番木瓜 Carica papaya 生長于熱帶亞熱帶地區，被世界衛生組織列為最有營養價值的十大水果之一，有“嶺南果王”的美譽，是中國珠三角地區具有較高經濟價值的優稀水果。目前國內外尚無番木瓜自動化采收裝備，國內小型果園主要借助梯子或長柄簡易采收器采收，國外大型果園主要利用拖拉機驅動升降平臺及輸送裝置，以提高人工摘取高度和效率。研制開發番木瓜自動化摘取裝備有利于減輕人工勞動量，緩解當前中國農村勞動力不足問題。番木瓜體積和質量大、硬度低，相對振動采收，采用機器人摘取方案更為適宜。末端執行機構直接與果實接觸，是采摘機器人將果實與果梗分離獲取果實的關鍵執行部件。目前國內外鮮見番木瓜采收末端執行機構的研究報道。本研究依據番木瓜果樹與果實特點，擬定番木瓜采摘末端執行機構摘取方案，構建番木瓜摘取平衡方程，進行摘取穩定性分析，提出摘取接觸力求解算法；搭建摘取試驗平臺，通過番木瓜摘取試驗驗證摘取方案的合理性、摘取接觸力學模型的正確性與實用性，為番木瓜采摘末端執行機構的設計和力度控制提供依據。

番木瓜摘取方案

       番木瓜果樹單桿直立，果柄與樹干在果梗處連接。隨著樹體高度增長，果梗新牙由樹干低位向高位連續生長，最下端的果實最大最老，最高處果實齡期最短，果實最小。番木瓜果梗沿樹干直徑和高度方向的分布距離小，著果區域果實分布密集，果實間相互層疊。番木瓜果實繞縱軸線對稱，沿垂直縱軸方向截面兩端細、中間粗，橫徑位置截面直徑最大。當番木瓜出現１條黃色條斑（一線黃）或３條黃色斑（三線黃）時，從樹干下端成熟番木瓜開始向上摘取。如沿縱軸方向施加拉力使果實與果樹分離，所需拉力大，因此目前人工在用手抓緊果實后，采用側向掰動，繞果柄的縱軸線轉動，或用刀具切斷果柄的方式將果實摘下。

       在有摩擦約束條件下，三點夾持能完全約束作用在物體上的外力，為此選取結構最簡單的三指夾持方式來抓緊番木瓜果實。為簡化末端執行機構的結構，三夾指對稱分布，由一個原動件驅動，同步動作夾持或松開果實。在將果實分離方面，如采用沿側向掰動方式，番木瓜果實分布密集，掰動空間范圍有限，易碰撞損傷相鄰果實；如采用刀具切斷果柄方式，刀具接近果柄的空間范圍有限，易受周邊果實遮擋，切除果柄時容易碰傷鄰近果實。為此選取繞番木瓜縱軸線施加一定扭矩，使其轉動一定角度，克服果柄處的扭轉阻力，實現扭斷分離。

        樣本表面無明顯變形、壓痕與裂紋，夾持處果肉室溫靜置 24 h 后無明顯的顏色變化和傷痕，最大夾持力遠小于成熟番木瓜橫徑方向受壓彈性變形階段壓力極限值；質量和摘取扭轉力矩與橫徑、縱徑、果柄長度、果柄扭斷直徑有密切依存關系，質量多元線性回歸達極顯著水平，扭轉力矩多元線性回歸達顯著水平；依據接觸力學模型和回歸模型計算的理論夾持力與測量夾持力對比，測量夾持力均高于理論夾持力，兩者最大偏差小于20%，兩者在趨勢上具有較好一致性。摘取方案能穩定無損傷摘取番木瓜，摘取接觸力學模型具有正確性與實用性，可為番木瓜摘取末端執行機構設計與力度控制提供依據。