CN106538151B - 一种拉拽式水果采摘装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业机械化技术领域，尤其涉及一种拉拽式水果采摘装置。本发明提供了一种拉拽式水果采摘装置，其包括水果抓取机构、机架、曲柄、连杆及与曲柄连接的第一驱动机构，水果抓取机构设有第一连接件和第二连接件，机架的上端与第一连接件铰接，曲柄的一端可转动安装于机架上，曲柄的另一端通过连杆与第二连接件铰接，第一驱动机构驱动曲柄转动以带动水果抓取机构旋转。其中，机架、曲柄、连杆及水果抓取机构构成曲柄连杆机构，采摘水果时，通过第一驱动机构合理控制曲柄转速以及水果抓取机构的转角，便可达到快速采摘水果的目的，极大地提高了采摘效率，且装置结构简单，关节自由度少，操作简便，实用性强，利于进行标准化生产及推广。

Description

一种拉拽式水果采摘装置

技术领域

本发明涉及农业机械化技术领域，尤其涉及一种拉拽式水果采摘装置。

背景技术

目前我国水果种植面积大，采摘任务繁重。随着人口老龄化和农业劳动力的减少，农业生产成本日益提高，水果自动化采摘已成为必然发展趋势。近些年来一些高校和科研院所在水果采摘机器人的研究中取得一些成果，然而这些采摘机器人仍处于研究阶段，无法实现采摘自动化作业。其重要原因之一是采摘装置结构复杂，关节自由度多，动作缓慢，采摘效率极低，无法满足在果园高效的水果采摘要求。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是：提供一种结构简单且能有效提高采摘效率的拉拽式水果采摘装置，以解决现有的采摘装置结构复杂、关节自由度多、动作缓慢，从而造成采摘效率极低的问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种拉拽式水果采摘装置，包括水果抓取机构、机架、曲柄、连杆及与所述曲柄连接的第一驱动机构，所述水果抓取机构设有第一连接件和第二连接件，所述机架的上端与所述第一连接件铰接，所述曲柄的一端可转动安装于所述机架上，所述曲柄的另一端通过所述连杆与所述第二连接件铰接。

其中，所述机架的中间开设有长孔且在所述长孔一侧的壁上开设有圆孔，所述第一驱动机构的驱动端穿过所述圆孔后伸入到所述长孔内，所述曲柄的驱动端伸入所述长孔内且与所述第一驱动机构的驱动端连接；所述连杆的一端通过销子与所述曲柄的非驱动端连接，所述连杆的另一端通过销子连接到所述第二连接件上，且所述连杆设置在所述机架的对中面上。

其中，所述水果抓取机构包括第二驱动机构、抓取组件及与所述抓取组件连接的支撑组件，所述第二驱动机构的驱动端与所述抓取组件连接。

其中，所述支撑组件包括电机支撑及与所述电机支撑连接的电机盖，所述电机支撑包括底板和设于所述底板两侧的圆弧形支撑臂，两个所述圆弧形支撑臂围成用于安装所述第二驱动机构的安装空间，且其中一个靠近所述连杆的圆弧形支撑臂的外侧安装有所述第二连接件；所述电机支撑的底板开设有中心孔，所述第二驱动机构的驱动端穿过所述中心孔后与所述抓取组件连接；所述电机支撑的顶部设有弧形连接板，所述电机盖的一侧与所述弧形连接板连接，另一侧安装有所述第一连接件。

其中，所述机架的上端开设有销子孔，所述机架的上端通过销子与所述第一连接件连接；所述连杆在对应于所述圆弧形支撑臂的端部设有销子孔，所述连杆通过销子与所述第二连接件连接。

其中，所述第一连接件包括两个机架连接耳子，所述两个机架连接耳子以所述电机盖的中心为中心对称配置；所述第二连接件包括两个连杆连接耳子，所述两个连杆连接耳子以所述电机支撑的中心为中心对称配置。

其中，所述抓取组件包括扇形摆盘、与所述电机支撑相连接的盘盖及两个相对设置的抓取爪，所述扇形摆盘设于所述盘盖内；所述扇形摆盘设有中心孔，所述第二驱动机构的输出轴通过所述中心孔与所述扇形摆盘固定连接，所述扇形摆盘前侧开设有两个倒“T”型螺旋滑槽，所述盘盖上开设有两个以所述扇形摆盘的旋转中心为中心的向心导向槽；每个所述抓取爪的一端均可滑动地卡设在所述倒“T”型螺旋滑槽内，另一端均穿过所述向心导向槽且伸向所述盘盖的前方。

