CN105393706A - 藤蔓类单果果蔬采摘机械臂 - Google Patents

藤蔓类单果果蔬采摘机械臂 Download PDF

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Abstract

藤蔓类单果果蔬采摘机械臂，通过各机构的联动，实现在只有直线滑台的驱动下，利用前连杆Ⅰ、前连杆Ⅱ、后连杆和滚轮Ⅰ、滚轮Ⅱ与导轨Ⅰ和导轨Ⅱ的配合，在重力作用下，完成机械臂伸缩和藤蔓类单果果蔬的接收、运送的动作，减少驱动部件，缩减机构体积。在对目标藤蔓类单果果蔬的藤蔓进行切断之前，首先滑道将果实推动至大角度倾斜状态，然后上手臂再将藤蔓卡住固定，进而将藤蔓切断，使果实能够顺利的落入滑道。该机械臂利用机构组合的形式代替原有关节组合的形式，利用采摘、接收运送同时进行的方法，在机械臂采摘藤蔓类单果果蔬的同时对其进行接收和运送，省去传统机械臂需要采摘后再将果实运回的步骤。

Description

藤蔓类单果果蔬采摘机械臂
技术领域
本发明涉及藤蔓类单果果蔬采摘机械臂，属于农业自动化设备领域。
背景技术
随着科学技术的发展和人们生活水平的提高，我国的蔬菜、瓜果产业蓬勃发展。在这个大环境下，农业生产自动化成为现代化农业发展的必然趋势。但收获技术落后的现状却在一定程度上阻碍了产业的发展。目前，蔬菜、瓜果的收获工作大多依靠人工完成，不仅劳动强度大、效率低，而且大幅度的提高了生产成本，因此,自动化收获装置的设计变得十分重要。藤蔓类单果果蔬采摘机械臂作为针对如黄瓜等藤蔓类单果果蔬的自动化收获装置的重要组成部分之一，对其的设计研发意义重大。目前市场上此类收获机械中的机械臂多属于多关节机械臂，采用多电机驱动，不仅制造成本高，而且效率低，很难实际应用和推广。所以，一种结构巧妙、控制方便的藤蔓类单果果蔬采摘机械臂的研发是十分必要的。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够针对成熟的如黄瓜这样的藤蔓类单果果蔬完成伸缩、断秧、运送的自动化藤蔓类单果果蔬采摘机械臂。该装置机构巧妙，控制简单，功能完善，能够高效的、准确的实现藤蔓类单果果蔬自动化采摘收获。
本发明采用的技术方案如下，
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为藤蔓类单果果蔬采摘机械臂，包括采摘部分和接收运送部分。
采摘部分包括刀具2、摆动气缸3、固定块4、上手臂5、下手臂14、直线滑台15；其中，直线滑台15安装于下手臂14上，上手臂5安装于直线滑台15的滑块上，上手臂5在直线滑台15的驱动下实现沿直线滑台15的滑块移动方向进行直线运动；上手臂5的一端设有V形槽，固定块4固定于靠近上手臂5的V形槽一端，摆动气缸3沿竖直向下的转动方向安装于固定块4上，刀具2安装于摆动气缸3的转动机构上，刀具2在摆动气缸3的驱动下实现既定角度的摆动；所述摆动气缸3转动机构的摆动半径大于摆动气缸3的中心与上手臂5的V形槽距离。
接收运送部分包括前连杆Ⅰ1、滑道6、护板Ⅰ7、护板Ⅱ8、导轨Ⅰ9、前连杆Ⅱ10、导轨Ⅱ11、轴12、后连杆13、滚轮Ⅰ16、滚轮Ⅱ17、连接轴18；其中，前连杆Ⅰ1和前连杆Ⅱ10一端分别安装于上手臂5靠近V形槽端的两侧，另一端则分别与护板Ⅰ7和护板Ⅱ8的上端铰接；滑道6的两侧分别固定于护板Ⅰ7和护板Ⅱ8的下端；轴12两端分别与护板Ⅰ7和护板Ⅱ8上端铰接；后连杆13一端与轴12的中间位置铰接，另一端与连接轴18的中间位置铰接；导轨Ⅰ9和导轨Ⅱ11各自对称固定于下手臂14下面的两侧，安装于连接轴18两侧的滚轮Ⅰ16和滚轮Ⅱ17分别与导轨Ⅱ11和导轨Ⅰ9相配合。
利用机构组合的形式代替原有关节组合的形式，利用采摘、接收运送同时进行的方法，在机械臂采摘藤蔓类单果果蔬的同时对其进行接收和运送，省去传统机械臂需要采摘后再将果实运回的步骤。
