CN109769470A - 一种穿戴式自适应水果采摘装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种穿戴式自适应水果采摘装置，解决了现有技术中人工采摘费时费力、采摘效率低的问题。本发明包括机械爪、采摘臂、穿戴机构和收集臂，采摘臂和收集臂分别设置在穿戴机构的两侧，采摘臂的自由端设置有机械爪，机械爪与收集臂上的控制系统相连接。所述机械爪包括包括支撑架，支撑架活动设置在采摘臂上，支撑架上设有电机和行星架，行星架的一端设有力度调节机构、另一端设有行星轮，行星轮与转动设置在支撑架上的齿圈相啮合，电机的输出轴上设有太阳轮，太阳轮与行星轮相啮合。本发明有效解决了较高果树植株中水果采摘不便和收集的难题，降低果农的劳动强度，整个过程完整有序，实现快速采摘，具有较好的应用前景。

Description

一种穿戴式自适应水果采摘装置

技术领域

本发明涉及水果采摘设备技术领域，特别是指一种穿戴式自适应水果采摘装置。

背景技术

苹果、梨、核桃等经济作物在农业种植中的比例日益提高，给农民朋友带来较高的经济收益。现如今大部分的水果依旧是依靠人力进行采摘，采摘过程繁琐劳累，对于植株较高的果树，较高位置的水果更不易采摘，需要辅助工具进行操作，并且采摘过程中必须要保证水果的的完整度，否则水果将不易储存与运输。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出一种穿戴式自适应水果采摘装置，解决了现有技术中人工采摘费时费力、采摘效率低的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：一种穿戴式自适应水果采摘装置，包括机械爪、采摘臂、穿戴机构和收集臂，采摘臂和收集臂分别设置在穿戴机构的两侧，采摘臂的自由端设置有机械爪，机械爪与收集臂上的控制系统相连接。

所述机械爪包括包括支撑架，支撑架活动设置在采摘臂上，支撑架上设有电机和行星架，行星架的一端设有力度调节机构、另一端设有行星轮，行星轮与转动设置在支撑架上的齿圈相啮合，电机的输出轴上设有太阳轮，太阳轮与行星轮相啮合；所述行星架上设有爪指，爪指与齿圈铰接。

所述力度调节机构包括设置在行星架上的棘轮和通过连接座设置在支撑架上的弹性杆，弹性杆铰接在连接座上，弹性杆与棘轮相配合。

所述行星架上沿径向设有至少三组光轴，光轴上滑动设有滑移座，爪指设置在滑移座上，滑移座通过连杆与齿圈相连接。

所述齿圈的外圆周上设有若干个卡槽和一个环形槽，连杆与环形槽相对应，连杆的一端设有销轴，销轴转动设置在卡槽中，连杆的另一端与滑移座铰接。

所述采摘臂包括第一连接架，第一连接架的一端铰接有操作杆、另一端连接有机械爪，第一连接架的中部通过第一球铰接与穿戴机构活动连接，操作杆通过底部连杆与机械爪相连接。

所述操作杆的中部通过第一销轴与第一连接架铰接，操作杆的下端与底部连杆的一端铰接，底部连杆另一端通过铰接件与支撑架相连接，支撑架通过第二销轴与第一连接架铰接。

所述收集臂包括第二连接架，第二连接架通过第二球铰接与穿戴机构相连接，第二连接架的自由端设有网兜组件，第二连接架上设有控制器和控制按钮，控制器的输出端与机械爪的电机相连接，控制器的输入端与控制按钮相连接。

所述网兜组件包括袋笼和网兜，袋笼与第二连接架固定连接，网兜设置在袋笼的下部。

所述穿戴机构包括前挡板和后挡板，后挡板的一侧通过铰接件与前挡板铰接，另一侧与前挡板卡接，前挡板或后挡板上设有背带。

本发明由机械爪、采摘臂、收集臂和穿戴结构四部分组成；通过机械爪实现对水果的抓果、摘果和放果的功能，通过调节机械爪的力度调节机构，可实现对苹果、梨、桃子等不同硬度水果的采摘，避免造成水果损伤；采摘臂主要实现机械爪的空间位置的调整，用于采摘植株中高低不同的水果，提高装置的适用范围；收集臂主要实现采摘成功后水果的收集；穿戴结构主要实现整个采摘装置穿戴在操作者人身，减轻操作者的劳动强度，增加采摘灵活性。本发明有效解决了较高果树植株中水果采摘不便和收集的难题，降低果农的劳动强度，整个过程完整有序，实现快速采摘，具有较好的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明整体结构示意图。

