文档介绍：2 0 1 4 年 1 月农业机械学报第 4 5 卷第 1 期 d o i : 1 0 . 6 0 4 1 / j . i s s n . 1 0 0 0 1 2 9 8 . 2 0 1 4 . 0 1 . 0 1 0 果实采摘中果梗激光切割分析与实验刘继展 1 徐秀琼 1 李萍萍 2 ( 1 . 江苏大学现代农业装备与技术教育部重点实验室, 镇江 2 1 2 0 1 3 ; 2 . 南京林业大学森林资源与环境学院, 南京 2 1 0 0 3 7 ) 摘要: 为探讨机器人果实采摘中应用激光进行果梗切断的可行性, 以黄瓜果梗为对象, 利用基于 3 0 W 光纤耦合半导体激光器构建的果梗切割实验平台, 分别进行了激光穿透时间与果梗直径、激光束功率、离焦量、入射角的关系实验和果梗激光切割速度实验。实验发现, 激光焦斑热功率密度 0 7 5 W / m m 即可实现果梗的穿透和切割, 且对果梗直径变化、焦斑定位与入射角度误差具有良好的适应性。但半导体激光器在垂直照射、零离焦量、光输出功率 1 4 9 4 W 条件下的最短切割时间达到 2 3 7 3 ~ 2 8 1 3 s , 应通过选择更高光束质量的光纤激光器等实现快速气化切割以满足实际作业的需要。关键词: 黄瓜果梗采摘机器人激光切割中图分类号: T P 2 4 2 文献标识码: A 文章编号: 1 0 0 0 1 2 9 8 ( 2 0 1 4 ) 0 1 0 0 5 9 0 6 收稿日期: 2 0 1 3 0 1 1 6 修回日期: 2 0 1 3 0 2 0 6 国家自然科学基金资助项目( 5 0 9 0 5 0 7 6 ) 和江苏高校优势学科建设工程资助项目( P A P D ) 作者简介: 刘继展, 副研究员, 博士, 主要从事农业机器人研究, E m a i l : l i u j i z h a n @ 1 6 3 . c o m 引言任何果实的机器人采摘都以果、梗的分离为基础, 并配以其他辅助动作而实现, 果、梗分离技术一直是采摘机器人装备开发的重点。迄今所见的果、梗分离方式可归为腕部动作、机械剪切和热切割等。腕部动作通过夹持果实或果梗并施以腕部的弯、扭、拉等动作实现果与梗的分离, 机械剪切则通过***剪断或切断果梗, 以该两类方式为基础, 国内外开发了型式各异的采摘末端装置[ 1 ~ 5 ] 。但是, 由于采摘机器人作业环境的高度非结构化, 果实分布、果梗方位与尺寸呈现高度差异性和随机性, 造成上述装置和方式的有效采摘成功率和末端装置的轻便性等与实际应用要求均存在相当大的距离。国内外研究者从未停止对果、梗分离方式的探索, V a n H e n t e n 和张凯良分别在其末端装置中应用电极和电热丝等热切割方式进行黄瓜、草莓的采摘[ 6 ~ 7 ] , 但其适应性仍受到较大限制。与上述方式相比, 激光切割技术最大的特点在于通过高能激光束的聚焦实现对象的非接触式切割, 近年来在金属和非金属无机材料加工中得到了广泛应用, 在木材等有机材料的切割上也显示出了独特优势[ 8 ~ 1 0 ] 。将激光应用于果梗的切割可以有效避免接触式切割所受到的空间限制和非结构化环境的影响, 并有望摆脱目前所有果、梗分离装置必须针对特定果蔬品种和栽培模式而进行特殊设计的现状,