CN108513795A - 一种菠萝采摘机及工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种菠萝采摘机及工作方法，包括车体，所述车体前端固定有机械手支撑架，所述机械手支撑架上固定有第一水平线性移动副，第一水平线性移动副上可移动的连接有机械手，所述机械手包括与第一水平线性移动副连接的第一液压杆，所述第一液压杆上连接有夹持驱动机构，所述夹持驱动机构驱动两个夹板的运动，所述两个夹板用于夹紧菠萝，所述两个夹板的下方安装有剪切装置，用于切断菠萝茎杆，所述机械手下方具有收集箱，所述收集箱固定与车体前端，用于收集采摘完成的菠萝，本发明的菠萝采摘机能有效提高菠萝采摘效率，降低采摘的劳动强度。

Description

一种菠萝采摘机及工作方法

技术领域

本发明涉及水果采摘设备技术领域，具体涉及一种菠萝采摘机及工作方法。

背景技术

菠萝作为热带名果,目前种植地区和国家约有70个,年产量约占世界水果总产量的5％。菠萝在热带水果贸易中属于最大宗的品种之一,从2005年起,我国已成为世界第三的菠萝生产大国；到2011年,我国菠萝生产总面积约56万hm2,总产量约119万吨。在我国大陆,菠萝的主要集中种植地为广东雷州半岛、海南岛东部和西北部；主要种植地区为广东、海南、广西、云南、福建和台湾等省区。在台湾,菠萝是重要的经济果树；在海南,菠萝是种植面积和产量仅次于香蕉和芒果的第三大水果。随着人们生活水平的提高和对热带水果的热爱,菠萝产业得到了较好的发展,菠萝种植面积有所提高。菠萝采摘季节性较强,只有半个月左右的收获的高峰期。目前除了少数果园配备半机械化辅助装置,国内水果主要以人工采收为主；整个采收作业短期内需要的人力,占到了整个菠萝生产成本的40％。在劳动力日益缺乏的情况下,菠萝农户希望能够通过机械化管理改变现状。所以,研究开发菠萝采收机械与装备,对应缓解劳动力短缺,稳定采摘作业质量,减轻劳动强度,提高采摘生产效率和菠萝收获输送效率有重要意义,是未来发展的趋势。

1.国外菠萝采摘机发展现状

自1983年第一台西红柿采摘机器人在美国问世以来，采摘机器人的研制和开发得到了快速发展。法国、荷兰等国家相继立项研究了采摘苹果、柑橘、西红柿、西瓜和葡萄等智能机器人。日本近年在收获机器人的研究方面进展很快，目前已经研制出番茄、黄瓜、葡萄、柑橘等水果和蔬菜收获机器人，但技术不太成熟，还没有真正实现商业化。

1995年日本冈山大学研制出了一种用于果园棚架栽培模式的葡萄收获机器人。其机械部分是一种具有5个自由度的极坐标机械手，具有4个旋转关节(其中腰部1个、肩部1个、腕部2个)和1个棱柱形的直动关节。这种结构使得机器人在葡萄架下行走时能够有效的工作，旋转关节可以用不同的速度旋转，直动关节可以采用简单地控制方法来获得较高的速度。

1996年，荷兰农业环境工程所(IMAG)研制出一种多功能黄瓜收获机器人。该机器人利用近红外视觉系统辨识黄瓜果实，并探测它的位置。机械手只收获成熟黄瓜，不损伤其他未成熟的黄瓜。

2.国内去皮机发展状况

我国在农业机器人领域的研究始于20世纪90年代中期，上海交通大学机器人研究所曹其新、刘成良等人完成了智能化联合收割机样机的研制。

南京农业大学沈明霞和浙江工业大学张立斌等人正在进行农业机器人视觉方面的研究。

2001年，张瑞合等运用双目立体视觉的方法研究了番茄收获中果实的精确定位问题。采摘机器人是未来智能农业机械化的发展方向，具有广阔的应用前景。

发明内容

为了克服上述技术缺陷，本发明提供了一种菠萝采摘机，极大提高了菠萝的采摘效率，降低了菠萝采摘的劳动强度，为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种菠萝采摘机，包括车体，所述车体前端固定有机械手支撑架，所述机械手支撑架上固定有第一水平线性移动副，第一水平线性移动副上可移动的连接有机械手，所述机械手包括与第一水平线性移动副连接的第一液压杆，所述第一液压杆上连接有夹持驱动机构，所述夹持驱动机构驱动两个夹板的运动，所述两个夹板用于夹紧菠萝，所述两个夹板的下方安装有剪切装置，用于切断菠萝茎杆，所述机械手下方具有收集箱，所述收集箱固定与车体前端，用于收集采摘完成的菠萝。

