Compact robotic gripper with tandem actuation for selective fruit harvesting

要約

果物の選択的収穫は、植物の葉から生じる遮蔽や乱雑さのため、操作が困難な問題です。
収穫用グリッパーは、i) 果物に近づく際の衝突を避けるために、断面が小さい必要があります。
ii) さまざまな果物の形状に適応し、傷を付けないように、柔らかく従順な握り方を持っています。
iii) 剥離力に対抗するのに十分なだけしっかりと果実をしっかりと保持できること。
果物の収穫に関するこれまでの研究は、吸引またはフィンガーのいずれかの単一作動モードでグリッパーを使用することに主に焦点を当てていました。
このホワイトペーパーでは、両方の利点を組み合わせたコンパクトなロボットグリッパーを紹介します。
グリッパーはまず、一連の準拠した吸盤を使用して果物に優しく取り付けます。
取り付け後、カム駆動の伸縮式フィンガーが展開し、障害物を払いのけてから内側に旋回して収穫時に果物をしっかりと掴みます。
私たちは、散らかったものを掃き出す能力としっかりとした把握を維持する能力の両方について、指のデザインを提示し、分析します。
具体的には、電動テストベッドを使用して、各作動モード（吸引、指、またはその両方）の握力を測定します。
さまざまな角度 (0{\deg}、15{\deg}、30{\deg}、45{\deg}) で引張力を加え、指と果物の接触点を変化させます。
どちらのモードでも、把握強度は約 40 N であることがわかりました。リンゴのプロキシを使用して、リンゴや葉が隠れている状況でグリッパーが把握できるかどうかをテストし、96% 以上の把握成功率を達成しました (理想的なコントローラを使用した場合)。
）。
最後に、商業用リンゴ園でグリッパーを検証します。

要約(オリジナル)

Selective fruit harvesting is a challenging manipulation problem due to occlusions and clutter arising from plant foliage. A harvesting gripper should i) have a small cross-section, to avoid collisions while approaching the fruit; ii) have a soft and compliant grasp to adapt to different fruit geometry and avoid bruising it; and iii) be capable of rigidly holding the fruit tightly enough to counteract detachment forces. Previous work on fruit harvesting has primarily focused on using grippers with a single actuation mode, either suction or fingers. In this paper we present a compact robotic gripper that combines the benefits of both. The gripper first uses an array of compliant suction cups to gently attach to the fruit. After attachment, telescoping cam-driven fingers deploy, sweeping obstacles away before pivoting inwards to provide a secure grip on the fruit for picking. We present and analyze the finger design for both ability to sweep clutter and maintain a tight grasp. Specifically, we use a motorized test bed to measure grasp strength for each actuation mode (suction, fingers, or both). We apply a tensile force at different angles (0{\deg}, 15{\deg}, 30{\deg} and 45{\deg}), and vary the point of contact between the fingers and the fruit. We observed that with both modes the grasp strength is approximately 40 N. We use an apple proxy to test the gripper’s ability to obtain a grasp in the presence of occluding apples and leaves, achieving a grasp success rate over 96% (with an ideal controller). Finally, we validate our gripper in a commercial apple orchard.

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