CN109121721B - 一种振动式水果采摘装置及采摘方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种振动式自动化水果采摘装置，所述的振动式自动化水果采摘装置包括车架、振动机构、接收机构、传送机构、收集机构和运动机构；所述的振动机构、接收机构、传送机构和收集机构设于所述的车架上，所述的接收机构设于所述的振动机构的一侧，所述的传送机构能够将所述的接收机构内的水果运送至所述的收集机构内；本发明将激振器与机械手相结合，使用齿轮齿条、气缸气动等多种传动方式，实现了机械手的多自由度调整，并且在车身多处安装了弹簧用于减震，解决振动给采摘装置自身带来的连接松散等问题，并且可大幅提高水果采摘的效率，节省时间和人力，降低成本，并且该采摘装置自动化程度高，操作简单高效，减少果农工作量。

Description

一种振动式水果采摘装置及采摘方法

技术领域

本发明属于水果采摘技术领域，特别涉及一种振动式水果采摘装置及采摘方法。

背景技术

目前国内已有的机械大多是针对采摘体积较大的水果而设计的，如苹果、柑橘、鸭梨等，方式多种多样，如刀片辅助采摘、电气动辅助采摘等，相关技术已比较成熟。但像樱桃、杏等水果因为体积较小，并不适合用类似采摘苹果的机械进行采摘，国内相关的机械采摘产品也比较少见，技术也不是很成熟。

发明内容

本发明的目的是提供一种振动式水果采摘装置及采摘方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种振动式自动化水果采摘装置，所述的振动式自动化水果采摘装置包括车架、振动机构、接收机构、传送机构、收集机构和运动机构；所述的振动机构、接收机构、传送机构和收集机构设于所述的车架上，所述的接收机构设于所述的振动机构的一侧，所述的传送机构能够将所述的接收机构内的水果运送至所述的收集机构内。

所述的运动机构包括运动电机、车轮、车轴；所述的车轮设于所述的车架的下方，运动电机的输出轴通过车轴与车轮相连接，运动电机能够带动车轮转动。

所述的振动机构包括夹持机构、激振器、角度调整机构和升降机构，所述的夹持机构设于所述的升降机构一侧，所述的角度调整机构设于所述的升降机构底部，所述的激振器设于所述的夹持机构上，所述的升降机构通过所述的角度调整机构与所述的车架相连。

所述的角度调整机构由底座、设于所述底座上的涡轮Ⅰ、设于所述涡轮Ⅰ的一侧并与所述涡轮Ⅰ相啮合的蜗杆Ⅰ和用于驱动所述蜗杆Ⅰ转动的电机Ⅰ组成,所述的底座与所述的车架进行轴连接，所述的涡轮Ⅰ固定安装于所述的底座上，所述电机Ⅰ的输出轴与所述的蜗杆Ⅰ相连。

所述的升降机构由主臂支架、前臂、后臂，分别设于前臂和后臂上的齿条Ⅰ和齿条Ⅱ，分别与所述的齿条Ⅰ和齿条Ⅱ相啮合的齿轮Ⅰ和齿轮Ⅱ，驱动所述的齿轮Ⅰ和齿轮Ⅱ转动的电机Ⅱ和电机Ⅲ以及减震组件组成，所述的前臂、后臂、齿条Ⅰ、齿条Ⅱ、齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ、电机Ⅱ和电机Ⅲ分别为两个，所述的前臂和后臂平行设置，所述的主臂支架设于所述的前臂和后臂上，所述的电机Ⅱ和电机Ⅲ的输出轴分别与所述的齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ相连，所述的齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ分别与所述的齿条Ⅰ齿条Ⅱ相啮合，所述的电机Ⅱ和电机Ⅲ分别与所述的齿条Ⅰ、齿条Ⅱ滑动连接，两个所述的电机Ⅱ之间和两个所述的电机Ⅲ之间分别设有减震支撑板Ⅰ和减震支撑板Ⅱ，所述的减震组件为两组，分别为减震组件Ⅰ和减震组件Ⅱ，所述的减震组件Ⅰ和减震组件Ⅱ的一端分别与所述的减震支撑板Ⅰ和减震支撑板Ⅱ相连，所述的减震组件Ⅰ和减震组件Ⅱ的另一端分别与所述的主臂支架相连，所述的减震组件Ⅰ和减震组件Ⅱ分别为若干个弹簧Ⅰ和弹簧Ⅱ；所述的后臂和前臂设于所述的底座上；前臂和后臂采用不同的电机进行驱动，以实现前臂和后臂的上升与下降。

