CN101015244B - 一种垄作栽培草莓自动采摘装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了属于农业机械范围的一种垄作栽培草莓自动采摘装置，该自动采摘装置为4自由度的龙门草莓自动采摘装置。其纵向移动装置通过丝杠固定板和轴承、丝杠固定板和轴承横跨在龙门支架的水平梁上；倾斜上下移动装置通过三角板和纵向移动滑块与纵向移动丝杠连杆连接；草莓抓取机构、果柄切断机构和摆动马达23组成末端执行器，末端执行器通过连接梁、连接板和倾斜上下移动装置的滑块连接，收集盘放置在倾斜上下移动装置下面，龙门架后下方。本实用新型采用龙门式跨行收获，克服草莓垄作栽培的窄垄沟要求机械体积小、实现难度大的难题；4自由度直角坐标机械手，容易控制，定位精度高；采用气力驱动，不污染温室的环境；结构简单，设计精巧。
Description
技术领域
本发明属于农业机械范围，特别涉及一种垄作栽培草莓自动采摘装置。
背景技术
果蔬果实收获的劳动强度很大，自动化收获是一个难度很大的课题，世界各国的学者相继开发出了苹果、柑橘、西红柿、茄子、辣椒、黄瓜等收获机器人，根据对象的特点，收获机器人在机械手、末端执行器、移动机构等的设计方面均有独到的特点。
草莓柔软多汁，容易受伤，并且外型独特，实现机器人收获具有一定的难度，具有挑战性，因此，备受各国学者的青睐。各国学者一直都在寻找合适的收获方法。日本学者设计了用带有切刀的手指直接抓取草莓果柄来进行收获的机器人，中国农业大学建立了桥架式直角坐标机械手，垂直收获地面上的草莓。但对于温室垄作栽培的草莓，因其垄沟较窄，草莓果实又生长在倾斜的垄坡斜面上，因而窄垄沟要求机械体积小、实现自动采摘温室垄作栽培草莓的难度则很大。
发明内容
本发明的目的是针对草莓温室垄作栽培的垄沟较窄，草莓果实生长在倾斜的垄坡斜面上，窄垄沟要求机械体积小、实现自动采摘温室垄作栽培的草莓的难度则很大的特点而提供一种垄作栽培草莓自动采摘装置。其特征在于，所述自动采摘装置为4自由度的龙门草莓自动采摘装置，其纵向移动装置通过含轴承的第一丝杠固定板2、含轴承的第二丝杠固定板27横跨在龙门支架1的水平梁上；倾斜上下移动装置通过固定在一起的三角板5和第一滑块6与纵向移动丝杠3、丝杠连杆4连接；草莓抓取机构、果柄切断机构和摆动马达23组成末端执行器，末端执行器通过连接梁21、连接板22和倾斜上下移动装置的第二滑块11连接，收集盘14放置在倾斜上下移动装置的下面。
所述龙门支架1采用角钢制成∏型支架。
所述纵向移动装置是纵向移动丝杠3与第一滑块6螺纹连接，丝杠连杆4穿过第一滑块6两边的滑孔并同纵向移动丝杠3一起被含轴承的第一丝杠固定板2、含轴承的第二丝杠固定板27横跨固定在龙门支架1的水平梁上，电机固定板24固定在龙门支架1的含轴承的第二丝杠固定板27处水平梁上，电机25固定在电机固定板24上，并通过连轴器26和纵向移动丝杠3连接。
所述倾斜上下移动装置的倾斜上下移动丝杠9及其两边的丝杠连杆10上端固定在焊接于三角板5上的丝杠固定板上，下端固定在丝杠固定板和轴承12上，电机7固定在三角板5上，并通过连轴器8和倾斜上下移动丝杠9连接，第二滑块11和倾斜上下移动丝杠9螺纹连接，两边的滑孔和丝杠连杆10滑动连接；丝杠固定板和轴承12还和滑轮13连接。
所述末端执行器包括抓取草莓的抓取机构和果柄切断机构，其抓取机构为采用薄铝板制作的2个弧形手指17和气爪18连接，气爪18再和手指气缸19连接；所述果柄切断机构为固定在手指气缸19上的切刀气缸20通过切刀支架16和切刀15连接；固定在一起的手指气缸19和切刀气缸20再通过连接梁21和摆动马达23连接。
本发明的有益效果是：(1)采用龙门式跨行收获，克服草莓垄作栽培的窄垄沟要求机械体积小、实现难度大的难题；(2)采用直角坐标机械手，容易控制，定位精度高；(3)采用两个仿行手指从果实直径最大处抓取草莓，尽可能不伤害草莓果实；(4)本发明采用气力驱动，不污染温室的环境；(5)结构简单，设计精巧。
附图说明
图1为草莓自动采摘装置结构示意图。
图2为纵向移动装置结构示意图。
图3为倾斜上下移动装置结构示意图。
图4为末端执行器结构示意图。
具体实施方式
