CN108338005A - 一种无线水果采摘器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无线水果采摘器，包括：机械臂手爪模组，具有第一手爪，第一手爪一侧设有一第一刀片；第二手爪，第二手爪一侧设有一第二刀片，第一手爪、第二手爪，第一刀片、第二刀片均相对设置且能进行张开或闭合；伺服电机，连接第一手爪、第二手爪，并能根据指令驱动第一手爪、第二手爪张开或闭合。自由伸缩杆，其上端部与机械臂手爪模组连接。采摘控制模组，与机械臂手爪模组连接，包括一无线信号单元以及与无线信号单元连接的一控制单元，无线信号单元产生张开或闭合信号并将信号传递给控制单元，控制单元根据所述信号生成张开或闭合指令，并将该张开或闭合指令下达给机械臂手爪模组。

Description

一种无线水果采摘器

技术领域

本发明涉及水果采摘装置领域，尤其涉及一种无线水果采摘器。

背景技术

通过对现实果农采摘水果实地调查发现：目前水果的采摘大多数还是人力采摘，遇到高处的果实，人力的解决方法就是利用梯子架在树干上达到高度后人工爬上梯子对高处果实进行采摘，这样的采摘方式一方面大大增加了采摘果实时的危险性，另一方面也增加了时间，人力，金钱成本，如果采摘过程中梯子支撑不稳定就会发生巨大的安全隐患，同时采摘效率也较为低下。

目前市场上也能找到一种机械式水果采摘器，由操作杆、钢环、剪刀等组成，作业时，把操作杆上端的钢环套住待采摘的果实，拉拽操作杆，果柄或果枝自动滑进“V”形剪刀口内，并在拉力的作用下被切断。这种采摘器在采摘过程中容易刮到果实，破坏果皮影响销售，并且由于果柄坚韧通过机械操控剪刀无法一次将其剪断。此类采摘器完全依赖机械控制，操作不便，也比较费力，灵敏度也较差。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种无线水果采摘器，包括：

机械臂手爪模组，具有第一手爪，所述第一手爪一侧设有一第一刀片；第二手爪，所述第二手爪一侧设有一第二刀片，所述第一手爪、第二手爪，所述第一刀片、第二刀片均相对设置且能进行张开或闭合；伺服电机，连接所述第一手爪、第二手爪，并能根据指令驱动所述第一手爪、第二手爪张开或闭合；

自由伸缩杆，其上端部与所述机械臂手爪模组连接。

采摘控制模组，与所述机械臂手爪模组连接，包括一无线信号单元以及与所述无线信号单元连接的一控制单元，所述无线信号单元产生张开或闭合信号并将信号传递给所述控制单元，所述控制单元根据所述信号生成张开或闭合指令，并将该张开或闭合指令下达给所述机械臂手爪模组；

在进行水果采摘时，采摘人通过无线信号单元产生闭合信号，所述控制单元接收闭合信号并发出闭合指令，所述机械臂手爪模组中的伺服电机根据闭合指令驱动所述第一手爪、第二手爪闭合从而夹紧水果，所述第一刀片、第二刀片闭合以产生剪切力，剪断水果果柄从而实现水果采摘。

本发明采用无线信号单元控制机械臂手爪模组，通过伺服电机驱动刀片产生剪切力，通过第一手爪与第二手爪夹紧水果，大幅增加采摘灵敏度，极大地改善传统机械采摘器费力大、效率低、操作不便等缺点，不仅提高了采摘效率且降低安全风险。为了避免在采摘水果的过程中伤害水果表皮，且保证能够准确的将果柄剪断，本发明创新了传统的机械操作和采摘器手爪，将剪刀和手爪两者相互结合，并用伺服电机分别操控手爪张开与闭合，以避免传统机械操控带来的费时费力、效率低等弊端。本发明舍弃传统机械杆传动，采用无线信号单元传输信号，驱动电机完成电动采摘动作。本发明中的无线水果采摘器操作简单方便、性能可靠、工作稳定、功能强大、使用方便快捷。

