CN108811756B - 一种多功能梨子采摘器及采摘方法 - Google Patents

Abstract

一种多功能梨子采摘器及采摘方法,包括伸缩杆，伸缩杆上固定有连杆机械臂，连杆机械臂顶端安装有三爪机械手，伸缩杆下端与输果管道固定连接，输果管道另一端与自动包装收集箱连通。本发明提供的一种多功能梨子采摘器，可提高果实采摘工作效率。

Description

一种多功能梨子采摘器及采摘方法

技术领域

本发明涉及采摘器，尤其是一种多功能梨子采摘器及采摘方法。

背景技术

梨子采摘具有一定的困难，高处的梨子不易被采到或采摘不利，采摘作业复杂，季节性很强。若采用人工采摘，则效率低，劳动量大，容易损伤果实，直接影响到果农的经济效益。而目前市场上的采摘器大多功能单一，自动化程度低，不能适应由于环境的不同而产生的多种要求，通用性不高。因此急需一个可以方便采摘高出或人手不方便达到的位置的采摘器来代替人手采摘，并且能够保证梨子的完整性，同时能完成其他功能如梨子的包装收集。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种多功能梨子采摘器及采摘方法，应用于水果采摘收集和自动包装领域，能够解决人工采摘效率低，劳动量大与其他普通采摘器功能单一，通用性低等问题。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种多功能梨子采摘器,包括伸缩杆，伸缩杆上固定有连杆机械臂，连杆机械臂顶端安装有三爪机械手，伸缩杆下端与输果管道固定连接，输果管道另一端与自动包装收集箱连通；

所述连杆机械臂包括第一滚珠丝杠机构，第一滚珠丝杠机构的滑块与连杆机构构成曲柄滑块机构，曲柄滑块机构带动三爪机械手旋转并实现三爪机械手与输果管道正对或竖直；

所述三爪机械手包括机械手座，机械手座上安装有机械手指，机械手指通过传动杆机构与滑座连接，滑座通过第二滚珠丝杠机构带动沿机械手座上下滑动并使机械手指张开或并拢，机械手指顶端安装有刀片，刀片闭合后可对梨子果梗剪切；

所述自动包装收集箱包括箱体，箱体一侧设有开口，开口与输果管道出口侧对；所述输果管道在输果管道（4）出口处设置有缺口，缺口内安装有推梨机构，位于开口另一端则设有泡沫果袋输送机构，泡沫果袋通过泡沫果袋输送机构输送并套在输果管道端口上；泡沫果袋输送机构与输果管道之间上方安装有剪切机构，剪切机构对泡沫果袋进行剪切。

所述第一滚珠丝杠机构、第二滚珠丝杠机构均包括第一微型电机、第一微型电机输出端与丝杆连接，丝杆上螺纹连接有滑块，滑块滑动设置在滑轨上；其中第一滚珠丝杠机构的滑轨固定在伸缩杆上，第二滚珠丝杠机构的滑轨固定在连杆机构上。

所述连杆机构包括第一连杆，第一连杆一端与第一滚珠丝杠机构上的滑块铰接、另一端与第一曲柄铰接，第一曲柄另一端与支撑头一端固接成整体后与连接头上端可转动连接，连接头下端固定在第一滚珠丝杠机构的滑轨上。

所述机械手座包括底盘，底盘上设有导向柱，导向柱上沿长度方向周向开槽，导向柱顶端设有机械手连接座，机械手连接座内外设有销孔；所述机械手指包括左支撑部、右支撑部，左支撑部、右支撑部之间间隔并设置有橡胶内爪，左支撑部、右支撑部顶端安装有刀片，多个刀片在机械手指缩拢后闭合。

所述传动杆机构包括手指连杆、手指摇杆及手指拉杆，手指连杆为两组，一组手指连杆一端与左支撑部外侧上部铰接点铰接、另一端与机械手连接座内侧铰接点铰接；一组手指连杆一端与右支撑部外侧上部铰接点铰接、另一端与机械手连接座内侧铰接点铰接；所述手指摇杆为两组，一组手指摇杆一端与左支撑部下部铰接点铰接、另一端与手指拉杆铰接；一组手指摇杆一端与右支撑部下部铰接点铰接、另一端与手指拉杆铰接；每组手指摇杆的中间段一点与机械手连接座外侧铰接点铰接、且以该铰接点为固定转轴转动；所述手指拉杆另一端与滑座铰接，滑座包括拉杆连接座，拉杆连接座滑动套在导向柱上且与导向柱内侧的导向杆连接，导向杆下端穿过支撑头上的孔并与第二滚珠丝杠机构的移动部连接。

