本发明属于农业机器人领域，涉及一种果品采摘机器人末端执行器及采收方法，实现对苹果、番茄等果品的采摘与输送。
技术背景
目前苹果、番茄等果品采收基本靠人工来完成，机械化水平较低，费时费力，导致生产效益下降，因此需要大力提高机械化收获水平。
现有采摘机器人的末端执行器多采用机械手方案，需要完成对象定位、机械手协调控制，控制复杂；一只机器手只能按顺序完成采收末端执行器伸出、采摘、集框等过程，效率低；
针对现有末端执行器效率低、控制复杂等问题，急需发明一种果品采摘机器人末端执行器及采收方法，实现果品的采摘、输送，使作业步骤更为简单、快捷，提高采收效率。
技术实现要素：
本发明针对现有果品采摘机器人末端执行器存在的不足，提供了一种果品采摘机器人末端执行器及采收方法，实现对果品采摘和输送一体化，具有结构简单，减少采收流程，采收效率高的特点。
本发明一种果品采摘机器人末端执行器采用如下技术方案：包括机架、柔性带、支撑轮、导向机构、夹持调节机构、浮动调节机构、驱动机构、下传输带，采用对称夹持输送的作用形式。所述的机架是整个末端执行器的骨架，用于固定安装各个附属机构；所述柔性带用于夹持采摘果品，并输送果品；所述的支撑轮用于支撑柔性带，保持其张紧状态；所述的导向机构用于引导果品的喂入，并完成对果柄的切割；所述的浮动调节机构可以根据果品大小调节转动角度，改变末端执行器开口大小；所述的夹持调节机构用于改变夹持力的大小，完成对果品的夹持采摘；所述的驱动机构用于驱动柔性带转动；所示下传输带用于喂入时改变果品采摘受力方向，同时起到支撑果品的作用。
所述的支撑轮轴心固定在机架上，可以绕轴心自由转动；
所述的导向机构固定在机架上，主要由导向叉和刀片组成；导向叉采用柔性材料，避免对果品碰撞而产生损伤；刀片安装在导向叉内侧，共两片呈v型布置，用于切断果梗；
所述的浮动调节机构主要由浮动装置和调节装置组成；浮动装置主要由浮动轮、浮动板和扭簧组成；调节装置主要由张紧绳、导向板、电机组成；浮动板一端安装浮动轮，另一端通过扭簧安装在机架上；张紧绳一端与浮动轮轴线相连，经过导向板改变连接方向，另一端与电机转轴相连；通过电机的转动拉动张紧绳，使浮动板绕转轴转动，进而改变浮动装置开口大小，夹持过程浮动板受到的张紧力产生的力矩与扭簧产生的力矩平衡；
所述的夹持调节机构主要由夹持轮和夹持浮动板组成；夹持浮动板一端与夹持轮连接，另一端与机架连接，通过扭簧等作用部件保持其一定的夹持力；
所述的驱动机构主要由驱动轮和驱动电机组成；驱动电机与驱动轮连接，用于给末端执行器提供动力；
所述的柔性带采用柔性材料，既可以增大与果品的切向力，进而增加采摘力，又可以起到缓冲作用，避免对果品的挤压损伤；柔性带通过驱动轮的带动，作用于支撑轮、浮动轮和夹持轮；
所述的下传输带固定在机架上，通过电机驱动，使其转动，当果品喂入过程时与果品接触，与柔性带配合作用，改变采摘受力方向。
本发明一种果品采摘机器人末端执行器的采收方法包括如下步骤：
(1)开口调节：为了让末端执行器能顺利采摘不同大小的果品，需要对浮动调节机构进行控制，当果品个体比较小时，控制浮动调节装置，通过电机转动，拉紧张紧绳，浮动机构转动，减小末端执行器开口；当果品个体比较大时，控制浮动调节装置，通过电机反向转动，松开张紧绳，浮动机构反向转动，增大末端执行器开口；
(2)采摘过程：当末端执行器靠近果品时，首先果品先进入两个浮动轮之间，当果品与柔性带接触时，由于此时下传输带的接触作用，会使果品发生扭转；当果品果梗与导向叉上的刀片接触时，随着柔性带对果品挤压力的增加，果品跟随柔性带一起运动，此时完成对于果品果柄的切割，最终完成对果品的采摘；
(3)输送过程：采摘后果品通过柔性带的夹持继续跟随柔性带一起运动，并与柔性带保持相对静止，完成对果品的输送。
与现在技术相比，本发明具有以下优点：
1、整体结构简单，通用性强，可以实现对多种果品的采摘；
2、采摘机器人末端执行器采用夹持输送的方式，采摘和输送可以同时完成，无需集箱步骤，简化了采收步骤，大大提高了工作效率。
附图说明
图1为一种果品采摘机器人末端执行器的结构示意图
图2为一种果品采摘机器人末端执行器主视图
图3为一种果品采摘机器人末端执行器侧视图
图中：1、浮动轮2、浮动板3、扭簧4、支撑轮5、夹持轮6、夹持浮动板7、柔性带8、机架9、驱动轮10、驱动电机11、张紧绳12、导向板13、电机14、导向叉15、刀片16、下传输带
具体实施方式
本发明一种果品采摘机器人末端执行器包括机架8、柔性带7、支撑轮5、夹持调节机构、浮动调节机构、驱动机构。所述的机架8是整个末端执行器的骨架，用于固定安装各个附属机构；所述柔性带7用于夹持采摘果品，并输送果品；所述的支撑轮5用于支撑柔性带7，保持其张紧状态；所述的导向机构用于引导果品的喂入，并完成对果柄的切割；所述的浮动调节机构可以根据果品大小调节转动角度，改变末端执行器开口大小；所述的夹持调节机构用于改变夹持力的大小，完成对果品的夹持采摘；所述的驱动机构用于驱动柔性带7转动。