附图说明

图1为为本发明实施例提供的无线水果采摘器的结构示意图。

图2为图1中的无线水果采摘器中的机械臂手爪模组结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参考图1与图2，图1为本发明实施例提供的无线水果采摘器的结构示意图，图2为图1中的无线水果采摘器中的机械臂手爪模组结构示意图，在图1中，无线水果采摘器1主要包括三大模组：机械臂手爪模组10，自由伸缩杆20以及采摘控制模组30。

如图1与图2所示，机械臂手爪模组10包括第一手爪101、第二手爪102以及伺服电机103，第一手爪101一侧设有一第一刀片104；第二手爪102一侧设有一第二刀片105，第一手爪101与第二手爪102，第一刀片104与第二刀片105均相对设置且能进行张开与闭合；第一手爪101与第二手爪102的长度根据被采摘水果直径进行定制调整，对于普通苹果，梨子以及橙子等，手爪长度优选为21.5cm，第一手爪与第二手爪极限张开口宽度优选为23cm但并不以此为限。第一刀片104与第二刀片105的作用是用来剪切带有果柄的果实，例如橘子、橙子、桃子等。刀片采用高速钢作为材料制成，这种钢具有高硬度和高耐磨性，用这种钢做的刀片硬度大，锋利，可以轻易的剪断橘子、橙子、桃子等带有果柄的果实。刀片可以固定在手爪侧边，也可以设计为可拆卸式结构，再通过螺丝，卡扣等可拆卸的连接方式固定在在手爪上。伺服电机103连接第一手爪101与第二手爪102，并能根据指令驱动第一手爪101与第二手爪102张开或闭合，伺服电机103既可以只设置一个，用于控制手爪的张开或闭合，也可以设置两个或两个以上，一个伺服电机控制手爪左右张开或闭合，另一个伺服电机控制手爪上下移动，或者根据设计需要选择其它组合方式。为了降低成本并控制水果采摘器的重量，优选设置一个伺服电机103。

自由伸缩杆20，其上端部201与所述机械臂手爪模组10连接。考虑到不同品种的果树高低各不相同，本发明采用能够自由调节伸缩杆长度的机械式伸缩结构，自由伸缩杆20的长度能够在1.1至2.7米之间自由调节，并且杆的材料是选用超强度碳素非金属固体材料，能够承受高强度工作要求。为避免伸缩杆伸长后手持端力臂过大，受力困难，可在自由伸缩杆下端部202采用杠杆平衡原理，设置一便携肘辅助装置(图未示)，便携肘辅助装置包括一横杆，所述横杆的一端设有一肘托，横杆中部设置一手柄，肘托与手柄之间的距离小于常人手臂的长度，如可设计为15-20cm，肘托为半圆形或圆形，人的手臂穿过肘托托住横杆一端，手掌握住手柄，横杆另一端可拆卸式连接自由伸缩杆20。便携肘辅助装置可在自由伸缩杆20伸长后增加下端部202的力臂长度，减少手臂的所需力，从而增加手持稳定性，避免由于晃动无法对准水果的尴尬，提高了采摘的灵敏度与效率。同时，便携肘辅助装置由于将手臂肘部作为固定支点，使得采摘人能够单手操作水果采摘器，使得双手操作两台水果采摘器成为可能，大幅提升采摘水果的效率。容易理解的是，便携肘辅助装置可以采用与自由伸缩杆20分离，在进行采摘时再组装的可拆卸式设计，也可以与自由伸缩杆20一体化设计。

采摘控制模组30，与机械臂手爪模组10连接，包括一无线信号单元301以及与无线信号单元连接的一控制单元302，无线信号单元301根据采摘人给出的指令产生张开或闭合信号并将信号传递给控制单元302，控制单元302根据信号给出张开或闭合指令，并将该张开或闭合指令下达给机械臂手爪模组10。

