CN101142878A - 一种直角坐标式果实采摘机械手装置 - Google Patents

一种直角坐标式果实采摘机械手装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种直角坐标式果实采摘机械手装置，它包括工作支架、水平移动机构、垂直移动机构和纵深移动机构；工作支架包括平板工作台和上支架，在上支架上设置有一水平滑道；水平移动机构包括一由水平电机通过谐波减速器驱动的水平丝杠，一连接在水平丝杠上并通过两水平光杠导向的水平滑块；垂直移动机构包括一由垂直电机通过谐波减速器带动的垂直丝杠，一连接在垂直丝杠上并通过两垂直光杠导向的垂直滑块，垂直移动机构的底部连接在水平滑块顶部，垂直移动机构的顶部滑设在上支架的水平滑道中；纵深移动机构包括一由齿轮电机通过齿轮带动的齿条，齿条设置在一齿条支撑板上，齿条支撑板固定连接在垂向滑块一侧；采摘手爪连接在齿条一端。本发明可广泛应用于垂直悬挂式果实的自动化采摘。

Description

一种直角坐标式果实采摘机械手装置
技术领域
本发明涉及一种农业机械，特别是关于一种直角坐标式果实采摘机械手装置。
背景技术
随着温室蔬菜种植面积的逐步扩大，蔬菜产量逐年提高。但蔬菜的采摘仍采用人工进行，并且劳动强度也很大。农村劳动力逐渐向二、三产业的转移，使劳动力成本的逐步提高，迫切需要解决采摘机械化的问题。关于果实采摘机械的研究，日本、美国等已经研制了苹果、柑橘、大白菜、西瓜、黄瓜、西红柿等采摘机器人，这些机器人的机械手采用旋转关节和直动
关节，适合采摘一种果实，比较灵活，但控制难，通用性不高。
发明内容
针对以上问题，本发明的目的是提供一种结构简单、容易控制、定位精度高通用的直角坐标式果实采摘机械手装置。
为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种直角坐标式果实采摘机械手装置，它包括工作支架、水平移动机构、垂直移动机构和纵深移动机构；所述工作支架包括平板工作台和上支架，在所述上支架上设置有一水平滑道；所述水平移动机构包括一由水平电机通过谐波减速器驱动的水平丝杠，一连接在所述水平丝杠上并通过两水平光杠导向的水平滑块；所述垂直移动机构包括一由垂直电机通过谐波减速器带动的垂直丝杠，一连接在所述垂直丝杠上并通过两垂直光杠导向的垂直滑块，所述垂直移动机构的底部连接在所述水平滑块顶部，所述垂直移动机构的顶部滑设在所述上支架的水平滑道中；所述纵深移动机构包括一由齿轮电机通过齿轮带动的齿条，所述齿条设置在一齿条支撑板上，所述齿条支撑板固定连接在所述垂直滑块一侧；所述采摘手爪连接在所述齿条一端的手爪连接板上。
所述上支架包括设置在所述工作台两侧的“II”型支架’，在两侧所述支架的横梁中部设置有一带有减速器的电机支撑条和一垂直丝杠支撑条，在所述电机支撑条和垂直丝杠支撑条中部分别设置有一长孔形水平滑道。
所述水平移动机构包括固定在工作台上的两块水平丝杠固定板和一电机固定板，所述水平丝杠两端分别通过轴承支撑在所述水平丝杠固定板上，所述水平电机驱动的谐波减速器连接在所述电机固定板上，且通过一联轴器连接所述水平丝杠的一伸出端。
所述垂直移动机构包括分别通过轴承设置在所述垂直丝杠两端的两支撑座，所述底部的支撑座固定连接在所述水平滑块的顶部，所述顶部支撑座位于所述水平滑道的底面，所述垂直丝杠的伸出端通过一联轴器，连接设置在所述水平滑动顶面的垂直电机驱动的谐波减速器。
所述纵深移动机构包括在所述齿条支撑板上设置的两块齿条导向板，所述齿条滑动地设置在所述两齿条导向板之间，所述齿轮电机通过一齿轮电机固定板固定在一所述齿条导向板上，所述齿轮通过齿轮轴支撑在所述两齿轮固定板上，且通过一联轴器连接所述齿轮电机。
所述工作台上设置一果实收集箱。
本发明由于采取以上技术方案，其具有以下优点：1、本发明由于设置了水平移动机构，在水平移动机构上设置了垂直移动机构，在垂直移动机构上设置了纵深移动机构，在纵深移动机构上设置了连接可以采摘不同果实的手爪的连接板，因此可以同时实现本发明果实采摘装置的空间三维方向的移动。2、本发明由于采用两个丝杠分别做沿水平方向和垂直方向的移动，因此可以保证采摘手爪在水平方向和垂直方向的微量调节，同时本发明采用电机带动齿轮齿条，可以根据果实的位置，确定齿条伸出的距离，使齿条前端的采摘手爪在深度方向垂直抓取果实，使本发明的采摘机械手装置操作特别灵活准确。3、本发明可以通过更换不同的采摘手爪，完成可以采摘不同果实的目的，机械通用性好，特别是本发明采用电力驱动，结构简单，成本低，对环境无污染。本发明主要适用于垂直悬挂式果实的自动化采摘，可以实现快速准确、精确定位，具有广阔的市场前景。