所述输果管道包括上端的扩孔式接收部，扩孔式接收部与输送部连接，输送部内设有螺旋式缓冲滑轨，输送部底端拐弯处于挤压部连接，挤压部处上端设有缺口，缺口处设有推梨机构，挤压部另一端则设有锥形缩孔，锥形缩孔由多个阻尼弹性片构成。

所述推梨机构包括第二微型电机，第二微型电机与第二曲柄铰接，第二曲柄另一端与推杆铰接，推杆与V型杆铰接，V型杆上端与箱体铰接、下端伸入到输果管道内。

所述泡沫果袋输送机构包括卷筒，卷筒内卷有泡沫果袋，泡沫果袋通过卷筒外的第三微型电机带动输出并套在扩张球上，扩张球通过限位滚筒限位；所述扩张球与卷筒之间设置有主动滚筒，主动滚筒将泡沫果袋推进并套在锥形缩孔上。

一种多功能梨子采摘方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1）、检查核实泡沫果袋伸出卷筒，是否套在锥形缩孔；根据需要采摘的水果的高度，调整好伸缩杆的长度，采摘时可一手托着自动包装收集箱的背带，一手撑起伸缩杆；

步骤2）、将三爪机械手对准沙梨，按动相应的控制开关，第二滚珠丝杠机构中的微型电机启动，第二滚珠丝杠机构带动滑座下移，滑座通过传动杆机构使得机械手座上的机械手指收缩，抓紧果实。

步骤3）、收缩直径至60mm后；连杆机械臂的第一滚珠丝杠机构中的微型电机启动，第一滚珠丝杠机构上的滑块带动连杆机构运动，使得三爪机械手进行偏转，产生横向剪切力，再利用刀片切割使沙梨果实果梗与树枝连接处断裂。

步骤4）、当三爪机械手继续旋转后，可旋转至输果管道处，三爪机械手处的第二滚珠丝杠机构反向动作，使得机械手指张开，果实沿输果管道落下。连杆机械臂的第一滚珠丝杠机构中的微型电机反向动作，连杆机械臂反向转动，实现复位。

步骤5）、而果实沿输果管道落下后到达锥形缩孔处，由于泡沫果袋穿过扩张球并套在锥形缩孔上，因此当果实滚出时，可进入到泡沫果袋内且下端通过开口下方的托板进行支撑，由于托板上右侧设有弧形突起，果实位于剪切机构的左侧。

步骤6）、剪切机构中的微型电机动作，将泡沫果袋剪断，包装好的果实则落入后面的箱体内。

步骤7）、剪切机构中的微型电机反转复位，而泡沫果袋由第三微型电机带动及主动滚筒导向驱动，向前推进，重新套上柔性的锥形缩孔上，恢复至初始状态。依次循环往复，实现对沙梨果实的半自动采摘包装收集。

本发明一种多功能梨子采摘器及采摘方法，具有以下技术效果：

1）、通过设置三爪机械手，三爪机械手的手指采用鱼鳍仿生结构，且机械手指内设置有由橡胶或其他柔性材料制成的橡胶内爪，可根据梨子的外表自适应调整外形，稳定抓取不同大小的梨子而无需额外的调整技术或调节控制，对设备自身结构要求降低，控制难度也大大降低。

2）、通过滚珠丝杠机构带动导向杆直线运动，并将导向杆直线运动转化为机械手爪的抓取运动，不仅实现了有效的抓取，且可与其他驱动结构一体化，节省空间，保证整体结构的紧凑性，方便使用。

3）、通过设置由滚珠丝杠机构和曲柄滑块机构组合成的连杆机械臂，可实现该机械臂的有效转动，从而实行摘果并自动送果到输果管道，该过程无需人工操作，具有连续性，可提高作业效率。

