CN107771528B - 一种用于水果采收机器人的果实吸附装置 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于水果采收机器人的果实吸附装置，包括采摘臂，采摘臂前端设有第一通道，采摘臂后端设有第二通道，第一通道的内径大于第二通道的内径，且第一通道和第二通道相互连通，真空吸附管的吸附端穿过第二通道位于第一通道中，第二通道与真空吸附管间隙配合，真空吸附管的吸附端设有吸附头，第一通道中间隙配合的设有固定卡座，固定卡座紧固在真空吸附管的外壁上，每个导向通道上方分别通过轴承座可旋转的固定一个第一丝杠，导向块设置在第一丝杠上，第一丝杠与第一伺服电机相连接，第一伺服电机控制第一丝杠转动从而带动真空吸附管进行移动，真空吸附管与真空负压装置相连接，提高采摘效率，能够有效保护水果和果树不受伤害。

Description

一种用于水果采收机器人的果实吸附装置

技术领域

本发明涉及一种果实吸附装置，特别涉及一种用于水果采收机器人的果实吸附装置。

背景技术

水果是我国继粮食、蔬菜之后的第三大种植作物，已成为许多地区农村经济发展的一大支柱产业。我国目前的水果种植面积为840万公顷，占世界果树总面积的21％左右；水果年总产量达5900多万吨，占世界果品总产量的13.4％，这两项指标都已跃世界第一。水果采收作为果园生产全过程中的一个重要环节，具有季节性强和劳动密集型的特点，所用劳动力占整个生产过程所用劳动力的35％～45％。采收作业质量的好坏直接关系到水果的储存、加工和销售，从而最终影响市场价格和经济效益。

目前我国的水果采收绝大部分还是以人工采摘为主。特别是对于高位水果，比如苹果、梨、橘子等，其采摘最常用的工具是梯子和长杆；用梯子采摘高位水果时要在梯子上频繁的爬上爬下，一旦变化采摘位置还要进行梯子的移动和升降，影响水果的采摘效率；用长杆采摘高位水果，虽然效率较高，但长杆打落的水果没有经过挑选，且在打落过程中，果树和水果会受损伤，影响果树下一季的产量。总之，人工采摘需要劳动力多、劳动强度大且效率低下，与农业劳动力短缺和人工成本升高的现实相矛盾。

专利201110021812.0公开了一种针对苹果大小的近似球形水果的采摘方法和采摘机器人装置，采摘机器人装置包括机械执行装置和控制系统硬软件。所述机械执行装置包括采摘机械臂、欠驱动机械手、电动滑台和智能移动平台；所述控制系统硬件包括工控机、运动控制卡、数据采集卡、AHRS、编码器、单双目摄像机以及力觉、滑觉等传感器。作业时，工控机将编码器、AHRS、单目摄像机组件、超声波传感器的信息进行融合，实现移动平台的自主导航和避障。双目视觉系统对成熟果实和障碍物的图像进行采集和特征提取，实现机械臂的避障和果实定位。最后工控机将力传感器、滑觉传感器、位置传感器的信息进行融合，进而实现对成熟果实的可靠抓取以及果实与果枝的分离。但是其采摘方式为拖拽式采摘，易对果实或者果树造成伤害。

专利201510259920.X公开了一种气吸式水果采摘器，包括带有中空通道的支撑杆、位于支撑杆一端的手柄、位于支撑杆另一端的真空吸盘、与所述中空通道相连且受控于手柄的负压装置，所述支撑杆为活动插接的两子段，两子段之间设有相互配合的滚珠丝杠机构，所述真空吸盘上带有吸孔，真空吸盘与支撑杆之间通过缓冲软管连接，在支撑杆的中空通道内设有与所述吸孔相配合的密封挡片。该采摘器因负压产生拉力和扭转力，只需将真空吸盘对准水果即可自动完成采摘动作，使用方便，结构简单，可大大提高水果的采摘效率；采摘器与水果软性接触，避免了实用刀具对果柄剪切，可防止采摘器对水果造成机械损伤。但是该采摘器自动化程度低，采摘效率低。

