介绍水果采摘行业的现状及其对自动化设备的需求.随着农业现代化的推进，水果采摘的机械化和自动化成为提高生产效率、降低劳动强度的重要手段。水果采摘末端执行器作为采摘机器人的核心部件，其设计直接影响采摘效率和果实损伤率。
明确设计水果采摘末端执行器的具体目标和预期效果.
探讨该设计对提高水果采摘效率和降低劳动强度的重要性.
本研究旨在设计一款适用于多种水果的采摘末端执行器，通过结构优化和智能控制，实现高效、无损的水果采摘。
阐述研究的基本思路和方法论.
介绍所采用的文献研究法，实验法、建模和仿真等研究方法.
总结设计中的创新点和技术突破.
国内外对水果采摘机器人的研究已取得一定进展，但仍存在采摘精度不高、适应性不强等问题。因此，设计一款高效、适应性强的采摘末端执行器具有重要的现实意义。
2023年X月X日—X月X日 列出进度计划
通过实验测定，分析了目标水果的尺寸、重量、表面特性等物理特性，为末端执行器的设计提供了基础数据。分析水果采摘过程中的特殊要求及挑战
.末端执行器需满足以下功能：精确抓取水果、剪切果梗、保证水果无损
介绍与水果采摘相关的技术及其发展历程.
详细描述了抓取机构、剪切机构、传动系统等关键部件的设计，包括尺寸、材料选择、工作原理等。末端执行器主要由动力结构、传动结构和剪切夹 持结构组成。直流减速电机作为末端执行器的动力 来源，提供减速后较大的转矩，用于带动螺杆旋转。 传动机构中的法兰盘与螺杆套接，固定于连接件上。 传动机构还包括左右连杆、导轨滑块、铰链、基座等 部件。刀片、移动刀台及柔性垫片构成了剪切夹持结 构，末端执行器机构简图如图1所示。
直流减速电机通过旋转提供长螺杆转动力，从而 驱动法兰盘在螺杆上前后移动。同时，法兰盘的运动 也带动了连接件的运动。连杆作为连接件的一部分， 受到连接件的推力影响，改变了与导轨滑块之间的角 度。这个角度的改变进一步施加了横向的作用力，使 得导轨滑块在导轨上滑动。 移动刀台与滑块连接在一起，实现了横向的张开与闭合，从而完成了剪切夹持机构的动作。当直流减 速电机正转时，法兰盘向后运动，导轨滑块向中心滑
根据水果特性和工作环境，选择了适合的材料，并分析了其力学性能、耐腐蚀性、成本效益等。
设计了基于伺服电机的控制系统，包括电机选型、传感器应用、控制算法等。
详细描述末端执行器的结构设计及其组件.
介绍末端执行器运动控制的基本理论.末端执行器工作时需要能够将一般的水果果梗 切断并夹持住，作用于果梗的剪切力来源于通过传动 机构传递的直流减速电机的扭矩。当刀片完全闭合 时，连杆与导轨滑块的夹角达到最大，传递的横向作 用力达到最小值。因此，计算刀片闭合状态下末端执 行器需要的剪切力，通过力学模型得到此时直流减速 电机需要的扭矩，即可计算需要的电机参数以及连杆 尺寸。力学分析如图2所示。
描述末端执行器的控制系统设计和架构.考虑到末端执行器的便捷性及易操作性，导轨滑 块选定MGN7C微型导轨滑块，导轨长度为100 mm， 单个滑块运动行程为 30 mm。为确保剪切力能够剪 断一般的水果果梗，选定N20直流减速电机作为动力 部件，提供高转速的同时还能保障较大的旋转扭矩。 当移动刀台向内运动，以硅胶为材质的柔性夹持体先 接触果梗，随着移动刀台持续运动，两边的柔性夹持 体将果梗夹持住，同时刀片向内剪切果梗。