其中，每个所述抓取爪均包括依次连接的夹指、导向柱及定位柱，所述导向柱及定位柱嵌入所述倒“T”型螺旋滑槽内，所述定位柱可滑动地卡设于所述倒“T”型螺旋滑槽的槽底；所述夹指与所述向心导向槽的槽侧面之间为间隙配合，所述导向柱与所述倒“T”型螺旋滑槽的槽侧面之间为间隙配合；所述倒“T”型螺旋滑槽呈以所述扇形摆盘的旋转中心为极点的对数螺旋线或阿基米德螺旋线走向。

其中，所述夹指的截面形状为弧形或半月形，且每个所述夹指的抓取面上均设有橡胶层；所述夹指与所述向心导向槽的槽侧面的间隙为0.1‐1mm；所述导向柱与所述倒“T”型螺旋滑槽的槽侧面的间隙为0.1‐1mm。

其中，所述曲柄、连杆、机架、电机支撑、电机盖、扇形摆盘、盘盖及抓取爪均采用塑料制成。

(三)有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供了一种拉拽式水果采摘装置，其包括水果抓取机构、机架、曲柄、连杆及与曲柄连接的第一驱动机构，水果抓取机构设有第一连接件和第二连接件，机架的上端与第一连接件铰接，曲柄的一端可转动安装于机架上，曲柄的另一端通过连杆与第二连接件铰接，第一驱动机构驱动曲柄转动以带动水果抓取机构旋转。其中，机架、曲柄、连杆及水果抓取机构构成曲柄连杆机构，采摘水果时，第一驱动机构驱动曲柄转动，曲柄通过连杆带动水果抓取机构旋转，在水果果埂与树枝的连接处产生拉力和剪力，这种拉力和剪力的合力可使水果的果埂与树枝快速分离；基于曲柄连杆机构原理采摘水果，通过合理控制曲柄转速以及水果抓取机构的转角，便可达到快速采摘水果的目的，极大地提高了采摘效率，且装置结构简单，关节自由度少，操作简便，实用性强，利于进行标准化生产及推广。

附图说明

图1是本发明一种拉拽式水果采摘装置实施例的拉拽式水果采摘装置的右视图；

图2为图1的A-A剖视图；

图3是图2的局部侧视图；

图4是本发明一种拉拽式水果采摘装置实施例的抓取爪的结构示意图；

图5为图4中抓取爪中夹指的B‐B截面示意图；

图6是本发明一种拉拽式水果采摘装置实施例的盘盖的主视图；

图7是本发明一种拉拽式水果采摘装置实施例的盘盖的仰视图；

图8是本发明一种拉拽式水果采摘装置实施例的扇形摆盘的结构示意图；

图9为图8的C-C剖面图，即为倒“T”型螺旋滑槽的结构示意图；

图10是本发明一种拉拽式水果采摘装置实施例的电机支撑的主视图；

图11为图10的D-D剖视图；

图12是本发明一种拉拽式水果采摘装置实施例的电机盖的主视图；

图13为图12的F-F剖视图；

图14是本发明一种拉拽式水果采摘装置实施例的机架的主视图；

图15为图14的E-E剖视图；

图16是本发明一种拉拽式水果采摘装置实施例的曲柄的主视图；

图17是本发明一种拉拽式水果采摘装置实施例的曲柄的俯视图；

图18是本发明一种拉拽式水果采摘装置实施例的连杆的主视图；

图19是本发明一种拉拽式水果采摘装置实施例的连杆的俯视图。

图中：1：夹指；2：盘盖；3：扇形摆盘；4：电机支撑；5：第二步进电机；6：电机盖；7、11、13：销子；8：机架；9：第一步进电机；10：曲柄；12：连杆；14：定位套筒；15、16、17、18、19、20：挡环；1.1：导向柱；1.2：定位柱；2.1：向心导向槽；2.2：定位圆台；3.1：倒“T”型螺旋滑槽；3.2、4.1：中心孔；4.2：弧形连接板；4.3：连杆连接耳子；5.1：第二步进电机转轴；6.1：机架连接耳子；8.1：长孔；8.2：圆孔；8.3：销子孔；9.1：第一步进电机转轴。