所述的夹持机构设于所述的主臂支架上方，所述的主臂支架上设有齿条Ⅲ，所述的夹持机构为机械手,所述的机械手的一端设有压缩气缸，所述的压缩气缸用于控制机械手的开合，所述的压缩气缸远离机械手的一端设有转动支架，所述的转动支架的一端设有电机Ⅳ，所述的电机Ⅳ的输出轴与所述的转动支架相连，所述的电机Ⅳ用于控制机械手转动，所述的电机Ⅳ用于控制机械手转动，所述的齿条Ⅲ上设有电机Ⅴ，所述的电机Ⅴ的输出轴连接有齿轮Ⅲ，所述的齿轮Ⅲ与所述的齿条Ⅲ相啮合，所述的电机Ⅴ设于所述的电机Ⅳ的一端，所述的电机Ⅴ用于控制机械手的伸长或缩短；所述的激振器设于所述的机械手上。

所述的接收机构包括接收网、挡板、伸缩杆和伸缩机构；所述的挡板位于所述的车架的一侧，所述的接收网的顶端与所述的伸缩杆的顶端固定连接，所述的接收网的底端固定于所述的挡板上，所述的伸缩杆的底端与所述的伸缩机构相连，所述的伸缩机构包括伸缩支架、设于所述的伸缩支架上的齿条Ⅳ、与所述齿条Ⅳ相啮合的齿轮Ⅳ以及驱动齿轮Ⅳ转动的电机Ⅵ，所述的伸缩杆的底端固定于所述的电机Ⅵ上。

所述的传送机构为两个，分别为传送机构Ⅰ和传送机构Ⅱ，所述的传送机构Ⅰ包括传送带Ⅰ、若干个设于传送带Ⅰ上的卡条Ⅰ、若干个设于传送带Ⅰ下方的传送齿轮Ⅰ、传送电机Ⅰ，所述的传送电机Ⅰ通过联轴器Ⅰ与所述的传送齿轮Ⅰ相连，所述的传送机构Ⅰ设于所述的挡板下方，所述的传送机构Ⅱ包括传送带Ⅱ、若干个设于传送带Ⅱ上的卡条Ⅱ、若干个设于传送带Ⅱ下方的传送齿轮Ⅱ、传送电机Ⅱ，所述的传送电机Ⅱ通过联轴器Ⅱ与所述的传送齿轮Ⅱ相连，所述的传送机构Ⅱ设于所述的车架的一侧，所述的传送机构Ⅰ和传送机构Ⅱ相连；所述的传送机构Ⅱ通过导向板Ⅰ与所述的收集机构相连，所述的收集机构为可拆卸的水果筐；所述的传送机构Ⅰ的一侧设有导向板Ⅱ。

还包括控制机构和摄像头；所述的摄像头设于所述的机械手上方；运动电机、激振器、压缩气缸、转动支架、电机Ⅰ-Ⅵ、传送电机均设置有信号接收端，控制机构的信号输出端分别与运动电机、激振器、压缩气缸、转动支架、电机Ⅰ-Ⅵ、传送电机的信号接收端相连接，通过控制机构能够控制运动电机、激振器、压缩气缸、转动支架、电机Ⅰ-Ⅵ、传送电机的运行状态；一种基于振动式自动化水果采摘装置的采摘方法，具体步骤包括：