通过各机构的联动，实现在只有直线滑台(15)的驱动下，利用前连杆Ⅰ(1)、前连杆Ⅱ(10)、后连杆(13)和滚轮Ⅰ(16)、滚轮Ⅱ(17)与导轨Ⅰ(9)和导轨Ⅱ(11)的配合，在重力作用下，完成机械臂伸缩和藤蔓类单果果蔬的接收、运送的动作，减少驱动部件，缩减机构体积。
在对目标藤蔓类单果果蔬的藤蔓进行切断之前，首先滑道(6)将果实推动至大角度倾斜状态，然后上手臂(5)再将藤蔓卡住固定，进而将藤蔓切断，使果实能够顺利的落入滑道(6)。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果。
1、本发明不同于传统采摘机械臂，利用机构组合的形式代替原有关节组合的形式，不仅降低了制造成本，而且简化了控制，更加利于采摘机器人的推广和应用。
2、本发明利用采摘、接收运送同时进行的方法，在机械臂采摘藤蔓类单果果蔬的同时进行接收和运送，省去传统机械臂需要采摘后再将果实运回的步骤，大大提高了采摘的整体效率。
3、本发明通过机构的联动，实现在只有直线滑台的驱动下，利用连杆机构、滚轮和导轨的配合与机构所受的重力作用，完成机械臂伸缩和果实接收、运送的动作，减少驱动部件，缩减机构体积，大大降低成本。
附图说明
图1是本发明收回状态示意图；
图2是本发明伸出状态示意图；
图3是本发明收回状态俯视图；
图4是本发明驱动局部示意图；
图5是本伸出状态侧视图；
图6是本发明导轨零件示意图；
图中：1、前连杆Ⅰ，2、刀具，3、摆动气缸，4、固定块，5、手臂上盖，6、滑道，7、护板Ⅰ，8、护板Ⅱ，9、导轨Ⅰ，10、前连杆Ⅱ，11、导轨Ⅱ，12、轴，13、后连杆，14、手臂下盖，15、直线滑台，16、滚轮Ⅰ，17、滚轮Ⅱ，18、连接轴。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，以黄瓜为例，本发明包括采摘、接收运送两个部分，两个部分相配合完成高效的黄瓜采摘和运送工作。
如图1、图2、图3和图4所示，直线滑台15安装于下手臂14上，上手臂5安装于直线滑台15的滑块上，并在直线滑台15的驱动下，完成沿直线滑台15的滑块移动方向的直线伸出运动而靠近目标黄瓜，使目标黄瓜的瓜蔓卡在上手臂5的V形槽尖端，完成断蔓之前的定位；固定块4固定于靠近上手臂5的V形槽一端，摆动气缸3按照转动部分向下的方向安装于固定块4上，刀具2安装于摆动气缸3的转动机构上，在摆动气缸3的驱动下实现刀具的旋转，摆动气缸3的摆动半径大于摆动气缸3中心与上手臂5的V形槽距离，使刀具在旋转过程中将卡在V形槽尖端的瓜蔓切断，完成黄瓜的摘取。
如图1、图2、图5和图6所示，前连杆Ⅰ1和前连杆Ⅱ10一端分别安装于上手臂5靠近V形槽端的两侧，另一端则分别与护板Ⅰ7和护板Ⅱ8的上端铰接，在上手臂5伸出和收缩的同时通过前连杆Ⅰ1和前连杆Ⅱ10而驱动接收运送部分，完成滑道6、护板Ⅰ7和护板Ⅱ8整体的伸出与收缩动作，由于滑道6的长度大于上手臂5，因此滑道6伸出过程中会先接触目标黄瓜，并将与瓜蔓连接的目标黄瓜推动至横倒状态，使断蔓后的黄瓜恰巧横向落入下方的滑道6而完成盛接；护板Ⅰ7和护板Ⅱ8的下端分别固定于滑道6的两侧，防止落在滑道上的黄瓜从侧面掉落；轴12两端分别与护板Ⅰ7和护板Ⅱ8上端铰接；后连杆13一端与轴12的中间位置铰接，另一端与连接轴18的中间位置铰接；导轨Ⅰ9和导轨Ⅱ11各自对称固定于下手臂14下面的两侧，分别安装于连接轴18两侧的滚轮Ⅰ16与滚轮Ⅱ17和导轨Ⅱ11与导轨Ⅰ9相配合，基于导轨Ⅱ11与导轨Ⅰ9上与滚轮Ⅰ16与滚轮Ⅱ17相接触表面的坡度，当上手臂5通过前连杆Ⅰ1和前连杆Ⅱ10驱动滑道6伸出时，滚轮Ⅰ16和滚轮Ⅱ17则与导轨Ⅱ11和导轨Ⅰ9的高平面相接触，使此时的滑道6处于水平状态来盛接落下的黄瓜，当上手臂5驱动滑道6收缩时，由于重力作用和前连杆Ⅰ1与前连杆Ⅱ10的推动，滚轮Ⅰ16和滚轮Ⅱ17则与导轨Ⅱ11和导轨Ⅰ9的低平面相接触，使此时的滑道6处于一定角度的倾斜状态，而最初落在滑道6上的黄瓜在重力的作用下会沿着倾斜的滑道6滑落入采摘机械臂的后方，进而在采摘机械臂一个伸出、收缩的循环中，同时完成黄瓜的采摘和运送。

