CN108811721B - 基于半自动化草莓柔性采摘机构的腕部仿形机构 - Google Patents

Abstract

一种基于半自动化草莓柔性采摘机构的腕部仿形机构，包括底座、上约束板、下约束板、滑动轴承、手柄、手柄转板和纵杆，所述下约束板的结构与所述上约束板的结构相同，所述手柄转板可左右、上下转动的安装在所述上约束板与下约束板之间，所述手柄转板的后部上也设有通孔，在该通孔的左右两侧分别设有对称布置的横杆结构，所述纵杆自上而下依次穿过上约束板的通孔、手柄转板的通孔、滑动轴承和下约束板的通孔。本发明提供了一种基于半自动化草莓柔性采摘机构的腕部仿形机构,实现针对于草莓采摘时采摘者手腕处动作的较细微捕捉与传递，进而实现针对于草莓的准确定位，在草莓采摘中有不可或缺的作用。

Description

基于半自动化草莓柔性采摘机构的腕部仿形机构

技术领域

本发明涉及一种基于半自动化草莓柔性采摘机构的腕部仿形机构。

背景技术

如今，随着时代的发展，人们需求的日益增加，对于水果的需求越来越大，然而在中国，草莓的种植还没有呈现外国草莓种植范围化、规模化、标准化的局面，无法实现大型机器化收割，草莓摘果时需要弯腰,劳动强度大,且摘果效率因人而异，所花费的人工成本和采摘时间占草莓种植生产销售的比率相对较高,大大提高了草莓的种植成本。采摘过程的不稳定造成不必要的损失。如何在最大程度上辅助人工采摘，提高采摘效率，是目前所面临的一大难题。

当然，在我们之前也有过相应的草莓采摘机械的设计和问世，我们通过相应的说明书以及实物图了解到。现在主流的草莓采摘机械分为自动采摘机器人以及辅助采摘设备，自动采摘机器大多来自国外，虽然在一定程度上提高了草莓的出产量，节约相应的人力资源，但这类的机器，耗资巨大，体积偏大，且对果园草莓地的规格（行与行的间隔，大棚高度等）有严格要求，而在中国草莓种植户经营比较分散，每家的规格和场地都不尽相同的种植经营背景下，如果用国外的机械，成本高暂且不提，也会使得机械陷入“水土不服”的窘境。而现有的专利中，关于草莓采摘的发明一部分针对于规模化的高架种植，还有一部分针对于田垄式草莓种植，但是因为采摘的末端执行器控制过于复杂以及机器自重果重导致采摘效率不高。故针对于田垄式草莓采摘，轻量化、小型化、高效化、适应性强的采摘装置有比较多的留白。

发明内容

为了克服现有压草莓采摘技术存在工作效率较低、劳动强度较大的缺陷，本发明提供了一种基于半自动化草莓柔性采摘机构的腕部仿形机构, 实现针对于草莓采摘时采摘者手腕处动作的较细微捕捉与传递，进而实现针对于草莓的准确定位，在草莓采摘中有不可或缺的作用。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种基于半自动化草莓柔性采摘机构的腕部仿形机构，包括底座、上约束板、下约束板、滑动轴承、手柄、手柄转板和纵杆，所述底座固定安装在手持杆上，所述上约束板的后部设有通孔，在该通孔的前后两侧分别设有与其连通的缺口，所述下约束板的结构与所述上约束板的结构相同，所述下约束板固定在所述底座上，所述上约束板通过螺栓与所述下约束板连接，所述手柄转板可左右、上下转动的安装在所述上约束板与下约束板之间，所述手柄转板的后部上也设有通孔，在该通孔的左右两侧分别设有对称布置的横杆结构，所述滑动轴承的下端安装在下约束板的通孔内，所述滑动轴承的上端安装在所述手柄转板的通孔内，所述纵杆自上而下依次穿过上约束板的通孔、手柄转板的通孔、滑动轴承和下约束板的通孔，所述手柄的下端铰接在手柄转板的前端上，所述纵杆的上部通过手柄连杆与所述手柄的下部铰接；所述手柄转板的横杆结构的左右两端和纵杆的上下两端分别与一根第一拉线连接，四根第一拉线分别与传动机构连接，所述传动机构通过第二拉线与匍匐茎切断机构连接。

