番茄采摘机器人真空吸盘装置设计与试验

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1、２０１０年１０月农业机械学报第４１卷第１０期ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１０００１２９８．２０１０．１０．０３５番茄采摘机器人真空吸盘装置设计与试验１１２１刘继展李萍萍倪齐李智国（１江苏大学现代农业装备与技术省部共建教育部重点实验室，镇江２１２０１３；２德累斯顿工业大学，德累斯顿０１０６２，德国）【摘要】为实现番茄采摘机器人作业时将目标果实从果束中分离，设计了以微型静音空气压缩机和集成式真空发生器为主体的真空吸盘装置，并依据供气压力负压关系、吸盘拉脱力和真空吸着响应时间测定结果，确定了其控制策略。

2、试验表明，真空吸盘装置平均单次作业的时间和空气消耗量分别为１５ｓ和０６Ｌ，拉动果实实现３５ｍｍ水平位移的成功率达９２％，空气压缩机功率可以满足采摘效率３６０个／ｈ的需要。关键词：番茄采摘机器人真空吸盘装置设计试验中图分类号：ＴＰ２４２６文献标识码：Ａ文章编号：１０００１２９８（２０１０）１００１７００４ＤｅｓｉｇｎａｎｄＴｅｓｔｏｆｔｈｅＶａｃｕｕｍＳｕｃｔｉｏｎＤｅｖｉｃｅｆｏｒＴｏｍａｔｏＨａｒｖｅｓｔｉｎｇＲｏｂｏｔ１１２１ＬｉｕＪｉｚｈａｎＬｉＰｉｎｇｐｉｎｇＮｉＱｉＬｉＺｈｉｇｕｏ（１Ｋｅｙ

3、ＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＭｏｄｅｒｎＡｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＭｉｎｉｓｔｒｙｏｆＥｄｕｃａｔｉｏｎ＆ＪｉａｎｇｓｕＰｒｏｖｉｎｃｅ，ＪｉａｎｇｓｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈｅｎｊｉａｎｇ２１２０１３，Ｃｈｉｎａ２ＤｒｅｓｄｅｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄｒｅｓｄｅｎ０１０６２，Ｇｅｒｍａｎｙ）ＡｂｓｔｒａｃｔＡｖａｃｕｕｍｓｕｃｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｏｓｅｐａｒａｔｅａｉｍｅｄｔｏｍａｔｏｆｒｕｉｔｆｒｏｍｃｌｕｓｔｅｒｉｎ

4、ｒｏｂｏｔｉｃｈａｒｖｅｓｔｉｎｇ，ｗｈｉｃｈｔｏｏｋａｍｉｎｉａｉｒｐｕｍｐａｎｄａｖａｃｕｕｍｅｊｅｃｔｏｒａｓｖａｃｕｕｍｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ．Ｃｏｎｔｒｏｌｓｔｒａｔｅｇｙｔｏｔｈｉｓｄｅｖｉｃｅｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｂａｓｅｄｏｎｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｂｅｔｗｅｅｎａｉｒｓｕｐｐｌｙｐｒｅｓｓｕｒｅａｎｄｖａｃｕｕｍｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｐｕｌｌｏｆｆｆｏｒｃｅｏｆｔｈｅｓｕｃｔｉｏｎｃｕｐ，ａｎｄｓｕｃｔｉｏｎｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｔｉｍｅ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｉｎｄｉｃａｔｅｄｔｈａｔａｖｅｒａｇｅｔ

5、ｉｍｅｏｆｏｎｅｔａｓｋａｎｄａｉｒｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｏｆｔｈｉｓｄｅｖｉｃｅｗｅｒｅ１５ｓａｎｄ０６Ｌ，ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｓｕｃｃｅｓｓｒａｔｅｐｕｌｌｉｎｇｆｒｕｉｔｔｏｒｅａｃｈｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ３５ｍｍｆａｒｄｉｓｔａｎｃｅｗａｓ９２％．Ｐｏｗｅｒｏｆｔｈｅｍｉｎｉａｉｒｐｕｍｐｃｏｕｌｄｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｎｅｅｄｏｆｆｕｌｆｉｌｌｉｎｇ３６０ｆｒｕｉｔｓｈａｒｖｅｓｔｉｎｇｐｅｒｈｏｕｒ．ＫｅｙｗｏｒｄｓＴｏｍａｔｏ，Ｈａｒｖｅｓｔｉｎｇｒｏｂｏｔ，Ｖａｃｕｕｍｓｕｃｔｉｏｎｄｅｖｉｃ

6、ｅ，Ｄｅｓｉｇｎ，Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ真空吸盘装置，并根据装置性能试验确定其控制策引言略。番茄２～５个成束生长、相互触碰，采摘过程中１番茄采摘机器人真空吸盘装置末端执行器难以以理想姿态接近和夹持果实，极易造成夹持的失败和相邻果实的损伤，日本、美国等国１１总体结构所开发的番茄采摘机器人均通过一吸盘首先吸持住真空吸盘装置是番茄采摘机器人末端执行器的［４～５］番茄并将其拉离果束，采用吸持拉动夹持分离的关键部分，由真空系统和执行机构组成（图１）。［１～３］采摘作业顺序，此方法已被证明是有效的。真空系统以集成式真空发生器和

7、微型静音空气压缩但以上吸盘装置仍存在不便控制、效率低且耗机为主体，执行机构由微型直流电动机驱动，通过齿能过大等不足，严重阻碍了装置的实际应用。本文轮齿条传动带动固定于齿条前端的吸盘运动。番茄设计以集成式真空发生器为核心的番茄采摘机器人采摘机器人工作时，当末端执行器达到预定位置后，收稿日期：２００９０９２５修回日期：２００９１１０５国家自然科学基金资助项目（５０９０５０７６）和江苏省教育厅项目（０９ＫＪＤ２１０００２）作者简介：刘继展，副研究员，博士生，主要从事农业机器人研究，Ｅｍａｉｌ：ｌｉｕｊｉｚｈａｎ＠１６

8、３．ｃｏｍ第１０期刘继展等：番茄采摘机器人真空吸盘装置设计与试验１７１执行机构带动吸盘前进，集成式真空发生器以空气压缩机产生的压缩空气为气源在吸盘与果实表面间形成一定的负压，使吸盘产生对果实的吸力，吸持果实后由执行机构带动后退，从而实现目标果实与相邻果实的分离。图１番茄采摘机器人真空吸盘装置结构组成Ｆｉｇ．１Ｃｏｍｐｏｓｉｎｇｏｆｔｈｅｖａｃｕｕｍｓｕｃｔｉ