CN105940863B

CN105940863B - 一种太阳能芒果采摘机

Info

Publication number: CN105940863B
Application number: CN201610456879.XA
Authority: CN
Inventors: 刘世豪; 赵猛; 韩博
Original assignee: Hainan University
Current assignee: Hainan University
Priority date: 2016-06-23
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2018-05-18
Anticipated expiration: 2036-06-23
Also published as: CN105940863A

Abstract

本发明公开的一种太阳能芒果采摘机，属于新能源机械装备的技术领域，包括底板、太阳能发电系统、剪叉式升降机构、旋转机构、摆动机构、伸缩机构、柔性末端执行器和芒果收集栏。太阳能发电系统为采摘机提供电能，剪叉式升降机构用于满足不同高度芒果的采摘，旋转机构用于满足不同方位芒果的采摘，摆动机构用于保障芒果采摘的灵活性，伸缩机构用于满足不同距离芒果的采摘，柔性末端执行器用于完成对芒果的夹持和剪断。本发明针对海南地区丰富的太阳能和繁重的芒果采摘工作，设计了太阳能芒果采摘机，具有结构灵活、安装方便的特点，能满足不能方位、不同高度和不同距离芒果的采摘，提高芒果采摘效率。

Description

一种太阳能芒果采摘机

技术领域

本发明所涉及一种热带水果采摘机械，具体涉及一种太阳能芒果采摘机，属于新能源机械装备的技术领域。

背景技术

海南是我国热带水果芒果的主产地，当前芒果主要依靠人工采摘，导致采摘劳动强度大、效率低，随着人工采摘成本的不断增加，亟需实现芒果采摘机械化；海南地处热带区域，全年阳光充沛、光照强度大，具有丰富的太阳能资源，这为开发新能源动力的芒果采摘机械提供了有利的技术条件和应用背景。

发明内容

为了克服热带水果芒果人工采摘效率低下的问题，并提高海南地区太阳能的利用率，本发明设计了一种太阳能芒果采摘机，旨在促进海南地区芒果采摘机械化的水平。

本发明提供的一种太阳能芒果采摘机，包括底板1、太阳能发电系统2、剪叉式升降机构3、旋转机构4、摆动机构5、伸缩机构6、柔性末端执行器7和芒果收集栏8。

上述太阳能芒果采摘机中，所述太阳能发电系统2包括太阳能电池板21、蓄电池22和逆变器23。

上述太阳能芒果采摘机中，所述剪叉式升降机构3包括工作平台31、支撑杆A32、支撑杆B33、液压缸A34、支撑杆C35、驱动杆36、短连杆37和支撑杆D38。

上述太阳能芒果采摘机中，旋转机构4包括外置伺服电机41、一级减速箱42、齿轮A43、齿轮B44、齿轮C45、内齿圈46、旋转座47、行星架48、行星轮49、阶梯轴410、太阳轮411和底座412。

上述太阳能芒果采摘机中，所述摆动机构5包括伺服电机51、联轴器52、圆锥滚子轴承53、直齿锥齿轮A54、角接触轴承55、转轴56、轴套57、直齿锥齿轮B58和谐波减速器59。

上述太阳能芒果采摘机中，所述伸缩机构6包括液压缸B61和液压伸缩杆62。

上述太阳能芒果采摘机中，所述柔性末端执行器7包括夹持机构71和果柄剪断机构72，所述夹持机构71包括连杆A711、平行四边形连杆机构712、调节螺母713、弹簧714、夹持手715、螺栓716、固定座717、固定板718、推杆A719和液压缸C7110，所述果柄剪断机构72包括液压缸D721、推杆B722、连杆B723、剪刀724和支撑板725。

上述太阳能芒果采摘机中，所述太阳能电池板21、蓄电池22、逆变器23均固定在所述底板1上面，所述太阳能电池板21与所述蓄电池22电性连接，所述蓄电池22与所述逆变器23电性连接，所述逆变器23与所述外置伺服电机41电性连接，所述逆变器23与所述伺服电机51电性连接。

上述太阳能芒果采摘机中，所述工作平台31与所述支撑杆D38通过转动副连接，所述工作平台31与所述支撑杆A32通过高副连接，所述支撑杆A32与所述支撑杆D38通过转动副连接，所述支撑杆A32与支撑杆B33通过转动副连接，所述液压缸A34与所述底板1通过转动副连接，所述支撑杆C35与所述底板1通过转动副连接，所述支撑杆B33与所述底板1通过高副连接，所述支撑杆B33与所述支撑杆C35通过转动副连接，所述液压缸A34与所述驱动杆36通过移动副连接，所述支撑杆C35与所述短连杆37通过转动副连接，所述短连杆37与所述驱动杆36固定连接，所述短连杆37与所述支撑杆D38通过转动副连接。