进一步，所述机构还包括用于控制气泵开关的气泵控制按钮、用于控制切断机构剪切开关的剪切控制按钮、模式切换控制按钮和PCB控制板，所述气泵控制按钮和剪切控制按钮安装在手柄的侧面上，所述模式切换控制按钮安装在手柄的顶部上，所述气泵控制按钮、剪切控制按钮、模式切换控制按钮分别与PCB控制板连接，所述PCB控制板分别与供电装置、气泵和匍匐茎切断机构连接，气泵通过负压气管与匍匐茎切断机构的吸附头连接，用于检测吸附头变形量的光电传感器与PCB控制板连接；

在手动模式下，通过气泵控制按钮、剪切控制按钮分别控制气泵、匍匐茎切断机构的切断机构的开关；当按下模式切换控制按钮切换到半自动模式下时，气泵控制按钮切断，移动匍匐茎切断机构到待采摘草莓附近，吸附草莓后，光电传感器检测到匍匐茎切断机构的吸附头变形，自动切断气泵上的供电，按动剪切控制按钮将草莓茎切断，待草莓自然脱离海绵吸附头落入收集盒中时，光电传感器检测到匍匐茎切断机构的吸附头变形消失，切断机构复位。

再进一步，所述手柄上还设有用于第一拉线穿过的腰型孔。

本发明的有益效果主要表现在：它可以将采摘者手部的正常定位采摘动作，通过机构的作用模拟仿形到采摘刀头部分，从而在此机构处实现2自由度，完成对草莓采摘过程的精准定位和动作传递。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是手柄转板的结构示意图。

实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。

参照图1和图2，一种基于半自动化草莓柔性采摘机构的腕部仿形机构，包括底座8、上约束板4、下约束板7、滑动轴承5、手柄1、手柄转板6和纵杆3，所述底座8固定安装在手持杆上，所述上约束板4的后部设有通孔，在该通孔的前后两侧分别设有与其连通的缺口，所述下约束板7的结构与所述上约束板4的结构相同，所述下约束板7固定在所述底座8上，所述上约束板4通过螺栓与所述下约束板7连接，所述手柄转板6可左右、上下转动的安装在所述上约束板4与下约束板7之间，所述手柄转板6的后部上也设有通孔，在该通孔的左右两侧分别设有对称布置的横杆结构，所述滑动轴承5的下端安装在下约束板7的通孔内，所述滑动轴承5的上端安装在所述手柄转板6的通孔内，所述纵杆3自上而下依次穿过上约束板4的通孔、手柄转板6的通孔、滑动轴承5和下约束板7的通孔，所述手柄1的下端铰接在手柄转板6的前端上，所述纵杆3的上部通过手柄连杆2与所述手柄1的下部铰接；所述手柄转板6的横杆结构的左右两端和纵杆3的上下两端分别与一根第一拉线连接，四根第一拉线分别与传动机构连接，所述传动机构通过第二拉线与匍匐茎切断机构连接。

进一步，所述机构还包括用于控制气泵开关的气泵控制按钮、用于控制切断机构剪切开关的剪切控制按钮、模式切换控制按钮和PCB控制板，所述气泵控制按钮和剪切控制按钮安装在手柄1的侧面上，所述模式切换控制按钮安装在手柄的顶部上，所述气泵控制按钮、剪切控制按钮、模式切换控制按钮分别与PCB控制板连接，所述PCB控制板分别与供电装置、气泵和匍匐茎切断机构连接，气泵通过负压气管与匍匐茎切断机构的吸附头连接，用于检测吸附头变形量的光电传感器与PCB控制板连接；

在手动模式下，通过气泵控制按钮、剪切控制按钮分别控制气泵、匍匐茎切断机构的切断机构的开关；当按下模式切换控制按钮切换到半自动模式下时，气泵控制按钮切断，移动匍匐茎切断机构到待采摘草莓附近，吸附草莓后，光电传感器检测到匍匐茎切断机构的吸附头变形，自动切断气泵上的供电，按动剪切控制按钮将草莓茎切断，待草莓自然脱离海绵吸附头落入收集盒中时，光电传感器检测到匍匐茎切断机构的吸附头变形消失，切断机构复位。PCB控制安装在底座8内。

再进一步，所述手柄1上还设有用于第一拉线穿过的腰型孔。

本实施例中，腕部仿形机构，无干涉2自由度手柄旋转机构，拉线，控制按钮组成，无干涉2自由度手柄旋转机构由一个定制滑动轴承，上下两个约束板和仿陀螺仪十字连杆连接而成，手柄部分集成了3个电控按钮可以实现对气泵，通过切换模式切换控制按钮还可以实现嵌入式控制系统自动剪切和手动剪切的切换，同时所述手柄所受的两个方向上的转动可以通过拉线实现腕部动作捕捉传递功能。上下约束板与手柄转板6间的旋转机构由一个定制滑动轴承，仿陀螺仪十字连杆连接而成。通过定制非标轴承以及加有滚珠的导轨压紧，解决手柄部分所受纵向和横向载荷过大的情况。

