CN106941882A - 成排凸轮相向运动式猕猴桃多果自动采摘末端执行器 - Google Patents

Abstract

成排凸轮相向运动式猕猴桃多果自动采摘末端执行器，涉及农业机器人自动化设备领域。是由下U型支架、成排摆动凸轮、旋转摆动机构、下微型压力传感器、成排斜曲面推板、导杆支架、导杆、联轴器、直线往复驱动机构、上L型支架、高度调节支架、安装底座和下L型支架组成的，所述的成排摆动凸轮是由仿形凸轮、凸轮转轴和下调整间隙组成的，所述的旋转摆动机构是由下软硅胶层、下联轴器和旋转电机组成的，所述的成排斜曲面推板是由斜曲面推板、上调整间隙、上微型压力传感器、微型传感器、上软硅胶层组成的。本发明机械结构简单，大大降低了劳动强度，省时省力，效率高，实现了多果一次性采摘，解决了猕猴桃采摘费时费力的难题。

Description

成排凸轮相向运动式猕猴桃多果自动采摘末端执行器

技术领域

本发明涉及农业机器人自动化设备领域，具体地，涉及成排凸轮相向运动式猕猴桃多果自动采摘末端执行器。

背景技术

目前国内外对于农业采摘机器人的研究的关键仍是效率问题，猕猴桃果实的采摘模式决定了采摘机器人末端执行器的结构形式和工作原理，同时也决定了作业效率。中国是世界猕猴桃栽培面积最大的国家，但是，国产猕猴桃无论在出口价格还是在出口量，都稍逊于新西兰及其他出口国，直接导致国家在农产品外销上的重大经济损失，原因就是我国猕猴桃自动采摘技术落后，主要是依靠人工进行猕猴桃的采摘作业，而猕猴桃采摘周期又很集中，劳动强度大，耗费大量的劳动力、时间，效率低下。中国专利公布的CN 103448061 A“一种猕猴桃果实采摘末端执行器”采用仿形手指抓取果实，旋转采摘的模式，单果用时22s，效率太低。在实验室做过机理试验后提出一种相向运动的采摘模式，可以大大提高效率。因此急需成排凸轮相向运动式猕猴桃多果自动采摘末端执行器来解决这一技术难题，但是目前市场上并没有该类装置。

发明内容

本专利提供了成排凸轮相向运动式猕猴桃多果自动采摘末端执行器，本发明机械结构简单，大大降低了劳动强度，省时省力，效率高，实现多果一次性采摘，解决了猕猴桃单果采摘费时费力的技术难题。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

成排凸轮相向运动式猕猴桃多果自动采摘末端执行器，是由下U型支架、成排摆动凸轮、旋转摆动机构、下微型压力传感器、成排斜曲面推板、导杆支架、导杆、联轴器、直线往复驱动机构、上L型支架、高度调节支架、安装底座和下L型支架组成的，所述的成排摆动凸轮是由仿形凸轮、凸轮转轴和下调整间隙组成的，所述的旋转摆动机构是由下软硅胶层、下联轴器和旋转电机组成的，所述的成排斜曲面推板是由斜曲面推板、上调整间隙、上微型压力传感器、微型传感器、上软硅胶层组成的，所述的直线往复驱动机构是由导杆底座、电机L型支架、直线电机、往复机构支架、螺母滑块和丝杠组成的，其特征是：所述成排摆动凸轮通过凸轮转轴安装在下U型支架上，所述旋转摆动机构与成排摆动凸轮连接，所述下微型压力传感器安装在成排摆动凸轮的内表面，所述成排斜曲面推板与导杆连接，所述导杆通过导杆支架与直线往复驱动机构连接，所述直线往复驱动机构通过上L型支架与高度调节支架连接，所述下U型支架通过下L型支架与高度调节支架连接，所述安装底座设置在高度调节支架底部；

所述仿形凸轮通过下调整间隙并排连接，所述凸轮转轴安装在成排摆动凸轮两侧；

所述旋转电机通过下联轴器与成排摆动凸轮连接，所述下软硅胶层设置在仿形凸轮表面；

所述斜曲面推板通过上调整间隙并排连接，所述上软硅胶层安装在斜曲面推板表面，所述上微型压力传感器粘附在上软硅胶层表面，所述微型传感器安装在成排斜曲面推板底部；

所述直线电机通过联轴器与丝杠连接，并安装在电机L型支架，所述丝杠安装在往复机构支架上，所述螺母滑块与丝杠连接，安装在往复机构支架上，所述螺母滑块上部设置有导杆底座，所述电机L型支架与上L型支架连接。

优选地，所述仿形凸轮外轮廓设计成仿猕猴桃外轮廓形状，并且表面粘附的上软硅胶层采用软硅胶材料制成。

更优选地，所述斜曲面推板设计成倾斜的仿猕猴桃外轮廓曲面，与水平面夹角为75°～85°可调，并且表面粘附的下软硅胶层采用软硅胶材料制成。

具体地，所述高度调节支架设置有间隔5mm的安装槽，可以调整直线往复驱动机构的高度，所述下L型支架设置有间隔10mm的安装孔，可以调整旋转摆动机构的高度，同时也可以调整旋转摆动机构和直线往复驱动机构的水平距离。

