CN109220209B - 一种草莓自动采摘机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种草莓自动采摘机，包括机架、采摘执行电机、齿轮传动机构、往复运动驱动机构、曲柄摇杆执行机构、摘取爪斗、果实接收装置、识别定位结构和电控系统；采摘执行电机、齿轮传动机构和曲柄摇杆执行机构三部分水平可移动式支撑于机架的上方，采摘执行电机的输出端与齿轮传动机构的第一传动轴连接，往复运动驱动机构的凸轮固定于齿轮传动机构的第二传动轴上，曲柄摇杆执行机构的机架臂和曲柄分别与第二传动轴的两端连接，摘取爪斗通过舵机安装于连杆外伸臂的端部，果实接收装置设置于摘取爪斗的下方，识别定位结构安装于摘取爪斗的一侧外。本草莓自动采摘机设计合理、运动准确、可靠性强、采摘效率高、且破损率低。

Description

一种草莓自动采摘机

技术领域

本发明属于农业机械化采摘技术应用领域，涉及草莓采摘技术，尤其涉及一种草莓自动采摘机。

背景技术

在水果产业里，最主要的难点在于水果采摘，其不仅耗时而且费力，这使得广大果农所担负的劳动强度很大，故而将广大果农从繁重的采摘作业解放出来成为需要考虑的重点问题。现有草莓采摘机上的采摘夹持机构多利用简单三维运动完成抓取，难点是搜索草莓位置并识别枝条，多存在采摘位置不当，导致夹烂草莓、夹错地方等问题。

经现有技术检索，未检索到与本专利相近的技术方案。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种设计合理、运动准确、可靠性强、采摘效率高、破损率低的草莓自动采摘机。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种草莓自动采摘机，其特征在于：

包括机架、采摘执行电机、齿轮传动机构、往复运动驱动机构、曲柄摇杆执行机构、摘取爪斗、果实接收装置、识别定位结构和电控系统；

所述机架为由电机驱动的可移动式机架；

所述采摘执行电机固定于电机托板上；

所述齿轮传动机构包括上下啮合的第二齿轮和第一齿轮，第一齿轮固定于第一传动轴上，第一传动轴的一端与采摘执行电机输出端连接，第一传动轴的另一端可转动式支撑于第一轴承座上，第二齿轮固定于第二传动轴上，第二传动轴的两端分别可转动式支撑于位于两端的第二轴承座上，在第一传动轴与第二传动轴之间设置有竖向连接板；

所述往复运动驱动机构包括侧面设有凸轮槽的盘形凸轮，盘形凸轮固定于第二传动轴上，在凸轮槽内滑动安装有滚子，滚子安装于滚子轴上，滚子轴远离滚子的一端与机架固定连接；

所述曲柄摇杆执行机包括机架臂、摇杆、连杆及曲柄；机架臂的一端与第二传动轴的一端可转动式连接，机架臂的另一端与摇杆的一端通过第一连接轴连接，第一连接轴的两端分别支撑于位于两端的第三轴承座上，摇杆的另一端通过第二连接轴与连杆的一端连接，连杆的另一端通过第三连接轴与曲柄的一端连接，曲柄的另一端与第二传动轴的另一端固定连接；

在连杆上与曲柄连接的一端设置有外伸臂，外伸臂的端部通过舵机与摘取爪斗连接；

所述电机托板、第一轴承座、位于两端的两个第二轴承座和位于两端的两个第三轴承座分别通过各自直线导轨副同向水平可移动式支撑于机架的上方；

所述果实接收装置安装于机架下部，其设置于摘取爪斗的下方；

所述识别定位结构安装于机架上方，位于摘取爪斗的一侧外。

而且的，所述机架包括底架、固定在底架上的多根立梁及安装在立梁上端多根平行设置的横梁，在底架的前端和后端分别连接有前底板和后底板，在前后底板上各安装有两个车轮，四个车轮按照方形的四个边角位置布置，每个车轮连接一车轮驱动电机，车辆驱动电机采步进电机。

而且的，所述摘取爪斗包括爪斗本体，爪斗本体的后侧部与舵机连接，在爪斗本体的前侧部开设有齿槽。

而且的，所述果实接收装置采用水平设置的传送带输送机构。

而且的，所述色彩识别系统采用RGB色敏传感器。

本发明的优点和积极效果是：

本草莓自动采摘机，在车轮驱动电机的带动下，控制车轮的转动，使采摘机整体在田间移动，在识别定位结构的帮助下，通过电控系统计算，合理捕捉成熟草莓的具体方位，使采摘机在控制下，摘取爪斗运动到成熟草莓前方停止运动；然后采摘执行电机启动，通过齿轮传动机构和往复运动驱动机构带动曲柄摇杆执行机构运动，连杆带动摘取爪斗按照设定轨迹朝草莓方向移动并上摆，将草莓拢入到爪斗内，使草莓蒂与草莓棵分离，然后摘取爪斗带动落入到爪斗内的草莓按照设定轨迹向后移动并下摆动向，运动至果实接收装置上方，此时舵机启动，带动摘取爪斗旋转一定角度，使摘下的草莓掉落到果实接收装置上，从而实现了草莓的摘取和收集。