图2为本发明中机械爪结构示意图。

图3为本发明中机械爪中太阳轮与行星轮连接示意图。

图4为本发明中采摘臂结构示意图。

图5为本发明中收集臂结构示意图。

图6为本发明中穿戴机构示意图。

图7为本发明整体侧视示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-3所示，实施例1，一种穿戴式自适应水果采摘装置，包括机械爪1、采摘臂2、穿戴机构3和收集臂4，使用时，通过穿戴机构背负在身上，机械爪通过采摘臂对水果进行采摘，收集臂用于收集采摘下的水果。采摘臂2和收集臂4分别设置在穿戴机构3的两侧，便于左右手操作，采摘臂2的自由端设置有机械爪1，机械爪1与收集臂4上的控制系统相连接，控制系统也可设置在采摘臂或穿戴机构上，控制按钮可设置在收集臂或采摘臂上，用于控制机械爪的运动，实现对水果的抓、摘、放的动作。

进一步，所述机械爪1包括包括支撑架111，支撑架111活动设置在采摘臂2上，即支撑架与采摘臂铰接，实现支撑架的摆动。支撑架111上设有电机101和行星架107，电机采用减速电机，为机械爪的动作提供动力；行星架107可在支撑架111上转动。行星架107的一端设有力度调节机构、另一端设有行星轮110，行星轮110采用平面设置的三星轮或平面设置的四星轮，行星轮110与转动设置在支撑架111上的齿圈106相啮合，齿圈106可在支撑架上转动，电机101的输出轴上设有太阳轮109，太阳轮109与行星轮110相啮合，电机通过太阳轮带动行星轮转动，行星轮可带动齿圈和行星架发生相对转动，力度调节机构闭合时（弹性杆闭合在棘轮上），齿圈逆向转动，行星架不转动，实现对水果的抓紧；力度调节机构顶起时（弹性杆脱离棘轮），齿圈不转动，行星架转动，实现对水果的拧摘；力度调节机构闭合时（弹性杆闭合在棘轮上），齿圈正向转动，行星架不转动，实现对水果的松放。所述行星架107上设有爪指108，爪指108与齿圈106铰接，在齿圈的转动下带动爪指握紧与张开，实现对水果的抓紧与松开。

进一步，所述力度调节机构包括设置在行星架107上的棘轮103和通过连接座112设置在支撑架111上的弹性杆102，弹性杆具有一定的弹性，可产生一定变形；棘轮103与行星架固定连接。弹性杆102铰接在连接座112上，弹性杆102与棘轮103相配合，棘轮上有弧形卡槽，当弹性杆位于弧形卡槽中时，行星架被卡住（不发生转动），当水果对爪指的反作用力大于弹性杆对棘轮的阻力时，棘轮将弹性杆顶出弧形卡槽，此时行星架转动，带动爪指转动，实现拧摘水果的动作；调节弹性杆与弧形卡槽的相对位置，实现爪指对水果抓取力度的调节，以适用于不同硬度水果的采摘。所述行星架107上沿径向设有至少三组光轴104，每组光轴至少包含1个光轴，光轴沿行星架径向等角度设置。光轴104上滑动设有滑移座113，爪指108设置在滑移座113上，爪指具有一定弧度，便于对水果的夹持。滑移座113通过连杆105与齿圈106相连接，齿圈在太阳轮的作用下转动，通过连杆带动滑移座沿光轴滑动，实现爪指的握紧与张开。所述齿圈106的外圆周上设有若干个卡槽114和一个环形槽115，连杆105与环形槽115相对应，用于定位连杆，连杆105的一端设有销轴，销轴转动设置在卡槽114中，实现连接杆与齿圈的铰接，同时通过销轴与不同位置的卡槽的配合，可调节爪指对水果的加紧力度，连杆105的另一端与滑移座113铰接。

使用时，电机驱动太阳轮顺时针转动，太阳轮通过行星架上的行星轮把动力传递给齿圈，齿圈逆时针转动并带动连杆运动，连杆带动爪指沿行星架上的光轴轴线方向向内移动，实现抓取动作；此时由于弹性杆对棘轮施加的阻力大于爪指所受的反作用力，行星架保持固定（不转动）。当爪指抓取到水果且水果对爪指的反作用力大于弹性杆对棘轮施加的阻力时，齿圈停止转动，棘轮顶开弹性杆，电机带动行星架和爪指快速转动，把水果从果树上拧下。当太阳轮逆时针转动，弹性杆施加阻力，齿圈顺时针转动，爪指向外移动，水果被松放。

如图4-7所示，实施例2，一种穿戴式自适应水果采摘装置，所述采摘臂2包括第一连接架201，第一连接架201的一端铰接有操作杆203、另一端连接有机械爪1，操作杆可进行前后摆动，第一连接架201的中部通过第一球铰接205与穿戴机构3活动连接，实现第一连接架的上下、左右的摆动，实现灵活抓取水果。操作杆203通过底部连杆206与机械爪1相连接，拉动操作杆，操作杆通过底部连杆带动机械爪摆动，控制机械爪的抓取方向。所述操作杆203的中部通过第一销轴202与第一连接架201铰接，操作杆203的下端与底部连杆206的一端铰接，底部连杆206另一端通过铰接件208与支撑架111相连接，铰接件208可采用球铰接，支撑架111通过第二销轴207与第一连接架201铰接，第二销轴207配合铰接件，在操作杆和底部连杆的作用下，实现机械爪的内外翻转动作，调节抓取方向。

