CN105993383A - 去梗式采摘手爪 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种去梗式采摘手爪。本发明提供的去梗式采摘手爪，包括：果实分离夹持机构，果梗夹持机构、果梗拉断机构；上述果实分离夹持机构，用于将目标果实与果苗上的其它果实分离，并夹持上述目标果实的果体；上述果梗夹持机构，用于在上述果实分离夹持机构夹持上述目标果实的果体时，夹持上述目标果实的果梗；上述果梗拉断机构，与上述果实分离夹持机构连接，用于在上述果实分离夹持机构夹持上述目标果实的果体，并且上述果梗夹持机构夹持上述目标果实的果梗时，拉动上述果实分离夹持机构，实现上述目标果实的果体与果梗分离。本发明提供的去梗式采摘手爪，能够实现目标果实的去梗采摘，防止带梗果实在运输过程中，果梗对果体造成损伤。

Description

去梗式采摘手爪

技术领域

本发明涉及农业智能设备技术，尤其涉及一种去梗式采摘手爪。

背景技术

随着电子技术和计算机技术的发展，采摘机器人己在采摘作业中得到了广泛的应用。而采摘手爪作为采摘机器人的一个重要部分，其设计的好坏将直接关系到采摘作业的效率以及果实采摘的效果。

番茄果实具有簇生的特点，主要表现为多个大小不一的果实相互接触、聚集成串。并且番茄果实较柔嫩。番茄果实的簇生、柔嫩的特点，使得设计一种用来采摘番茄的采摘手爪的工作，变得更加困难。

目前，采摘番茄时，主要采用旋拧式的采摘手爪来实现番茄果实与果苗的分离。当套筒内的气囊夹持番茄果实后，电机驱动套筒转动，在往返扭转作用下，使番茄果实与果苗在果结离层处分离。

采用上述采摘手爪来采摘番茄时，采摘下来的番茄上带有果梗。在番茄运输过程中，果梗的存在容易造成番茄果体的损伤，损坏番茄果体的品质。

发明内容

本发明提供一种去梗式采摘手爪，以实现目标果实的去梗采摘，防止带梗果实在运输过程中，果梗对果体造成损伤。

本发明提供的去梗式采摘手爪，包括：果实分离夹持机构、果梗夹持机构、果梗拉断机构；

上述果实分离夹持机构，用于将目标果实与果苗上的其它果实分离，并夹持上述目标果实的果体；

上述果梗夹持机构，用于在上述果实分离夹持机构夹持上述目标果实的果体时，夹持上述目标果实的果梗；

上述果梗拉断机构，与上述果实分离夹持机构连接，用于在上述果实分离夹持机构夹持上述目标果实的果体，并且上述果梗夹持机构夹持上述目标果实的果梗时，拉动上述果实分离夹持机构，实现上述目标果实的果体与果梗分离。

进一步地，本发明一实施例提供的去梗式采摘手爪，上述果梗夹持机构包括：转动部件、不动部件、果梗夹持部件；其中，

上述转动部件与上述不动部件之间设置有滑动轴承，上述果梗夹持部件与上述转动部件滑动连接，并与上述不动部件固定连接，在上述转动部件相对上述不动部件转动时，上述果梗夹持部件相对上述转动部件滑动，实现上述果梗夹持部件的开启或闭合。

进一步地，本发明一实施例提供的去梗式采摘手爪，上述转动部件包括，电机、主动齿轮、从动齿轮、外连接杆、转动盘；其中，

上述电机与上述主动齿轮连接，用于驱动上述主动齿轮转动；

上述主动齿轮与上述从动齿轮啮合，用于带动上述从动齿轮转动；

上述转动盘与上述从动齿轮同轴平行设置，上述外连接杆连接上述从动齿轮和上述转动盘。

进一步地，本发明一实施例提供的去梗式采摘手爪，上述转动部件还包括，连接环，上述连接环设置在上述从动齿轮和上述转动盘之间，并与上述从动齿轮、上述转动盘同轴平行设置，上述连接环固定在上述外连接杆上。

