CN103053277B - 果蔬采摘装置 - Google Patents

Abstract

一种果蔬采摘装置包括喇叭形第一盖体、线圈、磁流体球及第二盖体。第一盖体的一端为开口端，开口端开设有球形凹槽。线圈呈环形球面分布，线圈至少部分收容于球形凹槽内，线圈与外接电源电连接。磁流体球包括柔性球壳及收容于柔性球壳内部的磁流变液，磁流体球部分收容于线圈内。第二盖体呈圆台形筒状，第二盖体包括大口端及小口端，第二盖体盖设于磁流体球上，大口端与第一盖体的开口端固定连接，磁流体球的一端从小口端突出形成把持部，把持部用于包覆果蔬。当磁流变液变为固态后，则果蔬的表面与把持部完全接触，把持部能够对果蔬较稳定的持拿，可以防止果蔬从把持部内脱落，造成损坏。

Description

果蔬采摘装置

技术领域

本发明涉及农业设备，特别是涉及一种果蔬采摘装置。

背景技术

水果、蔬菜（果蔬）采摘是农业生产中的一个重要的环节，传统的农业采摘工作基本都是依靠人工完成，这种采摘方式的局限性主要有两个方面：一方面大规模地使用劳动力会给果蔬带来极高的成本；另一方面果蔬的成熟期有严格的季节性限制，采摘任务必须在规定的时间内完成，作业劳动强度大，作业质量难以保证。

因此，果蔬采摘装置在这种背景下得到了较快的发展，国内外的相关科研机构都投入了大量的资源进行了相关的研究，并研制了相关的果蔬采摘装置。由于实际中果蔬的表面可能是不平整的，而且形状有所差异。因此在实际的采摘过程中，传统的果蔬采摘装置与果蔬表面不能完全接触，会出现果蔬持拿不稳，采摘效率较低。

发明内容

基于此，有必要提供一种能够较好地与果蔬表面接触，稳定持拿果蔬的果蔬采摘装置。

一种果蔬采摘装置，包括：

第一盖体，为喇叭形，所述第一盖体的一端为开口端，所述开口端开设有球形凹槽；

线圈，呈环形球面分布，所述线圈至少部分收容于所述球形凹槽内，所述线圈与外接电源电连接；

磁流体球，包括柔性球壳及收容于所述柔性球壳内部的磁流变液，所述磁流体球部分收容于所述线圈内；

第二盖体，呈圆台形筒状，所述第二盖体包括大口端及小口端，所述第二盖体盖设于所述磁流体球上，所述大口端与所述第一盖体的开口端固定连接，所述磁流体球的一端从所述小口端突出形成把持部，所述把持部用于包覆果蔬。

在其中一实施方式中，所述第一盖体的侧壁上开设有扇形通孔，所述磁流体球发生形变后可部分收容于所述扇形通孔内。

在其中一实施方式中，所述第一盖体与所述第二盖体通过螺钉连接。

在其中一实施方式中，还包括弹性支撑件，所述弹性支撑件为环形球面，所述线圈附着于所述弹性支撑件上。

在其中一实施方式中，所述弹性支撑件为硅胶材料制成。

在其中一实施方式中，还包括压力传感器，所述压力传感器贴附在所述把持部的表面上，所述压力传感器用于实时测量所述把持部表面与果蔬表面之间的压力。

在其中一实施方式中，还包括控制模块，所述压力传感器与所述控制模块通讯连接，所述控制模块与所述外接电源电连接，且与所述线圈电连接，所述控制模块根据所述压力传感器控制所述线圈上的电流大小。

在其中一实施方式中，还包括磁芯，所述磁芯收容于所述线圈的底部，所述磁芯压持所述磁流体球，使所述磁流体球发生形变，且包覆所述磁芯。

在其中一实施方式中，所述磁芯上设有螺纹，所述第一盖体上开设有螺纹通孔，所述磁芯与所述第一盖体螺纹连接。

在其中一实施方式中，所述柔性球壳为导电橡胶球壳。

上述果蔬采摘装置与传统的果蔬采摘装置相比，至少具有以下优点：

首先，线圈通有电流会产生磁场，磁流体球在变化磁场内发生磁流变效应。磁流变效应为磁流变液在不同的磁场强度下表现出不同的特性的效应，随外加磁场强度的增加由液态逐渐变为类似固体，当外加磁场撤销，磁流变液又能恢复到液体的状态。由于上述果蔬采摘装置的把持部为磁流体球的一部分，当把持部包覆在果蔬的外表面后，通过改变磁场，改变磁流体球内磁流变液的状态。当磁流变液变为固态后，则果蔬的表面与把持部完全接触，把持部能够对果蔬较稳定的持拿，可以防止果蔬从把持部内脱落，造成损坏。

