CN114946395B - 一种用于管道水培叶菜采收的定心避让抓取装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于管道水培叶菜采收的定心避让抓取装置及方法，其装置包括第一夹指、第二夹指和开合驱动机构，第一夹指通过第一安装部与开合驱动机构连接，第二夹指通过第二连接部与开合驱动机构连接。其方法是先使第一夹指和第二夹指在初始位置保持张开状态；在两个夹指的气体流道中通入正压气流，伸入至叶菜茎秆外周，正压气流不断将叶片吹起或吹开，直至两个夹指位于叶菜茎秆外周；两个夹指逐渐合拢，利用三层交错V形指面对叶菜茎秆实施包络接触夹持，使叶菜被夹持时其茎秆位于管道的种植孔中心；最后切断正压气流，取出叶菜。本发明抓取动作简单、高效，可实现快速调整叶菜茎秆中心与种植孔中心一致，避免夹指伸入和夹取时碰撞损伤叶片。

Description

一种用于管道水培叶菜采收的定心避让抓取装置及方法

技术领域

本发明涉及管道水培叶菜采收技术领域，特别涉及一种用于管道水培叶菜采收的定心避让抓取装置及方法。

背景技术

我国人民日常生活中对叶菜的消费需求量很大，叶菜产量约占蔬菜总量的三分之一。水培种植方式具有培育周期短、可周年采收，清洁、安全、经济效益高等优点，已成为欧美等发达国家叶菜的主要栽培方式之一。近年来，随着我国消费者对绿色无污染、高品质的蔬菜需求日益增长，水培叶菜的种植规模和产量增长迅速。水培叶菜的种植容器主要有种植板和栽培管两种类型，针对其中栽培管类的种植方式，传统的采收方式是由人工逐一将叶菜从栽培管的种植孔内取出后实施根切，其采收效率低、人工劳动强度大。

为此，申请人曾提出申请号为202011144353.0的一种管道栽培叶菜采收装置及方法，该装置通过设置相接的管道输送机和菜薹输送机，并在管道输送机的输送平台和菜薹输送机的输送平台的相接处设有至少一组抓取机械手和至少一组根切机构，利用导向定位机构与抓取机械手相配合实现叶菜的扶正和抓取，利用根切机构进行切割分离，从而实现管道栽培叶菜的无损伤采收。然而，在实际生产中，栽培管长度通常超过10米，间隔均匀的设置在种植床架上，应用该采收装置需先将培育成熟叶菜的栽培管逐一从种植床架上取出放置在长度超10米管道输送机上，此时水培叶菜根部只受栽培管孔底部平面约束，具有可沿底部平面移动的自由度，将长栽培管整体从种植床架上取出过程中，条形重心位置高的水培叶菜易晃动从栽培管掉落，影响采收质量和效率。此外，为了保证抓取机械手能准确抓取各颗生长姿态各不相同的叶菜，该装置中还需要配置扶起导向板及光电传感器等元件，装置结构较为复杂、响应速度不够快，也影响采收质量和效率。

此外，水培叶菜底部根茎区域多为非食用部分，力学强度较高，采收时需要抓取水培叶菜的根茎区域，将其从栽培管内取出才可准确定位根切，避免根切时损伤食用茎秆。而通常情况下，栽培管内各株水培叶菜茎秆相对种植孔的位置和姿态不同，与栽培管种植孔中心之间有一定的倾角，尤其无定植杯种植的水培叶菜，底部根茎依靠在种植孔边缘，位于栽培管内的根部多呈弯曲状态。因此，采用上述装置对水培叶菜底部根茎区域实施抓取时，需先通过扶起导向板和光电传感器将叶菜扶正，再触发抓取机械手进行抓取，该过程所需要的配置机构较多，设备结构较为复杂，同时光电传感器易受叶菜底部伸展叶片干扰，造成误定位影响采收的成功率。