进一步地，本发明一实施例提供的去梗式采摘手爪，上述不动部件包括，固定套筒、内连接杆、固定盘；其中，

上述固定套筒与上述固定盘同轴平行设置，上述内连接杆连接上述固定套筒与上述固定盘；

上述滑动轴承为两个，其中，上述固定盘与上述转动盘之间设置有一个上述滑动轴承，上述从动齿轮设置在上述固定套筒外壁上，上述从动齿轮与上述固定套筒之间设置有一个上述滑动轴承。

进一步地，本发明一实施例提供的去梗式采摘手爪，上述果梗夹持部件包括两夹持钳，上述两夹持钳分别与上述固定盘固定连接，与上述转动盘滑动连接，在上述转动盘相对上述固定盘转动时，实现上述两夹持钳的闭合或开启。

进一步地，本发明一实施例提供的去梗式采摘手爪，上述两夹持钳闭合时接触的端面具有刃部。

进一步地，本发明一实施例提供的去梗式采摘手爪，上述果实分离夹持机构包括，内筒和设置在内筒内壁上的多组可充放气的气囊，上述多组可充放气的气囊等距离的设置在上述内筒的内壁上。

进一步地，本发明一实施例提供的去梗式采摘手爪，上述果梗拉断机构包括气缸，上述气缸的活塞杆与上述内筒连接；上述固定套筒设置在上述气缸外壁上。

进一步地，本发明一实施例提供的去梗式采摘手爪，还包括：电机固定板和底座，上述电机安装在上述电机固定板上，上述气缸安装在上述底座上。

本发明提供的去梗式采摘手爪，通过设置能够将目标果实与果苗上的其他果实分离、并能够夹持目标果实的果体的果实分离夹持机构；能够在果实分离夹持机构夹持目标果实的果体时，夹持目标果实的果梗的果梗夹持机构；以及与果实分离夹持机构连接，并能够带动果实分离夹持机构移动，实现目标果实的果体与果梗分离的果梗拉断机构；使得通过该去梗式采摘手爪采摘到的目标果实，不包含果梗，实现了目标果实的去梗采摘，有利于防止果体的运输损伤。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的去梗式采摘手爪的结构示意图；

图2为本发明实施例二提供的去梗式采摘手爪气缸处于伸出状态时的结构示意图；

图3为本发明实施例二提供的去梗式采摘手爪气缸处于收缩状态时的结构示意图；

图4为图2的剖视图；

图5为本发明实施例二提供的去梗式采摘手爪的果梗夹持部件的结构示意图。

附图标记说明：

100：果实分离夹持机构；

200：果梗夹持机构；

300：果梗拉断机构；

400：目标果实；

401：果梗；

402：果体；

201：转动部件；

202：不动部件；

203：果梗夹持部件；

1：内筒；

2：气囊；

21：气源接口；

3：气缸；

31：活塞杆；

4：固定套筒；

5：内连接杆；

6：固定盘；

7：电机；

8：主动齿轮；

9：从动齿轮；

10：外连接杆；

11：转动盘；

12、13：滑动轴承；

14：无耳卡簧；

15：卡簧；

16：夹持钳；

161：刃部；

17：连接环；

18：电机固定板；

19：底座。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

图1为本发明实施例一提供的去梗式采摘手爪的结构示意图。请参照图1，本实施例提供的采摘手抓，包括:果实分离夹持机构100、果梗夹持机构200、果梗拉断机构300；

其中，果实分离夹持机构100，用于将目标果实400与果苗上的其它果实分离，并夹持目标果实400的果体402；

果梗夹持机构200，用于在果实分离夹持机构100夹持目标果实400的果体402时，夹持目标果实400的果梗401；

果梗拉断机构300，与果实分离夹持机构100连接，用于在果实分离夹持机构100夹持目标果实400的果体402，并且果梗夹持机构200夹持目标果实400的果梗401时，拉动果实分离夹持机构100，实现目标果实400的果体402与果梗401分离。

