採收機器人_夾爪篇

最近在FarmBot Taiwan User Group (FBTUG)總召哈爸(許武龍)的號召下，各路高手紛紛跳坑，希望有機會發展出開源小型蔬果(蕃茄、甜椒、小黃瓜、咖啡豆等等)的採收機器人，以改善農民缺工問題及提升農業自動化技術。

採收機器人(HarvestBot)主要包含幾大部份，自走車(導航、定位)、機器視覺(果實空間XYZ位置、果實成熟度)、機器手臂(含爪子摘取、置放)及系統整合控制等部份。上一篇「採收機器人_視覺篇」已初步整理了一些影片，這次再接再厲把關於採收時夾爪的設計整理如下，希望能提供大家一些參考，相關說明僅個人透過影片觀察而得，若有說明不對的地方再請大家不吝指教。



從下面影片中可了解到，由於不同的蔬果外型、尺寸、可承受夾爪壓力差異頗大，且果實和植株連接的強度(梗的粗細)也不同，因此採摘方式可能會採用旋轉扯斷、直接拉(夾)斷、剪斷、燒斷甚至鋸斷。接著就依不同類型的蔬果所用到的夾爪種類進行說明。

草莓類

由於草莓連接的梗較細且軟，所以可採用剪斷或直接扯斷的方式摘取草莓。

[01] 東京機器人展採草莓機器人 (2011)

採用小型氣壓缸二指式夾爪，在夾住草莓的蒂頭時順便剪斷，在不碰觸草莓情況下，便可摘下草莓。

[02] Octinion草莓採收機器人 (2017)

這款夾具共有三個爪子，是用3D印表機列印而成，其結構有很多空洞，可避免爪子抓到草莓本體時會壓壞。摘取時模擬人手動作，先包住草莓，再向上折斷蒂頭，取下草莓。

[03] Strawberry picking robot (2013)

這款夾具也是採用氣壓缸二指式夾爪，夾住草莓蒂頭時順便剪斷，剪下後另外以光電感測器量測尺寸，順便依大小做分級。

小蕃茄類

小蕃茄的梗略硬，不會很粗，所以可用一般剪刀或刀片就可切斷甚至可直接拉斷。

[04] Panasonic採小蕃茄機器手 (2017)

這款夾具在採收前先用一叉子把小蕃茄壓住，再用一金屬片把梗勾斷，讓小蕃茄直接掉入下方的杯子中，完成採收動作。

小黃瓜類

小黃瓜的梗不會太硬亦不會太粗，所以可用一般剪刀或刀片就可切斷。

[05] Cucumber harvesting robot

這款夾具是採用氣壓缸二指式夾爪，夾住後是採用雷射燒斷連接的梗。切斷後再依序排入收集箱中。

彩椒類

彩椒的梗又硬又粗，雖不到木質化程度，但切斷時仍需較大力量，刀具選用時需採較不易磨耗的材質，以免不利切不斷。另外由於彩椒是空心的植物，所以抓取時必須控制力道，以免捏壞彩椒。

[06] Wageningen University Sweet-Pepper Harvesting Robot

這款夾具採用鰭線(Fin-Ray)夾爪設計，當受的特定方向外力時，可自動變形，形狀如同魚的背鰭一般，因此得名。當用此夾爪夾住彩椒時，再用較利的剪刀從上方剪斷，若無法完全切斷時，機器手將會直接把它扯斷。

[07] 歐盟甜椒採收機器人 (2018)

這款夾具並不用來夾彩椒，而是用一個壓輪先壓住彩椒上方的梗，再以一鋒利的刀快速由上往下切。切斷後會直接掉落在塑膠爪子上，避免碰撞和壓壞彩椒。

蘋果類

由於蘋果較硬所以可以用夾具直接夾持，只要不要傷到水果表面即可。而其梗不會太粗，可直接旋轉扭斷或者用剪刀切斷。

[08] Washington State University Apple Harvesting Robot

這款夾具採用三個舵機拉線，讓三隻爪子能像手指一樣彎折抓住蘋果，再將機械手旋轉並向後拉扯，直接拉斷再置於指定位置。

[09] GoodFruitGrower Robotic apple picker

這款設計沒有夾具而是直接用高壓吸塵器將蘋果吸入，並直接通到儲存的箱子中。

[10] ACFR Robotic Arm Picking Apples

這款夾具是採用五組軟式氣動夾爪，當充氣時夾爪可抓取蘋果，反之可釋放掉。其爪子為可塑性其高的材質構成，因此不會傷到蘋果的表面。摘取時亦是模仿人手動作，轉動後再向下拉扯使蘋果脫離。

[11] FF Robotics

這款機器手臂是伸縮臂型，伸出手臂時會順便把三隻爪子閉合，用來抓取蘋果，而向後退時爪子自動打開，此時需有一個布籃承接落下的蘋果，接著再用布管將蘋果輸送到後方。

柳橙類

柳橙和蘋果一樣是實心水果可以用夾具直接夾持，且柳橙本身有彈性，表面很粗糙，所以梗可直接旋轉扭斷或者用剪刀切斷。

[12] Michael Hannan Orange Harvesting Robot

這款夾爪很直接，就是三根直的金屬板，當閉合時夾爪會略向內縮，確保柳橙不會掉落。

大蕃茄類

大蕃茄的梗略粗但不硬，所以只需一般剪刀或刀具即可切斷連接梗，但果實本身較軟，所以夾爪不能太用力，以免捏壞蕃茄。

[13] China Robot Harvest

這款夾爪也是採用鰭線夾爪，可避免夾壞蕃茄。另外機器手也是採取旋轉後向下扯斷的作法。

[14] Bo Wu Tomato picking Robot

這款設計不算有夾爪，而是直接剪斷梗，讓蕃茄掉落到網子中。所以外表看似夾爪的部份實際上是一把剪刀。

綜合上述設計說明，共列舉出十多種不同的夾爪案例，雖然無法適合所有水果及農作物，但應可幫助大家多增加一點想法，來設計更符合需求夾爪，甚至設計成可更換式的夾爪。

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