CN108401681A - 辅助式人工水果采摘装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种辅助式人工水果采摘装置，包括底座、升降连杆机构、水平移动连杆机构和剪切组件；所述水平移动连杆机构安装于升降连杆机构并用于控制安装在水平移动连杆机构上的剪切组件以保持水平的状态前后移动，所述升降连杆机构安装于底座并用于控制水平移动连杆机构上的剪切组件升降，所述剪切组件的空间位置在升降连杆机构和水平移动连杆机构配合控制下，剪切组件用于对果树表面和内部的水果进行剪切采摘；能够实现伞形果树的高层以及深层果实的多维度采摘，并且解决了传统晾衣杆式采摘导致的手臂和颈部酸痛不适和工作效率低下等问题。

Description

辅助式人工水果采摘装置

技术领域

本发明涉及农业机械领域，具体涉及一种辅助式人工水果采摘装置。

背景技术

苹果树形状主要有主干形、高纺锤形、高干开心形、自由纺锤形四种，而，果实的分布具有高低不均、范围宽广、容易被枝叶覆盖、果实之间相互交错的特点；目前传统的果树采摘装置是类似于晾衣杆的单杆式采摘装置，市场上多在采摘末端进行一些结构优化，而单杆式苹果采摘装置存在较多问题，比如不能够越过底层的树木，摘取到“伞形树”高层的苹果(伞形高度方向)，不能够摘取被枝叶遮挡的里层苹果(果树深度方向)，单杆的(晾衣杆式)操作方式存在由于仰角过大，容易导致手臂和颈部酸痛不适，且单个采摘、单个放置、单个整理的收纳方式，效率低。

因此，为解决以上问题，需要一种辅助式人工水果采摘装置，能够实现伞形果树的高层以及深层果实的多维度采摘，并且解决了传统晾衣杆式采摘导致的手臂和颈部酸痛不适和工作效率低下等问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供辅助式人工水果采摘装置，能够实现伞形果树的高层以及深层果实的多维度采摘，并且解决了传统晾衣杆式采摘导致的手臂和颈部酸痛不适和工作效率低下等问题。

本发明的辅助式人工水果采摘装置，包括底座、升降连杆机构、水平移动连杆机构和剪切组件；所述水平移动连杆机构安装于升降连杆机构并用于控制安装在水平移动连杆机构上的剪切组件以保持水平的状态前后移动，所述升降连杆机构安装于底座并用于控制水平移动连杆机构上的剪切组件升降，所述剪切组件的空间位置在升降连杆机构和水平移动连杆机构配合控制下，剪切组件用于对果树表面和内部的水果进行剪切采摘。

进一步，所述升降连杆机构包括升降驱动杆、第一升降连杆、第二升降连杆和升降杠杆，所述升降杆的前端铰接于底座，后端作为升降动力输入端，所述第一升降连杆的下端与升降驱动杆的前端铰接，上端与升降杠杆的中间铰接，所述第二升降连杆的下端与升降驱动杆中间铰接，另上端与升降杠杆的后端铰接，所述升降杠杆与水平移动连杆机构配合用于驱动剪切组件升降。

进一步，所述水平移动连杆机构包括水平移动驱动杆、水平移动竖向连杆、下L形架、上L形架、水平移动上连杆和水平移动杆，所述水平移动驱动杆的前端与第一升降连杆的下端固定连接，后端作为水平移动动力输入端，所述下L形架的一端固定于底座，另一端与水平移动竖向连杆的下端铰接，所述上L形架的一端与升降杠杆中间铰接，另一端与水平移动竖向连杆的上端铰接，所述水平移动上连杆的前端与水平移动杆的上端铰接，后端与上L形架的中间铰接，所述水平移动杆的下端与升降杠杆的前端铰接，所述剪切组件固定于水平移动杆。

进一步，当无驱动力下且水平移动杆在剪切组件重力作用处于最下端时，所述升降杠杆和第二升降连杆被设计为重叠且水平移动驱动杆的驱动端被设计位于转动下止点。

进一步，所述剪切组件包括固定于水平移动连杆机构的云台、安装于云台上的仿人型机械臂、安装于仿人型机械臂的剪刀和用于控制仿人型机械臂的手势识别控制系统。

进一步，还包括用于当撤去驱动力而自动锁止升降连杆机构和水平移动连杆机构的连杆自锁机构。

进一步，所述连杆自锁机构包括两个用于分别制动升降驱动杆和水平移动驱动杆的卡轮组件，所述卡轮组件包括同步齿轮、卡爪、弹性预紧簧和拉索机构，所述同步齿轮以同步转动方式的固定于对应驱动杆，所述卡爪转动安装于对应驱动杆并在弹性预紧簧的驱动下嵌入同步齿轮的外齿中实现同步齿轮制动，所述拉索机构包括拉索和解锁手柄，所述拉索的一端连接于卡爪并克服弹性预紧簧的预紧驱动卡爪实现同步齿轮解锁，所述解锁手柄安装于对应驱动杆的驱动端并与拉索驱动配合。