并且，当把持部包覆果蔬的时候，磁流变液为液态，则把持部与果蔬的外表面为软接触，可以减少因采摘而对果蔬带来的损伤，基本实现无损采摘。

其次，上述把持部可以根据果蔬的形状发生形变，因此可以提高了果蔬采摘装置的普遍适用性，能适应于各种不同类型和大小的果蔬。

再次，磁芯可以增大线圈的磁场，使磁流体球的磁流变效应发生的更为快速，缩短磁流变效应的时间，提高上述果蔬采摘装置的采摘效率。

附图说明

图1为一实施方式的果蔬采摘装置的立体图；

图2为图1所示的果蔬采摘装置的分解图；

图3为图1所示的果蔬采摘装置的第一盖体的结构示意图；

图4为图1所示的果蔬采摘装置的线圈与弹性支撑件的结构示意图；

图5为图1所示的果蔬采摘装置的第二盖体的结构示意图；

图6为图1所示的果蔬采摘装置的磁芯的结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及／或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

果蔬采摘装置用于把持果蔬。将上述果蔬采摘装置安装在采摘机器人的机械臂上，通过机械臂将果蔬采摘装置推送到果蔬采摘的位置上。当上述果蔬采摘装置将果蔬把持住的时候，在通过采摘机器人上安装的剪刀将果蔬的把柄剪断，以将果蔬从植株上采摘下来。

请参阅图1和图2，本实施方式的果蔬采摘装置100包括第一盖体110、线圈120、弹性支撑件130、磁流体球140、第二盖体150、压力传感器（图未示）、控制模块（图未示）及磁芯160。

请同时参阅图3，第一盖体110为喇叭形。第一盖体110的一端为开口端111，开口端111开设有球形凹槽113。第一盖体110的开口端111的周缘设有第一凸沿115。第一盖体110的侧壁上开设有扇形通孔117。具体在本实施方式中，扇形通孔117开设于球形凹槽113的底部。扇形通孔117为多个，均匀分布在球形凹槽113的底部。

请同时参阅图4，线圈120呈环形球面分布，线圈120至少部分收容于球形凹槽113内，线圈120与外接电源电连接。线圈120上通有电流，线圈120相当于一电磁铁。线圈120产生磁场。

弹性支撑件130为环形球面，线圈120附着于弹性支撑件130上。弹性支撑件130支撑线圈120。具体在本实施方式中，弹性支撑件130为硅胶。当磁流体球发生形变的时候，弹性支撑件130会随着磁流体球发生一定的形变。当磁流体球发生形变的时候，弹性支撑件130可以保证线圈120能够恢复到原来的形状。

可以理解，弹性支撑件130可以省略。线圈120可以直接缠绕在磁流体球上。

磁流体球140包括柔性球壳141及收容于柔性球壳141内部的磁流变液（图未标），磁流体球140部分收容于线圈120内。磁流变液（MRF，Magnet orheological Fluids）是一种具有工程应用价值的新型智能流体材料，是一种由微米级磁性颗粒分撒在载液中形成的稳定悬浮液。磁流体球140可以在外界压力作用下，可以任意发生形变。磁流体球140发生形变后，可部分收容于扇形通孔117内。因此，当磁流体球140发生较大的形变的时候，扇形通孔117可以防止球形凹槽113的空间阻碍磁流体球140发生形变。

可以理解，柔性球壳141为导电橡胶。导电橡胶是将玻璃镀银、铝镀银、银等导电颗粒均匀分布在硅橡胶中，通过压力使导电颗粒接触，达到良好的导电性能。磁流变液可以为四氧化三铁，三氧化二铁等磁性颗粒分撒在载液中形成的。

请同时参阅图5，第二盖体150呈圆台形筒状。第二盖体150包括大口端151及小口端153，第二盖体150盖设于磁流体球140上，大口端151与第一盖体110的开口端111固定连接。第一盖体110与第二盖体150共同形成一个球形的收容腔（图未标）。由于第二盖体150的小口端153开设有开口，则当磁流体球140收容于收容腔内，磁流体球140的一端从小口端153突出形成把持部143，把持部143用于包覆果蔬。当机械臂将果蔬采摘装置100推送到果蔬位置时，磁流体球140内磁流变液为液体，果蔬挤压把持部143，则果蔬陷入到把持部143内，把持部143与果蔬表面完全接触将果蔬完全包覆。具体在本实施方式中，第二盖体150的大口端151的周缘设有第二凸沿，第一凸沿115与第二凸沿上均开设有通孔。第一盖体110与第二盖体150通过螺钉连接。第一盖体110与第二盖体150可拆卸连接，通过螺钉可方便第一盖体110与第二盖体150的安装。

压力传感器贴附在把持部143的表面上。压力传感器用于实时测量把持部143与果蔬表面之间的压力大小。具体在本实施方式中，压力传感器为多个。多个压力传感器按阵列排布在把持部143的表面，以测量把持部143与果蔬表面各点之间的压力大小。由于磁流变液在不同的状态下会表现出不同的应力状态，一般情况下，固体状态越明显，产生的应力就越大，把持部143与果蔬表面之间的压力数据也就越大。液体状态越明显，产生的应力就越小，把持部143与果蔬表面之间的压力数据也就越小。