4）、通过在输果管道末端设置锥形缩孔，可使采摘的梨子落下后定位于此，利用一侧的推梨机构将梨子定时定点推出，而在锥形缩孔另一端的壳体上安装沫果袋输送机构及剪切机构，可将采摘的梨子进行自动包装并剪切，从而实现完成自动泡沫袋包装和收集，便于后期梨子储存处理，节省人力与成本。

5）、整体装置为多关节结构，以每一部分为一关节，便于拆卸组装；整体装置操作简单，通用性高，易于被果农接受。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中连杆机械臂的结构示意图。

图3为本发明中机械手座的结构示意图。

图4为本发明中机械手指的结构示意图。

图5为本发明中橡胶内爪的结构示意图。

图6为本发明中三爪机械手的结构示意图。

图7为本发明中三爪机械手的结构示意图。

图8为本发明中滑座的结构示意图。

图9为本发明中输果管道的结构示意图。

图10为本发明中输果管道内螺旋式缓冲滑轨的结构示意图。

图11为本发明中推梨机构的结构示意图。

图12为本发明中推梨机构的工作状态示意图

图13为本发明中自动包装收集箱的左视图

图14为本发明中自动包装收集箱的结构示意图。

图15为本发明的局部示意图

图16为本发明中三爪机械手的结构示意图。

图17为本发明中主动滚筒驱动机构的示意图。

图18为本发明中剪切机构的示意图。

图中：伸缩杆1，连杆机械臂2，三爪机械手3，输果管道4, 扩孔式接收部4-1，输送部4-2，螺旋式缓冲滑轨4-3，挤压部4-4，缺口4-5，锥形缩孔4-6， 自动包装收集箱5, 第一滚珠丝杠机构6，连杆机构7, 机械手座8，机械手指9，传动杆机构10, 滑座11, 第二滚珠丝杠机构12, 刀片13，箱体14，开口15，推梨机构16，第二微型电机16-1，第二曲柄16-2，推杆16-3，V型杆16-4，泡沫果袋输送机构17, 卷筒17-1，泡沫果袋17-2，第三微型电机17-3，U型支撑导轨17-4，限位滚筒17-5，主动滚筒17-6，剪切机构18，微型电机19, 丝杆20, 滑块21，滑轨22，第一连杆23，第一曲柄24，支撑头25，连接头26，底盘27，导向柱28，机械手连接座29，左支撑部30，右支撑部31，橡胶内爪32，手指连杆33，手指摇杆34，手指拉杆35，拉杆连接座36，导向杆37，被动皮带轮38，主动皮带轮39，主动齿轮40。

具体实施方式

如图1所示，一种多功能梨子采摘器,包括伸缩杆1，伸缩杆1上固定有连杆机械臂2，连杆机械臂2顶端安装有三爪机械手3，伸缩杆1下端与输果管道4固定连接，输果管道4另一端与自动包装收集箱5连通。

所述伸缩杆1为两节或三节空心碳纤维杆，在连接处设有外螺纹，果农可依据果实高度合理调整装置整体长度。

如图2所示，所述连杆机械臂2包括第一滚珠丝杠机构6，第一滚珠丝杠机构6包括滑轨22，滑轨22固定在伸缩杆1上。滑轨22上一端安装有第一微型电机19，第一微型电机19输出端与丝杆20连接，丝杆20另一端与滑轨22可转动连接。通过第一微型电机19带动丝杆20可使得丝杆20转动。而丝杆20上螺纹连接有滑块21，当丝杆20转动时，滑块21沿丝杆20上下移动。而在滑块21上端面上则铰接有第一连杆23，第一连杆23另一端与第一曲柄24铰接，第一曲柄24另一端与支撑头25一端固接成整体，第一曲柄24与支撑头25构成的整体通过转轴与连接头26可转动连接，连接头26通过螺栓固定安装在第一滚珠丝杠机构6的滑轨22上。当滑块21上下移动时可通过第一连杆23带动第一曲柄24与支撑头25整体转动，而支撑头25顶端又与三爪机械手3连接，因此通过连杆机械臂2可带动三爪机械手3竖直或转动一定角度，在竖直状态时可方便三爪机械手3抓取梨子，而当转动一定角度后，可将三爪机械手3与输果管道4正对，使得梨子可落入到输果管道4内。