发明内容

本发明针对上述问题提出了一种用于水果采收机器人的果实吸附装置，提高采摘效率，能够有效保护水果和果树不受伤害。

具体的技术方案如下：

一种用于水果采收机器人的果实吸附装置，包括采摘臂，采摘臂前端设有第一通道，采摘臂后端设有第二通道，第一通道的内径大于第二通道的内径，且第一通道和第二通道相互连通，真空吸附管的吸附端穿过第二通道位于第一通道中，第二通道与真空吸附管间隙配合，真空吸附管的吸附端设有吸附头，第一通道中间隙配合的设有固定卡座，固定卡座紧固在真空吸附管的外壁上，固定卡座的外壁上设有两组导向块组，每组导向块组中设有两组导向块，导向块上设有第一螺纹孔，采摘臂上与两组导向块组相对应的设有两个导向通道，每个导向通道上方分别通过轴承座可旋转的固定一个第一丝杠，导向块组中的导向块穿过相应的导向通道、通过第一螺纹孔螺纹配合的设置在第一丝杠上，第一丝杠与第一伺服电机相连接，第一伺服电机控制第一丝杠转动从而带动真空吸附管进行移动，真空吸附管与真空负压装置相连接；

所述采摘臂的前端设有扩张头，扩张头为中空的圆台形结构，扩张头外缘设有一圈固定环，固定环上通过转轴固定一个圆弧形结构的切割刀，转轴与固定在采摘臂上的第二伺服电机相连接，第二伺服电机控制切割刀以转轴为圆心进行旋转切割；

所述采摘臂的下方设有落果通道，落果通道位于扩张头与导向通道之间，落果通道与收集管的一端相连接，收集管的另一端设有落果罩，落果罩包括固定管和罩体，固定管固定在罩体上方，罩体上部为圆台形结构，罩体下部为圆柱体结构，罩体下部上设有至少两个出风管，出风管倾斜向上设置，出风管与鼓风机相连接，出风管出风用于减小水果落下的速度。

进一步的，所述果实吸附装置还包括接果机构，接果机构包括接果箱、第二丝杠、第三丝杠、第三伺服电机、第四伺服电机、卡块和落果罩固定板，第二丝杠的数量为两个，两个第二丝杠分别通过轴承座可转动的固定在接果箱的两侧，第二丝杠上设有丝杠螺母，丝杠螺母上固定有卡块，第三丝杠可旋转的固定在两个卡块之间，两个卡块之间还设有导杆，导杆与第三丝杆平行设置，落果罩固定板上设有第二螺纹孔和第一通孔，导杆穿过第一通孔、且第二螺纹孔与第三丝杠螺纹配合，第三伺服电机的数量为两个，两个第三伺服电机固定在接果箱上且分别与两个第二丝杠相连接，第四伺服电机固定在卡块上且与第三丝杠相连接，落果罩的固定管固定在落果罩固定板上。

进一步的，所述吸附头为喇叭口形状。

进一步的，收集管为波纹软管。

本发明的有益效果为：

本发明使用时，通过控制机器人使采摘臂的前端倾斜向上设置，真空吸附管在第一伺服电机的作用下向扩张头运动，启动真空负压装置，将果实吸附在吸附头上，启动第二伺服电机使切割刀旋转将果实连接处切断，通过第一伺服电机作用使真空吸附管收回至第一通道中，并将采摘臂调整至水平状态，关闭真空负压装置，果实经过落果通道落入收集管中，经收集管减速后进入落果罩，出风管通过出风用于减小水果落下的速度，最终时果实平稳的落至接果箱中；

接果机构配合使用时，将果实的打包盒放置于接果箱中，通过第三伺服电机带动第二丝杠旋转从而调节落果罩的竖直方向的位移，通过第四伺服电机带动第三丝杠旋转从而调节落果罩的水平方向的位移，实现果实的依次摆放；

