CN109571400B - 一种菠萝辅助采摘机械臂 - Google Patents

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Abstract

一种菠萝辅助采摘机械臂，包括固定外壳、手臂支撑板、抓取结构、动力连接结构、以及径向固定钩；所述固定外壳与所述手臂支撑板连接，所述抓取结构以及所述动力连接结构安装在所述固定外壳以及手臂支撑板内，所述径向固定钩安装在所述固定外壳外部；所述动力连接结构包括若干剪叉连杆、外固定导轨以及内滑板，所述抓取结构包括推板、两个抓取爪头，所述若干剪叉连杆中部及端部两两铰接形成X形剪叉连杆结构，其一端通过所述弹簧与所述内滑板一端相连；其另一端与所述内滑板另一端以及所述抓取头相连，所述内滑板滑动安装在所述外固定导轨内，所述外固定导轨安装在所述固定外壳内，所述推板安装在所述内滑板一端上与所述抓取爪头位于同一端。

Description

一种菠萝辅助采摘机械臂
技术领域
本发明涉及水果采摘器械技术领域，尤其是涉及一种菠萝辅助采摘机械臂。
背景技术
由于菠萝树和果实的特殊结构，以及菠萝茎芽的经济价值，目前国内绝大多数的菠萝采摘都还是纯手工操作，采摘过程中人需要不断地弯腰，费时费力，而且菠萝叶比较坚硬、菠萝果实上带有芒刺，对人手伤害大。针对以上问题，现有技术中已经存在一些简单的水果采摘装置用以辅助采摘人员进行水果采摘，其中申请号为201721427921.1的实用新型申请“一种水果采摘机械臂”，包括控制杆、底座、支架、第一转动杆、第二转动杆和夹持部，该机械手臂适合当人操作，不会对果树造成破坏，但是该实用新型仅适用于果柄脆弱，较容易扯断的水果，对于菠萝这种果柄粗壮，不易靠拉扯使果实脱离的水果并不能很好地适用，且过度拉扯容易对菠萝茎芽造成损伤。
发明内容
本发明提供一种菠萝辅助采摘机械臂，能有效降低采摘强度，提高采摘效率，避免采摘人员受到伤害并避免损坏菠萝果实以及菠萝茎芽。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种菠萝辅助采摘机械臂，包括固定外壳、手臂支撑板、抓取结构、动力连接机构、以及径向固定钩；其中，
所述固定外壳与所述手臂支撑板相连接，所述抓取结构以及所述动力连接机构安装在所述固定外壳以及手臂支撑板内，所述径向固定钩安装在所述固定外壳外部；
所述动力连接机构包括手握柱、握把、两根动力杆、两根拉线杆、拉线轴、若干剪叉连杆、铰接轴、弹簧、外固定导轨以及内滑板，所述若干剪叉连杆中部及端部由所述铰接轴两两铰接形成X形剪叉连杆结构，所述X形剪叉连杆结构一端由所述铰接轴分别与两根所述拉线杆铰接，所述两根拉线杆另一端由所述拉线轴铰接，所述拉线轴两端连接所述两根动力杆，所述动力杆与所述握把相连，所述手握柱固定在所述手臂支撑板内部，所述剪叉连杆中部铰接处形成中心铰接点，其中包括第一中心铰接点和第二中心铰接点，所述第一中心铰接点与所述弹簧相连，所述弹簧另一端与所述内滑板一端相连，所述第二中心铰接点与所述内滑板另一端相连，所述内滑板滑动安装在所述外固定导轨内，所述外固定导轨安装在所述固定外壳内部；
所述抓取结构包括推板、两个抓取爪头，所述推板固定在所述内滑板远离所述弹簧的一端，所述两个抓取爪头分别与所述X形剪叉连杆结构远离所述拉线杆一端的所述剪叉连杆相连；
进一步地，本机械臂还包括导向槽板，所述导向槽板上设置有导向槽，所述导向槽板安装在所述固定外壳外部，所述两个抓取爪头上分别设置有导向销，所述导向销插入所述导向槽内。
进一步地，所述第一中心铰接点处设置有铰接轴，所述铰接轴的两端固定在所述固定外壳上。
进一步地，所述手握柱与所述握把平行设置。
进一步地，所述推板为弧形板。
进一步地，所述推板以及所述抓取爪头上设置有柔性保护垫。
本发明有益效果：
①通过机构组合实现一个动作完成抓取和掰断两个采摘过程，简化机械操作流程，有利于操作省时省力；
②实现单手采摘、双手可同时工作的模式，保证采摘效率。
③装置辅助手臂的功能，解决了现有人工采摘弯腰费力和容易受伤的问题。
④通过设置内滑板和外固定导轨避免了X形剪叉连杆结构级数较多时稳定性差，无法保持平面运动的问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为发明整体结构示意图；
图2为本发明内部结构示意图；
图3为本发明动力连接机构示意图；
图4为本发明径向固定钩结构示意图；
图5为本发明抓取爪头结构示意图；
图6为本发明抓取爪头与导向槽板连接关系示意图：
图中：1.固定外壳，2.导向槽板，3.手臂支撑板，4径向固定钩，401.固定钩前段，402.固定钩后段，403.固定钩调整架，404.固定钩固定架，5抓取爪头，501.爪头板，502.爪头板固定块，503.爪头板连接杆，504.导向销，6.弹簧，7.剪叉连杆，8.拉线杆，9.拉线轴，10.动力杆，11.握把，12.手握柱，13.内滑板，14.外固定导轨，15.铰接轴，16.推板，1601.推板支架，1701.第一中心铰接点，1702.第二中心铰接点，1703.第三中心铰接点，1704.第四中心铰接点，18.端铰接点。
