CN108184424B - 一种欠驱动包络式水果采摘装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种欠驱动包络式水果采摘装置，机架上设装载平台，分别连接若干个欠驱动连杆机构，欠驱动连杆机构分别通过滑块侧伸出来的连杆与滑块连接，滑块设在机架上侧同时驱动欠驱动连杆机构，欠驱动连杆机构同时也是包络抓取果实的执行机构。通过控制手柄拉伸钢丝驱动滑块向下滑，带动欠驱动连杆机构实现包络抓取。本发明机构创新和驱动简单、通用性好、运动灵活能实现不同果径水果采摘。
Description
技术领域
本发明涉及一种包络式水果采摘装置，尤其涉及一种欠驱动包络式水果采摘装置，能够通过机械式驱动欠驱动连杆机构自适应果径大小包络抓取，属于水果采摘技术领域。
背景技术
近年来，随着全国经济的持续发展，人们对果蔬的需求越来越大。在我国的果蔬生产中，采摘所占的工作量十分巨大，不仅工作环境十分的艰苦，效率低下，而且水果采摘质量也得不到保障，更甚至时有采摘工作者在采摘过程中因为环境的复杂不小心从树上摔下而受伤的事故发生。为了适应当代果蔬经济的发展，有效的采摘果实，果农们设计不同的水果采摘装置/工具，但这些工具在采摘时不方便，水果在采摘过程中容易碰伤，导致腐烂。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种欠驱动包络式水果采摘装置，其目的在于采摘高处果树的水果时，水果不易碰伤，且可在地面直接采摘，并可自适应不同果径大小的水果采摘。
本发明的发明目的是通过以下技术方案实现的：
一种欠驱动包络式水果采摘装置，包括机架、装载平台、若干个欠驱动连杆机构、滑块、钢索、控制手柄，其特征在于，
所述装载平台固定设置在所述机架的顶端，所述装载平台的下方设置所述滑块，所述滑块可滑动地套设在所述机架上，所述若干个欠驱动连杆机构用以抓取包络水果并沿周向均匀设置在所述装载平台与滑块之间，所述装载平台与滑块之间还设有用以使所述滑块复位的滑块复位弹簧，各所述欠驱动连杆机构的中部与所述装载平台铰接，各所述欠驱动连杆机构的底部均与所述滑块铰接，所述机架的末端设置所述控制手柄，所述控制手柄通过所述钢索与所述滑块连接用以驱动所述滑块在所述机架上滑动。
优选地，所述装载平台包括一套筒、一位于所述套筒顶部的水果承载面以及固定设置在所述套筒和水果承载面之间并沿周向均匀布置的若干支撑臂，所述装载平台通过其底部的套筒套设固定在所述机架的顶端，所述支撑臂的数量与所述欠驱动连杆机构的数量相同。
优选地，所述水果承载面为弧形面，以提高水果抓取的定位精度。
优选地，所述滑块包括一套筒体，所述套筒体的外周壁上沿周向均匀设置的若干支撑杆，所述套筒体可上下滑动地套设在所述机架的外表面上，所述支撑杆的数量与所述欠驱动连杆机构的数量相同。
优选地，各所述欠驱动连杆机构均包括驱动连杆、三角连杆、近中连杆、中远连杆、近指关节、中指关节、远指关节，所述驱动连杆的底部与所述滑块上的一支撑杆铰接，所述驱动连杆的顶部与所述三角连杆的一端铰接，所述三角连杆的另一端与所述近中连杆的底部铰接，所述近中连杆的顶部与所述中远连杆底部的一个铰接点连接，所述中远连杆底部的另一个铰接点与所述近指关节顶部的一个铰接点连接，所述近指关节顶部的另一个铰接点与所述中指关节的底部连接，所述中远连杆的顶部、所述中指关节的顶部分别同所述远指关节底部的两个铰接点连接，所述近指关节的底部、所述三角连杆的中部均与所述装载平台上的一支撑臂的顶端铰接。
