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        軟體機械手爪在果蔬采摘中的應用研究進展

        2018-06-01 08:45:53劉勇敢
        農(nóng)業(yè)工程學報 2018年9期
        關鍵詞:軟體執(zhí)行器機械手

        彭 艷,劉勇敢,楊 揚,楊 毅,劉 娜,孫 翊

        (上海大學機電工程與自動化學院,上海 200072)

        0 引 言

        果蔬具有豐富的營養(yǎng)物質,是人類生活中必不可少的食物[1]。中國是一個農(nóng)業(yè)大國,從1994年起僅水果產(chǎn)量就已躍居世界首位[2]。根據(jù)2003年聯(lián)合國糧農(nóng)組織的統(tǒng)計,中國的果蔬年產(chǎn)量約為3.58億t,約占全世界果蔬年產(chǎn)量的28%[3],截止2013年果蔬種植面積仍呈波動增長趨勢[4]。果蔬采摘是果蔬生產(chǎn)鏈中最耗時、最費力的一個環(huán)節(jié)[5],但目前果蔬采摘作業(yè)主要依靠人工完成,存在效率低、成本高、勞動量大等問題。近年來,由于人口老齡化問題導致人力資源嚴重匱乏,已成為許多發(fā)達國家和發(fā)展中國家共同面臨的問題[2]。人工采摘作業(yè)的成本在整個生產(chǎn)成本中所占比例高達33%~50%,因此實現(xiàn)果蔬采摘的自動化作業(yè)變得越來越迫切[6-7]。然而,果蔬的生長環(huán)境比較復雜,外皮大多較為脆弱,形狀也復雜多變[8],在采摘過程中極易造成損傷,這將直接影響果蔬的儲存、加工和銷售,從而最終影響市場價格和經(jīng)濟效益[9]。因此,研究和開發(fā)能夠減小果蔬損傷率的機械手對于解放勞動力、提高生產(chǎn)效率以及保證果蔬品質等具有重要意義。在保證穩(wěn)定抓取的前提下,有效避免機械手對果蔬的損傷、實現(xiàn)柔順作業(yè),是果蔬采摘機器人技術的研究重點[1,6,8-10]。

        近年來,傳統(tǒng)的工業(yè)機械手相關技術已經(jīng)趨于成熟,其使用不再嚴格局限于工業(yè)環(huán)境[11],很多農(nóng)業(yè)采摘機器人的末端執(zhí)行器直接使用工業(yè)用機械手,但存在體積大、靈活性差、成本高、采摘效率低[12-13]、通用性較差、與環(huán)境的相容性較低等問題,且構造和控制較復雜、柔性差,難以實現(xiàn)無損采摘。果蔬采摘機械手的應用需要具有以下特點:1)作業(yè)對象處于高度的非結構化與不確定的未知可變環(huán)境中[14]。因此,果蔬采摘機械手要具有高度的操作對象適應性,并且盡可能避免對周圍環(huán)境及果蔬造成破壞傷害。2)能夠應對采摘對象的質地脆弱易傷性及個體形狀差異性。3)結構簡單、可控性好、普及性好、可靠性高、價格合理[15]。4)包裹性強。傳統(tǒng)機械手與果蔬的接觸面積通常較小甚至是點接觸,這種機械手一般難以改變他們的形狀以適應多變的抓握對象[14,16-17],難以與果蔬的形狀緊密匹配。針對果蔬采摘的特點,國內外學者對果蔬采摘機械手進行了大量的研究工作,研制出了自由度較多的末端執(zhí)行器,如Arima等[18]研制了6自由度黃瓜采摘手;以及靈活性與柔韌性較高的欠驅動末端執(zhí)行器和硬質連續(xù)體執(zhí)行器,如美國俄亥俄大學的研究人員研制出了一種西紅柿采摘機械手[19]、國內浙江大學金波等[20]研制了欠驅動結構的機械手等??傮w來看,這些機械手大多由剛性鉸鏈或者桿件構成,能夠實現(xiàn)對目標物體精確的抓取操作,但是變形范圍小、自由度受限、剛性強、缺乏必要的感知能力以及柔順控制[21],即使在剛性材料表面鑲嵌一層軟體材料,也難以針對被采摘果蔬的特點實現(xiàn)包裹性抓取和采摘。