而采用现有的其他采摘设备时，这些采摘设备通常是先借助视觉技术定位不同水培叶菜抓取区域的位置和姿态，接着调整抓取手指的位姿后伸入抓取区域实施抓取，为避免取出过程中弯曲根部受栽培管约束阻碍，在取出前需再调整抓取手指的位姿，使水培叶菜的茎秆中心与栽培管中心保持一致，最后将叶菜从栽培管中取出，整个抓取过程需要反复调整手指位姿，其抓取动作繁琐效率低；为了进一步避免机械手手指伸入碰撞茎叶，这些设备通常还会采用吹气方式将叶片吹起或吹开，但这些设备均采用固定方向的吹气方式，难以适应不同方位随机分布的茎叶，因此在实际应用中并不能很好地解决机械手手指触碰造成叶片损坏的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种用于管道水培叶菜采收的定心避让抓取装置，该装置安装在可沿栽培管长度方向移动的机械臂末端，其抓取动作简单、高效，可快速调整叶菜茎秆中心与种植孔中心一致，使叶菜根部能顺利脱离栽培管，并能避免夹指伸入和夹取过程中碰撞损伤不同方位随机分布的叶片，降低叶菜采收时的损伤率。

本发明的另一目的在于提供一种通过上述装置实现的用于管道水培叶菜采收的定心避让抓取方法。

本发明的技术方案为：一种用于管道水培叶菜采收的定心避让抓取装置，包括第一夹指、第二夹指和开合驱动机构，第一夹指包括相连接的第一安装部和第一夹持部，第二夹指包括相连接的第二安装部和第二夹持部，第一夹指通过第一安装部与开合驱动机构连接，第二夹指通过第二连接部与开合驱动机构连接；

第一夹持部和第二夹持部相向的两侧均为V形指面；沿朝向第一夹持部的方向，第二夹持部还设有两侧连通的长型通孔，位于长型通孔上方的部分为上层夹持部，位于长型通孔下方的部分为下层夹持部；第一夹指和第二夹指合拢抓取叶菜茎秆时，第一夹持部穿过长型通孔，此时第一夹持部作为中间夹持部；

第一夹持部和第二夹持部的内部还分别设有气体流道，第一夹持部和第二夹持部的外壁上分布设有与相应气体流道连通的进气孔和出气孔。

所述第二夹持部的V形指面中，位于长型通孔上方的部分为上层V形指面，位于长型通过下方的部分为下层V形指面，第一夹持部的V形指面为中间V形指面；第一夹指和第二夹指合拢抓取叶菜茎秆时，叶菜茎秆的两侧形成三层交错分布的V形接触面。第一夹指和第二夹指相配合对叶菜茎秆进行扶正时，可由中间V形指面与上层V形指面相配合、或中间V形指面与下层V形指面相配合，对叶菜茎秆形成不同方向的转矩，使不同倾斜方向的叶菜茎秆被定心扶正；当叶菜茎秆被扶正后，上层V形指面、中间V形指面和下层V形指面共同作用，从叶菜茎秆的外周进行夹持。

所述第一夹持部和第二夹持部的夹指前端均为倒锥形的光滑弧面。在两个夹指(即第一夹指和第二夹指)伸入靠近叶菜的过程中，倒锥形光滑弧面的端部与栽培管的上表面贴合，前端的倒锥形光滑圆弧面可使夹指在伸入过程中顺便扶起阻碍的茎叶，避免与茎叶正面碰撞。

所述第一夹持部和第二夹持部的V形指面夹角、指面偏角和臂长均相等，第一夹指和第二夹指合拢抓取叶菜茎秆时，两个V形指面之间形成的中心与管道上栽培孔的中心保持同轴。

所述第一夹持部中的气流通道为第一气流通道，对应连通的进气孔和出气孔分别为第一进气孔和第一出气孔，第一进气孔设于第一夹持部的侧壁上，第一出气孔有多个，分布于第一夹持部的侧壁和顶面上；

第二夹持部中的气流通道为第二气流通道，对应连通的进气孔和出气孔分别为第二进气孔和第二出气孔，第二进气孔设于第二夹持部的侧壁上，第二出气孔有多个，分布于上层夹持部的侧壁和顶面上。

应用时，第一进气孔和第二进气孔分别外接气源，由外接的气源提供正压气体，正压气体流经第一气流通道和第二气流通道后，分别从对应的各第一出气孔和第二出气孔排出，在第一夹指、第二夹指伸入靠近叶菜茎秆的过程中和夹取的过程中不断吹动附近的菜叶，同时将菜叶向上和向外侧等不同方向吹动，可较大程度避免夹指与菜叶接触，也减小夹指前端的倒锥形光滑弧面与茎秆的接触作用，避免接触作用形成机械摩擦而使叶菜发生倾斜或倒伏。