优选地，所述远指关节的顶部固定设置缓冲垫，所述近指关节的长度方向上也设置有缓冲垫。
优选地，所述缓冲垫为硅胶缓冲垫。
优选地，所述机架为中空杆结构，在中空的所述机架的杆壁上设置一滑动槽、所述机架内设置一滑动片，所述滑动片包括一上圆孔和一下圆孔，所述滑动片的上圆孔与所述装载平台之间设置所述滑块复位弹簧，所述滑块的套筒体通过一销钉穿过所述滑动槽与所述滑动片的上部连接，所述滑动片的下圆孔穿设所述钢索。
优选地，所述机架为伸缩杆结构，包括套设在一起的上伸缩杆和下伸缩杆。
优选地，所述上伸缩杆的末端套设在所述下伸缩杆内且二者之间可相互滑动，所述上伸缩杆的末端杆壁上固定设置一卡位块，所述下伸缩杆的杆壁上沿其长度方向间隔设置多个卡位孔；所述卡位块包括卡位体和卡位臂，所述卡位臂的一端铰接在所述卡位体上，另一端设有与所述卡位孔配合的卡位凸起，所述卡位臂的下方设有复位弹簧，当所述卡位凸起伸入到所述卡位孔中时，所述上伸缩杆与下伸缩杆固定，按压所述卡位凸起可使其脱离卡位孔，此时所述上伸缩杆与下伸缩杆可相互滑动，所述复位弹簧的作用是助于卡位，当所述卡位凸起在所述下伸缩杆中运动时所述复位弹簧处于压缩状态，所述卡位凸起到达所述卡位孔处弹出达到卡位。
优选地，所述控制手柄包括支架体、把手、转盘，所述支架体的底部卡固在机架的末端，所述把手铰接在所述支架体的一侧，所述支架体的顶部设置钢索通道，所述钢索的一个末端穿过所述钢索通道与所述把手的作动端连接，所述转盘通过转盘支架设置在所述支架体的另一侧，所述钢索的另一个末端固定在所述转盘上，所述转盘用以卷绕收纳或释放钢索。
优选地，所述钢索的一端与所述把手固连，另一端穿过所述滑动片的下圆孔且缠绕一圈于所述卡位块后最终缠绕在所述转盘上。
优选地，需要对机架的长度进行调整时，按压所述卡位凸起使其脱离所述卡位孔，所述上伸缩杆在所述下伸缩杆中滑动，通过摇动所述转盘对所述钢索进行长度调节，所述上伸缩杆的上下滑动带动所述卡位块随之上下移动从而带动所述转盘上的钢索卷绕或释放。
优选地，按压所述把手拉动所述钢索带动所述滑块向下滑动，松开所述把手后，所述滑块与装载平台之间的所述滑块复位弹簧使所述滑块向上滑动。
本发明的欠驱动包络式水果采摘装置，可以设置三个欠驱动连杆机构，三个欠驱动连杆机构分别通过滑块侧伸出来的支撑杆与滑块连接，滑块设在机架上侧同时驱动三个欠驱动连杆机构，欠驱动连杆机构同时也是包络抓取果实的执行机构。通过控制手柄拉伸钢丝驱动滑块向下滑，带动欠驱动连杆机构实现包络抓取。发明为了实现适应不同果径大小的采摘功能，所述欠驱动连杆机构，采用三节指关节设计，通过近中连杆与近指关节产生机械接触导致欠驱动机构构开始时刚性运动，第一关节(即远指关节)接触果实后，机构自由度为1实现其确定运动，实现自适应果径大小包络抓取。发明为了防止采摘过程对果实产生损伤，在三节指关节处均安装了硅胶片，利用其弹性缓冲作用减轻在采摘过程中的挤压力。发明为了能采摘不同高度的水果，采用伸缩杆结构，所述伸缩系统包括摇动转盘、钢索、短钢片、卡位销，钢索一端缠绕于摇动转盘上，另一端通过短钢片与滑块固连，且通过控制手柄的端口，卡位销固定在手把上，进行转盘的固定。通过摇动转盘调节钢索伸缩到合适采摘高度，定位销通过手把的槽口固定拉绳，实现驱动执行机构。
发明与现有技术相比，本发明的欠驱动包络式水果采摘装置发明具有采摘效率高，采摘过程不损伤果实，可在地面采摘高处水果，降低采摘强度。结构简单，安装方便可拆卸。采用欠驱动机构作为执行机构能适应不同果径大小的水果，满足实际需求。