        軟體手出現(xiàn)后,因其優(yōu)越的性能引起了國內外學者的廣泛關注[22-26],迅速成為機器人領域的研究熱點。軟體手的設計靈感來源于自然界中的軟體動物觸角,如水母、章魚和海星等[27-29],通常由柔軟材料制成,具有較大的變形能力和無限的自由度,可在較大范圍內根據(jù)目標物體的形狀改變自身的形狀和尺寸[30]。因此軟體手可通過變形實現(xiàn)與被抓取物體的形態(tài)匹配并最終實現(xiàn)穩(wěn)定的抓取動作。

        1 軟體手的概念及發(fā)展現(xiàn)狀

        新型軟體手的出現(xiàn)為解決剛性果蔬采摘機械手靈活度差、柔順性差、自由度受限、復雜環(huán)境適應性差等問題提供了新的思路和方法。以氣壓和線纜作為驅動,德國Festo和北京航空航天大學合作研制了象鼻+章魚觸手[31](圖1a)和氣動肌肉[32-33]等。美國哈佛大學Whiteside課題組以彈性硅膠為材料,結合3D打印技術,設計制造了以氣動網(wǎng)絡為執(zhí)行器的軟體手[34-36](圖1b),具有承壓小、變形大[37]、運動靈活,能夠與環(huán)境實現(xiàn)互容等特點;Ge等[38]提出了一種新的 4D打印技術可使軟體手具有可控的形狀記憶行為;日本東芝公司設計的Toshiba靈巧手[39](圖1c),能夠實現(xiàn)抓取、移動物體和擰螺釘?shù)葎幼?,具有較好的柔順性[40];北航文力研究組研制的軟體手爪可以根據(jù)被抓取物體的大小形狀調整其有效長度[41](圖1d);Galloway等[42]設計了基于多氣腔結構和纖維增強結構的兩款海底生物采樣軟體手(圖 1e和 1f),可以靈活地實現(xiàn)對海底多種形狀生物體的采樣。智能材料的運用,可以直接將物理刺激轉化為位移,如介電彈性體(dielectric elastomer)[43-44](圖 1g)、導電聚合物(electro active polymer,EAP)[45-46]、形狀記憶合金(shape memory alloy,SMA)[47](圖1h)、形狀記憶聚合物(shape memory polymer,SMP)[48]等在軟體機器人上的應用,具有廣闊的發(fā)展前景。因此,將軟體手應用于水果采摘作業(yè)將有望克服傳統(tǒng)剛性機械手的缺陷,減小對果蔬的傷害。表1對比了各種機械手的相關特性[30,49],可以看出軟體手更適合于形狀多變的果蔬順應抓取。

        由于軟體手屬于近些年發(fā)展起來的新興技術,因此在果蔬采摘中的應用也處于起步階段。如意大利研究者Muscato等[50]采用螺旋排列橡膠片開發(fā)了柑橘軟體采摘手,該軟體手通過三個手指將柑橘抓緊后,機械臂后移拉緊以便于果梗進入切割區(qū)域(圖 2a);由 Cambridge Consultants公司研發(fā)的配有視覺系統(tǒng)的六指軟體采摘手,能夠識別果蔬類別和成熟度,并且軟體手能夠根據(jù)果蔬的形狀進行柔順抓取[51](圖2b);Tortga AgTech公司投資設計的草莓采摘機器人,其末端執(zhí)行器采用柔軟的硅膠材料并制作成網(wǎng)格形狀,可實現(xiàn)草莓的定時柔順采摘[52](圖2c)。由此可見,軟體手在形狀和大小不同、易碎的果蔬采摘中將會發(fā)揮更大的作用。

        圖1 軟體手實例Fig.1 Examples of soft robotic gripper

        表1 機械手相關特性比較Table 1 Comparison of relative characteristics of manipulators

        圖2 軟體采摘手[50-52]Fig.2 Soft picking grippers[50-52]

        2 果蔬采摘軟體手的驅動及應用分析

        執(zhí)行器是軟體手設計的關鍵,從根本上決定了軟體手的性能。軟體手是軟體機器人領域的一個分支,其驅動源的類型和結構往往具有相通性[53]。目前較為常用的驅動源主要包括化學反應、電荷刺激、加壓流體、彈性材料、形狀記憶合金等。與剛性機械手相比,軟體手的控制和結構比較簡單,操作和安裝也很方便,而且具有高度的靈活性、適應性和通用性,能夠與被抓取的果蔬形成很好的互容效果。軟體手的出現(xiàn)克服了傳統(tǒng)果蔬采摘機械手僵硬、環(huán)境適應性差等缺陷,具有“一手多用”的功能。根據(jù)驅動方式的不同,軟體手在果蔬采摘作業(yè)中展現(xiàn)出了不同的特點。

