CN108243726B - 一种山核桃采摘机器人设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种山核桃采摘机器人设备，包括紧固架、夹紧板、开口架、滑动台、大臂、小臂、采摘机构、承接筐、收集桶，紧固架与开口架构成一个完整的圆环，圆环设有导轨，三个夹紧板均布安装于紧固架内侧，每个夹紧板与紧固架之间均设有两个撑杆和一个电推杆，滑动台安装于紧固架和开口架外侧，可沿着紧固架和开口架上的导轨滑动，大臂与滑动台构成转动副，大臂电机驱动大臂转动，大臂内杆与大臂构成移动副，小臂与大臂内杆构成转动副，小臂电机驱动小臂转动，小臂内杆与小臂构成移动副，采摘机构安装于小臂内杆前端，采摘机构通过左、右刀片将山核桃果实的枝茎从树上剪断，并由承接框将山核桃果实转运至收集桶内，完成采摘作业。

Description

一种山核桃采摘机器人设备

技术领域

本发明涉及果实采摘自动化设备领域，具体涉及的是一种山核桃采摘机器人设备。

背景技术

山核桃树一般高20多米，生长在比较陡峭的山上，平均坡度在25度左右，有的地方甚至达35至45度，很难通过传统机械进行采收，爬到树上用竹竿打的采摘方式至今仍是当地农民主要的采摘方法，这种采摘方式极易发生意外危险，甚至严重的人身伤亡事故。

以山核桃主要产区临安为例，每年都会因爬树采摘山核桃导致上百人受伤，有些人甚至付出了宝贵的生命。近年来，为了降低山核桃的采摘风险，提高果实采收机械化程度，临安市林业部门、科技部门曾想过多种方法，比如振动法落果，注射激素法落果，但由于都会对山核桃果实产生不利的影响，均不能达到预期效果，都没有办法推广。

而目前市场上也并无相关山核桃采摘机器人的使用和生产，也没有行之有效的方法能够替代传统的人工爬树采摘这一危险方式，面对每年如此高的劳动强度和伤亡概率，引进能够自动采果的机器人设备来代替人工采果迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的在于提供一种山核桃采摘机器人设备，不仅自动化程度高、自由度高、定位准确、运行流畅，还能减轻山核桃采摘劳作者的劳动强度，并且大大降低采摘山核桃的风险，保障劳作者的人身安全。

本发明采取的技术方案为：一种山核桃采摘机器人设备，包括紧固架、夹紧板、上撑杆、下撑杆、电推杆、开口架、大臂电机、滑动台、大臂、大臂内杆、小臂电机、小臂、小臂内杆、采摘机构、纵转电机、转台轴承、T形台、横摆电机、刀片电机、保持架、上锥齿轮、下锥齿轮、驱动锥齿轮、右刀片、左刀片、承接筐、摆动架、收集桶，其特征在于：紧固架为开口圆环结构，其上设有上导轨和下导轨，上、下导轨之间通过三个筋板连接为一个整体，其两个开口端均设有T形凹槽，开口架两端均设有T形棱，紧固架两端的T形凹槽分别与开口架两端的T形凹槽配合安装，使紧固架与开口架构成一个完整的圆环，紧固架内侧均布设有三列紧固架转座，每列竖直方向设有三个紧固架转座，夹紧板前侧面设有防滑槽，背侧面竖直方向设有三个夹紧板转座，每三个夹紧板转座与对应的三个紧固架转座之间从上到下分别安装有上撑杆、下撑杆和电推杆。

进一步的，所述的紧固架外侧安装有滑动台，滑动台内部设有滑辊，可使滑动台在紧固架和开口架构成的环形上导轨和下导轨上滑动，滑动台外侧面设有大臂安装台，大臂电机通过螺钉紧固安装于大臂安装台上，大臂与大臂安装台构成转动副，大臂电机驱动大臂转动，大臂内杆安装于大臂内部，两者构成移动副，大臂内杆顶端与小臂后端构成转动副，小臂电机安装于大臂内杆顶端，且能够驱动小臂相对于大臂内杆转动，小臂内杆安装于小臂内部，两者构成移动副。

进一步的，所述的小臂内杆前端与T形台的后端之间安装有转台轴承，使前两者构成转动副，纵转电机安装于小臂内杆顶端，且能够驱动T形台相对于小臂内杆转动，摆动架后端与T形台构成转动副，横摆电机紧固安装于T形台上，且能够驱动摆动架相对于T形台转动，保持架与摆动架为一体结构，上锥齿轮和下锥齿轮同轴安装于保持架内，其中上锥齿轮和左刀片为一体结构，右刀片和下锥齿轮为一体结构，刀片电机安装于保持架内，刀片电机输出轴与驱动锥齿轮紧固连接，驱动锥齿轮与上锥齿轮和下锥齿轮均构成轮齿啮合关系，承接筐设于左刀片和右刀片中间下方位置，且与摆动架固定连接。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中紧固架安装位置的局部结构示意图。