附图说明
图1为本发明的欠驱动包络式水果采摘装置的整体结构示意图；
图2为本发明的欠驱动连杆机构示意图；
图3为本发明的驱动系统示意图；
图4为本发明的控制手柄的结构示意图；
图5为本发明中钢索的设置方式示意图；
图6为本发明中滑块的设置方式示意图；
图7为图6的剖面示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明加以详细说明，应指出的是，所描述的具体实施例仅旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
现参照图1～3，本发明欠驱动包络式水果采摘装置，包括由上伸缩杆18和下伸缩杆19组成的机架、设置于上伸缩杆18顶部的装载平台17、沿圆周方向均匀布置在装载平台17周围的若干个欠驱动连杆机构、布置在装载平台17下方并可沿上伸缩杆18外表面上下滑动的滑块10、位于下伸缩杆19末端的并通过钢索11控制滑块10上下滑动的控制手柄。
装载平台17包括一套筒171、一固定设置在套筒顶部的水果承载面172以及固定设置在套筒171和水果承载面172之间并沿周向均匀布置的若干支撑臂173，装载平台17通过其底部的套筒171套设固定在上伸缩杆18的顶端，支撑臂173的数量与欠驱动连杆机构的数量相同，水果承载面172为弧形面，以提高水果抓取的定位精度。滑块10包括一套筒体101以及沿周向均匀设置在套筒体101外周壁上的若干支撑杆102，支撑杆102的数量与欠驱动连杆机构的数量相同，套筒体10可上下滑动地套设在上伸缩杆18的外表面上。
本发明的欠驱动连杆机构，如图2所示，包括近指关节8、中指关节4、远指关节6、近中连杆3、中远连杆5、三角连杆2、驱动连杆1以及硅胶缓冲垫7和9。驱动连杆1的底部与滑块10上的一支撑杆铰接，驱动连杆1的顶部与三角连杆2的一端铰接，三角连杆2的另一端与近中连杆3的底部铰接，近中连杆3的顶部与中远连杆5底部的一个铰接点连接，中远连杆5底部的另一个铰接点与近指关节8顶部的一个铰接点连接，近指关节8顶部的另一个铰接点与中指关节4的底部连接，中远连杆5的顶部、中指关节4的顶部分别同远指关节6底部的两个铰接点连接，近指关节8的底部、三角连杆2的中部均与装载平台17上的一支撑臂的顶端铰接。
本发明的欠驱动连杆机构其运动方式如下：
滑块10的上下运动可带动驱动连杆1上下运动，驱动连杆1驱动三角连杆2通过近中连杆3与近指关节4产生机械接触导致欠驱动机构构开始时刚性运动，近指关节8接触果实后，机构自由度为1实现其确定运动，实现自适应果径大小包络抓取。为了防止采摘过程对果实产生损伤，在三节指关节处均安装了硅胶片，利用其弹性缓冲作用减轻在采摘过程中的挤压力。
现参照图3～7对本发明的驱动方式进行说明：
如图3所示，本发明的控制手柄包括支架体14、把手15、转盘13、摇杆12，支架体14的底部卡固在下伸缩杆19的末端，把手15铰接在支架体14的一侧，支架体14的顶部设置钢索通道，钢索11的一个末端穿过该钢索通道与把手15的作动端连接，按压把手15可带动钢索11动作。转盘13通过转盘支架固定在支架体14的另一侧，转盘支架上设置摇杆12，摇杆12可带动转盘13旋转，钢索11的另一个末端固定在转盘13上，转盘13用以卷绕收纳或释放钢索11。