        2.1 氣動軟體手

        氣壓驅動主要包括氣動人工肌肉[54-55]和超彈性氣動驅動[56-59]2種方式。氣動人工肌肉是目前較為成熟的執(zhí)行器,由外層編織套和內層橡膠管組成,可通過驅動氣壓的改變產(chǎn)生伸縮運動[60-61],其驅動結構如圖3a所示。加壓時,氣動肌肉膨脹,從而產(chǎn)生軸向收縮力[62];當編織角θ0達到極限角θ時停止變形,因此可通過調節(jié)氣壓實現(xiàn)氣動人工肌肉的收縮運動。

        利用超彈性材料制成的氣動執(zhí)行器是一種簡單有效的執(zhí)行器,在加壓或者受力時可以產(chǎn)生大變形,主要有加壓流體彈性硅膠執(zhí)行器[63-64]和纖維增強執(zhí)行器[65]2大類。其中通過加壓流體驅動的軟體手由于其質量輕、功率高、成本低和制造容易等特點得到了較為廣泛的應用,也是目前較為流行的軟體手驅動方式之一。這種材料具有非線性特性,其結構主要由內嵌氣道的主體氣腔和限制層組成。如圖 3b所示,可通過調節(jié)氣室內部氣壓△P使軟體手產(chǎn)生不同程度的彎曲變形[66-68]。另一種是通過纖維約束的思路設計的纖維增強型執(zhí)行器,由超彈性材料(如硅酮、軟玻璃、高密度聚乙烯纖維等)和不可伸展材料(編織物或纖維)[34,65]組合而成。當加壓流體激活氣腔時,由于纖維約束的不對稱性會驅動空氣室延伸,實現(xiàn)彎曲變形如圖3c所示。通過改變纖維線的繞線方式和數(shù)量、增加氣室的數(shù)量均可以實現(xiàn)多種更為復雜的運動方式[69-70]。

        當氣壓逐漸增大時,氣動軟體手會產(chǎn)生變形,與要采摘的果蔬逐漸順應互容,從而實現(xiàn)果蔬的包裹性采摘[70-72],如圖 4所示。氣動軟體手具有制造方便、經(jīng)濟實用、性能穩(wěn)定等優(yōu)點,并且適應了果蔬采摘的特點,使果蔬的無損采摘變?yōu)榭赡?。此外,氣動軟體手對操作者的技能要求低,更容易普及,已經(jīng)有相關成果開始商業(yè)化;但缺點在于對裝配精度要求較高,且需要額外的氣源作為輔助機構。

        2.2 拉線軟體手

        拉線是一種柔軟且在長度方向上有較高拉伸強度的組件,因此,能夠在軟體結構中穿過復雜的路徑且承受較大的力而不改變自身的尺寸。拉線驅動的基本原理是在結構上選取一些固定點,然后用線纜將其連接起來,并通過滑輪外連驅動電機,依靠驅動線的收放來驅動軟體手的動作[73](圖5a)。這類拉線裝置具有較為復雜的結構且需要控制系統(tǒng)[74](圖5b),因此增大了使用難度。

        圖3 氣動執(zhí)行器[67,70]Fig.3 Pneumatic actuators[67,70]

        圖4 氣動軟體手的應用[70-72]Fig.4 Application of pneumatic soft robotic grippers[70-72]

        繩纜驅動軟體手由軟材料和欠驅動結構結合而成,通過對單根線纜張力的控制驅動手指運動,確保了對不同形狀物體的適應能力。但是這種作動方式類似于欠驅動,相鄰指節(jié)間存在較大位移量,故在果蔬采摘時拉線手指只能形成簡單的弧面接觸,不能對形狀不規(guī)則的果蔬實現(xiàn)包裹式抓取,其應用如圖5c、5d所示[75]??梢钥闯?,拉線軟體手的抓取效果不如氣動軟體手。由于手指要承受線纜的拉力,因此制作拉線軟體手時一般選擇楊氏模量較大的軟材料,這也增加了拉線軟體手的抓握能力[76],可以采摘和抓取相對大或重的果蔬。拉線軟體手制作容易、成本也較低,但是受限于龐大的驅動系統(tǒng)很難實現(xiàn)小型化和集成化[37]。

        圖5 拉線軟體手[73-75]Fig.5 Pull soft robotic grippers[73-75]