1、本草莓自动采摘机采用识别定位结构自动识别成熟草莓，控制草莓自动采摘机的运动位置，在摘取前使摘取爪斗运动到草莓前方，保证了摘取位置的准确性，具有运动准确、可靠性强的优点。

2、本草莓自动采摘机采用了由电机、齿轮、凸轮及曲柄摇杆构成摘取机构，设计合理、机构简单，每一个工作循环就能完成草莓的一次采摘，提高了草莓的采摘效率。

3、本草莓自动采摘机可准确判读成熟草莓的位置，且通过摘取爪斗的铲插上提动作来实现草莓的采摘，这样，可大幅度降低对草莓的破坏，保证了草莓采摘的完整率。

附图说明

图1是本发明的正视图；

图2是本发明的俯视图；

图3是本发明的左视图；

图4是本发明的右视图；

图5是本发明的立体图。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种草莓自动采摘机，请参见图1-5，其发明点主要包括以下几部分：

包括机架22、采摘执行电机2、齿轮传动机构、往复运动驱动机构、曲柄摇杆执行机构、摘取爪斗18、果实接收装置、识别定位结构和电控系统，电控系统通过控制箱安装于机架上，在附图中未示意图出。

所述机架为由电机驱动的可移动式机架。

所述采摘执行电机固定于电机托板1上。

所述齿轮传动机构包括相啮合的第一齿轮20和第二齿轮8，第二齿轮设置于第一齿轮上方。第一齿轮固定于第一传动轴4上，第一传动轴的一端与采摘执行电机输出端连接，第一传动轴的另一端通过轴承可转动式支撑于第一轴承座16上。第二齿轮固定于第二传动轴7上，第二传动轴的两端分别通过轴承可转动式支撑于位于两端的第二轴承座6上，在第一传动轴与第二传动轴之间设置有竖向连接板21，以保证第一传动轴与第二传动轴沿水平方向可实现同步运动，从而可确保第一齿轮和第二齿轮始终处于啮合状态。竖向连接板与两传动轴的连接仅需要保证两传动轴沿水平方向同步运动，但不能限制两传动轴各自的旋转运动，最简单的结构为：在竖向连接板上设置上轴孔和下轴孔，第二传动轴和第一传动轴分别以间隙配合的方式穿装在两轴孔内。

所述往复运动驱动机构包括盘形凸轮9，在盘形凸轮的侧面加工有凸轮槽9-1。盘形凸轮固定于第二传动轴上，即盘形凸轮与第二齿轮同轴设置。在凸轮槽内滑动安装有滚子，滚子安装于滚子轴24上，滚子轴远离滚子的一端与机架固定连接，具体的，在机架上端设置悬伸横梁，滚子轴远离安装滚子的一端固定穿装在悬伸横梁上。这样，在盘形凸轮旋转过程中，滚子在凸轮槽内旋转，滚子轴不动，随着凸轮槽的不同位置于滚子滑动接触，盘形凸轮的中心部位会发生水平方向的运动，盘形凸轮成为运动件，实现了采摘执行电机、齿轮传动机构曲柄摇杆执行机构及摘取爪斗在水平方向的整体运动。

所述曲柄摇杆执行机包括机架臂5、摇杆11、连杆14及曲柄13。机架臂的一端与第二传动轴的一端可转动式连接，机架臂的另一端与摇杆的一端通过第一连接轴3连接。第一连接轴的两端分别支撑于位于两端的第三轴承座23上。摇杆的另一端通过第二连接轴10与连杆的一端连接，连杆的另一端通过第三连接轴15与曲柄的一端连接，曲柄的另一端与第二传动轴的另一端固定连接。

在连杆上与曲柄连接的一端设置有外伸臂14-1，外伸臂的端部通过舵机17与摘取爪斗连接。

所述电机托板、第一轴承座、位于两端的两个第二轴承座和位于两端的两个第三轴承座分别通过各自直线导轨副同向水平可移动式支撑于机架的上方。

所述果实接收装置安装于机架下部，其设置于摘取爪斗的下方。具体的，在摘取爪斗摘取完草莓，随连杆运动至最下部位置时，正好与位于下方的果实接收装置对正。

所述识别定位结构安装于机架上方，位于摘取爪斗的一侧外。

上述机架采用由型材焊接而成的框架式结构，包括底架22-1、固定在底架上的多根立梁22-2及安装在立梁上端多根平行设置的横梁22-3，在底架的前端和后端分别连接有前底板22-4和后底板22-5，在前后底板上各安装有两个车轮22-6，四个车轮按照方形的四个边角位置布置，每个车轮连接一车轮驱动电机，车辆驱动电机采步进电机。