附图说明
图1是本发明整体结构图
图2是本发明水平滑块示意图
图3是图2的俯视示意图
图4是图2的左视示意图
图5是本发明垂直滑块示意图
图6是图5的俯视示意图
图7是图5的左视示意图
图8是本发明垂直滑块和齿轮齿条机构连接示意图
图9是图8的俯视示意图
图10是本发明齿轮齿条机构主视图
图11是图10的左视示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行详细地说明。
如图1所示，本发明包括工作支架、水平移动机构、垂直移动机构和纵深移动机构。
工作支架包括一平板工作台1，在工作台1的两侧各固定一组“II”型支架2、2’，在两组支架2、2’的横梁2a、2a’中部的顶面设置一带有减速器的电机支撑条3，在两组支架2、2’的横梁2a、2a’中部的底面设置一与电机支撑条3对应的垂直丝杠支撑条4。电机支撑条3和垂直丝杠支撑条4中部分别设置有一长孔形水平滑道5、5’。
水平移动机构包括设置在两组支架2、2’内侧的工作台1上设置有两块固定板6、6’，在两固定板6、6’上通过轴承连接一水平丝杠7，水平丝杠7的一端伸出固定板6’。在水平丝杠7的上、下分别设置一连接在固定板6、6’上的水平光杠8、8’。在水平丝杠7和两水平光杠8、8’上穿设一水平滑块9。如图2～4所示，水平滑块9呈“II”型，顶部设置有固定连接孔10，两侧面设置有螺孔 11和通孔12。如图1、图4所示，水平丝杠7连接在螺孔11中，两水平光杠8、8’滑动地穿设在两通孔12中。在具有水平丝杠7伸出端一侧的固定板6’外侧，设置有一固定在工作台1上的电机固定板13，在电机固定板13上固定带有谐波减速器的电机14，电机14的输出端通过一联轴器15与水平丝杠7的伸出端连接并带动其转动，水平丝杠7的转动带动水平滑块9沿两水平光杠8、8’滑动。
如图1所示，垂直移动机构包括在水平滑块9的顶部和垂直丝杠支撑条4底部分别设置的一支撑座16、17，在两支撑座16、17上通过轴承连接一垂直丝杠18，垂直丝杠18的上端伸出支撑座17，穿过垂直丝杠支撑条4上的长孔5’。在电机支撑条3顶部长孔5中设置一垂直的带有谐波减速器的电机24，电机24的输出端通过一联轴器25连接垂直丝杠18的伸出端。在垂直丝杠18左右两侧分别设置一连接在支撑座16、17上的垂直光杠19、19’，在垂直丝杠18和光杠19、19’上穿设一垂直滑块20。如图5～7所示，垂直滑块20的前面和一侧面为敞开，垂直滑块20的顶面和底面分别设置有与垂直丝杠18连接的上下螺孔21和穿过两垂直光杠19、19’的通孔22，垂直滑块20的侧面设置有数个固定连接孔23。
如图8～图11所示，纵深移动机构包括在垂直滑块20的固定连接孔23中，通过一组螺钉连接一齿条支撑板26，同时在垂直滑块20和齿条支撑板26上焊接一连接二者的支撑板27。在齿条支撑板26正面焊接两条平行的齿条导向板28、28’，在齿条导向板28、28’  之间设置一齿条29，齿条29前端设置一手爪连接板30。在两齿条导向板28、28’上分别设置一齿轮固定板31、31’，齿轮32通过齿轮轴33连接在两齿轮固定板31、31’中间，齿轮轴33一端通过一齿轮联轴器34与一齿轮电机35相连，齿轮电机35通过一齿轮电机固定板36固定在齿条导向板28’上。
在本发明的手爪连接板30上可以连接现有技术中各种的果实采摘手爪，由于此内容不是本发明的要点，故在此不再赘述。
本发明使用时，工作台1位于作业行间，手爪连接板30位于初始位置，水平丝杠电机和垂直丝杠电机同时转动，通过两带有谐波减速器的电机14、24带动水平丝杠7和垂直丝杠18转动，进而带动水平滑块9和垂直滑块20运动。水平滑块9的运动可以使手爪连接板30沿工作台1横行运动，垂直滑块20的运动可以使手爪连接板30作垂直工作台1的上、下运动。齿轮电机35通过联轴器34带动齿轮32转动，齿轮32再通过与其啮合的齿条29在两齿条导向板28、28’之间的滑动，带动手爪连接板30沿工作台1的纵向前、后运动，进而实现本发明在三维空间将机械手爪送到果实处的目的。手爪摘下果实后，三个电机同时反转，使手爪回到初始位置，将果实放置在收集箱37中。再收获下一个果实。