        2.3 SMA軟體手

        形狀記憶合金 (shape memory alloy,SMA)是一種智能材料,受力易變形,表現(xiàn)出一定的被動柔性,且溫度變化時形狀也會發(fā)生變化(如圖6a),當材料冷卻時可回復至原來的長度[77-78],屬于一種線性驅動,有彎曲和扭轉 2種作動方式[79],具有較高的質量應力比,被廣泛應用于軟體手的驅動。

        這種材料的變化特性源于材料本身的相變,可根據(jù)操作對象的形狀做出自適應調整,而且SMA控制方便,無需外加輔助裝置(包括壓縮機、泵、閥門等)[80],通過改變電流脈沖信號的形式可以控制SMA材料的變形。在果蔬采摘應用中該作動方式可以實現(xiàn)柔順采摘果蔬作業(yè)并且能夠對果蔬形成包絡保護。由于執(zhí)行器的剛度低、柔性好,不僅對于外皮精致的小型果蔬會有較好的采摘效果,而且可在狹小空間內對抓取目標進行操作。不僅如此,智能材料本身作為執(zhí)行器可實現(xiàn)對軟體手的精確控制且具備感知能力,因此可根據(jù)外果皮的要求調整抓取力。但是該材料的響應頻率有限,驅動速率比較低[81],會對果蔬采摘的效率造成影響。此外這種軟體執(zhí)行器較為柔軟、承載能力較小,采摘果蔬時容易受到周圍障礙物的干擾,且抓取不穩(wěn)定。由于該執(zhí)行器的制造成本高、技術還不夠成熟,因此目前在果蔬采摘中的應用率相對較低。圖6b、6c為其夾持作動圖[78]。

        圖6 SMA軟體手[78-79]Fig.6 SMA soft robotic grippers[78-79]

        2.4 EAP軟體手

        電活性聚合物執(zhí)行器(electro active polymer,EAP)是一類易受電場影響而發(fā)生伸縮、彎曲、束緊或膨脹等形變的柔性智能材料[82-83]。根據(jù)電活性聚合物致動機理可以分為離子型(Ionic)和電子型(Dielectric)2大類[84]。在EAP薄膜兩側覆蓋柔順的電極,當對其施加外在電場或電壓刺激時,EAP薄膜在電場的作用下會產(chǎn)生變形運動。由于其響應速度快且變形量大,得到了廣泛的關注[85],其電子型介電彈性執(zhí)行器的原理如圖7a所示[86]。

        這種執(zhí)行器可以承受很大的變形,同時維持較大的輸出力[87],而且完全電控,執(zhí)行作動時不需要額外的輔助機構。在果蔬采摘中,可根據(jù)果蔬的形狀做出自適應調整,對果蔬形成包裹抓取,并且采摘抓取比較穩(wěn)定,響應速率快,如圖7b、7c所示[88-90]。但是離子型EAP軟體手機械強度較低,容易受到果蔬周圍障礙物的阻擋,而電子型EAP軟體手需要較大的電壓支撐。有研究表明,對于60 μm厚的硅膠膜的驅動電壓為3.5 kV[44],因此,使用成本會比較高,而且EAP存在較多的失效形式,如應力松弛、電擊穿、褶皺等[88],從而將會對果蔬采摘造成一定的不利影響。因此目前在果蔬采摘中該執(zhí)行器應用率也比較低,其主要原因與SMA執(zhí)行器類似,都屬于智能材料,具有很高的柔順性,但由于該技術也處于起步階段,不適合采摘質量和形狀較大的果蔬。不同的是EAP執(zhí)行器驅動的軟體手能夠在 100 ms實現(xiàn)打開和關閉[89],反應速度快、效率非常高,因此在果蔬采摘中的應用要強于SMA軟體手。

        圖7 EAP軟體手[86,89-90]Fig.7 EAP soft robotic grippers[86,89-90]

        3 果蔬采摘裝置的建模與控制

        3.1 果蔬采摘裝置的建模

        建模分析是機械手運動控制的基礎。通過分析末端執(zhí)行器、機械手各運動構件的位置姿態(tài)與果蔬之間的關系,構建果蔬采摘的運動學模型,是路徑規(guī)劃、實現(xiàn)穩(wěn)定抓取控制的基礎。運動學模型包括正運動學模型、逆運動學模型和微分運動學模型[91-92],而對果蔬采摘機械手的運動學建模研究主要是正運動學建模。文獻[42]表明這種方法相對比較簡單,即在給定關節(jié)角度和速度的情況下可實現(xiàn)末端執(zhí)行器的有效抓取。