步骤1，启动运动电机将采摘机构运送至待采摘地点；步骤2，启动电机Ⅴ，打开接收网；使接收网在撑出后树干能顺利通过，并让树干位于布中间。

步骤3，调整电机Ⅰ-Ⅳ，使得夹持机构对准待采摘的果树树干，控制压缩气缸使得夹紧机构夹紧果树的树干；步骤4，启动激振器，通过机械手将振动传动至果树树干，使水果落入接收网；步骤5，启动电机Ⅴ使得伸缩杆向挡板一侧移动，水果被挡板阻挡，水果会堆积在挡板附近，随着接收网上的面积减小，水果将会经由导向板Ⅱ自动的落入传送机构Ⅰ上；步骤6，启动传送电机，通过传送机构Ⅰ和传送机构Ⅱ运转将水果运送至水果筐内。

本发明相对于现有技术的有益技术效果是，本发明将激振器与机械爪相结合，使用齿轮齿条、气缸气动等多种传动方式，实现了机械爪的多自由度调整，并且在车身多处安装了弹簧用于减震，解决振动给采摘装置自身带来的连接松散等问题；本发明的水果采摘装置可大幅提高水果采摘的效率，节省时间和人力，降低成本，并且该采摘装置自动化程度高，操作简单高效，减少果农工作量。

附图说明

图1为本发明的主视图。

图2为本发明的左视图。

图3为本发明的俯视图。

图4为本发明的传送带平面图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施倒对本发明作进一步的说明。

为了使本发明的内部结构更加直观的显示，附图1中为没有配置伸缩机构的采摘装置，如图所示，一种振动式自动化水果采摘装置，所述的振动式自动化水果采摘装置包括车架26、振动机构、接收机构、传送机构、收集机构和运动机构；所述的振动机构、接收机构、传送机构和收集机构设于所述的车架26上，所述的接收机构设于所述的振动机构的一侧，所述的传送机构能够将所述的接收机构内的水果运送至所述的收集机构内。

所述的运动机构包括运动电机、车轮6、车轴；所述的车轮6设于所述的车架26的下方，运动电机的输出轴通过车轴与车轮6相连接，运动电机能够带动车轮6转动。

所述的振动机构包括夹持机构、激振器10、角度调整机构和升降机构，所述的夹持机构设于所述的升降机构一侧，所述的角度调整机构设于所述的升降机构底部，所述的激振器10设于所述的夹持机构上，所述的升降机构通过所述的角度调整机构与所述的车架26相连。

所述的角度调整机构由底座23、设于所述底座23上的涡轮Ⅰ8、设于所述涡轮Ⅰ8的一侧并与所述涡轮Ⅰ8相啮合的蜗杆Ⅰ7和用于驱动所述蜗杆Ⅰ7转动的电机Ⅰ组成,所述的底座23与所述的车架进行轴连接，所述的涡轮Ⅰ8固定安装于所述的底座23上，所述电机Ⅰ的输出轴与所述的蜗杆Ⅰ7相连。

所述的升降机构由主臂支架24、前臂、后臂，分别设于前臂和后臂上的齿条Ⅰ2和齿条Ⅱ17，分别与所述的齿条Ⅰ2和齿条Ⅱ17相啮合的齿轮Ⅰ和齿轮Ⅱ，驱动所述的齿轮Ⅰ和齿轮Ⅱ转动的电机Ⅱ25和电机Ⅲ14以及减震组件组成，所述的前臂、后臂、齿条Ⅰ2、齿条Ⅱ17、齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ、电机Ⅱ25和电机Ⅲ14分别为两个，所述的前臂和后臂平行设置，所述的主臂支架24设于所述的前臂和后臂上，所述的电机Ⅱ25和电机Ⅲ14的输出轴分别与所述的齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ相连，所述的齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ分别与所述的齿条Ⅰ2、齿条Ⅱ17相啮合，所述的电机Ⅱ25和电机Ⅲ14分别与所述的齿条Ⅰ2、齿条Ⅱ17滑动连接，两个所述的电机Ⅱ25之间和两个所述的电机Ⅲ14之间分别设有减震支撑板Ⅰ和减震支撑板Ⅱ，所述的减震组件为两组，分别为减震组件Ⅰ和减震组件Ⅱ，所述的减震组件Ⅰ和减震组件Ⅱ的一端分别与所述的减震支撑板Ⅰ和减震支撑板Ⅱ相连，所述的减震组件Ⅰ和减震组件Ⅱ的另一端分别与所述的主臂支架24相连，所述的减震组件Ⅰ和减震组件Ⅱ分别为若干个弹簧Ⅰ9和弹簧Ⅱ16；所述的后臂和前臂设于所述的底座23上；前臂和后臂采用不同的电机进行驱动，以实现前臂和后臂的上升与下降。