如图3-8所示，所述三爪机械手3包括机械手座8，机械手座8由底盘27、导向柱28及机械手连接座29组成。所述底盘27与支撑头25固定，底盘27上端一体成型有导向柱28，导向柱28内部为中空结构，且侧壁周向沿竖直方向开有三个竖直的导槽。所述导向柱28顶端固定有机械手连接座29，机械手连接座29包括三个倾斜向下的U型支撑，三个U型支撑与中间的连接块连接成整体。机械手座8中心沿轴线方向钻有通孔，对应的支撑头25上也钻有通孔，该通孔方便导向杆37上下移动。在三个U型支撑内外分别设有销孔，销孔方便后期进行铰接连接。

对应的机械手指9包括左支撑部30、右支撑部31，左支撑部30、右支撑部31之间间隔并设置有橡胶内爪32，橡胶内爪32横截面为三角形且内设有横向的肋板，橡胶内爪32由橡胶制成，比较柔软且部分突出于左支撑部30、右支撑部31，保证在抓取时首先与果梨接触，减少抓取时对梨子的损伤。在左支撑部30、右支撑部31顶端安装有弧形的刀片13，多个刀片13在机械手指9缩拢后闭合，可对梨子果梗剪切。

为了实现机械手指9的自动抓取作业。将左支撑部30、右支撑部31上端的销孔处铰接V型的手指连杆33，V型的手指连杆33另一端与机械手连接座29、且位于内侧销孔位置进行铰接。将左支撑部30、右支撑部31下端的销孔处铰接手指摇杆34，手指摇杆34为钝三角板，钝三角板下端钝角处与机械手连接座29、且位于外侧销孔位置进行铰接，手指摇杆34可以钝角处为固定铰点进行转动。而手指摇杆34另一端则与手指拉杆35铰接。手指拉杆35另一端与拉杆连接座36铰接，拉杆连接座36滑动套在导向柱28上。在导向柱28内还滑动设置有导向杆37，导向杆37上端侧壁上周向设有三个连接短杆，三个连接短杆穿过导向柱28上的三个竖直的导槽并与拉杆连接座36连接。而导向杆37下端穿过机械手座8、支撑头25头部与第二滚珠丝杠机构12连接。第二滚珠丝杠机构12与第一滚珠丝杠机构6相同，也包括滑轨22，此处的滑轨22固定在支撑头25（支撑头25中间设有空缺）上，滑轨22上一端安装有第一微型电机19，第一微型电机19输出端与丝杆20连接，丝杆20另一端与滑轨22可转动连接。通过第一微型电机19带动丝杆20可使得丝杆20转动。而丝杆20上螺纹连接有滑块21，当丝杆20转动时，滑块21沿丝杆20上下移动。而滑块21与导向杆37连接，通过带动导向杆37上下移动可带动拉杆连接座36上下移动。当拉杆连接座36向下移动时，拉杆连接座36带动手指拉杆35向下移动，从而使得手指摇杆34绕机械手连接座29外侧铰接点转动，这样可推动机械手指9靠拢。由于机械手指9上端铰接的手指连杆33，手指连杆33另一端与机械手连接座29内侧铰接，这样可使得机械手平稳向上移动并靠拢，完全模拟了手抓取动作，并将果实进行抓取。当继续靠拢后，机械手指9顶端的三个刀片13闭合（当梨子过大时也可不闭合，利用连杆机械臂2的旋转及刀片13共同作用实现割断），完成对梨子果梗剪切。当拉杆连接座36向上移动时，可使得机械手指9张开，可将梨子放入到指定的装置内。