所述第一夹持部和第二夹持部的V形指面上均设有弹性片。该弹性片可采用橡胶材质，具有一定的弹性，可进一步避免在夹持过程中发生损伤叶菜根茎区域的现象，并使夹指可适应不同叶菜根茎区域的尺寸差异，保持夹持的稳定性。

所述开合驱动机构包括连接板、支架、直线驱动机构、推杆件和两个摆杆，直线驱动机构固定安装于连接板一侧，直线驱动机构的动力输出端与推杆件连接，直线驱动机构和推杆件的外侧设有支架，两个摆杆的一端分别与推杆件的末端铰接，两个摆杆的另一端分别与第一夹指的第一安装部、第二夹指的第二安装部固定连接，两个摆杆的中部还分别铰接于支架上。其中，连接板作为整个抓取装置的安装基础，其一侧用于和采摘机械臂的末端固定连接，另一侧用于安装直线驱动机构等部件，直线驱动机构用于驱动推杆件进行直线伸缩运动，使与推杆件两侧连接的摆杆绕支架上的铰接点往复转动，带动与两个摆杆固定连接的第一夹指和第二夹指进行开合动作，从而实现对叶菜茎秆的夹紧或松开，抓取装置伸入至叶菜茎秆外周的过程中，第二夹指的底部与栽培管的上表面贴合，以实现对叶菜底部根茎区域的抓取。

进一步地，所述直线驱动机构为气缸或直线电机；所述推杆件为活塞或丝杆副。

本发明一种用于管道水培叶菜采收的定心避让抓取方法，具体为：先使抓取装置的第一夹指和第二夹指在初始位置保持张开状态；接着分别在第一夹指、第二夹指的气体流道中通入正压气流，同时抓取装置逐渐伸入至叶菜茎秆外周，正压气流不断将叶片吹起或吹开，直至第一夹指、第二夹指位于叶菜茎秆外周；然后第一夹指和第二夹指逐渐合拢，利用两个V形指面对叶菜茎秆实施包络接触夹持，对叶菜茎秆进行扶正并夹持，使叶菜被夹持时其茎秆位于管道的种植孔中心；最后切断正压气流，抓取装置将叶菜从种植孔中取出。

上述方法中，所述第一夹指和第二夹指对叶菜茎秆进行扶正和夹持的过程中，两个V形指面之间的中心与种植孔的中心始终保持同轴；其中，第二夹指的V形指面分为上层V形指面和下层V形指面，第一夹指的V形指面为中间V形指面；

对叶菜茎秆进行扶正时，由中间V形指面与上层V形指面相配合、或中间V形指面与下层V形指面相配合，对叶菜茎秆形成不同方向的转矩，使不同倾斜方向的叶菜茎秆被定心扶正；当叶菜茎秆被扶正后，上层V形指面、中间V形指面和下层V形指面共同作用，从叶菜茎秆的外周进行夹持。

上述用于管道水培叶菜采收的定心避让抓取装置及方法应用时，将抓取装置安装于在沿栽培管长度方向移动的机械臂末端，此时，抓取装置的具体执行过程如下：

(1)由在种植架外侧沿栽培管长度方向移动的机械臂驱动抓取装置定位至初始位置处，此时第二夹指的下表面与栽培管的上表面齐平，第一夹指和第二夹指相对于种植孔中心对称张开且处于一定的张开角度，以使第一夹指的V形指面和第二夹指内侧的V形指面在两个夹指伸入过程中始终位于种植孔边缘的外侧；

(2)两个夹指内的气流通道分别连通正压气源，使各出气孔处均有正压气流吹出，同时两个夹指保持初始展开角度并逐渐伸入至叶菜茎秆外侧，此时使两个夹指的V形指面的夹持中心与种植孔中心位于在同一直线上；

(3)直线驱动机构通过推杆件带动其两侧的摆杆转动，使两个夹指向种植孔中心转动实现夹持动作，两个夹指的V形指面在转动过程中，对依靠在种植孔边缘任意位置的叶菜根茎区域形成包络接触作用，使叶菜的根茎区域逐步向栽培管中心摆动，在两个夹指对叶菜根茎区域实施夹持聚拢的过程中，其一夹指的V形面与第二夹指中上层或下层的V形接触面形成对叶菜茎秆的转动力矩，实现对不同倾斜方向叶菜茎秆定心扶正夹紧；