Claims (6)

1.藤蔓类单果果蔬采摘机械臂，其特征在于：包括采摘部分和接收运送部分；采摘部分包括刀具(2)、摆动气缸(3)、固定块(4)、上手臂(5)、下手臂(14)、直线滑台(15)；其中，直线滑台(15)安装于下手臂(14)上，上手臂(5)安装于直线滑台(15)的滑块上，上手臂(5)在直线滑台(15)的驱动下实现沿直线滑台(15)的滑块移动方向进行直线运动；上手臂(5)的一端设有V形槽，固定块(4)固定于靠近上手臂(5)的V形槽一端，摆动气缸(3)沿竖直向下的转动方向安装于固定块(4)上，刀具(2)安装于摆动气缸(3)的转动机构上，刀具(2)在摆动气缸(3)的驱动下实现既定角度的摆动；
接收运送部分包括前连杆Ⅰ(1)、滑道(6)、护板Ⅰ(7)、护板Ⅱ(8)、导轨Ⅰ(9)、前连杆Ⅱ(10)、导轨Ⅱ(11)、轴(12)、后连杆(13)、滚轮Ⅰ(16)、滚轮Ⅱ(17)、连接轴(18)；其中，前连杆Ⅰ(1)和前连杆Ⅱ(10)一端分别安装于上手臂(5)靠近V形槽端的两侧，另一端则分别与护板Ⅰ(7)和护板Ⅱ(8)的上端铰接；滑道(6)的两侧分别固定于护板Ⅰ(7)和护板Ⅱ(8)的下端；轴(12)两端分别与护板Ⅰ(7)和护板Ⅱ(8)上端铰接；后连杆(13)一端与轴(12)的中间位置铰接，另一端与连接轴(18)的中间位置铰接；导轨Ⅰ(9)和导轨Ⅱ(11)各自对称固定于下手臂(14)下面的两侧，安装于连接轴1(8)两侧的滚轮Ⅰ(16)和滚轮Ⅱ(17)分别与导轨Ⅱ(11)和导轨Ⅰ(9)相配合。
2.根据权利要求1所述的藤蔓类单果果蔬采摘机械臂，其特征在于：所述摆动气缸(3)转动机构的摆动半径大于摆动气缸(3)的中心与上手臂(5)的V形槽距离。
3.根据权利要求1所述的藤蔓类单果果蔬采摘机械臂，其特征在于：利用机构组合的形式代替原有关节组合的形式，利用采摘、接收运送同时进行的方法，在机械臂采摘藤蔓类单果果蔬的同时对其进行接收和运送，省去传统机械臂需要采摘后再将果实运回的步骤。
4.根据权利要求1所述的藤蔓类单果果蔬采摘机械臂，其特征在于：通过各机构的联动，实现在只有直线滑台(15)的驱动下，利用前连杆Ⅰ(1)、前连杆Ⅱ(10)、后连杆(13)和滚轮Ⅰ(16)、滚轮Ⅱ(17)与导轨Ⅰ(9)和导轨Ⅱ(11)的配合，在重力作用下，完成机械臂伸缩和藤蔓类单果果蔬的接收、运送的动作，减少驱动部件，缩减机构体积。
5.根据权利要求1所述的藤蔓类单果果蔬采摘机械臂，其特征在于：在对目标藤蔓类单果果蔬的藤蔓进行切断之前，首先滑道(6)将果实推动至大角度倾斜状态，然后上手臂(5)再将藤蔓卡住固定，进而将藤蔓切断，使果实能够顺利的落入滑道(6)。
