CN108668635A - 一种预定位自主夹持式采摘机构及采摘收集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种预定位自主夹持式采摘机构及采摘收集装置，它解决了现有技术中果实采摘器结构简单，无法准确控制方向的问题，具有通过振动方便果实掉落的有益效果，其方案如下：一种预定位自主夹持式采摘机构，包括多节能够轴向伸缩的套筒，最内侧套筒与第一伸缩机构连接，最内侧套筒内设置采摘机械手，采摘机械手包括第二伸缩机构，第二伸缩机构通过铰链与机械爪连接，以通过第二伸缩机构的伸缩带动机械爪的夹取或松开，最外侧套筒设置振动机构以带动果实的抖落。

Description

一种预定位自主夹持式采摘机构及采摘收集装置

技术领域

本发明涉及果实采摘领域，特别是涉及一种预定位自主夹持式采摘机构及采摘收集装置。

背景技术

采摘设备是农业中用于采摘水果的一类重要农用机械，现有的采摘设备多种多样。

我国从1970年开始发展冬枣采摘机械化作业，曾开发出手持气囊式采果器和手持电动采果器。两者从本质上来说还是人工作业用的辅助机械，虽然在保护冬枣不受损伤方面做得较好，但是其效率还是太低。1980年后，我国开始研究和制造切割型采摘器，但通常采摘装置结构较为简单，采摘效率较低，冬枣采摘逐步从人工使用剪刀采摘发展到辅助化采摘，对高度要求较高，方向不易控制。例如长柄剪刀采摘，虽然对果实的损伤也小，但是依旧没有解决费时费力的问题。在此之后研发出更多的辅助工具如液压剪枝升降平台，用来提高工作位置，以便于采摘作业。曾经我国还采用吹气式冬枣采摘，但由于其气流不稳定，易损伤果枝果实，虽然分选效果较好，但采摘效果不佳，所以很快就被淘汰。

对于国外研究，机械作业采摘的工作效率普遍较低，而采摘的损伤率较高，不适用于采摘具有易损伤且要求完好率高等特点的冬枣。1960年中期，美国研究出液压升降平台车，作为辅助采摘工具使用，使得采摘效率有较大的提高，但是不能应对大规模种植的采摘。1970年末期，随着科技的迅速发展，以美国为首的西方国家开始研究各种农业机器人。采摘机器人主要由机械手、末端执行器、视觉识别系统和行走装置等四大系统组成。虽然采摘机器人灵活度和操作度越来越高，但冬枣数量多、个体小且圆润、空间分布密度大如果采用机器人采摘，采摘效率明显不高。且机械手的维度和活动范围很小，难以适应各种工况。

因此，需要对一种预定位自主夹持式采摘机构进行新的研究设计。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种预定位自主夹持式采摘机构，该采摘机构辅助人们在收获时快速采摘果实，从而提高果实的抖落率，降低果实的表面损伤率，最大化协助人工完成一体化工作，保证采摘的高效率。

一种预定位自主夹持式采摘机构的具体方案如下：

一种预定位自主夹持式采摘机构，包括多节能够轴向伸缩的套筒，最内侧套筒与第一伸缩机构连接，最内侧套筒内设置采摘机械手，采摘机械手包括第二伸缩机构，第二伸缩机构通过铰链与机械爪连接，以通过第二伸缩机构的伸缩带动机械爪的夹取或松开，最外侧套筒设置振动机构以带动果实的抖落。

上述的采摘机构，通过机械手夹持果树枝叶，套筒的设置有利于对机械手的保护，而且方便传递振动能量，通过振动机构将振动能量传递给机械手，带动果实通过振动抖落的方式快速下落，实现采摘，采摘效率高。

进一步地，为了延长机械爪的工作范围，所述第二伸缩机构与铰链之间设置长连杆。

进一步地，所述机械爪包括交叉连接的两个手爪，每个手爪包括第一手爪和与第一手爪铰接连接的第二手爪，第二手爪与所述的铰链连接，两个手爪的交叉点在第一手爪，且在铰链与两个手爪连接处设置与最内侧套筒连接的连板，通过机械爪中两个手爪第一手爪对树枝进行夹持，在振动机构的振动作用下，有利于果实的脱落。干扰

进一步地，所述第一手爪内侧设置垫片，垫片为三角形状，两个垫片闭合后用于对树枝进行有效夹持。

进一步地，所述第一伸缩机构为电动丝杠，电动丝杠设置于所述最内侧套筒连接的螺母，这样电动丝杠旋转，螺母带动最内侧套筒移动，从而伸长采摘机构的长度，可以根据果实所在的位置来延长采摘机构的伸长长度，电动丝杠设于第二伸缩机构的上方，或者，电动丝杠相对于采摘机械手设于最内侧套筒的里侧，这样采摘机械手的连板与最内侧套筒连接带动，以通过最内侧套筒带动采摘机械手的前进或后退，以避免二者的干扰问题。