如图9-14所示，所述输果管道4包括上端的扩孔式接收部4-1，扩孔式接收部4-1由多个弹性片构成的锥形料斗，当三爪机械手3随连杆机械臂2转动时，三爪机械手3可以转到该锥形料斗处，随着三爪机械手3的张开，果实落入到锥形料斗内并继续向下落下。为了避免直线下降会果实造成损伤，在输送部4-2内设有螺旋式缓冲滑轨4-3，螺旋式缓冲滑轨4-3上铺设有带凸起的橡胶垫，这样沿延缓果实落下的速度，减少冲击力给果实落下后带来的损伤。在输送部4-2底端设有一个拐弯部，通过该拐弯部与挤压部4-4连接。通过一个拐角可再次将果实的速度降低，而挤压部4-4端口处设有锥形缩孔4-6，锥形缩孔4-6由多个阻尼弹性片（弹性金属片）构成，可在阻尼弹性片上套橡胶套，通过该锥形缩孔4-6可形成再次缓冲，使果实最终停留在此处且不会因冲击而产生损伤。而挤压部4-4上端设有缺口4-5，缺口4-5处设有推梨机构16，推梨机构16也为曲柄滑块机构。具体地，推梨机构16包括第二微型电机16-1，第二微型电机16-1的输出轴与第二曲柄16-2铰接，第二曲柄16-2另一端与推杆16-3铰接，推杆16-3与V型杆16-4铰接，V型杆16-4上端与箱体14铰接、下端伸入到输果管道4内。在一般情况下，V型杆16-4伸出缺口4-5外，当需要推动果实时，第二微型电机16-1带动第二曲柄16-2转动，从而使得V型杆16-4下端伸入到缺口4-5内并继续向前移动并将果实挤出锥形缩孔4-6外。

该锥形缩孔4-6后端即为箱体14的开口15，箱体14上设置有背带，方便农户将采摘的果实进行背运。上述推梨机构16及输果管道4下端均固定安装在该箱体14上，因此可将机械手采摘的果实送到箱体14合适的位置。

在开口15下部位于锥形缩孔4-6推出一侧设有托板，托板指向开口15方向具有一定向下的倾斜角度，可方便后期果实自动落入到箱体14内。而托板远离锥形缩孔4-6一侧设置有限位橡胶凸起，该结构可避免推梨机构16将果实推出后继续向前滚动。

所述挤压部4-4另一端设置有泡沫果袋输送机构17, 泡沫果袋输送机构17包括卷筒17-1，卷筒17-1固定安装在箱体14外壳上，卷筒17-1内中心设有果袋滚筒，果袋滚筒上卷有泡沫果袋17-2（泡沫果袋17-2即为市场上常规使用的菱形网格泡沫袋，套在水果上，两端开口，图中为了方便绘出的泡沫果袋为截面图），泡沫果袋17-2通过卷筒17-1下端的开口伸出卷筒17-1外，泡沫果袋17-2通过与果袋滚筒连接的第三微型电机17-3驱动而释放出来。在箱体14上卷筒17-1靠近开口15一侧设置有两对限位滚筒17-5，限位滚筒17-5可对扩张球17-4进行支撑，扩张球17-4主要用于泡沫果袋17-2套入并穿过，这样可使得泡沫果袋17-2前端开口张开。为了保证后期泡沫果袋17-2驱动后，泡沫果袋17-2开口能套在锥形缩孔4-6上，扩张球17-4的尺寸需要相对设置大一点。而限位滚筒17-5与卷筒17-1之间则还设置有成对的主动滚筒17-6，成对的主动滚筒17-6之间的间距较小，仅能容泡沫果袋17-2通过且可对泡沫果袋17-2产生一定的挤压，这样可形成一定的摩擦力，后期主动滚筒17-6转动时可使得泡沫果袋17-2依靠摩擦力驱动前进。

如图17所示，为了驱动两主动滚筒17-6运动，在箱体14内壁上安装有成对的主动皮带轮39，该主动皮带轮39与被动皮带轮38构成两组皮带传动机构，而与主动皮带轮39同轴还设置有成对啮合的齿轮，其中上端的齿轮与主动齿轮40啮合，主动齿轮40与卷筒17-1内的果袋滚筒同轴安装。当第三微型电机17-3转动时，部分泡沫果袋17-2脱离卷筒17-1并逐渐向外推出。与此同时，第三微型电机17-3也带动与果袋滚筒同轴连接的主动齿轮40逆时针转动，通过成对啮合的齿轮带动同轴的主动皮带轮39转动，通过皮带传动机构从而驱动两主动滚筒17-6运动。由于两主动滚筒17-6与泡沫果袋17-2之间存在轻微的挤压，具有一定的摩擦力，通过两主动滚筒17-6夹持可将泡沫果袋17-2向前输送。由于扩张球17-4开口较大，而锥形缩孔4-6为锥形，因此在输送一段距离后，泡沫果袋17-2会部分套在锥形缩孔4-6上。