如图1所示，通过四个方向的拉线实现已采集的腕部动作的下一级传递。上约束板4和下约束板7通过螺栓压紧手柄转板6，实现整个手柄机构的完整性和稳定传动性，在约束板和手柄转板6间通过滑动轴承5和带有滚珠的导轨保证在受到较大的纵向和横向弯矩、扭矩的时候还能够正常使用而不至于使整个机构崩溃。

操作者手握手柄1左右上下摇动手腕，带动手柄转板6的左右上下运动，从而带动纵杆3和手柄转板6后部的横杆结构运动，从而带动其上的第一拉线左右上下运动；而第一拉线的运动带动传动机构的运动，进而带动匍匐茎切断机构的运动；右手拇指按压气泵控制按钮来控制手动模式下的气泵开关。右手食指按压剪切控制按钮来控制手动模式下的切断机构的开关，右手中指按压模式切换控制按钮来控制手动半自动切换。当切换到半自动模式下时，气泵控制按钮切断，移动匍匐茎切断机构到待采摘草莓附近，按动剪切控制按钮，吸附草莓后，光电传感器检测到前端海绵吸附头变形，自动切断气泵上的供电，一段时间延迟后，待草莓自然脱离吸附头落入收集盒中时，光电传感器检测到前端海绵吸附头变形消失，自动令电磁推杆失电，通过电磁推杆自带的推杆复位弹簧使前端切断机构回归原位。手柄捕捉到动作后由手柄连杆2传递给纵杆3和横杆结构，两根十字杆通过拉扯拉线将手柄部分的动作转化为上下左右四段直线位移信号用来传递给下一级机构。

Claims (2)

1.一种基于半自动化草莓柔性采摘机构的腕部仿形机构，其特征在于：包括底座、上约束板、下约束板、滑动轴承、手柄、手柄转板和纵杆，所述底座固定安装在手持杆上，所述上约束板的后部设有通孔，在该通孔的前后两侧分别设有与其连通的缺口，所述下约束板的结构与所述上约束板的结构相同，所述下约束板固定在所述底座上，所述上约束板通过螺栓与所述下约束板连接，所述手柄转板可左右、上下转动的安装在所述上约束板与下约束板之间，所述手柄转板的后部上也设有通孔，在该通孔的左右两侧分别设有对称布置的横杆结构，所述滑动轴承的下端安装在下约束板的通孔内，所述滑动轴承的上端安装在所述手柄转板的通孔内，所述纵杆自上而下依次穿过上约束板的通孔、手柄转板的通孔、滑动轴承和下约束板的通孔，所述手柄的下端铰接在手柄转板的前端上，所述纵杆的上部通过手柄连杆与所述手柄的下部铰接；所述手柄转板的横杆结构的左右两端和纵杆的上下两端分别与一根第一拉线连接，四根第一拉线分别与传动机构连接，所述传动机构通过第二拉线与匍匐茎切断机构连接；

所述腕部仿形机构还包括用于控制气泵开关的气泵控制按钮、用于控制切断机构剪切开关的剪切控制按钮、模式切换控制按钮和PCB控制板，所述气泵控制按钮和剪切控制按钮安装在手柄的侧面上，所述模式切换控制按钮安装在手柄的顶部上，所述气泵控制按钮、剪切控制按钮、模式切换控制按钮分别与PCB控制板连接，所述PCB控制板分别与供电装置、气泵和匍匐茎切断机构连接，气泵通过负压气管与匍匐茎切断机构的吸附头连接，用于检测吸附头变形量的光电传感器与PCB控制板连接；

所述手柄上还设有用于第一拉线穿过的腰型孔。

2.如权利要求1所述的基于半自动化草莓柔性采摘机构的腕部仿形机构，其特征在于：在手动模式下，通过气泵控制按钮、剪切控制按钮分别控制气泵、匍匐茎切断机构的切断机构的开关；当按下模式切换控制按钮切换到半自动模式下时，气泵控制按钮切断，移动匍匐茎切断机构到待采摘草莓附近，吸附草莓后，光电传感器检测到匍匐茎切断机构的吸附头变形，自动切断气泵上的供电，按动剪切控制按钮将草莓茎切断，待草莓自然脱离海绵吸附头落入收集盒中时，光电传感器检测到匍匐茎切断机构的吸附头变形消失，切断机构复位。