进一步，所述剪刀上设置有预夹紧机构，所述预夹紧机构包括两个分别固定于剪刀的两剪切臂的夹块，两夹块用于在两剪切臂剪切前对水果枝炳进行夹紧固定。

进一步，还包括水果收集机构，所述水果收集机构包括设置于剪刀下方的收集斗、设置于底座的储物箱和连接于收集斗与储物箱之间的运输软管。

进一步，所述运输软管的下端在储物箱内呈螺旋式盘绕。

本发明的有益效果是：本发明公开的一种辅助式人工水果采摘装置，通过升降连杆机构和水平移动连杆机构控制剪切组件的空间位置，使剪切组件可以对伞状果树的底部和果树高层的果实进行采摘，避免传统单杆水果采摘装置的仰角是很大的缺点，而多平行四连杆机构的两杆式结构可以有效地减少仰角，从而解决传统单杆(晾衣杆)手臂和颈部酸痛不适的问题。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明采摘与传动采摘的对比示意图；

图2为本发明中升降机构和水平移动机构的结构示意图；

图3为本发明整体的结构示意图。

具体实施方式

图1为本发明采摘与传动采摘的对比示意图，图2为本发明中升降机构和水平移动机构的结构示意图，图3为本发明整体的结构示意图，如图所示，本实施例中的辅助式人工水果采摘装置，包括底座1、升降连杆机构4、水平移动连杆机构3和剪切组件2，所述底座1安装在行走架5上；所述水平移动连杆机构3安装于升降连杆机构4并用于控制安装在水平移动连杆机构3上的剪切组件2以保持水平的状态前后移动，所述升降连杆机构4安装于底座1并用于控制水平移动连杆机构3上的剪切组件2升降，所述剪切组件2的空间位置在升降连杆机构4和水平移动连杆机构3配合控制下，剪切组件2用于对果树表面和内部的水果进行剪切采摘；所述剪切组件2至少包括气缸启动的剪刀，通过控制气缸并驱动剪刀工作实现剪切组件2对果实的枝炳进行剪断，而通过升降连杆机构4和水平移动连杆机构3控制剪切组件2的空间位置，使剪切组件2可以对伞状果树的底部和果树高层的果实进行采摘，避免传统单杆水果采摘装置的仰角是很大的缺点，而多平行四连杆机构的两杆式结构可以有效地减少仰角，从而解决传统单杆(晾衣杆)手臂和颈部酸痛不适的问题。

本实施例中，所述升降连杆机构4包括升降驱动杆41、第一升降连杆42、第二升降连杆43和升降杠杆44，所述升降杆的前端铰接于底座1，后端作为升降动力输入端，所述第一升降连杆42的下端与升降驱动杆的前端铰接，上端与升降杠杆44的中间(升降杠杆44的侧壁固定设置有铰接座，与升降杠杆44中间铰接均表示与该铰接座铰接)铰接，所述第二升降连杆43的下端与升降驱动杆41中间铰接，另上端与升降杠杆44的后端铰接，所述升降杠杆44与水平移动连杆机构3配合用于驱动剪切组件2升降；所述水平移动连杆机构3包括水平移动驱动杆31、水平移动竖向连杆32、下L形架33、上L形架34、水平移动上连杆35和水平移动杆36，所述水平移动驱动杆31的前端与第一升降连杆42的下端固定连接，后端作为水平移动动力输入端，所述下L形架33的一端固定于底座1，另一端与水平移动竖向连杆32的下端铰接，所述上L形架34的一端与升降杠杆44中间铰接，另一端与水平移动竖向连杆32的上端铰接，所述水平移动上连杆35的前端与水平移动杆36的上端铰接，后端与上L形架34的中间铰接，所述水平移动杆36的下端与升降杠杆44的前端铰接，所述剪切组件2固定于水平移动杆36；所述升降驱动杆41、第一升降连杆42、第二升降连杆43和升降杠杆44组成双摇杆机构，用于控制升降；水平移动竖向连杆32、下L形架33(其斜边)、上L形架34(其斜边)和第一升降连杆42构成第一平行四边形机构，上L形架34(其斜边)、水平移动上连杆35和水平移动杆36和升降杠杆44组成第二平行四边形机构，水平移动机构筒通过该双平行四边形机构实现水平移动杆36不转动，由于下L形架33固定底座1，使得下L形架33的斜边不动，进而上L形架34的斜边不转动，进一步上L形架34的竖向不转动，使得水平移动杆36不转动，保证固定于水平移动杆36上的平台稳定，实现剪切组件2的稳定，同时通过省力驱动升降驱动杆41和水平移动驱动杆31，从而实现了实施保持机构末端水平的同时，利于位置控制，实现了平行定位剪切，利于形成省力臂，从而大大提高了采摘效率。