具体地，果实分离夹持机构100可以为充气的、橡胶材料制成的、可活动的手状结构。采摘果实之前，该果实分离夹持机构100处于张开状态，当该果实分离夹持机构100将目标果实400与果苗上的其他果实分离后，该果实分离夹持机构100闭合，以夹持目标果实400的果体402。

或者，果实分离夹持机构100为弹性材料制成的桶状物，当目标果实400处于该桶状的果实分离夹持机构100内时，该桶状的果实分离夹持机构100能够发生弹性变形，以将目标果实400的果体402夹紧。

需要说明的是，果实分离夹持机构并不限于上面提供的两种形式，任何能够将目标果实与果苗上的其他果实分离，并能够在不损伤目标果实的情况下，夹持目标果实的结构，均可以采用。

具体地，果梗夹持机构200可以采用控制臂控制的夹子、钳子、镊子等。当果实分离夹持机构100夹持目标果实400的果体402时，控制臂控制上述夹子或钳子或镊子移动到目标果实400的果梗401处，并控制上述夹子或钳子或镊子夹持目标果实400的果梗401。

具体地，果梗拉断机构300可以采用控制臂控制的连接杆，该连接杆与果实分离夹持机构100连接，当果实分离夹持机构100夹持目标果实400的果体402，且果梗夹持机构200夹持目标果实400的果梗401时，控制臂控制连接杆沿目标果实侧的反方向移动，以将目标果实400在果体402和果梗401的连接处拉断，实现目标果实400的果体402与果梗401分离。

本发明提供的去梗式采摘手爪，通过设置能够将目标果实与果苗上的其他果实分离、并能够夹持目标果实的果体的果实分离夹持机构；能够在果实分离夹持机构夹持目标果实的果体时，夹持目标果实的果梗的果梗夹持机构；以及与果实分离夹持机构连接，并能够带动果实分离夹持机构移动，实现目标果实的果体与果梗分离的果梗拉断机构；使得通过该去梗式采摘手爪采摘到的目标果实，不包含果梗，实现了目标果实的去梗采摘，有利于防止果体的运输损伤。

实施例二

下面介绍一个具体的实施例，来详细说明本发明提供的去梗式采摘手爪。

图2为本发明实施例二提供的去梗式采摘手爪气缸处于伸出状态时的结构示意图，图3为本发明实施例二提供的去梗式采摘手爪气缸处于收缩状态时的结构示意图；图4为图2的剖视图；图5为本发明实施例二提供的去梗式采摘手爪的果梗夹持部件的结构示意图。下面将结合图2至图5，详细说明本发明实施例二提供的去梗式采摘手爪的结构及工作原理。

请同时参照图2至图4，本实施例提供的去梗式采摘手爪，果实分离夹持机构包括，内筒1和设置在内筒1内壁上的多组可充放气的气囊2，多组可充放气的气囊2等间隔的设置在内筒1的内壁上。

具体的，气囊2为聚氨酯橡胶软质薄膜，气囊2上设置有气源接口21，相应地，内筒1上设置有与气囊2个数相等的通孔，气囊2设置在内筒1的内壁上，气囊2上的气源接口21穿过上述通孔，与内筒1外的高压气源连接，以实现气囊的充放气操作。

此外，多组可充放气的气囊2为至少一组，优选为三组或四组。当多组可充放气的气囊2为一组时，依靠气囊2与内筒1内壁的相互配合将目标果实400的果体402夹紧，而当多组可充放气的气囊2为一组以上时，则依靠气囊2与气囊2间的相互配合将目标果实400的果体402夹紧。另外每组气囊2的个数为至少一个，优选为两个。

需要说明的是，当采用该果实分离夹持机构来夹持目标果实400的果体402时，开始夹持前，气囊2处于放气状态，当目标果实400的果体402进入内筒1内时，控制内筒1外的高压气源通过气源接口21对气囊2进行充气，气囊2充气后，膨胀的气囊2挤压目标果实400的果体402，将目标果实400的果体402夹紧。当需要夹持大小不同的目标果实的果体时，可以通过控制高压气源的输出压力来控制气囊的膨胀状态，进而改变膨胀的气囊对目标果实的果体的挤压力。