所述的支撑轮4轴心固定在机架8上，可以绕轴心自由转动；
所述的导向机构固定在机架上，主要由导向叉14和刀片15组成；导向叉14采用橡胶等柔性材料，避免对果品碰撞而产生损伤；刀片15安装在导向叉14内侧，共两片呈v型布置，用于切断果梗；
所述的浮动调节机构主要由浮动装置和调节装置组成；浮动装置主要由浮动轮1、浮动板2和扭簧3组成；调节装置主要由张紧绳11、导向板12和电机13组成；浮动板2一端安装浮动轮1，另一端通过扭簧3安装在机架8上；张紧绳11一端与浮动轮1轴线相连，经过导向板12改变连接方向，另一端与电机13转轴相连；通过电机13的转动拉动张紧绳11，使浮动板2绕转轴转动，进而改变浮动装置开口大小，夹持过程浮动板2受到的张紧力产生的力矩与扭簧3产生的力矩平衡；
所述的夹持调节机构主要由夹持轮5和夹持浮动板6组成；夹持浮动板6一端与夹持轮5连接，另一端与机架8连接，通过扭簧等作用部件保持其一定的夹持力；
所述的驱动机构主要由驱动轮9和驱动电机10组成；驱动电机10与驱动轮9连接，用于给末端执行器提供动力，带动柔性带7转动；
所述的柔性带7采用表面贴有海绵等柔性材料，既可以增大与果品的切向力，进而增加采摘力，又可以起到缓冲作用，避免对果品的挤压损伤；柔性带7通过驱动轮9的带动，作用于支撑轮4、浮动轮1和夹持轮5；
所述的下传输带16固定在机架8上，通过电机驱动，使其转动，当果品喂入过程时与果品接触，与柔性带7配合作用，改变采摘受力方向。
本发明一种果品采摘机器人末端执行器的采收方法包括如下步骤：
(1)开口调节：为了让末端执行器能顺利采摘不同大小的果品，需要对浮动调节机构进行控制，当果品个体比较小时，控制浮动调节装置，通过电机13转动，拉紧张紧绳11，浮动机构转动，减小末端执行器开口；当果品个体比较大时，控制浮动调节装置，通过电机13反向转动，松开张紧绳11，浮动机构反向转动，增大末端执行器开口；
(2)采摘过程：当末端执行器靠近果品时，首先果品先进入两个浮动轮1之间，当果品与柔性带7接触时，由于此时下传输带16的接触作用，会使果品发生扭转；当果品果梗与导向叉14上的刀片15接触时，随着柔性带7对果品挤压力的增加，果品跟随柔性带7一起运动，此时完成对果品果柄的切割，最终完成对果品的采摘；
(3)输送过程：采摘后果品通过柔性带7夹持继续跟随柔性带7一起运动，并与柔性带7保持相对静止，完成对果品的输送。
1.一种果品采摘机器人末端执行器，其特征在于包括机架、柔性带、支撑轮、导向机构、夹持调节机构、浮动调节机构、驱动机构、下传输带；
所述的导向机构固定在机架上，主要由导向叉和刀片组成；导向叉采用柔性材料，避免对果品碰撞而产生损伤；刀片安装在导向叉内侧，共两片呈v型布置，用于切断果梗；
所述的浮动调节机构主要由浮动装置和调节装置组成；浮动装置主要由浮动轮、浮动板和扭簧组成；调节装置主要由张紧绳、导向板、电机组成；浮动板一端安装浮动轮，另一端通过扭簧安装在机架上；张紧绳一端与浮动轮轴线相连，经过导向板改变连接方向，另一端与电机转轴相连；通过电机的转动拉动张紧绳，使浮动板绕转轴转动，进而改变浮动装置开口大小，夹持过程浮动板受到的张紧力产生的力矩与扭簧产生的力矩平衡；
所述的夹持调节机构主要由夹持轮和夹持浮动板组成；夹持浮动板一端与夹持轮连接，另一端与机架连接，通过扭簧等作用部件保持其一定的夹持力；
所述的驱动机构主要由驱动轮和驱动电机组成；驱动电机与驱动轮连接，用于给末端执行器提供动力；
所述的柔性带采用柔性材料，既可以增大与果品的切向力，进而增加采摘力，又可以起到缓冲作用，避免对果品的挤压损伤；柔性带通过驱动轮的带动，作用于支撑轮、浮动轮和夹持轮；
所述的下传输带固定在机架上，通过电机驱动，使其转动，当果品喂入过程时与果品接触，与柔性带配合作用，改变采摘受力方向。
2.根据权利要求1所述一种果品采摘机器人末端执行器的采收方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)开口调节：为了让末端执行器能顺利采摘不同大小的果品，需要对浮动调节机构进行控制，当果品个体比较小时，控制浮动调节装置，通过电机转动，拉紧张紧绳，浮动机构转动，减小末端执行器开口；当果品个体比较大时，控制浮动调节装置，通过电机反向转动，松开张紧绳，浮动机构反向转动，增大末端执行器开口；
(2)采摘过程：当末端执行器靠近果品时，首先果品先进入两个浮动轮之间，当果品与柔性带接触时，由于此时下传输带的接触作用，会使果品发生扭转；当果品果梗与导向叉上的刀片接触时，随着柔性带对果品挤压力的增加，果品跟随柔性带一起运动，此时完成对于果品果柄的切割，最终完成对果品的采摘；
(3)输送过程：采摘后果品通过柔性带的夹持继续跟随柔性带一起运动，并与柔性带保持相对静止，完成对果品的输送。
技术总结