上述太阳能芒果采摘机中，所述外置伺服电机41与所述一级减速箱42固接，所述一级减速箱42固定在所述工作平台31上，所述齿轮A43与所述齿轮B44啮合，所述齿轮B44与所述齿轮C45啮合，所述齿轮C45固定在所述阶梯轴410上，所述行星架48与所述行星轮49通过转动副连接，所述行星轮49与所述太阳轮411啮合，所述行星轮49与所述内齿圈46啮合，所述内齿圈46固定不转动，所述太阳轮411固定在所述阶梯轴410上，所述底座412固定在所述工作平台31上，所述旋转座47与所述行星架48固定连接，所述旋转座47与所述底座412同轴，所述旋转座47前后两端为空心结构。

上述太阳能芒果采摘机中，所述摆动机构5内置于所述旋转座47中，所述伺服电机51与所述谐波减速器59通过所述联轴器52固定连接，所述直齿锥齿轮A54与所述直齿锥齿轮B58啮合，所述直齿锥齿轮A54与所述直齿锥齿轮B58的回转轴线垂直，所述直齿锥齿轮B58固定在所述转轴56上。

上述太阳能芒果采摘机中，所述液压伸缩杆62与所述固定座717固定连接。

上述太阳能芒果采摘机中，所述固定座717前端为中空结构，所述固定板718安装在固定座717上，所述液压缸C7110安装在所述固定座717内部，所述推杆A719与所述液压缸C7110通过移动副连接，所述连杆A711与所述推杆A719通过转动副连接，所述平行四边形连杆机构712与所述连杆A711通过转动副连接，所述平行四边形连杆机构712与所述固定板718通过转动副连接，所述夹持手715与所述平行四边形连杆机构712之间通过所述调节螺母713、所述螺栓716和所述弹簧714构成柔性可动连接。

上述太阳能芒果采摘机中，所述液压缸D721安装在所述固定座717上, 所述支撑板725安装在所述固定座717上,所述液压缸D721与所述推杆B722通过移动副连接，所述推杆B722与所述连杆B723通过转动副连接，所述连杆B723与所述剪刀724通过转动副连接，所述剪刀724与所述支撑板725通过转动副连接，所述剪刀724位于所述夹持手715的上方，所述芒果收集栏8焊接在所述固定座717下方。

本发明提供的太阳能芒果采摘机具有结构灵活、安装方便的优点，有益效果如下：太阳能发电系统为芒果采摘机提供电能，剪叉式升降机构用于满足不同高度芒果的采摘，旋转机构用于满足不同方位芒果的采摘，摆动机构用于保障芒果采摘的灵活性，伸缩机构用于满足不同距离芒果的采摘，柔性末端执行器用于完成对芒果的夹持和剪断。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的太阳能发电系统示意图。

图3为本发明的剪叉式升降机构示意图。

图4为本发明的旋转机构剖视图。

图5为本发明的摆动机构示意图。

图6为本发明的伸缩机构示意图。

图7为本发明的柔性末端执行器示意图。

图8为本发明的夹持机构示意图。

图9为本发明的夹持机构去掉固定座的示意图。

图10为本发明的果柄剪断机构示意图。

附图的各个序号含义为：1、底板；2、太阳能发电系统；3、剪叉式升降机构；4、旋转机构；5、摆动机构；6、伸缩机构；7、柔性末端执行器；8、芒果收集栏；21、太阳能电池板；22、蓄电池；23、逆变器；31、工作平台；32、支撑杆A；33、支撑杆B；34、液压缸A；35、支撑杆C；36、驱动杆；37、短连杆；38、支撑杆D；41、外置伺服电机；42、一级减速箱；43、齿轮A；44、齿轮B；45、齿轮C；46、内齿圈；47、旋转座；48、行星架；49、行星轮；410、阶梯轴；411、太阳轮；412、底座；51、伺服电机；52、联轴器；53、圆锥滚子轴承；54、直齿锥齿轮A；55、角接触轴承；56、转轴；57、轴套；58、直齿锥齿轮B；59、谐波减速器；61、液压缸B；62、液压伸缩杆；71、夹持机构；72、果柄剪断机构；711、连杆A；712、平行四边形连杆机构；713、调节螺母；714、弹簧；715、夹持手；716、螺栓；717、固定座；718、固定板；719、推杆A；7110、液压缸C；721、液压缸D；722、推杆B；723、连杆B；724、剪刀；725、支撑板。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、工作过程和结构功能便于了解，下面结合附图进一步说明其具体的实施方式。