无线信号单元301进一步包括一无线接收模块301B与一无线产生模块301A，无线接收模块301B设置于所述自由伸缩杆20上，并连接控制单元302。无线接收模块301B通常设置于自由伸缩杆20的上部，也可以设置于伸缩杆的其它部位，只需要保证无线接收模块301B与控制单元302信号连通即可，比如设置于伸缩杆中部，通过在伸缩杆中设置一有线光纤，连通控制单元302与无线接收模块301B。更具体地，无线接收模块301B可采用RX-C6超外差无线接收模块。无线产生模块301A可以设置于自由伸缩杆下端部，即手持部位，例如设计2个按钮，一个发出张开命令，另一个发出闭合命令。当然，无线产生模块301A也可以单独为一个独立的遥控器，类似于摩托车或汽车的遥控钥匙，解锁与锁车功能按钮对应设计为手爪展开或闭合按钮。同时，无线产生模块301A也可以集成在手机端，通过手机端APP的操作发出手爪张开或闭合命令，以上3种控制方式可以根据设计需进行组合使用。

在进行水果采摘时，采摘人通过按压自由伸缩杆20下端部202处的无线产生模块301A按钮触发无线产生模块301A生成闭合信号，并通过无线传输至无线接收模块301B，无线接收模块301B将闭合信号传递给控制单元302，控制单元302接收闭合信号并发出闭合指令，机械臂手爪模组10中的伺服电机103根据闭合指令驱动所述第一手爪101余第二手爪102闭合从而夹紧水果，第一刀片104与第二刀片105闭合以产生剪切力，剪断水果果柄从而实现水果采摘。

本发明中的控制单元可采用微控制器，本实施例中优选Arduino电路板进行设计。Arduino是一款便捷灵活方便上手的开源电子原型平台，硬件部分是用来做电路连接的Arduino电路板，软件部分是Arduino IDE可以在个人计算机中的程序开发环境在(IDE)中编写程序代码，将程序上传到Arduino电路板中从而使得Arduino电路板能够产生控制信号或接收传感器信号，有关Arduino电路板的具体设计方式，可参考现有技术中有关Arduino程序设计、传感器实战全攻略等专业书籍，此处不再赘述。

在果树较高或枝叶较为茂密时，人眼不容易看清水果，可在水果采摘器自由伸缩杆20的上端部201设置一摄像头(图未示)，自由伸缩杆的下端部202设置一屏幕(图未示)，摄像头拍摄的影像通过伸缩杆中的光纤实时传输并显示在屏幕上。当然，本发明更优选的方式是将摄像头拍摄的影像通过无线方式传输至手机上，显示在手机屏幕上，如此即不必在无线水果采摘器1上设置屏幕，增加成本与重量。增设摄像头可以避免人频繁抬头的过度劳累，也使得采摘人在自由伸缩杆20的下端部202处或自己手机上就可以看清高处或茂密处的水果，提高采摘灵敏度与作业效率。

在传统机械式采摘器中，水果果皮在采摘过程中很容易被破坏，在本实施例中，无线水果采摘器1的第一手爪101、第二手爪102与水果接触的内侧面覆盖有保护软垫，以防止第一手爪101、第二手爪102夹紧时破坏水果表皮。此类保护软垫可采用泡沫，柔性塑胶等。第一手爪101、第二手爪102可设计为栅栏式结构，相邻两根栅栏之间的间隔至少小于水果直径，例如水果直径为8cm，则相邻栅栏之间的间隙可设计为5-7cm。如图2所示，每根栅栏为半圆弧形状，第一手爪101与第二手爪102闭合时，第一手爪101与第二手爪102的相对应的栅栏刚好形成圆弧形，以便更好夹紧水果。同时，为了避免水果从未设置刀片的一侧滑落，第一手爪101一侧设有一第一挡片，第一挡片与第一刀片104在第一手爪101的两侧相对设置；第二手爪102一侧设有第二挡片，第一挡片与第二刀片105在第二手爪102的两侧相对设置；在第一手爪101与第二手爪102闭合时，第一挡片与第二挡片相互靠近以阻止水果从坠落。