综上所述，本发明提高采摘效率，能够有效保护水果和果树不受伤害。

附图说明

图1为本发明吸附状态剖视图。

图2为本发明落果状态剖视图

图3为本发明图2中扩张头左视图。

图4为本发明接果机构俯视图。

具体实施方式

为使本发明的技术方案更加清晰明确，下面结合附图对本发明进行进一步描述，任何对本发明技术方案的技术特征进行等价替换和常规推理得出的方案均落入本发明保护范围。

附图标记

采摘臂1、第一通道2、第二通道3、吸附头4、固定卡座5、导向块6、导向通道7、第一丝杠8、第一伺服电机9、真空吸附管10、扩张头11、固定环12、切割刀13、第二伺服电机14、落果通道15、收集管16、落果罩17、固定管18、罩体19、出风管20、接果机构21、接果箱22、第二丝杠23、第三丝杠24、第三伺服电机25、第四伺服电机26、卡块27、落果罩固定板28、导杆29、打包盒30。

如图所示一种用于水果采收机器人的果实吸附装置，包括采摘臂1，采摘臂前端设有第一通道2，采摘臂后端设有第二通道3，第一通道的内径大于第二通道的内径，且第一通道和第二通道相互连通，真空吸附管的吸附端穿过第二通道位于第一通道中，第二通道与真空吸附管间隙配合，真空吸附管的吸附端设有吸附头4，吸附头为喇叭口形状，第一通道中间隙配合的设有固定卡座5，固定卡座紧固在真空吸附管的外壁上，固定卡座的外壁上设有两组导向块组，每组导向块组中设有两组导向块6，导向块上设有第一螺纹孔，采摘臂上与两组导向块组相对应的设有两个导向通道7，每个导向通道上方分别通过轴承座可旋转的固定一个第一丝杠8，导向块组中的导向块穿过相应的导向通道、通过第一螺纹孔螺纹配合的设置在第一丝杠上，第一丝杠与第一伺服电机9相连接，第一伺服电机控制第一丝杠转动从而带动真空吸附管进行移动，真空吸附管10与真空负压装置相连接；

所述采摘臂的前端设有扩张头11，扩张头为中空的圆台形结构，扩张头外缘设有一圈固定环12，固定环上通过转轴固定一个圆弧形结构的切割刀13，转轴与固定在采摘臂上的第二伺服电机14相连接，第二伺服电机控制切割刀以转轴为圆心进行旋转切割；

所述采摘臂的下方设有落果通道15，落果通道位于扩张头与导向通道之间，落果通道与收集管16的一端相连接，收集管的另一端设有落果罩17，收集管为波纹软管，落果罩包括固定管18和罩体19，固定管固定在罩体上方，罩体上部为圆台形结构，罩体下部为圆柱体结构，罩体下部上设有至少两个出风管20，出风管倾斜向上设置，出风管与鼓风机相连接，出风管出风用于减小水果落下的速度。

所述果实吸附装置还包括接果机构21，接果机构包括接果箱22、第二丝杠23、第三丝杠24、第三伺服电机25、第四伺服电机26、卡块27和落果罩固定板28，第二丝杠的数量为两个，两个第二丝杠分别通过轴承座可转动的固定在接果箱的两侧，第二丝杠上设有丝杠螺母，丝杠螺母上固定有卡块，第三丝杠可旋转的固定在两个卡块之间，两个卡块之间还设有导杆29，导杆与第三丝杆平行设置，落果罩固定板上设有第二螺纹孔和第一通孔，导杆穿过第一通孔、且第二螺纹孔与第三丝杠螺纹配合，第三伺服电机的数量为两个，两个第三伺服电机固定在接果箱上且分别与两个第二丝杠相连接，第四伺服电机固定在卡块上且与第三丝杠相连接，落果罩的固定管固定在落果罩固定板上。