本实施例中，当无驱动力下且水平移动杆36在剪切组件2重力作用处于最下端时，所述升降杠杆44和第二升降连杆43被设计为重叠且水平移动驱动杆31的驱动端被设计位于转动下止点；通过现有方法优化设置各杆的长度和铰接位置从而实现上述功能，当机构处于未启用状态时，末端机构处于最靠下最靠后的位置，也就是说升降驱动杆41处于最高位置，水平移动驱动杆31处于最低位置，为了防止操作杆被误按(力向下)导致装置启动引起大范围的前端的运动引发的安全隐患问题，必须锁死升降驱动杆41；

开锁状态时，由升降驱动杆41、第一升降连杆42、第二升降连杆43和升降杠杆44组成的平行四边形机构处于正常工作状态；当机构处于未启用状态时，由升降驱动杆41、第一升降连杆42、第二升降连杆43和升降杠杆44组成的平行四边形机构中第二升降连杆43与升降杠杆44重合并沿竖向向下，处于自锁状态；仅驱动升降驱动杆41向下运动时，驱动力在升降杠杆44沿竖向下而实现自锁。

开锁方式：水平移动驱动杆31向上抬高控制升降第一连杆逆时针转动，升降第一连杆带升降杠杆44向前移动从而改变了第二升降连杆43与升降杠杆44之间的角度，解除了第二升降连杆43与升降杠杆44重合自锁的状态；

也就是说操作者必须先抬高水平移动驱动杆31(力向上)，后按下升降驱动杆41(力向下)才能启动装置，从而避免了降驱动杆被误按(力向下)导致装置启动引起大范围的运动引发的安全隐患问题。

本实施例中，所述剪切组件2包括固定于水平移动连杆机构3的云台21、安装于云台21上的仿人型机械臂22、安装于仿人型机械臂22的剪刀和用于控制仿人型机械臂22的手势识别控制系统；所述仿人型机械臂22和手势识别控制系统属于现有技术，在此不再赘述，通过基于手势识别控制的主从仿人型机械臂22进行采摘，利用五自由度的仿人型机械臂22，通过手势进行实时地控制，将人手的自由度与机械臂的自由度同步，就好像是把人的手放在了采摘机构的末端，可以灵活地避开枝叶的阻挡深入果树，解决了传统单杆采摘由于果实的分布往往是被枝叶覆盖、果实之间相互交错的，而一根直杆不能够摘取被枝叶遮挡的里层苹果(果树深度方向)的问题，从而有效的增加了采摘的范围。

本实施例中，还包括用于自动锁止升降连杆机构4和水平移动连杆机构3的连杆自锁机构；在使用手势识别控制系统时，通过连杆自锁机构锁止升降连杆机构4和水平移动连杆机构3，使得剪切组件2空间位置固定，保证操作人员控制仿人型机械臂22时操作方便。

本实施例中，所述连杆自锁机构包括两个用于分别制动升降驱动杆41和水平移动驱动杆31的卡轮组件，所述卡轮组件包括同步齿轮、卡爪、弹性预紧簧和拉索机构，所述同步齿轮以同步转动方式的固定于对应驱动杆，所述卡爪转动安装于对应驱动杆并在弹性预紧簧的驱动下嵌入同步齿轮的外齿中实现同步齿轮制动，所述拉索机构包括拉索和解锁手柄，所述拉索的一端连接于卡爪并克服弹性预紧簧的预紧驱动卡爪实现同步齿轮解锁，所述解锁手柄安装于对应驱动杆的驱动端并与拉索驱动配合；所述拉索组件原理与自行车刹车原理类似，通过连杆自锁机构，保证水平移动驱动杆31和升降驱动杆41在脱离双手后能保持实时角度，方便操作者通过手势识别控制系统控制仿人型机械臂22，保证操作方便，提高工作效率。

本实施例中，所述剪刀上设置有预夹紧机构，所述预夹紧机构包括两个分别固定于剪刀的两剪切臂的夹块，两夹块用于在两剪切臂剪切前对水果枝炳进行夹紧固定；所述夹块的夹持面较钝，用于固定果实，利于剪刀的剪切臂剪断枝炳，避免采摘效率低。

