Design and performance evaluation of a novel end-effector with integrated gripper cum cutter for harvesting greenhouse produce

انگیزه برای کار فعلی کاهش هزینه برداشت و افزایش ماندگاری محصولات پس از برداشت انگور و محصولات گلخانه‌ای با استفاده از ربات‌های برداشت است. یک طراحی نوآورانه برای ابزار انتهایی شامل یک برشگر یکپارچه با گیره توسعه یافته، آزمایش شده و برای برداشت انواع مختلف محصولات گلخانه‌ای تأیید شده است. برای ارزیابی کارایی این ابزار انتهایی نوآورانه، آزمایش‌هایی روی سبزیجات و میوه‌های مختلف مانند انگور خوراکی، فلفل دلمه‌ای شیرین، خربزه تلخ، فلفل چیلی بلند و تند، بادمجان و بامیه انجام شده است که میانگین زمان برداشت به ترتیب 28، 19، 17، 20، 17 و 18 ثانیه بوده است. ابزار انتهایی نوآورانه طراحی شده، یعنی گیره همراه با برشگر، اندازه‌ای جمع و جور و وزن کمی دارد. این ابزار به بازوی رباتیک ساخته‌شده به صورت سفارشی و با عملیات پنوماتیکی متصل شده و روی یک وسیله نقلیه کشاورزی چند منظوره نصب شده است.زمانی که میوه از طریق حسگر تصویری شناسایی شد، یک ماژول مکاترونیک ابتدا گیره را فعال می‌کند تا ساقه میوه را محکم بگیرد و سپس برشگر آن را قطع می‌کند، بدون اینکه هیچ تماس فیزیکی با میوه داشته باشد، که این امر منجر به افزایش ماندگاری میوه می‌شود. ماژول برداشت قادر به برداشت انواع میوه‌ها و سبزیجات با ظرفیت مؤثر میدانی ۴.۶۲۵ هکتار در ساعت و زمان عملیاتی مؤثر ۹.۲۵ ساعت در یک روز کاری ۱۰ ساعته با بازدهی میدانی ۹۲.۵٪ است.

Motivation for current work is to reduce the harvesting cost and increase the shelf life of the post-harvested yield of grapes and greenhouse produce using harvesting robots. A novel end-effector design comprising of cutter integrated with a gripper is developed, tested, and validated for harvesting different types of Greenhouse produce. For evaluating the efficacy of the novel end-effector, experiments are carried out on various vegetables and fruits like Table Grapes, Sweet Bell Pepper, Bitter Melon, Long Hot Chili Pepper, Eggplant, and Okra with average harvesting time of 28,19,17,20,17 and 18 seconds respectively. The designed novel end-effector viz. gripper cum cutter is compact in size and lightweight. It is attached to a custom-built pneumatically operated robotic arm, mounted on a multi-purpose agricultural vehicle. Once the fruit is detected through image sensing, a mechatronic module activates the gripper first to firmly grasp the peduncle of fruit, and the cutter cuts it, without any physical contact with fruit, resulting in the increased shelf life of fruit. The harvesting module is capable of harvesting various fruits and vegetables with an effective field capacity of 4.625 ha/hr with an effective operating time of 9.25 hrs in a 10 hours of a day with a field efficiency of 92.5%.