当法兰盘 移动至一定位置时触发微动开关，电机停止转动，防 止刀片闭合时电机持续堵转烧毁。刀片完全闭合将果梗剪断，柔性夹持体的挤压力将与果实连接的果梗 夹住，移动至果篮中后电机反转松开果梗，采摘下一 个水果。 当需要采摘不同类型的水果时，根据该类型水果 的果梗大小及所需要的剪切力，适当调整刀片与移动 刀台的位置，使柔性夹持体能够充分夹持住果梗。当 果梗较大时，柔性夹持体相对刀片位置更加向内凸 出，以便刀片剪切后仍能夹住果梗防止松脱。通过移 动微动开关与法兰盘的相对位置，控制导轨滑块的运 动行程，以适应不同的果梗大小，减少采摘时间。 利用 SolidWorks 软件的 Motion 运动仿真模块对 末端执行器进行运动学分析，在直流减速电机的螺杆 上施加固定扭矩，通过运动算例图添加刀片处的作用 力变化曲线，得到直流减速电机的扭矩与刀片处的剪 切力的关系系数。实验结果显示，施加于螺杆的扭矩 与刀片完全闭合处的剪切力的比例系数为 3.697，考 虑到铰链的摩擦力与导轨滑块运动的摩擦力，扭矩与 剪切力的比例系数修正为 4.0，结合 N20 直流减速电 机的扭矩可知，末端执行器的剪切力大于小型水果的 果梗剪切强度，满足采摘要求
分析选择的传感器和执行机构的类型与功能.
以某特定水果为例，介绍了末端执行器的设计案例。
比较了不同水果采摘末端执行器的设计，分析了各自的优势和适用范围。
展示了试验结果，分析了末端执行器的性能。
基于实验结果提出对设计的优化建议.
总结本文主要研究成果和设计的意义.水果采摘机械化是水果产业发展的重要方向。 通过机械化采摘，可以降低人工成本，提高采摘效 率，减少对水果的损伤，延长水果的保鲜时间，从而 增加产量和提高水果质量。本文基于轻便化、无损采 摘水果的方式，设计了一种剪切夹持一体化的水果采 摘末端执行器。该执行器采用直流减速电机推拉螺 杆套接的法兰盘来改变连杆与导轨滑块间的角度，从 而带动移动刀台的往复运动，实现剪切夹持与松开的 动作。刀片下端配备了硅胶材质的柔性夹持体，可以 在剪切力增大时夹紧果梗，便于剪断。为了确保末 端执行器的稳定性和可靠性，研究小组在设计中设 置了微动开关停止电机转动，以保护电机的安全运 行。为了进一步分析末端执行器的运动学特性，使用 SolidWorks软件进行运动学仿真分析，以防止电机长 时间堵转而烧坏。当法兰盘移动到一定位置触发微 动开关时，进行运动学分析。将固定的扭矩施加于螺 杆，并通过运动算例中刀片尖端的作用力曲线来得到 直流减速电机的扭矩与刀尖剪切力的比例系数。通 过对比设计使用的N20电机的参数，可以确定剪切力 是否满足一般小型水果的采摘要求。在实际应用中，可以根据不同类型水果的特点对 刀片与移动刀台的位置进行调整。例如，当采摘果梗 质地较硬或较粗时，可以更换扭矩较大的直流减速电 机，以确保剪切力足够强大。同时，根据果梗的粗细 不同，可以调整微动开关的位置和刀片与柔性夹持体 的相对位置，以适应不同水果的采摘需求。通过以上 设计和分析，可以确保末端执行器的准确性、稳定性 和可靠性，使其能够轻便地剪切和夹持水果的果梗， 实现无损采摘，提高水果采摘的效率和质量。未来， 应该继续加大对水果采摘机械化研究的投入力度，不 断改进和创新末端执行器的设计，推动水果产业向更 高效、更可持续的方向发展。
探讨水果采摘末端执行器的未来应用前景.提出了未来研究的方向和技术发展趋势。