(4)切断两个夹指内的正压气流，由外接的机械臂驱动抓取装置沿种植孔中心方向向外运动，将叶菜从种植孔内取出，完成一次抓取动作。

本发明相对于现有技术，具有以下有益效果：

本用于管道水培叶菜采收的定心避让抓取装置及方法可适应栽培管上各种植孔内随机方位生长的叶菜，通过对两个夹指所作出的结构设计，使得抓取用的两个夹指每次实施夹持和提取动作过程中相对于种植孔中心的运动路径一致，针对各种不同生长形态的叶菜，无需针对叶菜根茎区域位置与茎秆的倾角反复调整两个抓取夹指的位置和姿态，也无需增设其他辅助设备，其抓取过程包括夹指伸入、夹持和提取三个动作，具有原理简单、装置结构简单、采收高效等优点。

本用于管道水培叶菜采收的定心避让抓取装置中，两个夹指的V形指面贴有弹性片，且其前端部外侧的倒锥形光滑弧面可扶起与之接触的茎叶，同时两个夹指的顶面和侧面在夹指伸入和夹持叶菜茎秆的过程中可形成正压气流区域，吹动阻碍夹指伸入或夹持的茎叶，减小夹指与茎叶之间的接触摩擦力，或避免夹指与茎叶之间产生接触，对随机分布的茎叶具有较好的扶起避障效果，避免在叶菜抓取夹持时造成碰撞损伤。

本用于管道水培叶菜采收的定心避让抓取装置中，第一夹指和第二夹指之间所形成的中间层夹指内侧V形面和上下层夹指内侧V形指面的尺寸可按不同栽培管上的种植孔尺寸与间距设计，在夹持过程中可对种植孔边缘任意方位的叶菜根茎区域实施包络接触作用，并形成对不同倾斜方向叶菜茎秆的扶正转矩，对不同栽培管种植模式及不同品种水培叶菜具有较强的适应性，尤其对于无定植杯种植的水培叶菜，能实现较好的聚拢定心扶正抓取效果。

附图说明

图1为本定心避让抓取装置伸入至栽培管上时的原理示意图。

图2为第一夹指的结构示意图。

图3为第一夹指内气流通道的剖视图。

图4为第二夹指的结构示意图。

图5为第二夹指内气流通道的剖视图。

图6为开合驱动机构的结构示意图。

图7a为本定心避让抓取装置处于初始定位时的结构示意图。

图7b为本定心避让抓取装置伸入至种植孔外周时的结构示意图。

图7c为本定心避让抓取装置扶正并夹持叶菜时的结构示意图。

图7d为本定心避让抓取装置取出叶菜时的结构示意图。

上述各图中，各附图标记所示部件如下：1为第一夹指，1-1为第一安装部，1-2为第一夹持部，1-3为第一气流通道，1-4为第一进气孔，1-5为第一出气孔；2为第二夹指，2-1为第二安装部，2-2为第二夹持部，2-3为长型通孔，2-4为上层夹持部，2-5为下层夹持部，2-6为第二气流通道，2-7为第二进气孔，2-8为第二出气孔；3为开合驱动机构，3-1为连接板，3-2为支架，3-3为直线驱动机构，3-4为推杆件，3-5为摆杆；4为夹指前端；5为弹性件；6为栽培管，6-1为种植孔；7为叶菜。

具体实施方式

下面结合实施例，对本发明作进一步的详细说明，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

本实施例一种用于管道水培叶菜采收的定心避让抓取装置，如图1所示，主要包括第一夹指1、第二夹指2和开合驱动机构3，第一夹指和第二夹指分别与开合驱动机构连接。各组成机构的具体结构如下：

如图2所示，第一夹指包括相连接的第一安装部1-1和第一夹持部1-2，第一夹指通过第一安装部与开合驱动机构连接。第一夹持部朝向第二夹持部的内侧面为V形指面，第一夹持部的该V形指面作为中间V形指面。第一夹持部的内部还分别设有气体流道，第一夹持部的外壁上分布设有与相应气体流道连通的进气孔和出气孔，如图3所示，第一夹持部中的气流通道为第一气流通道1-3，对应连通的进气孔和出气孔分别为第一进气孔1-4和第一出气孔1-5(参见图2)，第一进气孔设于第一夹持部的侧壁上，第一出气孔有多个，分布于第一夹持部的侧壁和顶面上；第一夹持部的夹指前端4为倒锥形的光滑弧面。