以上所述，仅为本发明较佳实施例而已，故不能以此限定本发明的范围，即依本发明申请专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆应仍属本发明专利涵盖的范围内。

Claims (10)

1.一种无线水果采摘器，其特征在于，包括：

机械臂手爪模组，具有第一手爪，所述第一手爪一侧设有一第一刀片；第二手爪，所述第二手爪一侧设有一第二刀片，所述第一手爪、第二手爪，所述第一刀片、第二刀片均相对设置且能进行张开或闭合；伺服电机，连接所述第一手爪、第二手爪，并能根据指令驱动所述第一手爪、第二手爪张开或闭合；

自由伸缩杆，其上端部与所述机械臂手爪模组连接。

采摘控制模组，与所述机械臂手爪模组连接，包括一无线信号单元以及与所述无线信号单元连接的一控制单元，所述无线信号单元产生张开或闭合信号并将信号传递给所述控制单元，所述控制单元根据所述信号生成张开或闭合指令，并将该张开或闭合指令下达给所述机械臂手爪模组；

在进行水果采摘时，采摘人通过无线信号单元产生闭合信号，所述控制单元接收闭合信号并发出闭合指令，所述机械臂手爪模组中的伺服电机根据闭合指令驱动所述第一手爪、第二手爪闭合从而夹紧水果，所述第一刀片、第二刀片闭合以产生剪切力，剪断水果果柄从而实现水果采摘。

2.如权利要求1所述的无线水果采摘器，其特征在于，所述无线信号单元包括一无线接收模块与一无线产生模块，所述无线接收模块设置于所述自由伸缩杆上并连接所述控制单元。

3.如权利要求2所述的无线水果采摘器，其特征在于，所述无线产生模块设置于自由伸缩杆的下端部、和/或单独为一独立的采摘遥控器、又和/或整合于手机中。

4.如权利要求1所述的无线水果采摘器，其特征在于，所述自由伸缩杆采用机械式伸缩，伸长后的长度介于1.1至2.7米之间，所述自由伸缩杆的材料为超强度碳素非金属材料。

5.如权利要求4所述的无线水果采摘器，其特征在于，所述自由伸缩杆的下端部设置一便携肘辅助装置，所述便携肘辅助装置包括一横杆，所述横杆的一端设有一肘托，另一端连接所述自由伸缩杆，所述横杆中部设置一手柄。

6.如权利要求1所述的无线水果采摘器，其特征在于，所述自由伸缩杆的上端部设置一摄像头，所述摄像头拍摄的影像显示在手机上；或者在所述自由伸缩杆的下端部设置一屏幕，所述摄像头拍摄的影像实时显示在所述屏幕上。

7.如权利要求1所述的无线水果采摘器，其特征在于，所述控制单元采用微控制器。

8.如权利要求1所述的无线水果采摘器，其特征在于，所述第一手爪、第二手爪与水果接触的内侧面覆盖有保护软垫，以防止夹持水果时损坏果实表皮。

9.如权利要求1所述的无线水果采摘器，其特征在于，所述第一手爪一侧设有第一挡片，所述第一挡片与所述第一刀片在第一手爪的两侧相对设置；所述第二手爪一侧设有第二挡片，所述第二挡片与所述第二刀片在第二手爪的两侧相对设置；在所述第一手爪、第二手爪闭合时，所述第一挡片、第二挡片挡片相互靠近以阻止水果坠落。

10.如权利要求1所述的无线水果采摘器，其特征在于，所述第一手爪、第二手爪为栅栏式结构，相邻两根栅栏之间的间隔至少小于水果直径，每根栅栏为半圆弧形状，所述第一手爪、第二手爪闭合时，所述第一手爪、第二手爪的对应栅栏刚好形成圆弧形，以便更好夹紧水果。