本实施例中，还包括水果收集机构，所述水果收集机构包括设置于剪刀下方的收集斗、设置于底座1的储物箱和连接于收集斗与储物箱之间的运输软管；所述运输软管的下端在储物箱内呈螺旋式盘绕；通过有阻尼特性的运输软管将采摘到的苹果运送至储物箱中，储物箱内部设置环状软管，将苹果有序的收纳进入储物箱，收纳结束后打开设置于储物箱底部的开关门即可使苹果有序的从储物箱底部流出储物箱，实现了整体收纳整理的方案，解决了传统采摘单个采摘、单个收纳、单个整理效率低下的问题。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种辅助式人工水果采摘装置，其特征在于：包括底座、升降连杆机构、水平移动连杆机构和剪切组件；所述水平移动连杆机构安装于升降连杆机构并用于控制安装在水平移动连杆机构上的剪切组件以保持水平的状态前后移动，所述升降连杆机构安装于底座并用于控制水平移动连杆机构上的剪切组件升降，所述剪切组件的空间位置在升降连杆机构和水平移动连杆机构配合控制下，剪切组件用于对果树表面和内部的水果进行剪切采摘。

2.根据权利要求1所述的辅助式人工水果采摘装置，其特征在于：所述升降连杆机构包括升降驱动杆、第一升降连杆、第二升降连杆和升降杠杆，所述升降杆的前端铰接于底座，后端作为升降动力输入端，所述第一升降连杆的下端与升降驱动杆的前端铰接，上端与升降杠杆的中间铰接，所述第二升降连杆的下端与升降驱动杆中间铰接，另上端与升降杠杆的后端铰接，所述升降杠杆与水平移动连杆机构配合用于驱动剪切组件升降。

3.根据权利要求2所述的辅助式人工水果采摘装置，其特征在于：所述水平移动连杆机构包括水平移动驱动杆、水平移动竖向连杆、下L形架、上L形架、水平移动上连杆和水平移动杆，所述水平移动驱动杆的前端与第一升降连杆的下端固定连接，后端作为水平移动动力输入端，所述下L形架的一端固定于底座，另一端与水平移动竖向连杆的下端铰接，所述上L形架的一端与升降杠杆中间铰接，另一端与水平移动竖向连杆的上端铰接，所述水平移动上连杆的前端与水平移动杆的上端铰接，后端与上L形架的中间铰接，所述水平移动杆的下端与升降杠杆的前端铰接，所述剪切组件固定于水平移动杆。

4.根据权利要求3所述的辅助式人工水果采摘装置，其特征在于：当无驱动力下且水平移动杆在剪切组件重力作用处于最下端时，所述升降杠杆和第二升降连杆被设计为重叠且水平移动驱动杆的驱动端被设计位于转动下止点。

5.根据权利要求4所述的辅助式人工水果采摘装置，其特征在于：所述剪切组件包括固定于水平移动连杆机构的云台、安装于云台上的仿人型机械臂、安装于仿人型机械臂的剪刀和用于控制仿人型机械臂的手势识别控制系统。

6.根据权利要求5所述的辅助式人工水果采摘装置，其特征在于：还包括用于当撤去驱动力而自动锁止升降连杆机构和水平移动连杆机构的连杆自锁机构。

7.根据权利要求6所述的辅助式人工水果采摘装置，其特征在于：所述连杆自锁机构包括两个用于分别制动升降驱动杆和水平移动驱动杆的卡轮组件，所述卡轮组件包括同步齿轮、卡爪、弹性预紧簧和拉索机构，所述同步齿轮以同步转动方式的固定于对应驱动杆，所述卡爪转动安装于对应驱动杆并在弹性预紧簧的驱动下嵌入同步齿轮的外齿中实现同步齿轮制动，所述拉索机构包括拉索和解锁手柄，所述拉索的一端连接于卡爪并克服弹性预紧簧的预紧驱动卡爪实现同步齿轮解锁，所述解锁手柄安装于对应驱动杆的驱动端并与拉索驱动配合。

8.根据权利要求7所述的辅助式人工水果采摘装置，其特征在于：所述剪刀上设置有预夹紧机构，所述预夹紧机构包括两个分别固定于剪刀的两剪切臂的夹块，两夹块用于在两剪切臂剪切前对水果枝炳进行夹紧固定。

9.根据权利要求8所述的辅助式人工水果采摘装置，其特征在于：还包括水果收集机构，所述水果收集机构包括设置于剪刀下方的收集斗、设置于底座的储物箱和连接于收集斗与储物箱之间的运输软管。

10.根据权利要求9所述的辅助式人工水果采摘装置，其特征在于：所述运输软管的下端在储物箱内呈螺旋式盘绕。