所述的夹持机构1设于所述的主臂支架24上方，所述的主臂支架24上设有齿条Ⅲ19，所述的夹持机构为机械手1,所述的机械手1的一端设有压缩气缸22，所述的压缩气缸22用于控制机械手1的开合，所述的压缩气缸22远离机械手1的一端设有转动支架21，所述的转动支架21的一端设有电机Ⅳ20，所述的电机Ⅳ20的输出轴与所述的转动支架21相连，所述的电机Ⅳ20用于控制机械手1转动，所述的齿条Ⅲ19上设有电机Ⅴ18，所述的电机Ⅴ18的输出轴连接有齿轮Ⅲ，所述的齿轮Ⅲ与所述的齿条Ⅲ19相啮合，所述的电机Ⅴ18设于所述的电机Ⅳ20的一端，所述的电机Ⅴ18用于控制机械手1的伸长或缩短；所述的激振器10设于所述的机械手1上。

所述的接收机构包括接收网30、挡板29、伸缩杆28和伸缩机构；所述的挡板29位于所述的车架26的一侧，所述的接收网30的顶端与所述的伸缩杆28的顶端固定连接，所述的接收网30的底端固定于所述的挡板29上，所述的伸缩杆28的底端与所述的伸缩机构相连，所述的伸缩机构包括伸缩支架、设于所述的伸缩支架上的齿条Ⅳ3、与所述齿条Ⅳ3相啮合的齿轮Ⅳ以及驱动齿轮Ⅳ转动的电机Ⅵ32，所述的伸缩杆28的底端固定于所述的电机Ⅵ32上；所述的接收网30中部可以设有以切口31，使接收网在撑出后树干能顺利通过，并让树位于布中间。

所述的传送机构为两个，分别为传送机构Ⅰ和传送机构Ⅱ15，所述的传送机构Ⅰ包括传送带Ⅰ34、若干个设于传送带Ⅰ34上的卡条Ⅰ33、若干个设于传送带Ⅰ34下方的传送齿轮Ⅰ5、传送电机Ⅰ，所述的传送电机Ⅰ通过联轴器Ⅰ与所述的传送齿轮Ⅰ5相连，所述的传送机构Ⅰ设于所述的挡板下方，所述的传送机构Ⅱ15包括传送带Ⅱ、若干个设于传送带Ⅱ上的卡条Ⅱ、若干个设于传送带Ⅱ下方的传送齿轮Ⅱ4、传送电机Ⅱ，所述的传送电机Ⅱ通过联轴器Ⅱ与所述的传送齿轮Ⅱ4相连，所述的传送机构Ⅱ15设于所述的车架26的一侧，所述的传送机构Ⅰ和传送机构Ⅱ15相连；所述的传送机构Ⅱ15通过导向板Ⅰ27与所述的收集机构相连，所述的收集机构为可拆卸的水果筐13；所述的传送机构Ⅰ的一侧设有导向板Ⅱ12；传送带Ⅰ、卡条Ⅰ的结构与传送带Ⅱ、卡条Ⅱ的结构相同。

所述的一种振动式自动化水果采摘装置还包括控制机构和摄像头；所述的摄像头11设于所述的机械手1上方；所述的运动电机、激振器10、压缩气缸22、转动支架21、电机Ⅰ-Ⅵ、传送电机均设置有信号接收端，控制机构的信号输出端分别与运动电机、激振器10、压缩气缸22、转动支架21、电机Ⅰ-Ⅵ、传送电机的信号接收端相连接，通过控制机构能够控制运动电机、激振器10、压缩气缸22、转动支架21、电机Ⅰ-Ⅵ、传送电机的运行状态；本发明中的控制机构可以是手机、电脑或者安装于采摘装置上的控制箱。