图3为本发明中采摘机构的结构示意图。

图4为本发明采摘山核桃时的一个状态示意图。

附图标号：1紧固架、1.1上导轨、1.2下导轨、1.3紧固架转座、1.4T形凹槽、1.5筋板、2夹紧板、2.1夹紧板转座、3.1上撑杆、3.2下撑杆、3.3电推杆、4开口架、4.1T形棱、5大臂电机、6滑动台、6.1大臂安装台、7大臂、8大臂内杆、9小臂电机、10小臂、11小臂内杆、12采摘机构、13纵转电机、14转台轴承、15T形台、16横摆电机、17刀片电机、18保持架、19.1上锥齿轮、19.2下锥齿轮、19.3驱动锥齿轮、20.1左刀片、20.2右刀片、21承接筐、22摆动架、23山核桃树、24山核桃果实、25收集桶。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步描述，在此发明的示意性实施例以及说明用来解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

如图1、图2、图3所示，一种山核桃采摘机器人设备，包括紧固架1、夹紧板2、上撑杆3.1、下撑杆3.2、电推杆3.3、开口架4、大臂电机5、滑动台6、大臂7、大臂内杆8、小臂电机9、小臂10、小臂内杆11、采摘机构12、纵转电机13、转台轴承14、T形台15、横摆电机16、刀片电机17、保持架18、上锥齿轮19.1、下锥齿轮19.2、驱动锥齿轮19.3、左刀片20.1、右刀片20.2、承接筐21、摆动架22、收集桶25，其特征在于：紧固架1为开口圆环结构，其上设有上导轨1.1和下导轨1.2，上、下导轨之间通过三个筋板1.5连接为一个整体，其两个开口端均设有T形凹槽1.4，开口架4两端均设有T形棱4.1，紧固架1两端的T形凹槽1.4分别与开口架4两端的T形棱4.1配合安装，使紧固架1与开口架4构成一个完整的圆环，紧固架1内侧均布设有三列紧固架转座1.3，每列竖直方向设有三个紧固架转座1.3，夹紧板2前侧面设有防滑槽，背侧面竖直方向设有三个夹紧板转座2.1，每三个夹紧板转座与对应的三个紧固架转座1.3之间从上到下分别安装有上撑杆3.1、下撑杆3.2和电推杆3.3。

所述的紧固架1外侧安装有滑动台6，滑动台6内部设有滑辊，可使滑动台6在紧固架1和开口架4构成的环形上导轨1.1和下导轨1.2上滑动，滑动台6外侧面设有大臂安装台6.1，大臂电机5通过螺钉紧固安装于大臂安装台6.1上，大臂7与大臂安装台6.1构成转动副，大臂电机5驱动大臂7转动，大臂内杆8安装于大臂7内部，两者构成移动副，大臂内杆8顶端与小臂10后端构成转动副，小臂电机9安装于大臂内杆8顶端，且能够驱动小臂10相对于大臂内杆8转动，小臂内杆11安装于小臂10内部，两者构成移动副。

所述的小臂内杆11前端与T形台15的后端之间安装有转台轴承14，使前两者构成转动副，纵转电机13安装于小臂内杆11顶端，且能够驱动T形台15相对于小臂内杆11转动，摆动架22后端与T形台15构成转动副，横摆电机16紧固安装于T形台15上，且能够驱动摆动架22相对于T形台15转动，保持架18与摆动架22为一体结构，上锥齿轮19.1和下锥齿轮19.2同轴安装于保持架18内，其中上锥齿轮19.1和左刀片20.1为一体结构，下锥齿轮19.2和右刀片20.2为一体结构，刀片电机17安装于保持架18内，刀片电机17输出轴与驱动锥齿轮19.3紧固连接，驱动锥齿轮19.3与上锥齿轮19.1和下锥齿轮19.2均构成轮齿啮合关系，承接筐21设于左刀片20.1和右刀片20.2中间下方位置，且与摆动架22固定连接。

本发明的实施例：

如图4所示，当需要采摘一棵山核桃树23上的果实时，首先需要卸掉开口架4，移动紧固架1，使山核桃树23位于紧固架1中心位置，然后安装开口架4，举升紧固架1，使其距离地面一定高度，之后电推杆3.3通电收缩，使三个夹紧板2夹紧山核桃树23的树干，在大臂电机5、小臂电机9、纵转电机13、横摆电机16的共同作用下，配合大臂7与大臂内杆8的相互移动、小臂10与小臂内杆11的相互移动，使采摘机构12绕过其他遮挡的树枝，最终使待采摘的山核桃果实24位于承接筐21的上方，刀片电机17通电使左刀片20.1和右刀片20.2相互靠近，剪断连接山核桃果实24的枝茎，山核桃果实24落入承接筐21中，待承接筐21接近载满时，各驱动电机相互配合，将承接筐21中的果实倾倒入位于山核桃树23旁的收集桶25内，重复以上过程，最终完成整棵树的山核桃采摘工作。