如图13、图18所示，另外在扩张球17-4一侧上方还设置有剪切机构18，剪切机构18包括第四微型电机18-1，第四微型电机18-1安装在竖直的支撑板18-2上，第四微型电机18-1输出轴穿过支撑板18-2并与支撑板18-2另一侧的第三曲柄18-3一端连接，第三曲柄18-3另一端与第三连杆18-4铰接，第三连杆18-4下端与切刀18-5铰接，切刀18-5一端滑动设置在支撑板18-2的滑轨上，且下端刀刃正对泡沫果袋17-2。当需要切割时，电机带动该曲柄滑块机构中的切刀18-5下移，即可对泡沫果袋17-2进行剪切。

在未工作时，可通过第三微型电机17-3及两主动滚筒17-6动作将泡沫果袋17-2部分拉出，人为将泡沫果袋17-2套在扩张球17-4上，在驱动过程中，泡沫果袋17-2自然部分套在锥形缩孔4-6上。当梨子到达锥形缩孔4-6时，通过推梨机构16将梨推出，然后剪切机构18下移将泡沫果袋17-2进行剪切，则泡沫果袋17-2自动包装在梨子上，由于开口15下端的托板向开口15方向存在一定向下的倾斜角，因此在重力作用下包装好的梨子自动进入到开口15内，进行装箱。然后第三微型电机17-3继续动作，将泡沫果袋17-2进行再次输出，并再次部分套在锥形缩孔4-6上，方便下次包装。泡沫果袋17-2每次输出的长度可根据需要控制相应的电机的转速及转动圈数进行控制。

由于开口15下端的托板右端设置限位橡胶条，限位橡胶条可避免梨子推出后滚到剪切机构18下方。进而避免推梨机构16将梨子推过界而使剪切机构18对梨子造成误切

上述微型电机动作均通过PLC控制器控制。上述驱动机构的有序动作除了可通过PLC控制器编程控制外，还可通过相应的红外传感器进行信号接收传递进行控制。如连杆机械臂2与三爪机械手3之间的有序动作可根据PLC控制器编程控制。而推梨机构16则可通过在缺口4-5处一侧的壳体上安装红外传感器，利用红外传感器检测到果实到达后再利用PLC控制器驱动相应的推梨机构16动作。推梨机构16推送、剪切机构18进行剪切及泡沫果袋输送机构17进行泡沫果袋的再套这几个动作之间的时间间隔及顺序可根据PLC控制器编程控制。这样可使得整个过程连贯有效。

工作原理及过程：

1）、检查核实泡沫果袋17-2伸出卷筒17-1，是否套在锥形缩孔4-6；根据需要采摘的水果的高度，调整好伸缩杆1的长度，采摘时可一手托着自动包装收集箱5的背带，一手撑起伸缩杆1。

2）、将三爪机械手3对准沙梨，按动相应的控制开关，第二滚珠丝杠机构12中的微型电机启动，第二滚珠丝杠机构12带动滑座11下移，滑座11通过传动杆机构10使得机械手座8上的机械手指9收缩，抓紧果实。

3）、收缩直径至60mm后；连杆机械臂2的第一滚珠丝杠机构6中的微型电机启动，第一滚珠丝杠机构6上的滑块带动连杆机构7运动，使得三爪机械手3进行偏转，产生横向剪切力，再利用刀片13切割使沙梨果实果梗与树枝连接处断裂。

4）、当三爪机械手3继续旋转后，可旋转至输果管道4处，三爪机械手3处的第二滚珠丝杠机构12反向动作，使得机械手指9张开，果实沿输果管道4落下。连杆机械臂2的第一滚珠丝杠机构6中的微型电机反向动作，连杆机械臂2反向转动，实现复位。

5）、而果实沿输果管道4落下后到达锥形缩孔4-6处，由于泡沫果袋17-2穿过扩张球17-4并套在锥形缩孔4-6上，因此当果实滚出时，可进入到泡沫果袋17-2内且下端通过开口15下方的托板进行支撑，由于托板上右侧设有弧形凸起，果实位于剪切机构18的左侧。