一种基于振动式自动化水果采摘装置的采摘方法，具体步骤包括：步骤1，启动运动电机将采摘机构运送至待采摘地点；步骤2，启动电机Ⅴ18，打开接收网；使接收网在撑出后树干能顺利通过，并让树干位于布中间。

步骤3，调整电机Ⅰ-Ⅳ，使得夹持机构对准待采摘的果树树干，控制压缩气缸使得夹紧机构夹紧果树的树干；步骤4，启动激振器，通过机械手1将振动传动至果树树干，使水果落入接收网；步骤5，启动电机Ⅴ18使得伸缩杆向挡板一侧移动，水果被挡板阻挡，水果会堆积在挡板附近，随着接收网上的面积减小，水果将会经由导向板Ⅱ12自动的落入传送机构Ⅰ上；步骤6，启动传送电机，通过传送机构Ⅰ和传送机构Ⅱ15运转将水果运送至水果筐13内。

本发明中通过压缩气缸控制机械手的开合为现有技术，在此不进行赘述。

Claims (3)

1.一种振动式自动化水果采摘装置，其特征在于，所述的振动式自动化水果采摘装置包括车架、振动机构、接收机构、传送机构、收集机构和运动机构；所述的振动机构、接收机构、传送机构和收集机构设于所述的车架上，所述的接收机构设于所述的振动机构的一侧，所述的传送机构能够将所述的接收机构内的水果运送至所述的收集机构内；所述的运动机构包括运动电机、车轮、车轴；所述的车轮设于所述的车架的下方，运动电机的输出轴通过车轴与车轮相连接，运动电机能够带动车轮转动；所述的振动机构包括夹持机构、激振器、角度调整机构和升降机构，所述的夹持机构设于所述的升降机构一侧，所述的角度调整机构设于所述的升降机构底部，所述的激振器设于所述的夹持机构上，所述的升降机构通过所述的角度调整机构与所述的车架相连；所述的角度调整机构由底座、设于所述底座上的涡轮Ⅰ、设于所述涡轮Ⅰ的一侧并与所述涡轮Ⅰ相啮合的蜗杆Ⅰ和用于驱动所述蜗杆Ⅰ转动的电机Ⅰ组成，所述的底座与所述的车架进行轴连接，所述的涡轮Ⅰ固定安装于所述的底座上，所述电机Ⅰ的输出轴与所述的蜗杆Ⅰ相连；所述的升降机构由主臂支架、前臂、后臂，分别设于前臂和后臂上的齿条Ⅰ和齿条Ⅱ，分别与所述的齿条Ⅰ和齿条Ⅱ相啮合的齿轮Ⅰ和齿轮Ⅱ，驱动所述的齿轮Ⅰ和齿轮Ⅱ转动的电机Ⅱ和电机Ⅲ以及减震组件组成，所述的前臂、后臂、齿条Ⅰ、齿条Ⅱ、齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ、电机Ⅱ和电机Ⅲ分别为两个，所述的前臂和后臂平行设置，所述的主臂支架设于所述的前臂和后臂上，所述的电机Ⅱ和电机Ⅲ的输出轴分别与所述的齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ相连，所述的齿轮Ⅰ、齿轮Ⅱ分别与所述的齿条Ⅰ、齿条Ⅱ相啮合，所述的电机Ⅱ和电机Ⅲ分别与所述的齿条Ⅰ、齿条Ⅱ滑动连接，两个所述的电机Ⅱ之间和两个所述的电机Ⅲ之间分别设有减震支撑板Ⅰ和减震支撑板Ⅱ，所述的减震组件为两组，分别为减震组件Ⅰ和减震组件Ⅱ，所述的减震组件Ⅰ和减震组件Ⅱ的一端分别与所述的减震支撑板Ⅰ和减震支撑板Ⅱ相连，所述的减震组件Ⅰ和减震组件Ⅱ的另一端分别与所述的主臂支架相连，所述的减震组件Ⅰ和减震组件Ⅱ分别为若干个弹簧Ⅰ和弹簧Ⅱ；所述的后臂和前臂设于所述的底座上；前臂和后臂采用不同的电机进行驱动，以实现前臂和后臂的上升与下降；所述的夹持机构设于所述的主臂支架上方，所述的主臂支架上设有齿条Ⅲ，所述的夹持机构为机械手,所述的机械手的一端设有压缩气缸，所述的压缩气缸用于控制机械手的开合，所述的压缩气缸远离机械手的一端设有转动支架，所述的转动支架的一端设有电机Ⅳ，所述的电机Ⅳ的输出轴与所述的转动支架相连，所述的电机Ⅳ用于控制机械手转动，所述的齿条Ⅲ上设有电机Ⅴ，所述的电机Ⅴ的输出轴连接有齿轮Ⅲ，所述的齿轮Ⅲ与所述的齿条Ⅲ相啮合，所述的电机Ⅴ设于所述的电机Ⅳ的一端，所述的电机Ⅴ用于控制机械手的伸长或缩短；所述的激振器设于所述的机械手上；所述的接收机构包括接收网、挡板、伸缩杆和伸缩机构；所述的挡板位于所述的车架的一侧，所述的接收网的顶端与所述的伸缩杆的顶端固定连接，所述的接收网的底端固定于所述的挡板上，所述的伸缩杆的底端与所述的伸缩机构相连，所述的伸缩机构包括伸缩支架、设于所述的伸缩支架上的齿条Ⅳ、与所述齿条Ⅳ相啮合的齿轮Ⅳ以及驱动齿轮Ⅳ转动的电机Ⅵ，所述的伸缩杆的底端固定于所述的电机Ⅵ上；所述的传送机构为两个，分别为传送机构Ⅰ和传送机构Ⅱ，所述的传送机构Ⅰ包括传送带Ⅰ、若干个设于传送带Ⅰ上的卡条Ⅰ、若干个设于传送带Ⅰ下方的传送齿轮Ⅰ、传送电机Ⅰ，所述的传送电机Ⅰ通过联轴器Ⅰ与所述的传送齿轮Ⅰ相连，所述的传送机构Ⅰ设于所述的挡板下方，所述的传送机构Ⅱ包括传送带Ⅱ、若干个设于传送带Ⅱ上的卡条Ⅱ、若干个设于传送带Ⅱ下方的传送齿轮Ⅱ、传送电机Ⅱ，所述的传送电机Ⅱ通过联轴器Ⅱ与所述的传送齿轮Ⅱ相连，所述的传送机构Ⅱ设于所述的车架的一侧，所述的传送机构Ⅰ和传送机构Ⅱ相连；所述的传送机构Ⅱ通过导向板Ⅰ与所述的收集机构相连，所述的收集机构为可拆卸的水果筐；所述的传送机构Ⅰ的一侧设有导向板Ⅱ。