进一步的，所述机械手支撑架为L型，包括一体式连接的水平板和竖直板，所述竖直板的底端固定与车体的前端，水平板上固定有第一水平线性移动副。

进一步的，所述第一水平线性移动副的长度大于车体宽度及收集箱的长度。

进一步的，所述第一水平线性移动副采用丝杠滑块传动机构，所述丝杠滑块传动机构驱动第一液压杆的运动。

进一步的，所述第一液压杆的杆端具有T型的夹持驱动机构支撑板。

进一步的，所述夹持驱动机构包括两个对称水平固定于夹持驱动机构支撑板上的第二液压杆，所述两个第二液压杆的杆端分别连接两个夹持杆的一端，所述两个夹持杆交叉分布，两个夹持杆交叉点与夹板上部之间预留一定空间，避免菠萝上枝叶遭受破坏，两个夹持杆的另一端固定夹板。

进一步的，所述夹板形状为与菠萝外形相匹配的圆弧型，所述夹板上具有多个通孔，夹板底端具有容纳剪切装置的腔体结构，夹板顶端的两侧可转动的与固定支撑杆连接，所述固定支撑杆固定于夹持驱动机构支撑板上。

进一步的，所述剪切装置包括第二水平线性移动副，所述第二水平线性移动副上连接有微型电机，第二水平线性移动副驱动微型电机的水平运动，所述微型电机与齿轮锯连接，驱动齿轮锯的转动。

进一步的，所述第二水平线性移动副采用丝杠滑块机构。

本发明还提供了一种菠萝采摘机的工作方法，包括以下步骤：

步骤1：控制车体行驶至两排待采摘菠萝中间的空道上。

步骤2：第一水平线性移动副控制机械手移动至一侧菠萝上方，第二液压杆伸长，使两个夹板张开，第一液压杆伸长，使两个夹板罩住菠萝，第二液压杆回缩，两个夹板夹住菠萝，同时，剪切装置工作，切割菠萝茎杆，第一液压杆回缩，摘下菠萝。

步骤3：第一水平线性移动副控制机械手移动至收集箱上方，第二液压杆伸长，两个夹板张开，菠萝落入收集箱。

本发明的有益效果：

本发明的菠萝采摘机，第一水平线性移动副的长度大于车体宽度及收集箱长度，可以采摘其两侧的菠萝，并且实现了全自动控制，极大的提高了菠萝采摘的效率，降低了菠萝采摘的劳动强度。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1是本发明整体结构示意图；

图2是本发明机械手主视示意图；

图3是本发明机械手侧视示意图；

图4是本发明机械手工作原理视示意图；

图5是本发明剪切装置结构示意图；

其中，1.车体，2.机械手支撑架，3.第一水平线性移动副，4.机械手，401.第一液压杆，402.夹板，403.夹持驱动机构支撑板，404.第二液压杆，405.夹持杆，406.腔体结构，407.固定支撑杆，5.剪切装置，501.第二水平线性移动副，502.微型电机，503.齿轮锯，6.收集箱，7.菠萝。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所介绍的，我国的菠萝采摘主要以人工为主，采摘效率低，劳动强度大，针对上述问题，本申请提出了一种菠萝采摘机。

本申请的一种典型实施方式中，如图1-5所示，一种菠萝采摘机，包括车体1，所述车体与正常的车辆具有相同的功能，具有车轮、方向盘、驾驶座等结构，能够进行行驶和转向，所述车体前端固定有机械手支撑架2，所述机械手支撑架上固定有第一水平线性移动副3，第一水平线性移动副上可移动的连接有机械手4，所述机械手包括与第一水平线性移动副连接的第一液压杆401，所述第一液压杆上连接有夹持驱动机构，所述夹持驱动机构驱动两个夹板402的运动，所述两个夹板用于夹紧菠萝，所述两个夹板的下方安装有剪切装置5，用于切断菠萝茎杆，所述机械手下方具有收集箱6，所述收集箱固定与车体前端，用于收集采摘完成的菠萝。

所述机械手支撑架为L型，包括一体式连接的水平板201和竖直板202，所述竖直板的底端固定与车体的前端，水平板上固定有第一水平线性移动副。

所述第一水平线性移动副的长度大于车体宽度及收集箱的长度，机械手可以采摘车体及收集箱两侧的菠萝。

所述第一水平线性移动副采用丝杠滑块传动机构，固定于水平滑动板上，包括电机及与电机连接的丝杠，所述丝杆上装配有滑块，所述第一液压杆固定于所述滑块上，由所述滑块驱动其水平运动。

所述第一液压杆的杆端具有T型的夹持驱动机构支撑板403。

所述夹持驱动机构包括两个对称水平固定于夹持驱动机构支撑板上的第二液压杆404，所述两个第二液压杆的杆端分别连接两个夹持杆405的一端，所述两个夹持杆交叉分布，两个夹持杆交叉点与夹板上端之间预留足够的空间，避免菠萝果实上枝叶遭受破坏，两个夹持杆的另一端固定夹板402。