        但對于軟體手物理模型的建立是一項極具有挑戰(zhàn)的工作。由于自身材料特性和連續(xù)的形變,無法像剛體運動學那樣利用桿件長度和夾角進行求解[93],即使最簡單的正運動學也無法直接套用公式進行求解。根據(jù)軟體手以恒定曲率變形的特點,Jones等在常曲率假設的基礎上,運用改進的D-H模型和幾何分析研究出一套分段常曲率(piecewise constant curvature,PPC)理論模型[94-95],這種方法比較適合連續(xù)體機械臂和軟體手指等細長結構,雖然大多數(shù)柔性細長體結構彎曲時并不是完全由圓弧組成,但可作近似圓弧處理。Duriez等[96]提出了基于有限元分析的可變固體力學的實時建模方法,該方法既可以對軟體機器人的工作環(huán)境進行仿真,也可對機器人進行逆運動學控制。Polygerinos[16]提出了針對線性增強型氣壓執(zhí)行器的分析模型,該模型可用于基于超彈性材料的加壓流體執(zhí)行器,為軟體執(zhí)行器的設計提供了理論支持。拉線軟體執(zhí)行器有較多的建模方法[97],這些方法允許曲率產(chǎn)生變化,如雅克比法和神經(jīng)網(wǎng)絡法[53,98]等。

        此外,根據(jù)軟體手具體的工作環(huán)境和操作對象的不同,也可利用材料本身的性質與試驗數(shù)值分析方法建立執(zhí)行器的作動輸出與輸入的函數(shù)關系。由于軟體材料的變形具有非線性、涉及多學科交叉等問題,因此對其進行精確的建模還需要進一步的嘗試。

        3.2 果蔬采摘裝置的控制

        裝置的靈活性對于果蔬采摘工作至關重要,而果蔬采摘機械手能夠像人手一樣靈活的抓取和采摘離不開控制系統(tǒng)[99]。果蔬采摘機械手的控制通??梢苑?層:單手指控制層、多手指協(xié)調運動控制層和目標軌跡跟蹤層[100]。

        機械手對目標果蔬進行抓取時,其指尖的位置信息和力信息是控制系統(tǒng)必要的反饋信息。因此,基于剛性元件的控制系統(tǒng),對于反饋信息的實時性和精確度有較高的要求,這就增加了控制系統(tǒng)的難度。近年來,國內外學者在軟體手的閉環(huán)控制相關研究方面進行了很多探索,如Fei等[101]首次提出了由4個柔性傳感器組成的閉環(huán)反饋控制系統(tǒng),并在滾動軟體機器人中得到了應用;Kang等[102]設計了利用慣導 IMU(inertial measurement unit)監(jiān)控氣動肌肉動作的閉環(huán)控制系統(tǒng)。因此,對于軟體手的運動控制,可利用微型或柔性傳感器反饋關節(jié)角度,結合自適應控制率,實現(xiàn)軟體手適應采摘果蔬大小和形狀的抓取作業(yè)。軟體手的柔順性允許其通過形變適應形狀不同或不確定的采摘對象,降低了對末端執(zhí)行器輸出力控制的要求,簡化了軟體手的控制[103]。根據(jù)果蔬果皮特點的差異,所選擇的控制方式也不相同。開環(huán)控制方式可充分利用材料的柔順性降低輸出力的控制精度,適合操作像白菜、蘋果和梨等外皮有一定耐壓能力的果蔬;而像草莓、葡萄等外皮較為脆軟的果蔬選擇閉環(huán)控制更為安全。

        軟體手的控制系統(tǒng)具有一定的開放性,可在不同的機器人本體上得到應用和擴展[104]。然而,軟體手具有無限的自由度與有限的執(zhí)行器,使得控制計算量比較大,無法實現(xiàn)精確和實時控制,因而還沒有適用于軟體機器人的通用控制理論[82],因此還需對果蔬采摘中的控制算法進行深入研究。

