CN109819769A - 一种水果采摘装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水果采摘装置，涉及农业机械设备领域，能够适配不同形状和尺寸的水果，并且摘取动作柔顺，不易损伤果实。本发明包括：手爪、手爪抓取机构、手指转动机构，所述手爪包括若干个手指，手爪抓取机构控制各手指协同张开和闭合，手指转动机构调整手指之间的夹角以适应不同形状和尺寸的水果。本发明适用于不同形状和尺寸的水果，具有良好的自适应性，并且抓取动作柔顺，避免水果受损，结构简单、体积小、易于调速、成本低。

Description

一种水果采摘装置

技术领域

本发明涉及农业机械设备领域，尤其涉及一种水果采摘装置。

背景技术

水果采摘装置是一种代替人工，采摘成熟果蔬的装置。目前水果采摘装置主要存在以下问题：（1）抓取自适应性差，水果形状存在差异性，机械手难以适应水果形状，容易夹坏水果；（2）缺少采摘通用性，不同种类的水果形状存在很大的区别，不同大小的果实需要的机械手的尺寸也不同，目前大部分的水果采摘装置只能采摘特定的某一种水果，不具备采摘的通用性，无法实现一机多用；（3）采摘柔顺性差，目前水果采摘装置的机械手大部分采用的是刚性结构，在夹持水果时没有缓冲阶段，而水果具有娇嫩性，容易碰伤果实；（4）采用夹持和剪切的方式采摘水果，这样的采摘方式加大了图像识别的难度，容易使果梗感染，水果采摘的平均耗时也较长，效率不高；（5）装置结构复杂，体积较大，制作加工成本高，对于农业生产来讲,高价格是农民或农业经营者无法接受的,这也是限制水果采摘装置推广使用的重要因素。

发明内容

本发明提供一种水果采摘装置，具有良好的自适应性，能够适配不同形状和尺寸的水果，不易损伤果实。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水果采摘装置，包括：手爪、手爪抓取机构、手指转动机构。手爪包括若干个手指，手爪抓取机构控制各手指协同张开和闭合，手指转动机构调整手指之间的夹角以适应不同形状和尺寸的水果

进一步的，手爪有三根手指，包括固定手指、第一活动手指、第二活动手指，第一活动手指和第二活动手指与手指转动机构连接。

进一步的，手指转动机构包括主动轴、从动轴、齿轮副、连杆。第一、第二活动手指分别通过各自的连杆与主动轴、从动轴连接，主动轴和从动轴上安装齿轮副，两者通过齿轮副实现反向转动，当主动轴通过齿轮副带动从动轴转动时，第一活动手指和第二活动手指分别以主动轴、从动轴轴心为转动中心，相互靠近或远离。

进一步的，齿轮副通过蜗轮蜗杆机构驱动，电机的输出轴连接蜗杆，蜗杆和蜗轮啮合，蜗轮连接并驱动齿轮副转动。

进一步的，手指由远指节、中指节、近指节依次连接组成，近指节位于指跟部位，远指节位于指尖部位。手爪抓取机构包括推动机构和一系列推杆，所述推杆均安装在指节外侧，包括主动杆和若干从动杆。

主动杆和推动机构连接，主动杆的另一端连接第一从动杆，第一从动杆的另一端连接第二从动杆和第三从动杆，第二从动杆的另一端和近指节的底端连接，第三从动杆的另一端和第四从动杆连接。第四从动杆为V形，V形的顶角和第三从动杆连接，另外两端和近指节与中指节连接的关节处，以及第五从动杆分别连接，第五从动杆还连接远指节的底端。

当推动机构上推时，主动杆推动从动杆带动手指收拢；当推动机构下拉时，主动杆牵引从动杆拉动手指张开。因为手指包含若干指节，并且指节的动作由一系列连杆推动，手指抓取水果的动作柔顺性强，相比刚性结构手爪更能保护水果，避免水果损伤。