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的一部分实施例，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做出创造性劳动的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。

如图1至图19所示，本发明实施例提供了一种拉拽式水果采摘装置，其包括水果抓取机构、机架8、曲柄10、连杆12及与曲柄10连接的第一驱动机构，水果抓取机构设有第一连接件和第二连接件，机架8的上端与第一连接件铰接，曲柄10的一端可转动安装于机架8上，曲柄10的另一端通过连杆12与第二连接件铰接，第一驱动机构用于驱动曲柄10转动以带动水果抓取机构旋转。机架8、曲柄10、连杆12和水果抓取机构构成一个曲柄连杆机构，第一驱动机构驱动曲柄10转动，进而曲柄10通过连杆12带动水果抓取机构旋转，在水果果埂与树枝的连接处产生拉力和剪力，这种拉力和剪力的合力可使水果的果埂与树枝快速分离。本申请基于曲柄连杆机构原理采摘水果，通过合理控制曲柄10转速以及水果抓取机构的转角，便可达到快速采摘水果的目的，极大地提高了采摘效率，且装置结构简单，关节自由度少，操作简便，实用性强，利于进行标准化生产及推广。

优选地，第一驱动机构为第一步进电机9，以便合理控制水果抓取机构的旋转速度及采摘水果时的节拍。

优选地，为提高水果采摘装置的稳定性，机架8的中间开设有长孔8.1且在长孔8.1一侧的壁上开设有圆孔8.2，第一步进电机9的驱动端(即第一步进电机转轴9.1)穿过设于机架8壁上的圆孔8.2后伸入到长孔8.1内，曲柄10的驱动端伸入长孔8.1内，第一步进电机9的驱动端通过定位套筒14实现与曲柄10的定位连接；连杆12的一端通过销子与曲柄10的非驱动端连接，连杆12的另一端通过销子与设于水果抓取机构的第二连接件连接；在本实施例中，连杆12设置在机架8的对中面上，以进一步地提高水果采摘装置的结构稳定性。

具体地，水果抓取机构包括第二驱动机构、抓取组件及与抓取组件连接的支撑组件，第二驱动机构的驱动端与抓取组件连接，以驱动抓取组件的转动。其中，第二驱动机构为第二步进电机5，以便使抓取组件有较好的位置精度，第二步进电机5的驱动端(第二步进电机转轴5.1)与抓取组件连接。

具体地，支撑组件包括电机支撑4及与电机支撑4连接的电机盖6，电机支撑4包括底板和设于底板两侧的圆弧形支撑臂，两个圆弧形支撑臂围成用于安装第二驱动机构的安装空间，且其中一个靠近连杆12的圆弧形支撑臂的外侧安装有第二连接件，用于与连杆12铰接；电机支撑的底板开设有中心孔4.1，第二驱动机构穿过中心孔4.1后与抓取组件连接；电机支撑4的顶部设有弧形连接板4.2，电机盖6的一侧与弧形连接板4.2连接，另一侧安装有第一连接件。具体地，机架8的上端开设有销子孔8.3，机架的上端通过销子7与第一连接件连接；连杆12在对应于圆弧形支撑臂的端部设有销子孔，连杆通过销子13与第二连接件连接。为提高整个拉拽式水果采摘装置的连接稳定性，优选地，第一连接件包括两个机架连接耳子6.1，两个机架连接耳子6.1以电机盖6的中心为中心对称配置；第二连接件包括两个连杆连接耳子4.3，两个连杆连接耳子4.3以电机支撑4的中心为中心对称配置。此外，连杆12对应于曲柄10的端部设有销子孔，曲柄10的非驱动端通过销子11与连杆12可转动连接。