        4 果蔬采摘裝置的發(fā)展趨勢

        近年來國內外學者圍繞果蔬采摘技術做了很多研究,研制出了多種果蔬采摘機械手,但大多數(shù)由于采摘專一性高、效率低、損壞率高、裝置復雜和造價昂貴等因素未能實現(xiàn)真正的商業(yè)化,缺少實用價值。因此,針對果蔬生長的特點,果蔬采摘裝置需要具備采摘效率高、損壞率低、結構簡單和成本低等特性。采用軟體手作為果蔬采摘機器人的末端執(zhí)行器可較理想地滿足果蔬采摘的需求。但軟體手也需要剛性材料作為支撐完成采摘作動。因此,隨著研究的快速發(fā)展,基于單一材料的采摘裝置將會逐步受限,取而代之的將是結合智能材料、生物材料等多種材料的復合體[105]。同時要考慮到如果采摘手的柔順性過高,在遇到枝葉等稠密障礙物時,執(zhí)行器易發(fā)生彎曲從而造成抓取失敗,這意味著果蔬采摘裝置須具備良好的柔順性、較高的通用性和感知能力。因此,通過剛性和柔性材料融合的“共融技術”,利用信息融合理論建立果蔬采摘控制策略,實現(xiàn)柔順性采摘,是未來果蔬采摘裝置的主要發(fā)展趨勢。隨著微型傳感器和電子皮膚[106-107]等技術的發(fā)展,多技術融合的智能化果蔬采摘軟體手將是未來果蔬采摘機械手的發(fā)展方向。

        此外,由于果實的隨機性和所處的非結構環(huán)境,自然生長的果實并不利于末端執(zhí)行器進行采摘作業(yè)。因此,為了提高生產(chǎn)效率,可通過改進果實的栽植方式、對采摘的果樹進行適當?shù)男藜鬧6]以及搭建支架等方式以便于末端執(zhí)行器高效、準確的對果實進行采摘。

        5 結論與展望

        目前,大部分果蔬采摘機械手依然采用傳統(tǒng)的剛性機械手或欠驅動機械手,控制精度要求高、操作難度大、通用性差,不能有效地實現(xiàn)對多種果蔬的無損采摘。新一代軟體操作手具有較高的靈活性和環(huán)境適應性,在農(nóng)產(chǎn)品的抓取和采摘作業(yè)中具有廣泛的應用前景。利用軟體手作為果蔬采摘機器人的末端執(zhí)行器,為果蔬的無損采摘提供了新的解決方案,同時也有利于軟體機器人的發(fā)展。盡管在軟體手的建模、控制和應用方面還有很多問題需要解決,但它已經(jīng)帶來了現(xiàn)代果蔬采摘機械手發(fā)展的新契機。

        本文通過對幾種常見軟體手的結構特點和作動方式的對比分析,發(fā)現(xiàn)氣動軟體手和介電彈性軟體手能夠更好地克服果蔬采摘的難點。氣動軟體手的作動特點較好地符合了理想果蔬采摘機械手的要求,能夠實現(xiàn)對果蔬的包絡和無損采摘,并且具有控制簡單、操作容易、安全性高等特點。不僅如此,氣動軟體手簡單的結構更容易讓果農(nóng)接受和使用,因此氣動軟體手有望更好地應用于果蔬采摘作業(yè)中。

        軟體手涉及材料、化學、機械等多學科交叉,對它的研究剛剛起步,尚需要對設計、控制和制造方法進行進一步研究。首先,軟體手的驅動方式還不夠完善,如氣動驅動和拉線驅動均要外接笨重的驅動源、SMA和EAP受自身材料特性的限制存在驅動力不足等問題??衫眯滦偷闹悄懿牧稀⑸锊牧涎兄瞥隹蛇m應被抓取果蔬的變剛度軟體手。其次,對軟體手的設計方法并未實現(xiàn)統(tǒng)一,缺乏相關理論的指導。而且軟體結構不同于傳統(tǒng)剛性機械結構,雖然可通過三維計算機軟件輔助建模,然而對于復雜的軟體結構需要進行分段或分層設計,或是提出新的設計方法。最后,研究適合軟體手的建模和控制方法是十分重要的一個環(huán)節(jié)。對于軟體結構有限驅動器對應無限自由度的特點,要實現(xiàn)精確的建模和控制是十分復雜的?,F(xiàn)有的建模技術在實際中難以應用,特別是軟體手的柔順性使得動力學建模很難滿足控制的要求。

        面向果蔬采摘的軟體手是農(nóng)業(yè)裝備技術與軟體機器人的交叉融合,說明農(nóng)業(yè)裝備技術正朝著人-機器-環(huán)境共融的方向發(fā)展,因此軟體手在果蔬采摘中的應用將使果蔬的無損采摘成為可能。

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