6）、剪切机构18中的微型电机动作，将泡沫果袋17-2剪断，包装好的果实则落入后面的箱体14内。

7）、剪切机构18中的微型电机反转复位，而泡沫果袋由第三微型电机17-3带动及主动滚筒17-6导向驱动，向前推进，重新套上柔性的锥形缩孔上，恢复至初始状态。依次循环往复，实现对沙梨果实的半自动采摘包装收集。

Claims (6)

1.一种多功能梨子采摘器，其特征在于：包括伸缩杆（1），伸缩杆（1）上固定有连杆机械臂（2），连杆机械臂（2）顶端安装有三爪机械手（3），伸缩杆（1）下端与输果管道（4）固定连接，输果管道（4）另一端与自动包装收集箱（5）连通；

所述连杆机械臂（2）包括第一滚珠丝杠机构（6），第一滚珠丝杠机构（6）的滑块与连杆机构（7）构成曲柄滑块机构，曲柄滑块机构带动三爪机械手（3）旋转并实现三爪机械手（3）与输果管道（4）正对或竖直；

所述三爪机械手（3）包括机械手座（8），机械手座（8）上安装有机械手指（9），机械手指（9）通过传动杆机构（10）与滑座（11）连接，滑座（11）通过第二滚珠丝杠机构（12）带动机械手座（8）上下滑动并使机械手指（9）张开或并拢，机械手指（9）顶端安装有刀片（13），刀片（13）闭合后可对梨子果梗剪切；

所述自动包装收集箱（5）包括箱体（14），箱体（14）一侧设有开口（15），开口（15）与输果管道（4）出口侧对；所述输果管道（4）在输果管道（4）出口处设置有缺口，缺口内安装有推梨机构（16），位于开口（15）另一端则设有泡沫果袋输送机构（17），泡沫果袋通过泡沫果袋输送机构（17）输送并套在输果管道（4）端口上；泡沫果袋输送机构（17）与输果管道（4）之间上方安装有剪切机构（18），剪切机构（18）对泡沫果袋进行剪切；

所述输果管道（4）包括上端的扩孔式接收部（4-1），扩孔式接收部（4-1）与输送部（4-2）连接，输送部（4-2）内设有螺旋式缓冲滑轨（4-3），输送部（4-2）底端拐弯处于挤压部（4-4）连接，挤压部（4-4）处上端设有缺口（4-5），缺口（4-5）处设有推梨机构（16），挤压部（4-4）另一端则设有锥形缩孔（4-6），锥形缩孔（4-6）由多个阻尼弹性片构成；

所述推梨机构（16）包括第二微型电机（16-1），第二微型电机（16-1）与第二曲柄（16-2）铰接，第二曲柄（16-2）另一端与推杆（16-3）铰接，推杆（16-3）与V型杆（16-4）铰接，V型杆（16-4）上端与箱体（14）铰接、下端伸入到输果管道（4）内；

所述泡沫果袋输送机构（17）包括卷筒（17-1），卷筒（17-1）内卷有泡沫果袋（17-2），泡沫果袋（17-2）通过卷筒（17-1）外的第三微型电机（17-3）带动输出并套在扩张球（17-4）上，扩张球（17-4）通过限位滚筒（17-5）限位；所述扩张球（17-4）与卷筒（17-1）之间设置有主动滚筒（17-6），主动滚筒（17-6）将泡沫果袋（17-2）推进并套在锥形缩孔（4-6）上。

2.根据权利要求1所述的一种多功能梨子采摘器，其特征在于：所述第一滚珠丝杠机构（6）、第二滚珠丝杠机构（12）均包括第一微型电机（19）、第一微型电机（19）输出端与丝杆（20）连接，丝杆（20）上螺纹连接有滑块（21），滑块（21）滑动设置在滑轨（22）上；其中第一滚珠丝杠机构（6）的滑轨（22）固定在伸缩杆（1）上，第二滚珠丝杠机构（12）的滑轨（22）固定在连杆机构（7）上。

3.根据权利要求1所述的一种多功能梨子采摘器，其特征在于：所述连杆机构（7）包括第一连杆（23），第一连杆（23）一端与第一滚珠丝杠机构（6）上的滑块（21）铰接、另一端与第一曲柄（24）铰接，第一曲柄（24）另一端与支撑头（25）一端固接成整体后与连接头（26）上端可转动连接，连接头（26）下端固定在第一滚珠丝杠机构（6）的滑轨（22）上。