其中，销子7与两个机架连接耳子6.1之间分别设有挡环17及挡环18；销子13与两个连杆连接耳子4.3之间分别设有挡环16及挡环19；销子11与连杆12之间设有挡环15，销子11与曲柄10之间设有挡环20。通过设置挡环，可靠保证销子11、13、7、曲柄10、连杆12、机架8、电机盖6和电机支撑4之间的相对位置及连接关系。进一步地，抓取组件包括扇形摆盘3、与电机支撑4相连接的盘盖2及两个相对设置的抓取爪，扇形摆盘3设于盘盖2内，扇形摆盘3设有中心孔3.2，第二驱动机构的输出轴通过中心孔3.2与扇形摆盘3固定连接，扇形摆盘3前侧开设有两个倒“T”型螺旋滑槽，盘盖2上开设有两个以扇形摆盘3的旋转中心为中心的向心导向槽2.1；每个抓取爪的一端均可滑动地卡设在倒“T”型螺旋滑槽内，另一端均穿过向心导向槽2.1且伸向盘盖2的前方，在盘盖2的前侧还设有定位圆台2.2。在本实施例中，扇形摆盘3前侧及盘盖2的前方、前侧均指的是附图2中图示的左侧方位，相应的后侧指的是附图2中图示的右侧方位；第二驱动机构的输出轴为第二步进电机转轴5.1，在第二步进电机5的驱动下扇形摆盘3转动，在扇形摆盘3转动的过程中，抓取爪同时受到向心导向槽2.1和倒“T”型螺旋滑槽3.1的制约，抓取爪沿着向心导向槽2.1向着或远离盘盖2中心方向移动，如此，抓取爪能完成水果的抓取和释放动作，结构简单且小巧，采摘水果速度快，利于进一步地提高采摘效率。

具体地，每个抓取爪均包括依次连接的夹指1、导向柱1.1及定位柱1.2，导向柱1.1及定位柱1.2嵌入倒“T”型螺旋滑槽3.1内，定位柱1.2可滑动地卡设于倒“T”型螺旋滑槽3.1的槽底，在扇形摆盘3转动的过程中，夹指1受到向心导向槽2.1的制约，从而使得抓取爪的一端在倒“T”型螺旋滑槽3.1内滑动；夹指1与向心导向槽2.1的槽侧面之间为间隙配合，导向柱1.1与倒“T”型螺旋滑槽3.1的槽侧面之间为间隙配合；倒“T”型螺旋滑槽3.1呈以扇形摆盘3的旋转中心为极点的对数螺旋线或阿基米德螺旋线走向。

优选地，为与水果有较好的贴合面，夹指1的截面形状为弧形或半月形，且每个夹指1的抓取面上均设有橡胶层；两爪联动，夹紧速度快，粘附橡胶层的夹指1能使水果表面受力更为均匀，避免损伤水果。橡胶层除了粘接在夹指1的抓取面上外，也可通过螺钉等其它方式固定在夹指1的抓取面。在本实施例中，向心导向槽2.1与夹指1的间隙为0.1‐1mm；导向柱1.1与倒“T”型螺旋滑槽3.1中较窄部分间的间隙为0.1‐1mm。

在本实施例中，曲柄10、连杆12、机架8、电机支撑4、电机盖6、扇形摆盘3、盘盖2及抓取爪均采用塑料制成。优选地，曲柄10、连杆12、机架8、电机支撑4、电机盖6、扇形摆盘3、盘盖2及抓取爪均采用ABS塑料制成，能极大地减轻整个拉拽式水果采摘装置的重量，使得拉拽式水果采摘装置更加轻巧便捷，以减轻采摘人员的劳动强度，从而进一步地提高了水果采摘效率，满足了在果园高效的水果采摘要求。

综上所述，本发明提供了一种拉拽式水果采摘装置，其包括水果抓取机构、机架、曲柄、连杆及与曲柄连接的第一驱动机构，水果抓取机构设有第一连接件和第二连接件，机架的上端与第一连接件铰接，曲柄的一端可转动安装于机架上，曲柄的另一端通过连杆与第二连接件铰接，第一驱动机构驱动曲柄转动以带动水果抓取机构旋转。其中，机架、曲柄、连杆及水果抓取机构构成曲柄连杆机构，采摘水果时，第一驱动机构驱动曲柄转动，曲柄通过连杆带动水果抓取机构旋转，在水果果埂与树枝的连接处产生拉力和剪力，这种拉力和剪力的合力可使水果的果埂与树枝快速分离；基于曲柄连杆机构原理采摘水果，通过合理控制曲柄转速以及水果抓取机构的转角，便可达到快速采摘水果的目的，极大地提高了采摘效率，且装置结构简单，关节自由度少，操作简便，实用性强，利于进行标准化生产及推广。

最后应说明的是：以上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精神和范围。

Claims (8)