进一步，所述收集臂4包括第二连接架402，第二连接架402通过第二球铰接404与穿戴机构3相连接，通过第二球铰接，实现第二连接架的摆动，便于对水果的接收。第二连接架402的自由端设有网兜组件401，用于接收机械爪采摘下的水果。第二连接架402上设有控制器405和控制按钮406，控制器405的输出端与机械爪1的电机101相连接，控制器405的输入端与控制按钮406相连接。按钮通过控制器控制电机的转动方向，实现对机械爪对水果的抓、摘、放的动作。所述网兜组件401包括袋笼和网兜，袋笼与第二连接架402固定连接，网兜设置在袋笼的下部，袋笼的直径大于水果的直径，便于水果的快速收集。

进一步，所述穿戴机构3包括前挡板303和后挡板301，后挡板301的一侧通过铰接件302与前挡板303铰接，另一侧与前挡板303通过卡扣和卡座实现卡接，前挡板303或后挡板301上设有背带。使用时，操作人员位于前挡板303和后挡板301之间，然后通过卡合卡扣，实现前挡板303和后挡板301的连接，然后通过背带固定即可。

其他结构与实施例1相同。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种穿戴式自适应水果采摘装置，其特征在于：包括机械爪（1）、采摘臂（2）、穿戴机构（3）和收集臂（4），采摘臂（2）和收集臂（4）分别设置在穿戴机构（3）的两侧，采摘臂（2）的自由端设置有机械爪（1），机械爪（1）与收集臂（4）上的控制系统相连接。

2.根据权利要求1所述的穿戴式自适应水果采摘装置，其特征在于：所述机械爪（1）包括包括支撑架（111），支撑架（111）活动设置在采摘臂（2）上，支撑架（111）上设有电机（101）和行星架（107），行星架（107）的一端设有力度调节机构、另一端设有行星轮（110），行星轮（110）与转动设置在支撑架（111）上的齿圈（106）相啮合，电机（101）的输出轴上设有太阳轮（109），太阳轮（109）与行星轮（110）相啮合；所述行星架（107）上设有爪指（108），爪指（108）与齿圈（106）铰接。

3.根据权利要求2所述的穿戴式自适应水果采摘装置，其特征在于：所述力度调节机构包括设置在行星架（107）上的棘轮（103）和通过连接座（112）设置在支撑架（111）上的弹性杆（102），弹性杆（102）铰接在连接座（112）上，弹性杆（102）与棘轮（103）相配合。

4.根据权利要求2或3所述的穿戴式自适应水果采摘装置，其特征在于：所述行星架（107）上沿径向设有至少三组光轴（104），光轴（104）上滑动设有滑移座（113），爪指（108）设置在滑移座（113）上，滑移座（113）通过连杆（105）与齿圈（106）相连接。

5.根据权利要求4所述的穿戴式自适应水果采摘装置，其特征在于：所述齿圈（106）的外圆周上设有若干个卡槽（114）和一个环形槽（115），连杆（105）与环形槽（115）相对应，连杆（105）的一端设有销轴，销轴转动设置在卡槽（114）中，连杆（105）的另一端与滑移座（113）铰接。

6.根据权利要求1或5所述的穿戴式自适应水果采摘装置，其特征在于：所述采摘臂（2）包括第一连接架（201），第一连接架（201）的一端铰接有操作杆（203）、另一端连接有机械爪（1），第一连接架（201）的中部通过第一球铰接（205）与穿戴机构（3）活动连接，操作杆（203）通过底部连杆（206）与机械爪（1）相连接。

7.根据权利要求6所述的穿戴式自适应水果采摘装置，其特征在于：所述操作杆（203）的中部通过第一销轴（202）与第一连接架（201）铰接，操作杆（203）的下端与底部连杆（206）的一端铰接，底部连杆（206）另一端通过铰接件（208）与支撑架（111）相连接，支撑架（111）通过第二销轴（207）与第一连接架（201）铰接。

8.根据权利要求1或5或7所述的穿戴式自适应水果采摘装置，其特征在于：所述收集臂（4）包括第二连接架（402），第二连接架（402）通过第二球铰接（404）与穿戴机构（3）相连接、第二连接架（402）的自由端设有网兜组件（401），第二连接架（402）上设有控制器（405）和控制按钮（406），控制器（405）的输出端与机械爪（1）的电机（101）相连接，控制器（405）的输入端与控制按钮（406）相连接。

9.根据权利要求8所述的穿戴式自适应水果采摘装置，其特征在于：所述网兜组件（401）包括袋笼和网兜，袋笼与第二连接架（402）固定连接，网兜设置在袋笼的下部。

10.根据权利要求1或8所述的穿戴式自适应水果采摘装置，其特征在于：所述穿戴机构（3）包括前挡板（303）和后挡板（301），后挡板（301）的一侧通过铰接件（302）与前挡板（303）铰接，另一侧与前挡板（303）卡接，前挡板（303）或后挡板（301）上设有背带。