进一步地，最外侧所述的套筒端部设置与该套筒连接的环形盘用于握持套筒的方向，这样通过环形盘可以控制整个采摘机构的旋转和抬升下降的移动，基座底部设置旋转轴，旋转轴通过轴承设于机架，实现采摘机构的旋转；

最外侧套筒圆周设置圆套，圆套下方设置所述的振动机构，振动机构包括设于基座的振动电机，基座设置弹性件，基座与圆套通过固定支柱铰接，偏心轮水平设于基座，基座包括两层，振动电机固定于上层基座，且两层基座之间设置弹簧起到减震效果。

进一步地，为了实现相邻两套筒的拉长，相邻所述套筒之间设置滑动轴承；

或者，套筒内侧设置凸块，设于该套筒内侧的套筒设置与凸块配合的滑槽以便于内侧套筒相对于外侧套筒的直线移动，每个套筒可设置多个滑槽，凸块沿着滑槽移动，从而实现整个套筒的延长。

为了克服现有技术的不足，本发明还提供了一种预定位自主夹持式采摘收集装置，包括一种预定位自主夹持式采摘机构，在该采摘装置的一侧设置收集机构，在包括多角度半自动可伸缩调节式采摘装置的同时，实现果实收集。

进一步地，所述收集机构包括收集架，收集架设于机架，机械爪设于收集机构的上方，收集架表面设置两组用于带动扇布展开或闭合的与扇布连接的支撑杆，支撑杆包括主动杆和辅助杆，主动杆和辅助杆通过传送机构连接，两组支撑杆的旋转方向相反，且主动杆和辅助杆均倾斜向上设置用于支撑扇布，主动杆和辅助杆都与扇布内侧固连。

或者，收集架开有用于果实通过的开口，支撑杆的底部围绕开口设置，主动杆与电机的主动轴连接，主动轴通过传送机构即链条链轮和齿轮传送机构带动辅助杆，进而带动另一主动杆的转动，通过齿轮传动变向，使另外一个主动杆的转向与第一个主动杆相反。辅助杆装有滚针轴承，滚针轴承外圈装有链轮，故辅助杆无动力，辅助杆与收集架处于自由铰接状态，辅助杆随扇部的张开闭合而运动。扇布体积较大，呈倒圆台形状，底部与开口相通，便于对振动掉落果实的收集，收集架低于基座设置。

进一步地，所述主动杆为“7”型结构件以带动扇布的张开或闭合，主动杆与辅助杆间隔设定距离设置，主动杆的短杆与长杆垂直设置，且短杆与主动轴连接，起始状态，扇布闭合，在收集时，主动杆主动轴旋转，带动两组主动杆反向旋转向一处并拢，实现扇布的张开，收集完成后，电机带动主动轴翻转，实现扇布的闭合。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明整体结构设置紧凑，不仅降低了机器制造成本，还缩减了机器运行的占地面积，有利于机械的小型、高效化，方向可控，扩大了机器的适用范围，通过套筒保护机械手，而且方便对机械手方向的控制，便于能量的传递。

2)本发明通过电动推杆控制机械爪的夹紧和松开，方法简单轻巧，易于控制，夹紧树枝的过程不易对其产生破坏，而且方便了成熟果实从树枝脱落，最大化的保护了树木和果实。

3)本发明通过螺母丝杠的传动将机械手伸长和缩短达到采摘效果，工作稳定，抖落率较高。后置的方向环形盘对机械手进行全方位的定位控制，使机械手能够精确夹到目标树枝，保证了采摘的准确率。

4)本发明通过对套筒方向的控制，提高了机器的控制性，减震器的设计将振动电机部分的振动能量吸收，减少机身的振动，有效保证了机身部分工作部件的稳定运行。

5)本发明为整个冬枣采摘机的采摘阶段起到了关键性的作用，通过采摘机械手夹持住树枝，通过电机和偏心轮的振动效果，使冬枣脱落，进而通过伞面对冬枣进行收集，收集效果好。