上述摘取爪斗包括爪斗本体，爪斗本体的后侧部与舵机连接，在爪斗本体的前侧部开设有齿槽。齿槽的宽度要设计合适，要大于草莓蒂的直径，小于草莓颗粒的大小。

上述果实接收装置采用水平设置的传送带输送机构19，实现草莓的接受和输送，可在传送带输送的前端下方可设置水果箱，草莓直接掉落到水果箱内，实现打包。

上述识别定位结构采用RGB色敏传感器12，通过果实表面的RGB色值来确定物体颜色，识别出为设定的红色后，将该成熟草莓所处的坐标信息传输到电控系统。

上述电控系统采用RGB色敏传感器获取色彩信号，经I╱V转换电路、电压放大电路、滤波放大、A╱D转换电路后，通过单片机检测处理，利用软件系统控制机械系统响应，即控制车轮驱动电机和采摘执行电机移动，同时在LCD液晶显示屏上呈现检测结果。

综合上述技术方案，本草莓自动采摘机的特点如下：

1、本草莓自动采摘机采用了新颖特别的机械传动机构，使简单机械结构巧妙配合，实现草莓的摘取。

2、本草莓采摘机采用机电一体化技术，具有结构简单、运动准确、可靠性强等优点。

3、本装置采用智能识别系统，自动识别成熟草莓，具有较高的草莓成熟采摘率。在满足相同功能的条件下，结构更简单经济。

4、本草莓自动采摘机设计合理、机构简单，不仅提高了草莓采摘的效率，还降低了成本，提高了性价比，具有较好的推广前景，适合推广应用。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (3)

1.一种草莓自动采摘机，其特征在于：

包括机架、采摘执行电机、齿轮传动机构、往复运动驱动机构、曲柄摇杆执行机构、摘

取爪斗、果实接收装置、识别定位结构和电控系统；

所述机架为由电机驱动的可移动式机架；所述机架包括底架、固定在底架上的多根立梁及安装在立梁上端多根平行设置的横梁，在底架的前端和后端分别连接有前底板和后底板，在前后底板上各安装有两个车轮，四个车轮按照方形的四个边角位置布置，每个车轮连接一车轮驱动电机，车辆驱动电机采步进电机；

所述采摘执行电机固定于电机托板上；

所述齿轮传动机构包括上下啮合的第二齿轮和第一齿轮，第一齿轮固定于第一传动轴上，

第一传动轴的一端与采摘执行电机输出端连接，第一传动轴的另一端可转动式支撑于第一轴

承座上，第二齿轮固定于第二传动轴上，第二传动轴的两端分别可转动式支撑于位于两端的

第二轴承座上，在第一传动轴与第二传动轴之间设置有竖向连接板；

所述往复运动驱动机构包括侧面设有凸轮槽的盘形凸轮，盘形凸轮固定于第二传动轴上，

在凸轮槽内滑动安装有滚子，滚子安装于滚子轴上，滚子轴远离滚子的一端与机架固定连接；

所述曲柄摇杆执行机包括机架臂、摇杆、连杆及曲柄；机架臂的一端与第二传动轴的一

端可转动式连接，机架臂的另一端与摇杆的一端通过第一连接轴连接，第一连接轴的两端分

别支撑于位于两端的第三轴承座上，摇杆的另一端通过第二连接轴与连杆的一端连接，连杆

的另一端通过第三连接轴与曲柄的一端连接，曲柄的另一端与第二传动轴的另一端固定连接；

在连杆上与曲柄连接的一端设置有外伸臂，外伸臂的端部通过舵机与摘取爪斗连接；所述摘取爪斗包括爪斗本体；爪斗本体的后侧部与舵机连接，在爪斗本体的前侧部开设有齿槽；

所述电机托板、第一轴承座、位于两端的两个第二轴承座和位于两端的两个第三轴承座

分别通过各自直线导轨副同向水平可移动式支撑于机架的上方；

所述果实接收装置安装于机架下部，其设置于摘取爪斗的下方；

所述识别定位结构安装于机架上方，位于摘取爪斗的一侧外。

2.根据权利要求1所述的草莓自动采摘机，其特征在于：所述果实接收装置采用水平设置的传送带输送机构。

3.根据权利要求1所述的草莓自动采摘机，其特征在于：所述识别定位结构采用RGB

色敏传感器。