具体实施方式
如图1，一种菠萝辅助采摘机械臂，包括固定外壳1、导向槽板2、手臂支撑板3、径向固定钩4、抓取爪头5、推板16，所述固定外壳1与所述手臂支撑板3相连，通过所述手臂支撑板3可以将本装置穿戴在采摘者手臂处。所述径向固定钩4以及所述导向槽板2分别安装在所述固定外壳1外部两侧，二者相对设置。另外本机械臂还包括抓取结构、动力连接机构，所述抓取结构、动力连接机构均设置在所述固定外壳1和所述手臂支撑板3内部，其中所述抓取结构包括所述抓取爪头5和所述推板16。
如图2、3，所述动力连接机构包括手握柱12、握把11、两根动力杆10、两根拉线杆8、拉线轴9、若干剪叉连杆7、铰接轴15、弹簧6、外固定导轨14以及内滑板13。所述若干剪叉连杆7中部及端部由所述铰接轴15两两铰接形成X形剪叉连杆结构，所述X形剪叉连杆结构一端由所述铰接轴15分别与两根所述拉线杆8铰接，所述两根拉线杆8另一端由所述拉线轴9铰接，所述拉线轴9两端连接所述两根动力杆10，所述动力杆10与所述握把11相连，所述手握柱12固定在所述手臂支撑板3内部。所述剪叉连杆7中部铰接处形成中心铰接点17，其中包括第一中心铰接点1701和第二中心铰接点1702，所述第一中心铰接点1701与所述弹簧6相连，所述弹簧6另一端与所述内滑板13一端相连，所述第二中心铰接点1702与所述内滑板13另一端相连，所述内滑板13滑动安装在所述外固定导轨14内，所述外固定导轨14安装在所述固定外壳1内部。所述第一中心铰接点1701铰接处的所述铰接轴15两端分别固定在所述固定外壳1上。应当理解，附图2、3中仅出现了第一中心铰接点1701、第二中心铰接点1702、第三中心铰接点1703以及第四中心铰接点1704，这仅是本实施例中的一种结构，在根据制造过程中对所述剪叉连杆7进行增减时，所述中心铰接点17的数量也会相应增减，但应至少包括第一中心铰接点1701和第二中心铰接点1702。另外，通过设置内滑板13与外固定导轨14，可以使所述X形剪叉连杆结构更好的在一个平面内运动，避免了采摘过程中机构平面运动的不稳定性以及因级数过多而带来的连杆结构承载力弱、易弯曲的问题。
再如图2、3，所述抓取结构包括推板16、两个抓取爪头5，所述推板16通过推板支架1601固定在所述内滑板13远离所述弹簧6的一端，所述两个抓取爪头5分别与所述X形剪叉连杆结构远离所述拉线杆8一端的所述剪叉连杆7相连。如图5，所述抓取爪头5包括爪头板501、爪头板固定块502、爪头板连接杆503、导向销504，所述爪头板501呈弧形，方便对菠萝进行全面包裹，防止菠萝掉落，且其内部优选地设置一层柔性保护垫，以防止损失菠萝表面。所述爪头板501固定在所述爪头板固定块502上，所述爪头板固定块502与所述爪头板连接杆503，所述爪头板固定块502与所述剪叉连杆7铰接，此处铰接采用固定方式，当调整好抓取爪头5位置时铰接处不可转动。
如图4，所述径向固定钩4包括固定钩前段401、固定钩后段402、固定钩调整架403、固定钩固定架404。通过所述固定钩调整架403可对径向固定钩4进行调整，使固定钩更方便勾住菠萝下的茎秆。
如图6所述固定外壳1上还设置有导向槽板2，所述导向槽板2上设置有两个导向槽。所述抓取爪头5上对应设置有两个导向销504，所述导向销504插入所述导向槽内，当所述抓取爪头5合拢时，所述导向销504与所述导向槽板2配合，使所述抓取爪头5能够同时合拢。
本发明工作原理：本发明利用多根剪叉连杆7组成了X形剪叉连杆结构，利用X形剪叉连杆将拉力转化为纵向向前和向内的力。使用时，采摘者握住手握柱12，将所述径向固定钩4勾住菠萝底部茎秆，利用手指拉动所述握把11，由于所述第一中心铰接点1701处固定，此时所述动力杆10拉动所述拉线杆8向后运动并合拢，所述拉线杆8将力传送给X形剪叉连杆结构使其产生向内聚拢并向前推进的力，所述内滑板13在所述第二中心铰接点1702作用下沿所述外固定导轨14向前滑动，推动所述推板16向前运动，所述弹簧6被动伸展，同时所述抓取爪头5在剪叉连杆7作用下合拢将菠萝夹住并向前运动。随着采摘者手指继续施力，所述推板16以及所述抓取爪头5进一步向前运动并推动菠萝，由于所述径向固定钩4勾住了菠萝底部茎秆使茎秆固定，菠萝在所述推板16以及所述抓取爪头5推动下与茎秆脱离从而完成采摘。采摘完成后，采摘者松开手指，在弹簧6反作用下，本发明恢复初始状态。
应当理解的是，上述针对较佳实施例的描述较为详细，并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下，还可以做出替换或变形，均落入本发明的保护范围之内，本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (5)