本实施例提供的去梗式采摘手爪，通过将果实分离夹持机构设置为内筒和等间隔设置在内筒内壁上的多组可充放气的气囊，不仅能够通过内筒将目标果实与果苗上的其他果实分离，并通过充气的气囊来夹持目标果实的果体；还能够通过控制高压气源的输出压力来控制气囊的充气状态，使气囊实现不同程度的膨胀，进而使气囊能够提供不同的夹持力，能够用来夹持大小不同的目标果实，以确保目标果实的无损夹持。

进一步地，请参照图2至图4，本实施例提供的去梗式采摘手爪，果梗拉断机构300包括气缸3，气缸3的活塞杆31与内筒1连接。

具体地，气缸3的活塞杆31的杆端通过螺母与内筒1的筒底固定连接，内筒1可以随着气缸3的活塞杆31的伸缩而运动。参照图2及图4，当内筒1将目标果实400与果苗上的其他果实分离，且气囊2充气，将目标果实400的果体402夹持时，活塞杆31处于伸出状态。参照图3，在气囊2夹持目标果实400的果体402，相应地果梗夹持机构夹持目标果实400的果梗401时，气缸2的活塞杆31缩回，带动内筒1移动，从而在目标果实400的果体402与果梗401的结合处将果梗401拉断，实现了果体402与果梗401分离。

进一步地，请同时参照图2至图5，本实施例提供的去梗式采摘手爪，果梗夹持机构200包括：

转动部件201、不动部件202、果梗夹持部件203；其中，

转动部件201与不动部件202之间设置有滑动轴承，果梗夹持部件203与转动部件201滑动连接，并与不动部件202固定连接，在转动部件201相对不动部件202转动时，果梗夹持部件203相对转动部件201滑动，实现果梗夹持部件203的开启或闭合。

进一步地，不动部件201包括：固定套筒4、内连接杆5、固定盘6，其中：

固定套筒4为一筒状物，套设在气缸3的外壁上，固定套筒4筒底中心具有一通孔，气缸3的活塞杆31穿过上述通孔，并能够沿着上述通孔伸缩。

固定盘6为一环状物，横截面面积优选与固定套筒筒底横截面面积相等，固定盘6位于内筒1的筒口处的外壁上，与固定套筒4同轴平行设置。

内连接杆5与内筒1外壁相切，一端与固定套筒4筒底通过螺栓固定连接，另一端与固定盘6通过螺栓固定连接，当然，也可以采用焊接的方式，将内连接杆5的两端分别与固定套筒4和固定盘6连接。

更为具体地，内连接杆5为三根横截面为长方形的连接杆，三根内连接杆5沿着固定套筒4的圆周均匀分布。

进一步地，转动部件包括：电机7、主动齿轮8、从动齿轮9、外连接杆10、转动盘11，其中：

电机7与主动齿轮8连接，用于驱动主动齿轮8转动。具体地，主动齿轮8的中心轴孔与电机7的轴配合安装。

主动齿轮8与从动齿轮9啮合，用于带动从动齿轮9转动。

从动齿轮9通过一个滑动轴承12与固定套筒4同轴安装；

转动盘11为一环状物，设置在固定盘6的外面，与从动齿轮9同轴平行设置，转动盘11与固定盘6之间设置有一个滑动轴承13，转动盘11、滑动轴承13、固定盘6组成同心圆结构，依次从外向内设置。

外连接杆10连接从动齿轮9和转动盘11，以实现转动盘11与从动齿轮9的同步转动。具体地，外连接杆10为三根横截面呈长方形的连接杆，三根外连接杆10沿转动盘11的圆周均匀分布。

此外，进一步地，本实施例提供的去梗式采摘手爪，还包括：无耳卡簧14和卡簧15，无耳卡簧14卡合在滑动轴承12与从动齿轮9之间，卡簧15卡合在滑动轴承12和固定套筒4之间。通过上述无耳卡簧和卡簧来实现从动齿轮的轴向定位。

