滚动包覆式主动抓取器在农业球形果实高效处理中的创新应用与机理研究

本文介绍了一种创新的主动滚动式抓取器，采用滚动包覆（rolling-in and enveloping）模式，通过指尖主动滚轮和弹性膜结构实现球形果实的低损伤高效抓取。该设计显著提升了位置容错性（high position offset tolerance），解决了传统力封闭（force closure）或形封闭（form closure）抓取器对果实位姿敏感的问题，为农业自动化提供了新思路。

　　

Mechanical structure（机械结构）

主动滚动抓取器的机械结构如图2所示。它由三个主要部分组成：基座、手指和弹性膜。基座底部设有连接机械臂的插槽，顶部用于固定手指。基座内部装有控制器，负责控制抓取器的整体运动。控制器包含四个模块：电源模块、驱动模块、传感模块和通信模块。指尖的主动滚轮通过微型电机驱动，能够以可控转速引导果实向内滚动。弹性膜采用硅胶材料制成，具有良好的伸缩性和包裹性，可在果实完全进入抓取器后提供支撑和约束。

Experimentation and validation（实验验证）

为评估抓取器的性能，我们开展了两项实验。实验一测试了抓取器对不同类型球形果实（番茄、橙子、苹果）的位姿容错能力，包括垂直和水平方向的偏移容忍度。实验二记录了抓取过程的时间效率，结果表明从接触果实到完成包覆仅需0.5秒。此外，我们在真实柑橘采摘场景中验证了抓取器的实用性，成功实现了高效无损采摘。

Conclusion（结论）

本文提出了一种用于球形果实处理的主动滚动抓取器。其特点是指尖配备主动滚轮和弹性膜，通过创新的滚动包覆模式，实现了轻柔接触引导和稳固约束。我们推导了抓取器与果实的相互作用模型，阐明了其工作原理，并通过实验证明了该抓取器在高位姿容错性和操作效率方面的优势。实验一结果表明……（注：此处因原文截断，翻译内容保留至结构完整性节点）。