所述夹板形状为与菠萝外形相匹配的圆弧型，所述夹板上具有多个通孔，用于减轻夹板的重量，夹板底端具有容纳剪切装置的腔体结构406，夹板顶端的两侧可转动的与固定支撑杆407连接，所述固定支撑杆固定于夹持驱动机构支撑板上，所述固定支撑杆用于对夹板进行支撑限位作用，使夹板只具有一个旋转的自由度。

所述剪切装置5包括第二水平线性移动副501，所述第二水平线性移动副上连接有微型电机502，第二水平线性移动副驱动微型电机的水平运动，所述微型电机与齿轮锯503连接，驱动齿轮锯的转动。

所述第二水平线性移动副采用丝杠滑块机构，包括电机及丝杠，所述丝杆上装配有滑块，所述滑块上固定有微型电机，为了减小剪切装置占用空间的体积，第二水平线性移动副的电机也采用微型电机。

当两个齿轮锯移动至伸出至夹板下方腔体结构最大距离位置时，两个齿轮锯之间预留一定的安全距离，防止打齿。

本发明还提供了一种菠萝采摘机的工作方法，包括以下步骤：

步骤1：控制车体行驶至两排待采摘菠萝中间的空道上。

步骤2：第一水平线性移动副控制机械手移动至一侧菠萝7上方，第二液压杆伸长，使两个夹板张开，第一液压杆伸长，使两个夹板罩住菠萝，第二液压杆回缩，两个夹板夹住菠萝，同时，剪切装置工作，切割菠萝茎杆，第一液压杆回缩，摘下菠萝。

步骤3：第一水平线性移动副控制机械手移动至收集箱上方，第二液压杆伸长，两个夹板张开，菠萝落入收集箱。

车体另一侧的菠萝采用上述相同的步骤进行采摘。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种菠萝采摘机，其特征在于，包括车体，所述车体前端固定有机械手支撑架，所述机械手支撑架上固定有第一水平线性移动副，第一水平线性移动副上可移动的连接有机械手，所述机械手包括与第一水平线性移动副连接的第一液压杆，所述第一液压杆上连接有夹持驱动机构，所述夹持驱动机构驱动两个夹板的运动，所述两个夹板用于夹紧菠萝，所述两个夹板的下方安装有剪切装置，用于切断菠萝茎杆，所述机械手下方具有收集箱，所述收集箱固定于车体前端，用于收集采摘完成的菠萝。

2.如权利要求1所述的一种菠萝采摘机，其特征在于，所述机械手支撑架为L型，包括一体式连接的水平板和竖直板，所述竖直板的底端固定与车体的前端，水平板上固定有第一水平线性移动副。

3.如权利要求1所述的一种菠萝采摘机，其特征在于，所述第一水平线性移动副的长度大于车体宽度及收集箱的长度。

4.如权利要求1所述的一种菠萝采摘机，其特征在于，所述第一水平线性移动副采用丝杠滑块传动机构，所述丝杠滑块传动机构驱动第一液压杆的运动。

5.如权利要求1所述的一种菠萝采摘机，其特征在于，所述第一液压杆的杆端具有T型的夹持驱动机构支撑板。

6.如权利要求5所述的一种菠萝采摘机，其特征在于，所述夹持驱动机构包括两个对称水平固定于夹持驱动机构支撑板上的第二液压杆，所述两个第二液压杆的杆端分别连接两个夹持杆的一端，所述两个夹持杆交叉分布，两个夹持杆交叉点与夹板上部之间预留一定空间，避免菠萝上枝叶遭受破坏，两个夹持杆的另一端固定夹板。

7.如权利要求5所述的一种菠萝采摘机，其特征在于，所述夹板形状为与菠萝外形相匹配的圆弧型，所述夹板上具有多个通孔，夹板底端具有容纳剪切装置的腔体结构，夹板顶端的两侧可转动的与固定支撑杆连接，所述固定支撑杆固定于夹持驱动机构支撑板上。

8.如权利要求1所述的一种菠萝采摘机，其特征在于，所述剪切装置包括第二水平线性移动副，所述第二水平线性移动副上连接有微型电机，第二水平线性移动副驱动微型电机的水平运动，所述微型电机与齿轮锯连接，驱动齿轮锯的转动。

9.如权利要求8所述的一种菠萝采摘机，其特征在于，所述第二水平线性移动副采用丝杠滑块机构。

10.一种权利要求1-9任一项所述的菠萝采摘机的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：控制车体行驶至两排待采摘菠萝中间的空道上；

步骤2：第一水平线性移动副控制机械手移动至一侧菠萝上方，第二液压杆伸长，使两个夹板张开，第一液压杆伸长，使两个夹板罩住菠萝，第二液压杆回缩，两个夹板夹住菠萝，同时，剪切装置工作，切割菠萝茎杆，第一液压杆回缩，摘下菠萝；

步骤3：第一水平线性移动副控制机械手移动至收集箱上方，第二液压杆伸长，两个夹板张开，菠萝落入收集箱。