在芒果采摘工作过程中，须将该型太阳能芒果采摘机安装于拖拉机上行驶作业，并确保其太阳能发电系统具有良好的采光效果。

参见图2，太阳能电池板21采集太阳光后转化为直流电，然后传输并存储于蓄电池22，蓄电池22中的直流电传输至逆变器23后转化为交流电，为外置伺服电机41和伺服电机51提供电能。

参见图3，在液压缸A34的作用下，驱动杆36的伸缩带动短连杆37运动，短连杆37带动支撑杆D38和支撑杆C35运动，支撑杆C35带动支撑杆B33运动，支撑杆B33带动支撑杆A32运动，进而推动工作平台31的上下移动，满足不同高度芒果树上芒果的采摘。

参见图4，外置伺服电机41提供的动力经过一级减速箱42、齿轮A43、齿轮B44以及齿轮C45传动减速，将动力传送到太阳轮411，带动行星轮49转动，最终行星架48输出动力传给旋转座47，使旋转座可以实现360°转动，满足在某一高度时不同方位芒果的采摘。

参见图5，伺服电机51提供的动力通过联轴器52传递，再经过谐波减速器59减速后，传输到直齿锥齿轮A54，直齿锥齿轮B58通过与直齿锥齿轮A54 啮合来带动固联在转轴56上的连接件转动，便于灵活地完成芒果采摘工作。

参见图6，液压杆62的伸缩带动柔性末端执行器7做直线往复运动，满足在某一高度和方位时不同距离芒果的采摘。

参见图8和图9，液压缸C7110驱动推杆A719往复移动，推杆A719带动连杆A711做平面运动，使平行四边形连杆机构712运动，平行四边形连杆机构712带动夹持手715往复运动，就实现开闭动作即实现对芒果的抓取动作。在夹持机构71中增加了弹簧714，通过调节螺母713可以调整弹簧714的预紧力来实现柔性抓取，这样就避免了采摘过程中由于抓取力过大导致芒果表面损坏。

参见图10，由液压缸D721提供动力，使推杆B722做往复直线运动，带动连杆B723做平面运动，从而使剪刀724做剪断运动，芒果柄被剪断后夹持手715松开，芒果在重力作用下落入芒果收集栏8下方外接的收集袋，这样就完成了一次芒果的采摘工作。

上述动作根据实际工作环境不断调整与循环，即可完成不同高度、不同方位和不同距离的大量芒果的机械化采摘工作，能大大提高芒果采摘效率。

本发明提供的太阳能芒果采摘机，不仅能由自身的太阳能发电系统提供电能驱动，还可外接其他电源，当天气不佳时可采用外接电源工作，满足不同天气情况下芒果采摘工作的完成。

Claims

1.一种太阳能芒果采摘机，包括底板（1）、太阳能发电系统（2）、剪叉式升降机构（3）、旋转机构（4）、摆动机构（5）、伸缩机构（6）、柔性末端执行器（7）和芒果收集栏（8），其特征在于：

所述太阳能发电系统（2）包括太阳能电池板（21）、蓄电池（22）和逆变器（23）；

所述剪叉式升降机构（3）包括工作平台（31）、支撑杆A（32）、支撑杆B（33）、液压缸A（34）、支撑杆C（35）、驱动杆（36）、短连杆（37）和支撑杆D（38）；

所述旋转机构（4）包括外置伺服电机（41）、一级减速箱（42）、齿轮A（43）、齿轮B（44）、齿轮C（45）、内齿圈（46）、旋转座（47）、行星架（48）、行星轮（49）、阶梯轴（410）、太阳轮（411）和底座（412）；

所述摆动机构（5）包括伺服电机（51）、联轴器（52）、圆锥滚子轴承（53）、直齿锥齿轮A（54）、角接触轴承（55）、转轴（56）、轴套（57）、直齿锥齿轮B（58）和谐波减速器（59）；

所述伸缩机构（6）包括液压缸B（61）和液压伸缩杆（62）；

所述柔性末端执行器（7）包括夹持机构（71）和果柄剪断机构（72），所述夹持机构（71）包括连杆A（711）、平行四边形连杆机构（712）、调节螺母（713）、弹簧（714）、夹持手（715）、螺栓（716）、固定座（717）、固定板（718）、推杆A(719)和液压缸C(7110)，所述果柄剪断机构（72）包括液压缸D（721）、推杆B（722）、连杆B（723）、剪刀（724）和支撑板（725）；