本发明使用时，通过控制机器人使采摘臂的前端倾斜向上设置，真空吸附管在第一伺服电机的作用下向扩张头运动，启动真空负压装置，将果实吸附在吸附头上，启动第二伺服电机使切割刀旋转将果实连接处切断，通过第一伺服电机作用使真空吸附管收回至第一通道中，并将采摘臂调整至水平状态，关闭真空负压装置，果实经过落果通道落入收集管中，经收集管减速后进入落果罩，出风管通过出风用于减小水果落下的速度，最终时果实平稳的落至接果箱中；

接果机构配合使用时，将果实的打包盒30放置于接果箱中，通过第三伺服电机带动第二丝杠旋转从而调节落果罩的竖直方向的位移，通过第四伺服电机带动第三丝杠旋转从而调节落果罩的水平方向的位移，实现果实的依次摆放。

Claims (3)

1.一种用于水果采收机器人的果实吸附装置，其特征为，包括采摘臂，采摘臂前端设有第一通道，采摘臂后端设有第二通道，第一通道的内径大于第二通道的内径，且第一通道和第二通道相互连通，真空吸附管的吸附端穿过第二通道位于第一通道中，第二通道与真空吸附管间隙配合，真空吸附管的吸附端设有吸附头，第一通道中间隙配合的设有固定卡座，固定卡座紧固在真空吸附管的外壁上，固定卡座的外壁上设有两组导向块组，每组导向块组中设有两组导向块，导向块上设有第一螺纹孔，采摘臂上与两组导向块组相对应的设有两个导向通道，每个导向通道上方分别通过轴承座可旋转的固定一个第一丝杠，导向块组中的导向块穿过相应的导向通道、通过第一螺纹孔螺纹配合的设置在第一丝杠上，第一丝杠与第一伺服电机相连接，第一伺服电机控制第一丝杠转动从而带动真空吸附管进行移动，真空吸附管与真空负压装置相连接；

所述采摘臂的前端设有扩张头，扩张头为中空的圆台形结构，扩张头外缘设有一圈固定环，固定环上通过转轴固定一个圆弧形结构的切割刀，转轴与固定在采摘臂上的第二伺服电机相连接，第二伺服电机控制切割刀以转轴为圆心进行旋转切割；

所述采摘臂的下方设有落果通道，落果通道位于扩张头与导向通道之间，落果通道与收集管的一端相连接，收集管的另一端设有落果罩，落果罩包括固定管和罩体，固定管固定在罩体上方，罩体上部为圆台形结构，罩体下部为圆柱体结构，罩体下部上设有至少两个出风管，出风管倾斜向上设置，出风管与鼓风机相连接，出风管出风用于减小水果落下的速度；

所述果实吸附装置还包括接果机构，接果机构包括接果箱、第二丝杠、第三丝杠、第三伺服电机、第四伺服电机、卡块和落果罩固定板，第二丝杠的数量为两个，两个第二丝杠分别通过轴承座可转动的固定在接果箱的两侧，第二丝杠上设有丝杠螺母，丝杠螺母上固定有卡块，第三丝杠可旋转的固定在两个卡块之间，两个卡块之间还设有导杆，导杆与第三丝杆平行设置，落果罩固定板上设有第二螺纹孔和第一通孔，导杆穿过第一通孔、且第二螺纹孔与第三丝杠螺纹配合，第三伺服电机的数量为两个，两个第三伺服电机固定在接果箱上且分别与两个第二丝杠相连接，第四伺服电机固定在卡块上且与第三丝杠相连接，落果罩的固定管固定在落果罩固定板上。

2.如权利要求1所述的一种用于水果采收机器人的果实吸附装置，其特征为，所述吸附头为喇叭口形状。

3.如权利要求1所述的一种用于水果采收机器人的果实吸附装置，其特征为，收集管为波纹软管。

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