本发明提供一种垄作栽培草莓自动采摘装置。在图1所示的草莓自动采摘装置结构示意图中，该自动采摘装置为4自由度的龙门草莓自动采摘装置，龙门支架1采用角钢制成∏型支架，在龙门架1后下方，由角铝制成一个矩形框架，其上放置泡膜盘来收集草莓。其纵向移动装置的纵向移动丝杠3与第一滑块6螺纹连接，丝杠连杆4穿过第一滑块6两边的滑孔并同纵向移动丝杠3一起被含轴承的第一丝杠固定板2、含轴承的第二丝杠固定板27横跨固定在龙门支架1的水平梁上，电机固定板24固定在龙门支架1的含轴承的第二丝杠固定板27处水平梁上，电机25固定在电机固定板24上，并通过连轴器26和纵向移动丝杠3连接(如图2所示)；倾斜上下移动装置的倾斜上下移动丝杠9及其两边的丝杠连杆10上端固定在焊接于三角板5上的第三丝杠固定板上，下端固定在含轴承的第四丝杠固定板12上，电机7固定在三角板5上，并通过连轴器8和倾斜上下移动丝杠9连接，第二滑块11和倾斜上下移动丝杠9螺纹连接，两边的滑孔和丝杠连杆10滑动连接；含轴承的第四丝杠固定板12还和滑轮13连接(如图3所示)；收集盘14放置在倾斜上下移动装置的下面；三角板5和纵向移动装置的第一滑块6固定在一起。所述末端执行器包括抓取草莓的抓取机构和果柄切断机构，其抓取机构为采用薄铝板制作的2个弧形手指17和气爪18连接，气爪18再和手指气缸19连接；所述果柄切断机构为固定在手指气缸19上的切刀气缸20通过切刀支架16和切刀15连接；固定在一起的手指气缸19和切刀气缸20再通过连接梁21和摆动马达23连接(如图4所示)。
所述抓取机构为采用4个自由度的直角坐标机械手，包括3个直动关节和一个旋转关节。其中直动关节包括纵向移动丝杠3与第一滑块6及转动机构；倾斜上下移动关节包括第二滑块11和倾斜上下移动丝杠9及转动机构；垂直直向移动关节主要是在垂直于垄坡的方向将末端执行器伸向草莓果实，由手指气缸19和切刀气缸20、连接梁21来完成。旋转关节采用90°摆动的摆动马达23，通过旋转90°，将草莓从垂直于垄坡的位置转动到平行垄坡的位置，避免了与垄发生干扰。
作业过程：龙门支架1行走到一定的距离后，手指17处于初始位置，平行于垄坡斜面。电机7和电机25两个电机同时转动，带动纵向移动丝杠3和倾斜上下移动丝杠9同时转动，将手指17移动到合适的位置，摆动马达23旋转90°，使手指17垂直于垄坡斜面，手指气缸19伸出，抓住草莓，切刀气缸20伸出，将果柄切断。手指气缸19和切刀气缸20同时缩回，摆动马达23向回旋转90°，电机7和电机25两个电机反转，手指17回到初始位置，手指气缸19和切刀气缸20同时伸出，手指17松开，将草莓放到收集盘14中。再收获下一个草莓。
Claims (5)
1.一种垄作栽培草莓自动采摘装置，所述垄作栽培草莓自动采摘装置包括纵向移动装置、倾斜上下移动装置和末端执行器，组成4自由度的、能在垄作栽培的窄垄沟上自动采摘草莓的装置，是垂直收获地面上的草莓的桥架式直角坐标机械手，其特征在于，其纵向移动装置通过含轴承的第一丝杠固定板(2)和含轴承的第二丝杠固定板(27)横跨固定在龙门支架(1)的水平梁上；倾斜上下移动装置通过固定在一起的三角板(5)和第一滑块(6)与纵向移动丝杠(3)、丝杠连杆(4)连接；草莓抓取机构、果柄切断机构和摆动马达(23)组成末端执行器，末端执行器通过连接梁(21)、连接板(22)和倾斜上下移动装置的第二滑块(11)连接，收集盘(14)放置在倾斜上下移动装置的下面。
2.根据权利要求1所述垄作栽培草莓自动采摘装置，其特征在于，所述纵向移动装置是纵向移动丝杠(3)与第一滑块(6)螺纹连接，丝杠连杆(4)穿过第一滑块(6)两边的滑孔并同纵向移动丝杠(3)一起被含轴承的第一丝杠固定板(2)、含轴承的第二丝杠固定板(27)横跨固定在龙门支架(1)的水平梁上，电机固定板(24)固定在龙门支架(1)的含轴承的第二丝杠固定板(27)处水平梁上，电机(25)固定在电机固定板(24)上，并通过连轴器(26)和纵向移动丝杠(3)连接。
3.根据权利要求1所述垄作栽培草莓自动采摘装置，其特征在于，所述倾斜上下移动装置的倾斜上下移动丝杠(9)及其两边的丝杠连杆(10)上端固定在焊接于三角板(5)上的第三丝杠固定板上，下端固定在含轴承的第四丝杠固定板(12)上，电机(7)固定在三角板(5)上，并通过连轴器(8)和倾斜上下移动丝杠(9)连接，第二滑块(11)和倾斜上下移动丝杠(9)螺纹连接，两边的滑孔和丝杠连杆(10)滑动连接；含轴承的第四丝杠固定板(12)还和滑轮(13)连接。
4.根据权利要求1所述垄作栽培草莓自动采摘装置，其特征在于，所述果柄切断机构为固定在手指气缸(19)上的切刀气缸(20)通过切刀支架(16)和切刀(15)连接；固定在一起的手指气缸(19)和切刀气缸(20)再通过连接梁(21)和摆动马达(23)连接。
5.根据权利要求1所述垄作栽培草莓自动采摘装置，其特征在于，所述收集盘由角铝制成一个矩形框架，其上放置泡膜盘来收集草莓，放在龙门支架(1)后下方。
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