如图6、7所示，上伸缩杆18为中空杆结构，上伸缩杆18的杆壁上设置一滑动槽28、上伸缩杆18内设置一滑动片25，滑动片25包括上圆孔29、下圆孔30，滑动片25通过其上圆孔29与设置在上伸缩杆18外杆壁上的滑块10通过销钉部件34连接，销钉部件34沿滑动槽28随滑动片25、滑块10上下滑动。装载平台17及上伸缩杆18顶部设有贯通孔31，并在贯通孔31上贯穿一销钉33，滑动片25的上圆孔29与销钉33之间设置滑块复位弹簧32，滑动片25的下部圆孔30穿设钢索11。
如图4、5所示，钢索11的一端与把手15固连，钢索11的另一端穿过滑动片25的下圆孔30且缠绕一圈于卡位块26上，并最终缠绕在转盘13上。滑动片25的上圆孔通过螺钉与滑块10连接，转盘13与摇杆12通过销钉连接并固定在支架体14上。滑块10与设置在其上方的装载平台17之间设置有复位弹簧。
上伸缩杆18的末端套设在下伸缩杆19内且二者之间可相互滑动，上伸缩杆18的末端上通过卡扣固定设置一卡位块26，下伸缩杆19的杆壁上沿其长度方向间隔设置多个卡位孔20。卡位块26包括卡位体和卡位臂，卡位臂的一端铰接在卡位体的转轴23上，卡位臂的另一端设有与卡位孔20配合的卡位凸起24，卡位臂的下方设有复位弹簧22，当卡位凸起24伸入到卡位孔20中时，上伸缩杆18与下伸缩杆19固定，按压卡位凸起24可使其脱离卡位孔20，此时上伸缩杆18与下伸缩杆19可相互滑动，复位弹簧22的作用是助于卡位，当卡位凸起24在下伸缩杆19中运动时22处于压缩状态，卡位凸起24到达卡位孔20处弹出达到卡位。当需要对机架的长度进行调整时，按压卡位凸起24使其脱离卡位孔20，上伸缩杆18在下伸缩杆19中滑动，通过摇动转盘13对钢索11进行长度调节，上伸缩杆18的上下滑动带动卡位块26随之上下移动从而带动卡位块26下方的钢索11卷绕或释放，当卡位块26伸缩到确定位置时，卡位块26的卡位凸起24卡到下伸缩杆19的卡位孔20中。
机架的长度设定完毕后，上伸缩杆18与下伸缩杆19固定，卡位块26的卡位凸起24卡到下伸缩杆19的卡位孔20中。通过按压把手15拉动钢索11带动滑块10向下滑动，滑块10驱动驱动连杆1带动欠驱动机构运动。松开把手15后，滑块10与装载平台17之间的复位弹簧可带动滑块10向上滑动。
以上，仅为本发明的优选实施例，本发明保护的范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的范围内可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (7)
1.一种欠驱动包络式水果采摘装置，包括机架、装载平台、若干个欠驱动连杆机构、滑块、钢索、控制手柄，其特征在于，
所述装载平台固定设置在所述机架的顶端，所述装载平台的下方设置所述滑块，所述滑块可滑动地套设在所述机架上，所述若干个欠驱动连杆机构用以抓取包络水果并沿周向均匀设置在所述装载平台与滑块之间，所述装载平台与滑块之间还设有用以使所述滑块复位的滑块复位弹簧，各所述欠驱动连杆机构的中部与所述装载平台铰接，各所述欠驱动连杆机构的底部均与所述滑块铰接，所述机架的末端设置所述控制手柄，所述控制手柄通过所述钢索与所述滑块连接用以驱动所述滑块在所述机架上滑动；
所述装载平台包括一套筒、一位于所述套筒顶部的水果承载面以及固定设置在所述套筒和水果承载面之间并沿周向均匀布置的若干支撑臂，所述装载平台通过其底部的套筒套设固定在所述机架的顶端，所述支撑臂的数量与所述欠驱动连杆机构的数量相同；