Claims (1)

1.一种山核桃采摘机器人设备，包括紧固架(1)、夹紧板(2)、上撑杆(3.1)、下撑杆(3.2)、电推杆(3.3)、开口架(4)、大臂电机(5)、滑动台(6)、大臂(7)、大臂内杆(8)、小臂电机(9)、小臂(10)、小臂内杆(11)、采摘机构(12)、纵转电机(13)、转台轴承(14)、T形台(15)、横摆电机(16)、刀片电机(17)、保持架(18)、上锥齿轮(19.1)、下锥齿轮(19.2)、驱动锥齿轮(19.3)、左刀片(20.1)、右刀片(20.2)、承接筐(21)、摆动架(22)、收集桶(25)，其特征在于：紧固架(1)为开口圆环结构，其上设有上导轨(1.1)和下导轨(1.2)，上、下导轨之间通过三个筋板(1.5)连接为一个整体，其两个开口端均设有T形凹槽(1.4)，开口架(4)两端均设有T形棱(4.1)，紧固架(1)两端的T形凹槽(1.4)分别与开口架(4)两端的T形棱(4.1)配合安装，使紧固架(1)与开口架(4)构成一个完整的圆环，紧固架(1)内侧均布设有三列紧固架转座(1.3)，每列竖直方向设有三个紧固架转座(1.3)，夹紧板(2)前侧面设有防滑槽，背侧面竖直方向设有三个夹紧板转座(2.1)，每三个夹紧板转座与对应的三个紧固架转座(1.3)之间从上到下分别安装有上撑杆(3.1)、下撑杆(3.2)和电推杆(3.3)；

紧固架(1)外侧安装有滑动台(6)，滑动台(6)内部设有滑辊，可使滑动台(6)在紧固架(1)和开口架(4)构成的环形上导轨(1.1)和下导轨(1.2)上滑动，滑动台(6)外侧面设有大臂安装台(6.1)，大臂电机(5)通过螺钉紧固安装于大臂安装台(6.1)上，大臂(7)与大臂安装台(6.1)构成转动副，大臂电机(5)驱动大臂(7)转动，大臂内杆(8)安装于大臂(7)内部，两者构成移动副，大臂内杆(8)顶端与小臂(10)后端构成转动副，小臂电机(9)安装于大臂内杆(8)顶端，且能够驱动小臂(10)相对于大臂内杆(8)转动，小臂内杆(11)安装于小臂(10)内部，两者构成移动副；

小臂内杆(11)前端与T形台(15)的后端之间安装有转台轴承(14)，使前两者构成转动副，纵转电机(13)安装于小臂内杆(11)顶端，且能够驱动T形台(15)相对于小臂内杆(11)转动，摆动架(22)后端与T形台(15)构成转动副，横摆电机(16)紧固安装于T形台(15)上，且能够驱动摆动架(22)相对于T形台(15)转动，保持架(18)与摆动架(22)为一体结构，上锥齿轮(19.1)和下锥齿轮(19.2)同轴安装于保持架(18)内，其中上锥齿轮(19.1)和左刀片(20.1)为一体结构，下锥齿轮(19.2)和右刀片(20.2)为一体结构，刀片电机(17)安装于保持架(18)内，刀片电机(17)输出轴与驱动锥齿轮(19.3)紧固连接，驱动锥齿轮(19.3)与上锥齿轮(19.1)和下锥齿轮(19.2)均构成轮齿啮合关系，承接筐(21)设于左刀片(20.1)和右刀片(20.2)中间下方位置，且与摆动架(22)固定连接；

当需要采摘一棵山核桃树(23)上的果实时，首先需要卸掉开口架(4)，移动紧固架(1)，使山核桃树(23)位于紧固架(1)中心位置，然后安装开口架(4)，举升紧固架(1)，使其距离地面一定高度，之后电推杆(3.3)通电收缩，使三个夹紧板(2)夹紧山核桃树(23)的树干，在大臂电机(5)、小臂电机(9)、纵转电机(13)、横摆电机(16)的共同作用下，配合大臂(7)与大臂内杆(8)的相互移动、小臂(10)与小臂内杆(11)的相互移动，使采摘机构(12)绕过其他遮挡的树枝，最终使待采摘的山核桃果实(24)位于承接筐(21)的上方，刀片电机(17)通电使左刀片(20.1)和右刀片(20.2)相互靠近，剪断连接山核桃果实(24)的枝茎，山核桃果实(24)落入承接筐(21)中，待承接筐(21)接近载满时，各驱动电机相互配合，将承接筐(21)中的果实倾倒入位于山核桃树(23)旁的收集桶(25)内，重复以上过程，最终完成整棵树的山核桃采摘工作。

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