进一步的，指节之间设置扭簧，使得手指成为欠驱动系统。

进一步的，推动机构包括气缸和小平台，小平台和气缸的活塞杆连接，小平台和主动杆连接。气缸的气缓冲能进一步加强动作的柔顺性，并且结构紧凑。

进一步的，手爪旋转机构连接并带动所述手爪旋转，即手爪抓到果实后，通过旋转的方式使水果和果梗分离。

进一步的，手爪旋转机构由电机驱动。

进一步的，当抓取球状物体时，三个手指之间的夹角为120°；当抓取柱状物体时，三个手指平行，其中两个手指与第三个手指相对设置。

本发明的有益效果是：

本发明采用具有位置可调手指的手爪进行水果采摘，由于手指位置可调，可采用不同的手型进行水果的抓取，在抓取球状水果时，三个手指之间的夹角为120°，水果被手指拢在掌心；在抓取圆柱状水果时，两个手指并在一起，和第三个手指之间的夹角为180°，水果被手指夹持，因此抓取具有良好的自适应性，可以适用不同形状和尺寸的水果；并且手指也具有多个指节，指节的动作由气缸推动连杆实现，气缸和连杆的配合使得手指动作存在一定的缓冲，相比刚性结构的夹持设备，具有良好的柔顺性；在水果摘取时，采用了旋转手爪使得水果脱离果梗的方法，相比传统的剪切或者拉拽的摘取方式，更能保护水果不受损害；整个采摘装置结构紧凑，更易于在农业中普及推广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例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它的附图。

图1是本实施例的结构示意图；

图2是手指转动机构的结构示意图；

图3是手爪抓取机构的结构示意图；

图4是固定手指的结构示意图；

图5是活动手指平行的示意图。

其中，1-固定手指、2-第一活动手指，3-第二活动手指，4-手指转动机构、41-伺服电机、42-胀套联轴器、43-蜗杆、44-蜗轮、45-主动轴、46-主动齿轮、47-从动齿轮、48-从动轴、49-连杆、5-手爪抓取机构、51-气缸、52-小平台、53-主动杆、54-第一从动杆、55-第二从动杆、56-第三从动杆、57-第四从动杆、58-第五从动杆、6-手爪旋转机构、61-直流伺服电机、62-联轴器。

具体实施方式

为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明实施例提供一种水果采摘装置，如图1所示，包括：固定手指1、第一活动手指2，第二活动手指3，手指转动机构4、手爪抓取机构5、手爪旋转机构6。

第一活动手指2和第二活动手指3设置在固定手指1两侧，并且和固定手指1的距离相同。手指转动机构4控制第一活动手指2和第二活动手指3的位置。

固定手指1、第一活动手指2、第二活动手指3共同组成手爪，手爪抓取机构5控制手爪的抓取和张开动作，手爪旋转机构6控制手爪旋转。

如图2所示，手指转动机构4由伺服电机41、胀套联轴器42、蜗杆43、蜗轮44、主动轴45、主动齿轮46、从动齿轮47、从动轴48、连杆49组成。

伺服电机41通过胀套联轴器42连接蜗杆43，蜗杆43与蜗轮44啮合。蜗轮44固定安装在主动轴45外侧，主动轴45上还设置主动齿轮46，主动齿轮46和从动齿轮47啮合，从动齿轮47和从动轴48通过圆锥销固定连接。从动轴48和主动轴45上均设置连杆49，连杆49分别和第一活动手指2、第二活动手指3通过圆锥销连接。

当伺服电机41转动时，输出轴带动蜗杆43和蜗轮44转动，蜗轮44带动主动轴45和主动齿轮46转动，由于主动齿轮46和从动齿轮47啮合，从动轴48也跟着转动。在主动轴45和从动轴48转动的同时，连杆49带动第一活动手指2、第二活动手指3，分别以主动轴45、从动轴48轴心为转动中心，相互靠近或远离。当抓取球状水果时，固定手指1、第一活动手指2、第二活动手指3之间的夹角为120°；当抓取圆柱状水果时，第一活动手指2、第二活动手指3平行，与固定手指1平行相对设置，如图5所示。

固定手指1、第一活动手指2、第二活动手指3的手指结构相同，均由远指节、中指节、近指节组成，指节通过销轴连接，并在连接处设置扭簧，使得手指成为一个欠驱动系统。

如图2、3、1所示，手爪抓取机构5由气缸51、小平台52、主动杆53、第一从动杆54、第二从动杆55、第三从动杆56、第四从动杆57、第五从动杆58组成。

远指节通过销轴与第五从动杆58相连，第五从动杆58通过销轴与第四从动杆57相连，第四从动杆57与中指节、近指节的关节处通过销轴相连接，第三从动杆56通过销轴与第四从动杆57连接，第三从动杆56、第二从动杆55和第一从动杆54通过销轴相连接，第二从动杆55、近指节通过销轴与连杆49连接。

第一从动杆54和主动杆53连接，固定手指1所对应的主动杆53直接固定在小平台52上，如图4所示。

第一活动手指2，第二活动手指3所对应的主动杆53与和小平台52过盈配合的铜套间隙配合，主动轴45和从动轴48穿过小平台52，主动轴45和从动轴48和铜套采用间隙配合。

