器人研制的核心技术之一[21。希腊电子工程师T.A.Pool和美国佛罗里达大学R.C.Harrell于1990年联合开发了一种用于柑橘采摘的末端执行器，主要结构是一个旋转机械部件，实验表明其采摘柑橘的成功率可达69%,对柑橘果实的伤害比例低于37%[31。1991年，美国佐治亚大学WardSimonton等人提出了一种用于温室内果蔬采摘的末端执

7、行器，巾伺服系统驱动的一对并行连接的手指机构组成，其平行安装的手指由两个低惯M、无振动的永磁直流电机和一组凸轮机构驱动，为适应不同弧度的目标果实，在手指表面设计有一层碳纤维材料，通过控制手指的位置和运动速度完成对目标物体的抓取控制

8、4j。1996〜2000年荷兰农业环境工程研究所l5j开发了一种黄瓜采摘机器人，其末端执行器采用气缸驱动的机械手作为抓持部分。2004年，美国俄亥俄大学PeterP.Ling提出了一种西红柿采摘机器人，其末端执行器是一种四指机械手。该机械手设计有一个合型真空吸盘，另外还配罝一组叫个对称分布的手指，用于稳定的抓持住果实，㈧个手

9、指均是较为柔软的塑料材质，通过线缆连接、共同驱动［61。类似的末端执行器能够较为稳定可靠地吸附