本发明的有益效果是：

本发明的成排凸轮相向运动式猕猴桃多果自动采摘末端执行器能够实现猕猴桃多果一次性采摘。首先，微型传感器检测到有目标果实后，直线电机通过丝杠驱动成排斜曲面推板靠近猕猴桃果实，微型传感器设置阈值为5-10mm，同时旋转电机驱动成排摆动凸轮转动，于是，形成了成排斜曲面推板和成排摆动凸轮的相向运动，使得猕猴桃果实在空中绕其形心发生旋转运动；其次，当微型传感器没有信号时，说明猕猴桃果实已经采摘成功，通过仿形凸轮外轮廓曲面滑落到容纳箱中，其中上微型压力传感器和下微型压力传感器都设置有阈值，一旦压力超过上限，机构停止运动，防止猕猴桃的表面损伤。本发明机械结构简单，大大降低了劳动强度，省时省力，效率高，实现了多果一次性采摘，解决了猕猴桃采摘费时费力的难题。

本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

下列附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，其与下述的具体实施方式一起用于解释本发明，但本发明的保护范围并不局限于下述附图及具体实施方式。在附图中：

图1为本发明的整体结构等轴测图；

图2为本发明的成排摆动凸轮的三维结构示意图；

图3为本发明的旋转摆动机构的三维结构示意图；

图4为本发明的成排斜曲面推板的三维结构示意图；

图5为本发明的直线往复驱动机构的三维结构示意图。

图中：1下U型支架，2成排摆动凸轮，201仿形凸轮，202凸轮转轴，203下调整间隙，3旋转摆动机构，301下软硅胶层，302下联轴器，303旋转电机，4下微型压力传感器，5成排斜曲面推板，501斜曲面推板，502上调整间隙，503上微型压力传感器，504微型传感器，505上软硅胶层，6导杆支架，7导杆，8联轴器，9直线往复驱动机构，901导杆底座，902电机L型支架，903直线电机，904往复机构支架，905螺母滑块，906丝杠，10上L型支架，11高度调节支架，12安装底座，13下L型支架。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，本发明的保护范围并不局限于下述的具体实施方式。

参见图1至图5所示，成排凸轮相向运动式猕猴桃多果自动采摘末端执行器，是由下U型支架1、成排摆动凸轮2、旋转摆动机构3、下微型压力传感器4、成排斜曲面推板5、导杆支架6、导杆7、联轴器8、直线往复驱动机构9、上L型支架10、高度调节支架11、安装底座12和下L型支架13组成的，所述的成排摆动凸轮2是由仿形凸轮201、凸轮转轴202和下调整间隙203组成的，所述的旋转摆动机构3是由下软硅胶层301、下联轴器302和旋转电机303组成的，所述的成排斜曲面推板5是由斜曲面推板501、上调整间隙502、上微型压力传感器503、微型传感器504、上软硅胶层505组成的，所述的直线往复驱动机构9是由导杆底座901、电机L型支架902、直线电机903、往复机构支架904、螺母滑块905和丝杠906组成的，其特征是：所述成排摆动凸轮2通过凸轮转轴202安装在下U型支架1上，所述旋转摆动机构3与成排摆动凸轮2连接，所述下微型压力传感器4安装在成排摆动凸轮2的内表面，所述成排斜曲面推板5与导杆7连接，所述导杆7通过导杆支架6与直线往复驱动机构9连接，所述直线往复驱动机构9通过上L型支架10与高度调节支架11连接，所述下U型支架1通过下L型支架13与高度调节支架11连接，所述安装底座12设置在高度调节支架11底部；

参见图2所示，所述仿形凸轮201通过下调整间隙203并排连接，所述凸轮转轴202安装在成排摆动凸轮2两侧；

参见图3所示，所述旋转电机303通过下联轴器302与成排摆动凸轮2连接，所述下软硅胶层301设置在仿形凸轮201表面；

参见图4所示，所述斜曲面推板501通过上调整间隙502并排连接，所述上软硅胶层505安装在斜曲面推板501表面，所述上微型压力传感器503粘附在上软硅胶层505表面，所述微型传感器504安装在成排斜曲面推板5底部；

参见图5所示，所述直线电机903通过联轴器8与丝杠906连接，并安装在电机L型支架902，所述丝杠906安装在往复机构支架904上，所述螺母滑块905与丝杠906连接，安装在往复机构支架904上，所述螺母滑块905上部设置有导杆底座901，所述电机L型支架902与上L型支架10连接。

参见图2所示，优选地，所述仿形凸轮201外轮廓设计成仿猕猴桃外轮廓形状，并且表面粘附的下软硅胶层301采用软硅胶材料制成。

更优选地，所述斜曲面推板501设计成倾斜的仿猕猴桃外轮廓曲面，与水平面夹角为75°～85°可调，并且表面粘附的上软硅胶层505采用软硅胶材料制成。

具体地，所述高度调节支架11设置有间隔5mm的安装槽，可以调整直线往复驱动机构9的高度，所述下L型支架13设置有间隔10mm的安装孔，可以调整旋转摆动机构3的高度，同时也可以调整旋转摆动机构3和直线往复驱动机构9的水平距离。