4.根据权利要求1所述的一种多功能梨子采摘器，其特征在于：所述机械手座（8）包括底盘（27），底盘（27）上设有导向柱（28），导向柱（28）上沿长度方向周向开槽，导向柱（28）顶端设有机械手连接座（29），机械手连接座（29）内外设有销孔；所述机械手指（9）包括左支撑部（30）、右支撑部（31），左支撑部（30）、右支撑部（31）之间间隔并设置有橡胶内爪（32），左支撑部（30）、右支撑部（31）顶端安装有刀片（13），多个刀片（13）在机械手指（9）缩拢后闭合。

5.根据权利要求1所述的一种多功能梨子采摘器，其特征在于：所述传动杆机构（10）包括手指连杆（33）、手指摇杆（34）及手指拉杆（35），手指连杆（33）为两组，一组手指连杆（33）一端与左支撑部（30）外侧上部铰接点铰接、另一端与机械手连接座（29）内侧铰接点铰接；一组手指连杆（33）一端与右支撑部（31）外侧上部铰接点铰接、另一端与机械手连接座（29）内侧铰接点铰接；所述手指摇杆（34）为两组，一组手指摇杆（34）一端与左支撑部（30）下部铰接点铰接、另一端与手指拉杆（35）铰接；一组手指摇杆（34）一端与右支撑部（31）下部铰接点铰接、另一端与手指拉杆（35）铰接；每组手指摇杆（34）的中间段一点与机械手连接座（29）外侧铰接点铰接、且以该铰接点为固定转轴转动；所述手指拉杆（35）另一端与滑座（11）铰接，滑座（11）包括拉杆连接座（36），拉杆连接座（36）滑动套在导向柱（28）上且与导向柱（28）内侧的导向杆（37）连接，导向杆（37）下端穿过支撑头（25）上的孔并与第二滚珠丝杠机构（12）的移动部连接。

6.根据权利要求1-5中任意一项所述的一种多功能梨子采摘器进行梨子采摘的方法，包括以下步骤：

步骤1）、检查核实泡沫果袋（17-2）伸出卷筒（17-1），是否套在锥形缩孔（4-6）；根据需要采摘的水果的高度，调整好伸缩杆（1）的长度，采摘时可一手托着自动包装收集箱（5）的背带，一手撑起伸缩杆（1）；

步骤2）、将三爪机械手（3）对准沙梨，按动相应的控制开关，第二滚珠丝杠机构（12）中的微型电机启动，第二滚珠丝杠机构（12）带动滑座（11）下移，滑座（11）通过传动杆机构（10）使得机械手座（8）上的机械手指（9）收缩，抓紧果实；

步骤3）、收缩直径至60mm后；连杆机械臂（2）的第一滚珠丝杠机构（6）中的微型电机启动，第一滚珠丝杠机构（6）上的滑块带动连杆机构（7）运动，使得三爪机械手（3）进行偏转，产生横向剪切力，再利用刀片（13）切割使沙梨果实果梗与树枝连接处断裂；

步骤4）、当三爪机械手（3）继续旋转后，可旋转至输果管道（4）处，三爪机械手（3）处的第二滚珠丝杠机构（12）反向动作，使得机械手指（9）张开，果实沿输果管道（4）落下；

连杆机械臂（2）的第一滚珠丝杠机构（6）中的微型电机反向动作，连杆机械臂（2）反向转动，实现复位；

步骤5）、而果实沿输果管道（4）落下后到达锥形缩孔（4-6）处，由于泡沫果袋（17-2）穿过扩张球（17-4）并套在锥形缩孔（4-6）上，因此当果实滚出时，可进入到泡沫果袋（17-2）内且下端通过开口（15）下方的托板进行支撑，由于托板上右侧设有弧形突起，果实位于剪切机构（18）的左侧；

步骤6）、剪切机构（18）中的微型电机动作，将泡沫果袋（17-2）剪断，包装好的果实则落入后面的箱体（14）内；

步骤7）、剪切机构（18）中的微型电机反转复位，而泡沫果袋由第三微型电机（17-3）带动及主动滚筒（17-6）导向驱动，向前推进，重新套上柔性的锥形缩孔上，恢复至初始状态；依次循环往复，实现对沙梨果实的半自动采摘包装收集。

Images