如图4所示，第二夹指包括相连接的第二安装部2-1和第二夹持部2-2，第二夹指通过第二连接部与开合驱动机构连接。沿朝向第一夹持部的方向，第二夹持部还设有两侧连通的长型通孔2-3，位于长型通孔上方的部分为上层夹持部2-4，位于长型通孔下方的部分为下层夹持部2-5。第二夹持部朝向第一夹持部的内侧面为V形指面，相应地，位于长型通孔上方的部分为上层V形指面，位于长型通过下方的部分为下层V形指面。第二夹持部的内部还分别设有气体流道，第二夹持部的外壁上分布设有与相应气体流道连通的进气孔和出气孔，如图5所示，第二夹持部中的气流通道为第二气流通道2-6，对应连通的进气孔和出气孔分别为第二进气孔2-7和第二出气孔2-8(参见图4)，第二进气孔设于第二夹持部的侧壁上，第二出气孔有多个，分布于上层夹持部的侧壁和顶面上。第二夹持部的夹指前端4为倒锥形的光滑弧面。

第一夹持部和第二夹持部的V形指面夹角、指面偏角和臂长均相等，第一夹指和第二夹指合拢抓取叶菜茎秆时，两个V形指面之间形成的中心与管道上栽培孔的中心保持同轴。其中，如图3所示，V形指面夹角θ取110°～130°，臂长L_Z、指面偏角β以及V形指面两边长度L_V的具体数值可按被夹持叶菜根茎区域直径范围、栽培管上种植孔直径及相邻两种植孔间距等实际生产条件进行优化设计确定(该优化设计可采用现有计算程序或软件直接求解，不作为本申请的发明点)，以实现抓取不同叶菜根茎区域直径均满足最大定位误差要求，避免V形指面在张开伸入过程中碰撞种植孔内叶菜及相邻种植孔内的叶菜，并能在夹持过程中对分布在种植孔边缘任意方位的叶菜根茎区域实施包络接触作用，将叶菜底部根茎夹持至种植孔中心。

第一夹指和第二夹指合拢抓取叶菜茎秆时，第一夹持部穿过长型通孔，叶菜茎秆的两侧形成三层交错分布的V形接触面(如图7a至图7d所示)。第一夹指和第二夹指相配合对叶菜茎秆进行扶正时，可由中间V形指面与上层V形指面相配合、或中间V形指面与下层V形指面相配合，对叶菜茎秆形成不同方向的转矩，使不同倾斜方向的叶菜茎秆被定心扶正；当叶菜茎秆被扶正后，上层V形指面、中间V形指面和下层V形指面共同作用，从叶菜茎秆的外周进行夹持。在两个夹指(即第一夹指和第二夹指)伸入靠近叶菜的过程中，倒锥形光滑弧面的端部与栽培管的上表面贴合，前端的倒锥形光滑圆弧面可使夹指在伸入过程中顺便扶起阻碍的茎叶，避免与茎叶正面碰撞。

第一夹指和第二夹指合拢抓取叶菜茎秆时，通过第一进气孔和第二进气孔分别外接气源，由外接的气源提供正压气体，正压气体流经第一气流通道和第二气流通道后，分别从对应的各第一出气孔和第二出气孔排出，在第一夹指、第二夹指伸入靠近叶菜茎秆的过程中和夹取的过程中不断吹动附近的菜叶，同时将菜叶向上和向外侧等不同方向吹动，可较大程度避免夹指与菜叶接触，也减小夹指前端的倒锥形光滑弧面与茎秆的接触作用，避免接触作用形成机械摩擦而使叶菜发生倾斜或倒伏的现象发生。

进一步地，第一夹持部和第二夹持部中的V形指面上均设有弹性片5。该弹性片可采用橡胶材质，具有一定的弹性，可进一步避免在夹持过程中发生损伤叶菜根茎区域的现象发生，并使夹指可适应不同叶菜根茎区域的尺寸差异，保持夹持的稳定性。