进一步地，本实施例提供的去梗式采摘手爪，还包括：连接环17，连接环17设置在从动齿轮9与转动盘11之间，与从动齿轮9、转动盘11同轴平行设置，并通过螺栓固定在外连接杆10上。需要说明的是，连接环17即可以固定在外连接杆10的内侧，也可以固定在外连接杆10的外侧，优选地，连接环固定在外连接杆10的内侧。当然，连接环17还可以通过焊接的方法固定在外连接杆10上。

本实施例提供的去梗式采摘手爪，通过在连接从动齿轮和转动盘的外连接杆上设置连接环，连接环与从动齿轮、转动盘同轴平行设置，能够避免因外连接杆强度不够等原因，造成在从动齿轮转动的过程中，转动盘不与从动齿轮同步转动，外连接杆发生弯折的现象，保证转动盘与从动齿轮同步转动。

请参照图5，进一步地，果梗夹持部件203包括两夹持钳16，两夹持钳16分别与固定盘6固定连接，与转动盘11滑动连接，在转动盘11相对固定盘6转动时，实现两夹持钳16的闭合或开启。

具体地，两夹持钳16具有一固定端和一自由端，固定端上具有一滑槽161，固定端一方面通过螺栓与固定盘6固定连接，另一方面通过滑槽161与转动盘11滑动连接。

本实施例提供的去梗式采摘手爪，固定盘、转动盘均设置在内筒的筒口处，通过固定盘不动，转动盘相对固定盘转动的方式，实现两夹持器的开启与闭合。相对于采用夹子、镊子等果梗夹持机构在内筒外部夹持目标果实的果梗，能够减少该去梗式采摘手爪接触果实端的空间，避免果梗夹持机构对簇生果实造成损伤；并且，本实施例提供的去梗式采摘手爪，通过电机来控制转动盘的转动，能够通过控制电机的转动角度来控制夹持力的大小。

进一步地，结合图5，本实施例提供的去梗式采摘手爪，两夹持钳16闭合时接触的端面具有刃部162。

本实施例提供的去梗式采摘手爪，通过在两夹持钳闭合时接触的端面时设置刃部，使得果梗拉断机构在将目标果实的果体与果梗分离时，果梗的拉断变得更加容易。

进一步地，本实施例提供的去梗式采摘手爪，还包括：电机固定板18和底座19，电机7安装在电机固定板18上，气缸3安装在底座19上。

进一步地，本实施例提供的采摘手抓，还可以包括：红外传感器(图中未示出)，红外传感器设置在内筒的筒口处，用于检测目标果实的果梗是否已经到达果梗夹持部件的位置。

下面以采摘番茄为例，具体说明本实施例提供的去梗式采摘手爪的工作原理，请首先参照图1和图2，开始采摘前，该采摘手抓的气缸3处于伸出状态、气囊2处于放气状态、两夹持钳16处于张开状态。确定一目标果实400，开始采摘时，采用一控制臂控制整个去梗式采摘手爪移动，使上述目标果实400进入内筒1，通过内筒1实现了目标果实400与果苗上的其他果实分离，当目标果实400整体进入内筒1时，并且内筒1筒口处的红外线传感器检测到目标果实400的果梗402已到达两夹持钳的位置时，控制电机7开始转动，电机7转动后，驱动主动齿轮8转动，进而带动从动齿轮9转动，从动齿轮9则通过外连接杆10带动转动盘11与其同步转动，此时，由于两夹持钳16与固定盘6固定连接，与转动盘11滑动连接，因此，在转动盘11转动时，两夹持钳16相对于固定盘6不动，相对于转动盘11滑动，进而使两夹持钳16闭合，两夹持钳夹持目标果实400的果梗401，两夹持钳16夹持果梗401后，电机7停止转动。紧接着，接通外部的高压气源，通过气源接口21对气囊2进行充气，气囊2充气后，膨胀的气囊2将目标果实400的果体402夹紧。此时，目标果实400的果体402已被气囊2夹紧，果梗401已被两夹持钳16夹紧。使气缸3缩回，带动内筒1缩回，从而将目标果实400的果体402与果梗401分离，实现目标果实400的无梗采摘。