为了帮助理解本发明的上述基本实施方式，参照图1至图5进行示例性说明，例如：首先，微型传感器504检测到有目标果实后，直线电机903通过丝杠906驱动成排斜曲面推板5靠近猕猴桃果实，微型传感器504设置阈值为5-10mm，同时旋转电机303驱动成排摆动凸轮2转动，于是，形成了成排斜曲面推板5和成排摆动凸轮2的相向运动，使得猕猴桃果实在空中绕其形心发生旋转运动；其次，当微型传感器504没有信号时，说明猕猴桃果实已经采摘成功，通过仿形凸轮201外轮廓曲面滑落到容纳箱中，其中上微型压力传感器503和下微型压力传感器4都设置有阈值，一旦压力超过上限，机构停止运动，防止猕猴桃的表面损伤。

工作步骤如下：

第一步，装置上电复位，直线电机903驱动成排斜曲面推板5向左70mm，旋转电机303驱动成排摆动凸轮2逆时针转动30°；

第二步，微型传感器504检测到有目标果实后，直线电机903通过丝杠906驱动成排斜曲面推板5靠近猕猴桃果实，同时旋转电机303驱动成排摆动凸轮2转动；

第三步，成排斜曲面推板5和成排摆动凸轮2的相向运动，使得猕猴桃果实在空中绕其形心发生旋转运动，猕猴桃果实被分离后，通过仿形凸轮201外轮廓曲面滑落到容纳箱中；

第四步，当该处猕猴桃目标果实采摘完毕，机械臂移动末端执行器检测新的猕猴桃区域，进行作业，重新进行上面三步。

以上结合附图详细描述了本发明的具体实施方式，需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.成排凸轮相向运动式猕猴桃多果自动采摘末端执行器，其特征是：是由下U型支架、成排摆动凸轮、旋转摆动机构、下微型压力传感器、成排斜曲面推板、导杆支架、导杆、联轴器、直线往复驱动机构、上L型支架、高度调节支架、安装底座和下L型支架组成的，所述成排摆动凸轮通过凸轮转轴安装在下U型支架上，所述旋转摆动机构与成排摆动凸轮连接，所述下微型压力传感器安装在成排摆动凸轮的内表面，所述成排斜曲面推板与导杆连接，所述导杆通过导杆支架与直线往复驱动机构连接，所述直线往复驱动机构通过上L型支架与高度调节支架连接，所述下U型支架通过下L型支架与高度调节支架连接，所述安装底座设置在高度调节支架底部；

所述的成排摆动凸轮是由仿形凸轮、凸轮转轴和下调整间隙组成的，所述仿形凸轮通过下调整间隙并排连接，所述凸轮转轴安装在成排摆动凸轮两侧；

所述的旋转摆动机构是由下软硅胶层、下联轴器和旋转电机组成的，所述旋转电机通过下联轴器与成排摆动凸轮连接，所述下软硅胶层设置在仿形凸轮表面；

所述的成排斜曲面推板是由斜曲面推板、上调整间隙、上微型压力传感器、微型传感器、上软硅胶层组成的，所述斜曲面推板通过上调整间隙并排连接，所述上软硅胶层安装在斜曲面推板表面，所述上微型压力传感器粘附在上软硅胶层表面，所述微型传感器安装在成排斜曲面推板底部；

所述的直线往复驱动机构是由导杆底座、电机L型支架、直线电机、往复机构支架、螺母滑块和丝杠组成的，所述直线电机通过联轴器与丝杠连接，并安装在电机L型支架，所述丝杠安装在往复机构支架上，所述螺母滑块与丝杠连接，安装在往复机构支架上，所述螺母滑块上部设置有导杆底座，所述电机L型支架与上L型支架连接。

2.根据权利要求1所述的成排凸轮相向运动式猕猴桃多果自动采摘末端执行器，其特征是：所述仿形凸轮外轮廓设计成仿猕猴桃外轮廓形状，并且表面粘附的上软硅胶层采用软硅胶材料制成。

3.根据权利要求1所述的成排凸轮相向运动式猕猴桃多果自动采摘末端执行器，其特征是：所述斜曲面推板设计成倾斜的仿猕猴桃外轮廓曲面，与水平面夹角为75°～85°可调，并且表面粘附的下软硅胶层采用软硅胶材料制成。

4.根据权利要求1所述的成排凸轮相向运动式猕猴桃多果自动采摘末端执行器，其特征是：所述高度调节支架设置有间隔5mm的安装槽，可以调整直线往复驱动机构的高度，所述下L型支架设置有间隔10mm的安装孔，可以调整旋转摆动机构的高度，同时也可以调整旋转摆动机构和直线往复驱动机构的水平距离。