控制模块与压力传感器通讯连接，控制模块与外接电源电连接。传感器阵列实时检测把持部143与果蔬表面的压力数据，并反馈给控制模块。控制模块可根据把持部143与果蔬表面的压力数据来实时调节磁流变液的磁流变过程。控制模块根据压力传感器实时控制线圈120上的电流大小。对于不同的蔬菜，把持部143与果蔬表面的压力大小不同。例如，对于表面比较脆弱的果蔬，把持部143与果蔬表面的压力要控制的较小，防止由于果蔬表面的压力过大，损坏果蔬。对于表面比较坚硬的果蔬，可以调节把持部143与果蔬表面的压力较大，以进一步保证把持部143与果蔬的稳定持拿。该压力传感器阵列实时检测压力传感器测量的压力数据，并反馈给控制模块，控制模块可根据压力数据实时调节磁流变液的磁流变过程。因此，可以避免果蔬被夹伤和夹持不稳的情况，实现果蔬的无损伤采摘。

可以理解，控制模块可以为放大电路或乘法器等。

请同时参阅图6，磁芯160收容于线圈120的底部，磁芯160压持磁流体球140，使磁流体球140发生形变，且包覆磁芯160。磁芯160上设有螺纹，第一盖体110上开设有螺纹通孔，磁芯160与第一盖体110螺纹连接。具体在本实施方式中，磁芯160包括柱状的磁杆161及圆板状的磁盘163。磁盘163为两个。磁杆161穿设于磁盘163的圆心处，且磁盘163与磁杆161固定连接。磁杆161的一端上设有螺纹，球形凹槽113的底部开设有螺纹通孔118，磁杆161与第一盖体110螺纹连接。

磁芯160可以增大线圈120的磁场，使磁流体球140的磁流变效应发生的更为快速，缩短磁流变效应的时间，提高上述果蔬采摘装置100的采摘效率。

首先，线圈120通有电流会产生磁场，磁流体球140在变化磁场内发生磁流变效应。磁流变效应为磁流变液在不同的磁场强度下表现出不同的特性的效应，随外加磁场强度的增加由液态逐渐变为类似固体，当外加磁场撤销，磁流变液又能恢复到液体的状态。由于上述果蔬采摘装置100的把持部143为磁流体球140的一部分，当把持部143包覆在果蔬的外表面后，通过改变磁场，改变磁流体球140内磁流变液的状态。当磁流变液变为固态后，则果蔬的表面与把持部143完全接触，把持部143能够对果蔬较稳定的持拿，可以防止果蔬从把持部143内脱落，造成损坏。

并且，当把持部143包覆果蔬的时候，磁流变液为液态，则把持部143与果蔬的外表面为软接触，可以减少因采摘而对果蔬带来的损伤，基本实现无损采摘。

其次，上述把持部143可以根据果蔬的形状发生形变，因此可以提高了果蔬采摘装置100的普遍适用性，能适应于各种不同类型和大小的果蔬。

以上所述实施方式仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种果蔬采摘装置，其特征在于，包括：

第一盖体，为喇叭形，所述第一盖体的一端为开口端，所述开口端开设有球形凹槽；

线圈，呈环形球面分布，所述线圈至少部分收容于所述球形凹槽内，所述线圈与外接电源电连接；

磁流体球，包括柔性球壳及收容于所述柔性球壳内部的磁流变液，所述磁流体球部分收容于所述线圈内；

第二盖体，呈圆台形筒状，所述第二盖体包括大口端及小口端，所述第二盖体盖设于所述磁流体球上，所述大口端与所述第一盖体的开口端固定连接，所述磁流体球的一端从所述小口端突出形成把持部，所述把持部用于包覆果蔬。

2.根据权利要求1所述的果蔬采摘装置，其特征在于，所述第一盖体的侧壁上开设有扇形通孔，所述磁流体球发生形变后可部分收容于所述扇形通孔内。

3.根据权利要求1所述的果蔬采摘装置，其特征在于，所述第一盖体与所述第二盖体通过螺钉连接。

4.根据权利要求1所述的果蔬采摘装置，其特征在于，还包括弹性支撑件，所述弹性支撑件为环形球面，所述线圈附着于所述弹性支撑件上。

5.根据权利要求4所述的果蔬采摘装置，其特征在于，所述弹性支撑件为硅胶材料制成。

6.根据权利要求1所述的果蔬采摘装置，其特征在于，还包括压力传感器，所述压力传感器贴附在所述把持部的表面上，所述压力传感器用于实时测量所述把持部表面与果蔬表面之间的压力。

7.根据权利要求6所述的果蔬采摘装置，其特征在于，还包括控制模块，所述压力传感器与所述控制模块通讯连接，所述控制模块与所述外接电源电连接，且与所述线圈电连接，所述控制模块根据所述压力传感器控制所述线圈上的电流大小。

8.根据权利要求1所述的果蔬采摘装置，其特征在于，还包括磁芯，所述磁芯收容于所述线圈的底部，所述磁芯压持所述磁流体球，使所述磁流体球发生形变，且包覆所述磁芯。

9.根据权利要求8所述的果蔬采摘装置，其特征在于，所述磁芯上设有螺纹，所述第一盖体上开设有螺纹通孔，所述磁芯与所述第一盖体螺纹连接。

10.根据权利要求1所述的果蔬采摘装置，其特征在于，所述柔性球壳为导电橡胶球壳。