所述太阳能电池板（21）、蓄电池（22）、逆变器（23）均固定在所述底板（1）上面，所述太阳能电池板（21）与所述蓄电池（22）电性连接，所述蓄电池（22）与所述逆变器（23）电性连接，所述逆变器（23）与所述外置伺服电机（41）电性连接，所述逆变器（23）与所述伺服电机（51）电性连接；

所述工作平台（31）与所述支撑杆D（38）通过转动副连接，所述工作平台（31）与所述支撑杆A（32）通过高副连接，所述支撑杆A（32）与所述支撑杆D（38）通过转动副连接，所述支撑杆A（32）与支撑杆B（33）通过转动副连接，所述液压缸A（34）与所述底板（1）通过转动副连接，所述支撑杆C（35）与所述底板（1）通过转动副连接，所述支撑杆B（33）与所述底板（1）通过高副连接，所述支撑杆B（33）与所述支撑杆C（35）通过转动副连接，所述液压缸A（34）与所述驱动杆（36）通过移动副连接，所述支撑杆C（35）与所述短连杆（37）通过转动副连接，所述短连杆（37）与所述驱动杆（36）固定连接，所述短连杆（37）与所述支撑杆D（38）通过转动副连接；

所述外置伺服电机（41）与所述一级减速箱（42）固接，所述一级减速箱（42）固定在所述工作平台（31）上，所述齿轮A（43）与所述齿轮B（44）啮合，所述齿轮B（44）与所述齿轮C（45）啮合，所述齿轮C（45）固定在所述阶梯轴（410）上，所述行星架（48）与所述行星轮（49）通过转动副连接，所述行星轮（49）与所述太阳轮（411）啮合，所述行星轮（49）与所述内齿圈（46）啮合，所述内齿圈（46）固定不转动，所述太阳轮（411）固定在所述阶梯轴（410）上，所述底座（412）固定在所述工作平台（31）上，所述旋转座（47）与所述行星架（48）固定连接，所述旋转座（47）与所述底座（412）同轴，所述旋转座（47）前后两端为空心结构；

所述摆动机构（5）内置于所述旋转座（47）中，所述伺服电机（51）与所述谐波减速器（59）通过所述联轴器（52）固定连接，所述直齿锥齿轮A（54）与所述直齿锥齿轮B（58）啮合，所述直齿锥齿轮A（54）与所述直齿锥齿轮B（58）的回转轴线垂直，所述直齿锥齿轮B（58）固定在所述转轴（56）上；

所述液压伸缩杆62与所述固定座717固定连接；

所述固定座（717）前端为中空结构，所述固定板（718）安装在固定座（717）上，所述液压缸C(7110)安装在所述固定座（717）内部，所述推杆A（719）与所述液压缸C(7110)通过移动副连接，所述连杆A（711）与所述推杆A（719）通过转动副连接，所述平行四边形连杆机构（712）与所述连杆A（711）通过转动副连接，所述平行四边形连杆机构（712）与所述固定板（718）通过转动副连接，所述夹持手（715）与所述平行四边形连杆机构（712）之间通过所述调节螺母（713）、所述螺栓（716）和所述弹簧（714）构成柔性可动连接；

所述液压缸D（721）安装在所述固定座（717）上, 所述支撑板（725）安装在所述固定座（717）上，所述液压缸D（721）与所述推杆B（722）通过移动副连接，所述推杆B（722）与所述连杆B（723）通过转动副连接，所述连杆B（723）与所述剪刀（724）通过转动副连接，所述剪刀（724）与所述支撑板（725）通过转动副连接，所述剪刀（724）位于所述夹持手（715）的上方，所述芒果收集栏（8）焊接在所述固定座（717）下方；

外置伺服电机（41）提供的动力经过一级减速箱（42）、齿轮A（43）、齿轮B（44）以及齿轮C（45）传动减速，将动力传送到太阳轮（411），带动行星轮（49）转动，最终行星架（48）输出动力传给旋转座（47），使旋转座可以实现360°转动，满足在某一高度时不同方位芒果的采摘；

液压缸C（7110）驱动推杆A（719）往复移动，推杆A（719）带动连杆A（711）做平面运动，使平行四边形连杆机构（712）运动，平行四边形连杆机构（712）带动夹持手（715）往复运动，就实现开闭动作即实现对芒果的抓取动作，在夹持机构（71）中增加弹簧（714）的作用是实现了末端执行器的柔性抓取，通过调节螺母（713）可以调整弹簧的预紧力，这样就避免了采摘过程中由于抓取力过大导致芒果表面损坏。