用于选择性果实采收的紧凑型机械手指夹爪：双向驱动设计

选择性果实采集是由于植物植被遮挡和杂乱导致的操纵难题。采摘夹爪应具备：i) 小横截面以避免接近果实时碰撞；ii) 软顺滑的抓握以适应不同果实几何形状并避免损伤果实；iii) 能够紧密抓住果实以抵抗脱落力。以往果实采集研究主要关注单一驱动模式的夹爪，要么采用吸盘，要么采用指-finger。本文提出一种紧凑型机械手指夹爪，融合两者优势。夹爪首先使用一组顺从式吸盘轻柔附着于果实；附着后，伸缩凸轮驱动的指-finger 部署，扫除障碍物后围绕果实旋转夹紧。我们对指-finger设计进行分析，重点考量其扫除杂乱和保持紧握的能力。具体实验中，我们使用电动测试台测量不同驱动模式（吸盘、指-finger 或两者组合）的抓握力。我们在不同角度（0°、15°、30°、45°）施加拉伸力，并变更指-finger 与果实接触点。结果显示，两种驱动模式下抓握力约为 40 N。我们采用苹果作为测试代理人，测试了夹爪在有遮挡苹果和叶片存在下的抓握能力，实现了超过 96% 的抓握成功率（在理想控制器下）。最后，我们在商业苹果园中验证了该夹爪的实际应用。