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不当限定。

图1为本发明装置主视图

图2为本发明装置轴测图

图3为本发明装置中机械手爪俯视图

图4为本发明装置内部传动装置主视图

图5为本发明装置收集装置轴测图

图6为本发明装置收集装置内部传动轴测图

图7为本发明装置总体轴测图

其中：1-机械爪；2-最内侧套筒；3-中套筒；4-最外侧套筒；5-环形盘；6-减震器；7-振动电机；9-电动推杆；10-长连杆；11-连板；12-第二手爪；13-第一手爪；16-螺母；17-丝杠；18-联轴器；19-丝杠电机；20-固定支柱；21-半圆圆盘；22-底盘；23-机架；24-采摘机械手；25-收集机构；26-第一主动杆；27-第一主辅助杆；28-第一副辅助杆；29-链轮a；30-齿轮b；31-齿轮a；32-链轮b；33-链轮c；34-链轮d；35-链轮e；36-第二副辅助杆；37-第二主辅助杆；38-第二主动杆；39-滚针轴承。

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，现有技术中存在的不足，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种预定位自主夹持式采摘机构。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1所示，多角度半自动可伸缩调节式采摘装置，包括多节能够轴向伸缩的套筒，最内侧套筒2与第一伸缩机构连接，最内侧套筒2内设置采摘机械手24，采摘机械手包括第二伸缩机构，第二伸缩机构通过铰链与机械爪1连接，以通过第二伸缩机构的伸缩带动机械爪1的夹取或松开，最外侧套筒设置振动机构以带动果实的抖落。

上述的采摘机构，通过机械手夹持果树枝叶，通过振动机构将振动能量传递给机械手，带动果实通过振动抖落的方式快速下落，实现采摘，采摘效率高。

为了延长机械爪的工作范围，所述第二伸缩机构与铰链之间设置长连杆10，第二伸缩机构为电动推杆9。

机械爪包括交叉连接的两个手爪，每个手爪包括第一手爪13和与第一手爪13铰接连接的第二手爪12，第二手爪12与所述的铰链连接，两个手爪的交叉点在第一手爪13，且在铰链与两个手爪连接处设置与最内侧套筒连接的连板11，通过机械爪中两个手爪第一手爪13对树枝进行夹持，在振动机构的振动作用下，有利于果实的脱落。

第一手爪13内侧设置垫片，垫片为三角形状，两个垫片闭合后用于对树枝进行有效夹持，第一手爪13呈弧形结构，垫片靠近第一手爪交叉点设置。

第一伸缩机构为电动丝杠，电动丝杠设置与所述最内侧套筒连接的螺母16，这样电动丝杠旋转，螺母16带动最内侧套筒2移动，从而伸长采摘机构的长度，可以根据果实所在的位置来延长采摘机构的伸长长度，电动丝杠设于第二伸缩机构的上方，以避免二者的干扰问题，电动丝杠包括丝杠电机19和与丝杠电机19连接的丝杠17，丝杠17与丝杠电机19通过联轴器连接。

最外侧所述的套筒端部设置与该套筒连接的环形盘5用于握持套筒的方向，这样通过环形盘可以控制整个采摘机构的旋转和抬升下降的移动，基座底部设置旋转轴，旋转轴通过轴承设于机架23，实现采摘机构的旋转；

最外侧套筒圆周设置圆套，圆套下方设置所述的振动机构，振动机构包括设于基座的振动电机7，基座设置弹性件，振动电机顶部设置偏心轮8，基座通过固定支柱20与圆套连接，固定支柱20与圆套通过轴连接，以实现套筒相对于固定支柱20上下转动，偏心轮8水平设于基座，基座包括两层，上层为半圆圆盘21，下层为底盘22，振动电机设于上层半圆圆盘21，且两层基座之间设置弹簧起到减震效果。

为了实现相邻两套筒的拉长，相邻所述套筒之间设置直线轴承；

或者，套筒内侧设置凸块，设于该套筒内侧的套筒设置与凸块配合的滑槽以便于内侧套筒相对于外侧套筒的直线移动，每个套筒可设置多个滑槽，凸块沿着滑槽移动，从而实现整个套筒的延长，滑槽沿着套筒的长度方向设置。

本发明还提供了一种预定位自主夹持式采摘收集装置，包括一种预定位自主夹持式采摘机构，在该采摘装置的一侧设置收集机构25，在包括多角度半自动可伸缩调节式采摘装置的同时，实现果实收集，两个机构均设于机架，机架为框形，且机架底部设置可移动的滚动轮。

收集装置包括收集架，收集架表面设置两组用于带动扇布展开或闭合的支撑杆，支撑杆包括主动杆和辅助杆，主动杆和辅助杆通过传送机构连接，两组支撑杆的旋转方向相反，且主动杆和辅助杆均倾斜向上设置用于支撑扇布，收集架低于基座设置，使得收集装置低于机械手设置；

或者，收集架开有用于果实通过的开口，支撑杆的底部围绕开口设置，其中一主动杆与电机的主动轴连接，另一主动杆短杆端部与竖直设置的传动轴连接，主动轴通过传送机构即链条链轮和齿轮传送机构带动另一侧主动杆转动，辅助杆装有滚针轴承39，滚针轴承外圈装有链轮，故辅助杆无动力，随着伞布的张开闭合而运动，各个辅助杆为弯折杆，弯折杆的短杆竖直设置，长杆倾斜向上设置。