6.根据权利要求1所述的藤蔓类单果果蔬采摘机械臂，其特征在于：直线滑台(15)安装于下手臂(14)上，上手臂(5)安装于直线滑台(15)的滑块上，并在直线滑台(15)的驱动下，完成沿直线滑台(15)的滑块移动方向的直线伸出运动而靠近目标黄瓜，使目标黄瓜的瓜蔓卡在上手臂(5)的V形槽尖端，完成断蔓之前的定位；固定块(4)固定于靠近上手臂(5)的V形槽的一端，摆动气缸(3)按照转动部分向下的方向安装于固定块(4)上，刀具(2)安装于摆动气缸(3)的转动机构上，在摆动气缸(3)的驱动下实现刀具的旋转，摆动气缸(3)的摆动半径大于摆动气缸(3)中心与上手臂(5)的V形槽距离，使刀具在旋转过程中将卡在V形槽尖端的瓜蔓切断，完成黄瓜的摘取；
前连杆Ⅰ(1)和前连杆Ⅱ(10)一端分别安装于上手臂(5)靠近V形槽端的两侧，另一端则分别与护板Ⅰ(7)和护板Ⅱ(8)的上端铰接，在上手臂(5)伸出和收缩的同时通过前连杆Ⅰ(1)和前连杆Ⅱ(10)而驱动接收运送部分，完成滑道(6)、护板Ⅰ(7)和护板Ⅱ(8)整体的伸出与收缩动作，由于滑道(6)的长度大于上手臂(5)，因此滑道(6)伸出过程中会先接触目标黄瓜，并将与瓜蔓连接的目标黄瓜推动至横倒状态，使断蔓后的黄瓜恰巧横向落入下方的滑道(6)而完成盛接；护板Ⅰ(7)和护板Ⅱ(8)的下端分别固定于滑道(6)的两侧，防止落在滑道上的黄瓜从侧面掉落；轴(12)两端分别与护板Ⅰ(7)和护板Ⅱ(8)上端铰接；后连杆(13)一端与轴(12)的中间位置铰接，另一端与连接轴(18)的中间位置铰接；导轨Ⅰ(9)和导轨Ⅱ(11)各自对称固定于下手臂(14)下面的两侧，分别安装于连接轴(18)两侧的滚轮Ⅰ(16)与滚轮Ⅱ(17)和导轨Ⅱ(11)与导轨Ⅰ(9)相配合，基于导轨Ⅱ(11)与导轨Ⅰ(9)上与滚轮Ⅰ(16)与滚轮Ⅱ(17)相接触表面的坡度，当上手臂(5)通过前连杆Ⅰ(1)和前连杆Ⅱ(10)驱动滑道(6)伸出时，滚轮Ⅰ(16)和滚轮Ⅱ(17)则与导轨Ⅱ(11)和导轨Ⅰ(9)的高平面相接触，使此时的滑道(6)处于水平状态来盛接落下的黄瓜，当上手臂(5)驱动滑道(6)收缩时，由于重力作用和前连杆Ⅰ(1)与前连杆Ⅱ(10)的推动，滚轮Ⅰ(16)和滚轮Ⅱ(17)则与导轨Ⅱ(11)和导轨Ⅰ(9)的低平面相接触，使此时的滑道(6)处于一定角度的倾斜状态，而最初落在滑道(6)上的黄瓜在重力的作用下会沿着倾斜的滑道(6)滑落入采摘机械臂的后方，进而在采摘机械臂一个伸出、收缩的循环中，同时完成黄瓜的采摘和运送。
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