Claims (10)

1.一种直角坐标式果实采摘机械手装置，其特征在于：它包括工作支架、水平移动机构、垂直移动机构和纵深移动机构；所述工作支架包括平板工作台和上支架，在所述上支架上设置有一水平滑道；所述水平移动机构包括一由水平电机通过谐波减速器驱动的水平丝杠，一连接在所述水平丝杠上并通过两水平光杠导向的水平滑块；所述垂直移动机构包括一由垂直电机通过谐波减速器带动的垂直丝杠，一连接在所述垂直丝杠上并通过两垂直光杠导向的垂直滑块，所述垂直移动机构的底部连接在所述水平滑块顶部，所述垂直移动机构的顶部滑设在所述上支架的水平滑道中；所述纵深移动机构包括一由齿轮电机通过齿轮带动的齿条，所述齿条设置在一齿条支撑板上，所述齿条支撑板固定连接在所述垂直滑块一侧；所述采摘手爪连接在所述齿条一端的手爪连接板上。
2.如权利要求1所述的一种直角坐标式果实采摘机械手装置，其特征在于：所述上支架包括设置在所述工作台两侧的“∏”型支架’，在两侧所述支架的横梁中部设置有一带有减速器的电机支撑条和一垂直丝杠支撑条，在所述电机支撑条和垂直丝杠支撑条中部分别设置有一长孔形水平滑道。
3.如权利要求1所述的一种直角坐标式果实采摘机械手装置，其特征在于：所述水平移动机构包括固定在工作台上的两块水平丝杠固定板和一电机固定板，所述水平丝杠两端分别通过轴承支撑在所述水平丝杠固定板上，所述水平电机驱动的谐波减速器连接在所述电机固定板上，且通过一联轴器连接所述水平丝杠的一伸出端。
4.如权利要求2所述的一种直角坐标式果实采摘机械手装置，其特征在于：所述水平移动机构包括固定在工作台上的两块水平丝杠固定板和一电机固定板，所述水平丝杠两端分别通过轴承支撑在所述水平丝杠固定板上，所述水平电机驱动的谐波减速器连接在所述电机固定板上，且通过一联轴器连接所述水平丝杠的一伸出端。
5.如权利要求1或2或3或4所述的一种直角坐标式果实采摘机械手装置，其特征在于：所述垂直移动机构包括分别通过轴承设置在所述垂直丝杠两端的两支撑座，所述底部的支撑座固定连接在所述水平滑块的顶部，所述顶部支撑座位于所述水平滑道的底面，所述垂直丝杠的伸出端通过一联轴器，连接设置在所述水平滑动顶面的垂直电机驱动的谐波减速器。
6.如权利要求1或2或3或4所述的一种直角坐标式果实采摘机械手装置，其特征在于：所述纵深移动机构包括在所述齿条支撑板上设置的两块齿条导向板，所述齿条滑动地设置在所述两齿条导向板之间，所述齿轮电机通过一齿轮电机固定板固定在一所述齿条导向板上，所述齿轮通过齿轮轴支撑在所述两齿轮固定板上，且通过一联轴器连接所述齿轮电机。
7.如权利要求5所述的一种直角坐标式果实采摘机械手装置，其特征在于：所述纵深移动机构包括在所述齿条支撑板上设置的两块齿条导向板，所述齿条滑动地设置在所述两齿条导向板之间，所述齿轮电机通过一齿轮电机固定板连接在一所述齿条导向板上，所述齿轮通过齿轮轴支撑在所述两齿轮固定板上，且通过一联轴器连接所述齿轮电机。
8.如权利要求1或2或3或4所述的一种直角坐标式果实采摘机械手装置，其特征在于：所述工作台上设置一果实收集箱。
9.如权利要求5所述的一种直角坐标式果实采摘机械手装置，其特征在于：所述工作台上设置一果实采摘收集箱。
10.如权利要求6所述的一种直角坐标式果实采摘机械手装置，其特征在于：所述工作台上设置一果实采摘收集箱。
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