具体工作过程为：如图5和图6所示，与主动轴连接的步进电机正转，带动第一主动杆26转动，齿轮a31固定在主动轴，与通过滚针轴承39空套在第一主辅助杆27的齿轮b30啮合，齿轮b与空套链轮a29固连，且设于第一主辅助杆，进一步空套链轮a29通过链条传递动力给空套链轮c33，链轮c33与空套链轮b32固连，且设于第一副辅助杆，进一步链轮b将动力传递给空套链轮d34，链轮d34与空套链轮e35固连，进一步，链轮e35将动力传递给与第二主动杆38固定的链轮，第二主辅助杆通过轴承设于收集架，从而使得第一主动杆26与第二主动杆38转向相反，从而使得伞面张开；同理，步进电机反转时，伞面闭合。

主动杆为“7”型结构件，主动杆的短杆与长杆垂直设置，且短杆与主动轴连接，两组支撑杆中主动杆的长杆接触设置，主动杆与辅助杆间隔设定距离设置。

第一主动杆焊接在电机的主动轴顶端，第一主辅助杆设于第一副辅助杆和第一主动杆之间，第一副辅助杆(左)和第二副辅助杆(右)分别焊接在各边的传动轴(齿轮轴)上，电动机带动主动轴及其上的齿轮转动，通过同轴上的链轮带动第一副辅助杆同时转动，通过链传动，达到同向转动的效果，又经过链传动传递给第二主辅助杆，经过同轴上的链齿轮和齿轮啮合，两个主动杆实现逆向转动，电动机的正反转动带动主动杆正反转动，进而带动链轮的正反转动，实现扇布的展开和闭合。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种预定位自主夹持式采摘机构，其特征在于，包括多节能够轴向伸缩的套筒，最内侧套筒与第一伸缩机构连接，最内侧套筒内设置采摘机械手，采摘机械手包括第二伸缩机构，第二伸缩机构通过铰链与机械爪连接，以通过第二伸缩机构的伸缩带动机械爪的夹取或松开，最外侧套筒设置振动机构以带动果实的抖落。

2.根据权利要求1所述的一种预定位自主夹持式采摘机构，其特征在于，所述第二伸缩机构与铰链之间设置长连杆。

3.根据权利要求1所述的一种预定位自主夹持式采摘机构，其特征在于，所述机械爪包括交叉连接的两个手爪，每个手爪包括第一手爪和与第一手爪铰接连接的第二手爪，第二手爪与所述的铰链连接，两个手爪的交叉点在第一手爪，且在铰链与两个手爪连接处设置与最内侧套筒连接的连板。

4.根据权利要求3所述的一种预定位自主夹持式采摘机构，其特征在于，所述第一手爪内侧设置垫片，垫片为三角形状。

5.根据权利要求1所述的一种预定位自主夹持式采摘机构，其特征在于，所述第一伸缩机构为电动丝杠，电动丝杠设置与所述最内侧套筒连接的螺母。

6.根据权利要求1所述的一种预定位自主夹持式采摘机构，其特征在于，最外侧所述的套筒端部设置与该套筒连接的环形盘用于握持套筒的方向；

最外侧套筒圆周设置圆套，圆套下方设置所述的振动机构，振动机构包括设于基座的振动电机，基座设置弹性件，基座与圆套通过固定支柱连接。

7.根据权利要求1所述的一种预定位自主夹持式采摘机构，其特征在于，相邻所述套筒之间设置直线轴承；

或者，套筒内侧设置凸块，设于该套筒内侧的套筒设置与凸块配合的滑槽以便于内侧套筒相对于外侧套筒的直线移动。

8.一种预定位自主夹持式采摘机构，其特征在于，包括设于机架的权利要求1-7中任一项所述的一种预定位自主夹持式采摘机构，在该采摘机构的一侧设置收集机构。

9.根据权利要求8所述的一种预定位自主夹持式采摘机构，其特征在于，所述收集机构包括收集架，收集架表面设置两组用于带动扇布展开或闭合的与扇布连接的支撑杆，支撑杆包括主动杆和辅助杆，主动杆和辅助杆通过传送机构连接，两组支撑杆的旋转方向相反，且主动杆和辅助杆均倾斜向上设置用于支撑扇布；

或者，收集架开有用于果实通过的开口。

10.根据权利要求9所述的一种预定位自主夹持式采摘机构，其特征在于，所述主动杆为“7”型结构件以带动扇布的张开或闭合，主动杆与辅助杆间隔设定距离设置。