1.一种拉拽式水果采摘装置，其特征在于：包括水果抓取机构、机架、曲柄、连杆及与所述曲柄连接的第一驱动机构，所述水果抓取机构设有第一连接件和第二连接件，所述机架的上端与所述第一连接件铰接，所述曲柄的一端可转动安装于所述机架上，所述曲柄的另一端通过所述连杆与所述第二连接件铰接；所述水果抓取机构包括第二驱动机构、抓取组件及与所述抓取组件连接的支撑组件，所述第二驱动机构的驱动端与所述抓取组件连接；所述支撑组件包括电机支撑及与所述电机支撑连接的电机盖，所述抓取组件包括扇形摆盘、与所述电机支撑相连接的盘盖及两个相对设置的抓取爪，所述扇形摆盘设于所述盘盖内；所述扇形摆盘设有中心孔，所述第二驱动机构的输出轴通过所述中心孔与所述扇形摆盘固定连接，所述扇形摆盘前侧开设有两个倒“T”型螺旋滑槽，所述盘盖上开设有两个以所述扇形摆盘的旋转中心为中心的向心导向槽；每个所述抓取爪的一端均可滑动地卡设在所述倒“T”型螺旋滑槽内，另一端均穿过所述向心导向槽且伸向所述盘盖的前方。

2.根据权利要求1所述的拉拽式水果采摘装置，其特征在于：所述电机支撑包括底板和设于所述底板两侧的圆弧形支撑臂，两个所述圆弧形支撑臂围成用于安装所述第二驱动机构的安装空间，且其中一个靠近所述连杆的圆弧形支撑臂的外侧安装有所述第二连接件；所述电机支撑的底板开设有中心孔，所述第二驱动机构的驱动端穿过所述中心孔后与所述抓取组件连接；所述电机支撑的顶部设有弧形连接板，所述电机盖的一侧与所述弧形连接板连接，另一侧安装有所述第一连接件。

3.根据权利要求1所述的拉拽式水果采摘装置，其特征在于：所述机架的中间开设有长孔且在所述长孔一侧的壁上开设有圆孔，所述第一驱动机构的驱动端穿过所述圆孔后伸入到所述长孔内，所述曲柄的驱动端伸入所述长孔内且与所述第一驱动机构的驱动端连接；所述连杆的一端通过销子与所述曲柄的非驱动端连接，所述连杆的另一端通过销子连接到所述第二连接件上，且所述连杆设置在所述机架的对中面上。

4.根据权利要求2所述的拉拽式水果采摘装置，其特征在于：所述机架的上端开设有销子孔，所述机架的上端通过销子与所述第一连接件连接；所述连杆在对应于所述圆弧形支撑臂的端部设有销子孔，所述连杆通过销子与所述第二连接件连接。

5.根据权利要求2所述的拉拽式水果采摘装置，其特征在于：所述第一连接件包括两个机架连接耳子，所述两个机架连接耳子以所述电机盖的中心为中心对称配置；所述第二连接件包括两个连杆连接耳子，所述两个连杆连接耳子以所述电机支撑的中心为中心对称配置。

6.根据权利要求1所述的拉拽式水果采摘装置，其特征在于：每个所述抓取爪均包括依次连接的夹指、导向柱及定位柱，所述导向柱及定位柱嵌入所述倒“T”型螺旋滑槽内，所述定位柱可滑动地卡设于所述倒“T”型螺旋滑槽的槽底；所述夹指与所述向心导向槽的槽侧面之间为间隙配合，所述导向柱与所述倒“T”型螺旋滑槽的槽侧面之间为间隙配合；所述倒“T”型螺旋滑槽呈以所述扇形摆盘的旋转中心为极点的对数螺旋线或阿基米德螺旋线走向。

7.根据权利要求6所述的拉拽式水果采摘装置，其特征在于：所述夹指的截面形状为弧形或半月形，且每个所述夹指的抓取面上均设有橡胶层；所述夹指与所述向心导向槽的槽侧面的间隙为0.1‐1mm；所述导向柱与所述倒“T”型螺旋滑槽的槽侧面的间隙为0.1‐1mm。

8.根据权利要求1所述的拉拽式水果采摘装置，其特征在于：所述曲柄、连杆、机架、电机支撑、电机盖、扇形摆盘、盘盖及抓取爪均采用塑料制成。