如图6所示，开合驱动机构包括连接板3-1、支架3-2、直线驱动机构3-3、推杆件3-4和两个摆杆3-5，直线驱动机构固定安装于连接板一侧，直线驱动机构的动力输出端与推杆件连接，直线驱动机构和推杆件的外侧设有支架，两个摆杆的一端分别与推杆件的末端铰接，两个摆杆的另一端分别与第一夹指的第一安装部、第二夹指的第二安装部固定连接，两个摆杆的中部还分别铰接于支架上。其中，连接板作为整个抓取装置的安装基础，其一侧用于和采摘机械臂的末端固定连接，另一侧用于安装直线驱动机构等部件，直线驱动机构用于驱动推杆件进行直线伸缩运动，使与推杆件两侧连接的摆杆绕支架上的铰接点往复转动，带动与两个摆杆固定连接的第一夹指和第二夹指进行开合动作，从而实现对叶菜茎秆的夹紧或松开，抓取装置伸入至叶菜茎秆外周的过程中，第二夹指的底部与栽培管的上表面贴合，以实现对叶菜底部根茎区域的抓取。其中，直线驱动机构可采用气缸或直线电机；推杆件可采用活塞或丝杆副。

通过上述定心避让装置可实现一种用于管道水培叶菜采收的定心避让抓取方法，具体为：先使抓取装置的第一夹指和第二夹指在初始位置保持张开状态；接着分别在第一夹指、第二夹指的气体流道中通入正压气流，同时抓取装置逐渐伸入至叶菜茎秆外周，正压气流不断将叶片吹起或吹开，直至第一夹指、第二夹指位于叶菜茎秆外周；然后第一夹指和第二夹指逐渐合拢，利用两个V形指面对叶菜茎秆实施包络接触夹持，对叶菜茎秆进行扶正并夹持，使叶菜被夹持时其茎秆位于管道的种植孔中心；最后切断正压气流，抓取装置将叶菜从种植孔中取出。其中，第一夹指和第二夹指对叶菜茎秆进行扶正和夹持的过程中，两个V形指面之间的中心与种植孔的中心始终保持同轴；其中，第二夹指的V形指面分为上层V形指面和下层V形指面，第一夹指的V形指面为中间V形指面；对叶菜茎秆进行扶正时，由中间V形指面与上层V形指面相配合、或中间V形指面与下层V形指面相配合，对叶菜茎秆形成不同方向的转矩，使不同倾斜方向的叶菜茎秆被定心扶正；当叶菜茎秆被扶正后，上层V形指面、中间V形指面和下层V形指面共同作用，从叶菜茎秆的外周进行夹持。

上述用于管道水培叶菜采收的定心避让抓取装置及方法应用时，将抓取装置安装在沿栽培管长度方向移动的机械臂末端，此时，如图7a至图7d所示，抓取装置的具体执行过程如下：

(1)如图7a所示，由在种植架外侧沿栽培管长度方向移动的机械臂驱动抓取装置定位至栽培管6外侧的初始位置处，此时第二夹指的下表面与栽培管的上表面齐平，第一夹指和第二夹指相对于种植孔6-1中心对称张开且处于一定的张开角度，以使第一夹指的V形指面和第二夹指内侧的V形指面在两个夹指伸入过程中始终位于种植孔边缘的外侧；

(2)两个夹指内的气流通道分别连通正压气源，使各出气孔处均有正压气流吹出，同时两个夹指保持初始展开角度并逐渐伸入至叶菜7的茎秆外侧，此时使两个夹指的V形指面的夹持中心与种植孔中心位于在同一直线上，如图7b所示；

(3)直线驱动机构通过推杆件带动其两侧的摆杆转动，使两个夹指向种植孔中心转动实现夹持动作，如图7c所示，两个夹指的V形指面在转动过程中，对依靠在种植孔边缘任意位置的叶菜根茎区域形成包络接触作用，使叶菜的根茎区域逐步向栽培管中心摆动，在两个夹指对叶菜根茎区域实施夹持聚拢的过程中，其一夹指的V形面与第二夹指中上层或下层的V形接触面形成对叶菜茎秆的转动力矩，实现对不同倾斜方向叶菜茎秆定心扶正夹紧；

(4)切断两个夹指内的正压气流，由外接的机械臂驱动抓取装置沿种植孔中心方向向外运动，将叶菜从种植孔内取出，如图7d所示，完成一次抓取动作。

如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。

Claims (8)

1.一种用于管道水培叶菜采收的定心避让抓取装置，其特征在于，包括第一夹指、第二夹指和开合驱动机构，第一夹指包括相连接的第一安装部和第一夹持部，第二夹指包括相连接的第二安装部和第二夹持部，第一夹指通过第一安装部与开合驱动机构连接，第二夹指通过第二连接部与开合驱动机构连接；