1.一种菠萝辅助采摘机械臂，其特征在于：包括固定外壳、手臂支撑板、抓取结构、动力连接机构、以及径向固定钩；其中，
所述固定外壳的后端与所述手臂支撑板的前端连接，所述抓取结构以及所述动力连接机构安装在所述固定外壳以及手臂支撑板内部，所述径向固定钩安装在所述固定外壳外部；
所述动力连接机构包括握把、动力杆、两根拉线杆、弹簧、若干剪叉连杆、外固定导轨以及内滑板，所述外固定导轨安装在所述固定外壳内部，所述内滑板滑动安装在所述外固定导轨中；所述剪叉连杆为X形，其中心设置有铰接轴铰接形成中心铰接点，其四个端点为端铰接点，若干所述剪叉连杆两两之间的端铰接点通过铰接轴铰接在一起形成X形剪叉连杆结构，所述X形剪叉连杆结构的前端为第二中心铰接点，其后端为第一中心铰接点，其中所述第一中心铰接点处的铰接轴的两端固定在所述固定外壳上，所述第一中心铰接点处的铰接轴通过所述弹簧连接所述内滑板的后端，所述第二中心铰接点处的铰接轴连接所述内滑板的前端，所述X形剪叉连杆结构后端的端铰接点分别连接两根所述拉线杆的一端，两根所述拉线杆的另一端铰接且通过所述动力杆连接所述握把；所述抓取结构包括推板、两个抓取爪头，所述推板安装在所述内滑板的前端，两个所述抓取爪头安装在所述内滑板的前端且分别与所述X形剪叉连杆结构前端的端铰接点铰接。
2.根据权利要求1所述的一种菠萝辅助采摘机械臂，其特征在于：所述机械臂还包括导向槽板，所述导向槽板上设置有导向槽，所述导向槽板安装在所述固定外壳外部，所述两个抓取爪头上分别设置有导向销，所述导向销插入所述导向槽内。
3.根据权利要求2所述的一种菠萝辅助采摘机械臂，其特征在于：所述手臂支撑板内设置有手握柱，所述手握柱与所述握把平行设置。
4.根据权利要求1所述的一种菠萝辅助采摘机械臂，其特征在于：所述推板为弧形板。
5.根据权利要求1所述的一种菠萝辅助采摘机械臂，其特征在于：所述推板以及所述抓取爪头上设置有柔性保护垫。
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