所述滑块包括一套筒体，所述套筒体的外周壁上沿周向均匀设置的若干支撑杆，所述套筒体可上下滑动地套设在所述机架的外表面上，所述支撑杆的数量与所述欠驱动连杆机构的数量相同；
各所述欠驱动连杆机构均包括驱动连杆、三角连杆、近中连杆、中远连杆、近指关节、中指关节、远指关节，所述驱动连杆的底部与所述滑块上的一支撑杆铰接，所述驱动连杆的顶部与所述三角连杆的一端铰接，所述三角连杆的另一端与所述近中连杆的底部铰接，所述近中连杆的顶部与所述中远连杆底部的一个铰接点连接，所述中远连杆底部的另一个铰接点与所述近指关节顶部的一个铰接点连接，所述近指关节顶部的另一个铰接点与所述中指关节的底部连接，所述中远连杆的顶部、所述中指关节的顶部分别同所述远指关节底部的两个铰接点连接，所述近指关节的底部、所述三角连杆的中部均与所述装载平台上的一支撑臂的顶端铰接；
所述机架为中空杆结构，在中空的所述机架的杆壁上设置一滑动槽、所述机架内设置一滑动片，所述滑动片包括一上圆孔和一下圆孔，所述滑动片的上圆孔与所述装载平台之间设置所述滑块复位弹簧，所述滑块的套筒体通过一销钉穿过所述滑动槽与所述滑动片的上部连接，所述滑动片的下圆孔穿设所述钢索；
所述机架为伸缩杆结构，包括套设在一起的上伸缩杆和下伸缩杆，所述上伸缩杆的末端套设在所述下伸缩杆内且二者之间可相互滑动，所述上伸缩杆的末端杆壁上固定设置一卡位块，所述下伸缩杆的杆壁上沿其长度方向间隔设置多个卡位孔；所述卡位块包括卡位体和卡位臂，所述卡位臂的一端铰接在所述卡位体上，另一端设有与所述卡位孔配合的卡位凸起，所述卡位臂的下方设有复位弹簧，当所述卡位凸起伸入到所述卡位孔中时，所述上伸缩杆与下伸缩杆固定，按压所述卡位凸起可使其脱离卡位孔，此时所述上伸缩杆与下伸缩杆可相互滑动，所述复位弹簧的作用是助于卡位，当所述卡位凸起在所述下伸缩杆中运动时所述复位弹簧处于压缩状态，所述卡位凸起到达所述卡位孔处弹出达到卡位；
所述控制手柄包括支架体、把手、转盘，所述支架体的底部卡固在机架的末端，所述把手铰接在所述支架体的一侧，所述支架体的顶部设置钢索通道，所述钢索的一个末端穿过所述钢索通道与所述把手的作动端连接，所述转盘通过转盘支架设置在所述支架体的另一侧，所述钢索的另一个末端固定在所述转盘上，所述转盘用以卷绕收纳或释放钢索。
2.根据权利要求1所述的欠驱动包络式水果采摘装置，其特征在于，所述水果承载面为弧形面，以提高水果抓取的定位精度。
3.根据权利要求1所述的欠驱动包络式水果采摘装置，其特征在于，所述远指关节的顶部固定设置缓冲垫，所述近指关节的长度方向上也设置有缓冲垫。
4.根据权利要求3所述的欠驱动包络式水果采摘装置，其特征在于，所述缓冲垫为硅胶缓冲垫。
5.根据权利要求1所述的欠驱动包络式水果采摘装置，其特征在于，所述钢索的一端与所述把手固连，另一端穿过所述滑动片的下圆孔且缠绕一圈于所述卡位块后最终缠绕在所述转盘上。
6.根据权利要求5所述的欠驱动包络式水果采摘装置，其特征在于，需要对机架的长度进行调整时，按压所述卡位凸起使其脱离所述卡位孔，所述上伸缩杆在所述下伸缩杆中滑动，通过摇动所述转盘对所述钢索进行长度调节，所述上伸缩杆的上下滑动带动所述卡位块随之上下移动从而带动所述转盘上的钢索卷绕或释放。
7.根据权利要求6所述的欠驱动包络式水果采摘装置，其特征在于，按压所述把手拉动所述钢索带动所述滑块向下滑动，松开所述把手后，所述滑块与装载平台之间的所述滑块复位弹簧使所述滑块向上滑动。
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