第一夹持部和第二夹持部相向的两侧均为V形指面；沿朝向第一夹持部的方向，第二夹持部还设有两侧连通的长型通孔，位于长型通孔上方的部分为上层夹持部，位于长型通孔下方的部分为下层夹持部；第一夹指和第二夹指合拢抓取叶菜茎秆时，第一夹持部穿过长型通孔，此时第一夹持部作为中间夹持部；

第一夹持部和第二夹持部的V形指面夹角、指面偏角和臂长均相等，第一夹指和第二夹指合拢抓取叶菜茎秆时，两个V形指面之间形成的中心与管道上栽培孔的中心保持同轴；

第一夹持部和第二夹持部的内部还分别设有气体流道，第一夹持部和第二夹持部的外壁上分布设有与相应气体流道连通的进气孔和出气孔；

第一夹持部中的气流通道为第一气流通道，对应连通的进气孔和出气孔分别为第一进气孔和第一出气孔，第一进气孔设于第一夹持部的侧壁上，第一出气孔有多个，分布于第一夹持部的侧壁和顶面上；

第二夹持部中的气流通道为第二气流通道，对应连通的进气孔和出气孔分别为第二进气孔和第二出气孔，第二进气孔设于第二夹持部的侧壁上，第二出气孔有多个，分布于上层夹持部的侧壁和顶面上。

2.根据权利要求1所述一种用于管道水培叶菜采收的定心避让抓取装置，其特征在于，所述第二夹持部的V形指面中，位于长型通孔上方的部分为上层V形指面，位于长型通过下方的部分为下层V形指面，第一夹持部的V形指面为中间V形指面；第一夹指和第二夹指合拢抓取叶菜茎秆时，叶菜茎秆的两侧形成三层交错分布的V形接触面。

3.根据权利要求1所述一种用于管道水培叶菜采收的定心避让抓取装置，其特征在于，所述第一夹持部和第二夹持部的夹指前端均为倒锥形的光滑弧面。

4.根据权利要求1所述一种用于管道水培叶菜采收的定心避让抓取装置，其特征在于，所述第一夹持部和第二夹持部中的V形指面上均设有弹性片。

5.根据权利要求1所述一种用于管道水培叶菜采收的定心避让抓取装置，其特征在于，所述开合驱动机构包括连接板、支架、直线驱动机构、推杆件和两个摆杆，直线驱动机构固定安装于连接板一侧，直线驱动机构的动力输出端与推杆件连接，直线驱动机构和推杆件的外侧设有支架，两个摆杆的一端分别与推杆件的末端铰接，两个摆杆的另一端分别与第一夹指的第一安装部、第二夹指的第二安装部固定连接，两个摆杆的中部还分别铰接于支架上。

6.根据权利要求5所述一种用于管道水培叶菜采收的定心避让抓取装置，其特征在于，所述直线驱动机构为气缸或直线电机；所述推杆件为活塞或丝杆副。

7.根据权利要求1～6任一项所述定心避让抓取装置实现一种用于管道水培叶菜采收的定心避让抓取方法，其特征在于，先使抓取装置的第一夹指和第二夹指在初始位置保持张开状态；接着分别在第一夹指、第二夹指的气体流道中通入正压气流，同时抓取装置逐渐伸入至叶菜茎秆外周，正压气流不断将叶片吹起或吹开，直至第一夹指、第二夹指位于叶菜茎秆外周；然后第一夹指和第二夹指逐渐合拢，利用两个V形指面对叶菜茎秆实施包络接触夹持，对叶菜茎秆进行扶正并夹持，使叶菜被夹持时其茎秆位于管道的种植孔中心；最后切断正压气流，抓取装置将叶菜从种植孔中取出。

8.根据权利要求7所述一种用于管道水培叶菜采收的定心避让抓取方法，其特征在于，所述第一夹指和第二夹指对叶菜茎秆进行扶正和夹持的过程中，两个V形指面之间的中心与种植孔的中心始终保持同轴；其中，第二夹指的V形指面分为上层V形指面和下层V形指面，第一夹指的V形指面为中间V形指面；

对叶菜茎秆进行扶正时，由中间V形指面与上层V形指面相配合、或中间V形指面与下层V形指面相配合，对叶菜茎秆形成不同方向的转矩，使不同倾斜方向的叶菜茎秆被定心扶正；当叶菜茎秆被扶正后，上层V形指面、中间V形指面和下层V形指面共同作用，从叶菜茎秆的外周进行夹持。

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