本发明提供的去梗式采摘手爪结构简洁、制造成本低、控制简单，有利于在农业生产中推广应用。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种去梗式采摘手爪，其特征在于，包括：果实分离夹持机构、果梗夹持机构、果梗拉断机构；

所述果实分离夹持机构，用于将目标果实与果苗上的其它果实分离，并夹持所述目标果实的果体；

所述果梗夹持机构，用于在所述果实分离夹持机构夹持所述目标果实的果体时，夹持所述目标果实的果梗；

所述果梗拉断机构，与所述果实分离夹持机构连接，用于在所述果实分离夹持机构夹持所述目标果实的果体，并且所述果梗夹持机构夹持所述目标果实的果梗时，拉动所述果实分离夹持机构，实现所述目标果实的果体与果梗分离。

2.根据权利要求1所述的去梗式采摘手爪，其特征在于，所述果梗夹持机构包括：转动部件、不动部件、果梗夹持部件；其中，

所述转动部件与所述不动部件之间设置有滑动轴承，所述果梗夹持部件与所述转动部件滑动连接，并与所述不动部件固定连接，在所述转动部件相对所述不动部件转动时，所述果梗夹持部件相对所述转动部件滑动，实现所述果梗夹持部件的开启或闭合。

3.根据权利要求2所述的去梗式采摘手爪，其特征在于，所述转动部件包括：电机、主动齿轮、从动齿轮、外连接杆、转动盘；其中，

所述电机与所述主动齿轮连接，用于驱动所述主动齿轮转动；

所述主动齿轮与所述从动齿轮啮合，用于带动所述从动齿轮转动；

所述转动盘与所述从动齿轮同轴平行设置，所述外连接杆连接所述从动齿轮和所述转动盘。

4.根据权利要求3所述的去梗式采摘手爪，其特征在于，所述转动部件还包括：连接环，所述连接环设置在所述从动齿轮和所述转动盘之间，并与所述从动齿轮、所述转动盘同轴平行设置，所述连接环固定在所述外连接杆上。

5.根据权利要求3或4所述的去梗式采摘手爪，其特征在于，所述不动部件包括：固定套筒、内连接杆、固定盘；其中，

所述固定套筒与所述固定盘同轴平行设置，所述内连接杆连接所述固定套筒与所述固定盘；

所述滑动轴承为两个，其中，所述固定盘与所述转动盘之间设置有一个所述滑动轴承，所述从动齿轮设置在所述固定套筒外壁上，所述从动齿轮与所述固定套筒之间设置有一个所述滑动轴承。

6.根据权利要求5所述的去梗式采摘手爪，其特征在于，所述果梗夹持部件包括：两夹持钳，所述两夹持钳分别与所述固定盘固定连接，与所述转动盘滑动连接，在所述转动盘相对所述固定盘转动时，实现所述两夹持钳的闭合或开启。

7.根据权利要求6所述的去梗式采摘手爪，其特征在于，所述两夹持钳闭合时接触的端面具有刃部。

8.根据权利要求6或7所述的去梗式采摘手抓，其特征在于，所述果实分离夹持机构包括：内筒和设置在内筒内壁上的多组可充放气的气囊，所述多组可充放气的气囊等间隔的设置在所述内筒的内壁上。

9.根据权利要求8所述的去梗式采摘手爪，其特征在于，所述果梗拉断机构包括：气缸，所述气缸的活塞杆与所述内筒连接；所述固定套筒设置在所述气缸外壁上。

10.根据权利要求9所述的去梗式采摘手爪，其特征在于，所述去梗式采摘手爪还包括：电机固定板和底座，所述电机安装在所述电机固定板上，所述气缸安装在所述底座上。