题目：“沙虫式”银杏花穗采摘末端执行器机械方案研究——虫身部分

[摘要]: 随着时代的发展，采摘机器人替代人工采摘成为农林业收获方式的发展趋势。目前，国内外采摘机器人的研究已广泛涉及到农业中各类果实的采摘，并取得了众多的研究成果。银杏花粉具有丰富的营养价值和广泛的药用价值，利用机械自动化化采摘银杏花穗替代人工采集将带来的经济效益不容忽视。探讨现有末端执行器的研究内容，并为设计出银杏花穗采摘末端执行器的虫身部分提供参考。

关键词：银杏花穗，采摘机器人，末端执行器，

1. 前言

银杏属裸子植物门银杏科落叶乔木，出现在几亿年前，曾一度被认为已经灭绝，直到后来在中国发现。在我国，银杏树分布范围广，数量多，其种仁、叶片、花粉及外种皮皆具有一定的药用价值，是一种多用途树种[^[1]]。其中，银杏花粉营养丰富且药理作用广泛，几乎含有人体所需的一切营养素，在营养学上被誉为“微型营养库”，它富含的各类微量元素、活性物质、纤维素等，更是有助于降血糖降血脂、治疗糖尿病、提高免疫力、抗衰老、抗肿瘤和调节内分泌等[^[2]]。利用银杏花粉开发加工出的保健食品，极大的丰富了保健品市场，也满足了消费者日益增长的需求[^[3]]。因此，收集银杏花粉、采摘银杏花穗具有着巨大的经济价值。而对于银杏花穗的收集，随着现代社会的发展，人工采集被采摘机器人替代已经是必然趋势[^[4]]。作为采摘机器人重要的一个环节，末端执行器的设计结构决定着采摘能否按目标达成。

1. 国内外研究概况

随着科学技术的发展，农林业作业科技化进程的不断前进，农林业机器逐渐成为生产过程中的重要生产力，采摘机器人也是其中的一部分。目前，采摘机器人的研究成果主要集中于蔬果采摘，国外采摘机器人发展迅速，国内也有同类型产品在跟进，并取得一定成果。

1. 国外研究案例

最早进行采摘机器人研究的国家是美国。早在1968年，就有美国学者Schertz和Brown提出了相关的设想，随后在1983年，世界上第一台采摘机器人便在美国诞生了。此后多年，各类采摘机器人研究与开发在美国、英国、法国、荷兰、日本等国家开展，并在番茄、苹果、柑橘、草莓、西瓜等方面取得了成果[^[5]]。

1. 番茄采摘

较早进行番茄采收机器人开发的是京都大学村登等[^[6]]，虽然取得的成果不够成熟，但已经具有的基本的框架与构想。

日本近藤研制的番茄采摘机器人[^[7]]，采用了7自由度机械手（如图1-1），使用图像识别技术定位果实，再使用机械手腕关节将其拧下，其缺点在于难于避开茎叶障碍物完成采摘。

图 1-1

美国Monta和其团队基于对番茄植物的物理性质的测试，将平行扳手和气垫结合，保证夹持过程中不损害番茄果实，并加装能够检测垫子中水果位置和空气压力的功能，避免了不同情况导致果实脱落的风险，得到了不受花梗长度影响的采摘番茄的末端执行器机构[^[8]]。