2.根据权利要求1所述的一种振动式自动化水果采摘装置，其特征在于，还包括控制机构和摄像头；所述的摄像头设于所述的机械手上方；运动电机、激振器、压缩气缸、转动支架、电机Ⅰ-Ⅵ、传送电机均设置有信号接收端，控制机构的信号输出端分别与运动电机、激振器、压缩气缸、转动支架、电机Ⅰ-Ⅵ、传送电机的信号接收端相连接，通过控制机构能够控制运动电机、激振器、压缩气缸、转动支架、电机Ⅰ-Ⅵ、传送电机的运行状态。

3.一种基于权利要求2所述的振动式自动化水果采摘装置的采摘方法，其特征在于，具体步骤包括：步骤1，启动运动电机将采摘机构运送至待采摘地点；步骤2，启动电机Ⅴ，打开接收网；使接收网在撑出后树干能顺利通过，并让树干位于布中间；步骤3，调整电机Ⅰ-Ⅳ，使得夹持机构对准待采摘的果树树干，控制压缩气缸使得夹紧机构夹紧果树的树干；步骤4，启动激振器，通过机械手将振动传动至果树树干，使水果落入接收网；步骤5，启动电机Ⅴ使得伸缩杆向挡板一侧移动，水果被挡板阻挡，水果会堆积在挡板附近，随着接收网上的面积减小，水果将会经由导向板Ⅱ自动的落入传送机构Ⅰ上；步骤6，启动传送电机，通过传送机构Ⅰ和传送机构Ⅱ运转将水果运送至水果筐内。

Images