气缸51的活塞杆和小平台52连接。当水果位于手爪中时，下气口进气，上气口排气，气缸无杆腔的压力大于有杆腔的压力，推动活塞向上移动，活塞杆带动小平台52向上移动，主动杆53小平台52向上移动，接触水果前，扭簧约束手指外侧设置的各从动杆，第一从动杆54推动手指，实现固定手指1、第一活动手指2，第二活动手指3闭合，水果收拢在手爪内。

接触水果后，扭簧的约束被释放，主动杆53带动第一从动杆54运动，第一从动杆54带动第二从动杆55转动，第二从动杆55带动第三从动杆56运动，第三从动杆56带动第四从动杆57转动，第四从动杆57带动第五从动杆58运动。此时下气口停止进气，上气口停止排气，固定手指1、第一活动手指2、第二活动手指3闭合，将水果抓紧。

气缸51的上气口进气，下气口排气时，气缸51有杆腔的压力大于无杆腔的压力，推动活塞向下移动，活塞杆带动小平台52向下移动，主动杆53和铜套随小平台52向下移动，小平台52向下移动时，扭簧约束各从动杆，第一从动杆54拉动固定手指1、第一活动手指2，第二活动手指3张开，松开水果。

手爪旋转机构6由直流伺服电机61、联轴器62组成。直流伺服电机61的输出轴通过平键联轴器62和气缸51缸体连接，伺服电机61转动时，带动整个手爪旋转，实现水果与果梗分离。

本发明的有益效果是：

本发明采用具有位置可调手指的手爪进行水果采摘，由于手指位置可调且欠驱动，可采用不同的手型进行水果的抓取，在抓取球状水果时，三个手指之间的夹角为120°，水果被手指拢在掌心；在抓取圆柱状水果时，两个手指并在一起，和第三个手指之间的夹角为180°，水果被手指夹持，因此抓取具有良好的自适应性，可以适用不同形状和尺寸的水果；

手指具有多个指节，指节的动作由气缸推动连杆实现，气缸和连杆的配合使得手指动作存在一定的缓冲，相比刚性结构的夹持设备，具有良好的柔顺性；

在水果摘取时，采用了旋转手爪使得水果脱离果梗的方法，降低了图像识别的难度，采摘效率高，并且相比传统的剪切或者拉拽的摘取方式，更能保护水果不受损害；

采摘装置采用伺服电机和气缸巧妙结合，实现了手爪抓取及旋转动作，完成水果抓取及水果与果梗分离，结构简单、体积小、易于调速、成本低。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种水果采摘装置，其特征在于包括：手爪、手爪抓取机构、手指转动机构，所述手爪包括若干个手指，手爪抓取机构控制各手指协同张开和闭合，手指转动机构调整手指之间的夹角以适应不同形状和尺寸的水果。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述手爪有三根手指，包括固定手指、第一活动手指、第二活动手指，第一活动手指和第二活动手指与所述手指转动机构连接。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述手指转动机构包括主动轴、从动轴、齿轮副、连杆，所述第一、第二活动手指分别通过各自的连杆与主动轴、从动轴连接，主动轴和从动轴上安装齿轮副，两者通过齿轮副实现反向转动，当主动轴通过齿轮副带动从动轴转动时，所述第一活动手指和第二活动手指分别以主动轴、从动轴轴心为转动中心，相互靠近或远离。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述齿轮副通过蜗轮蜗杆机构驱动，电机的输出轴连接蜗杆，蜗杆和蜗轮啮合，蜗轮连接并驱动所述齿轮副转动。

5.根据权利要求1-4任一项所述的装置，其特征在于，所述手指由远指节、中指节、近指节依次连接组成，近指节位于指跟部位，远指节位于指尖部位；

所述手爪抓取机构包括推动机构和一系列推杆，所述推杆均安装在指节外侧，包括主动杆和若干从动杆；

主动杆和推动机构连接，主动杆的另一端连接第一从动杆，第一从动杆的另一端连接第二从动杆和第三从动杆，第二从动杆的另一端和近指节的底端连接，第三从动杆的另一端和第四从动杆连接；

第四从动杆为V形，V形的顶角和第三从动杆连接，另外两端和近指节与中指节连接的关节处，以及第五从动杆分别连接，第五从动杆还连接远指节的底端；

当推动机构上推时，主动杆带动从动杆推动所述手指收拢；当推动机构下拉时，主动杆牵引从动杆拉动所述手指张开。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述指节之间设置扭簧。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于，所述推动机构包括气缸和小平台，小平台和气缸的活塞杆连接，小平台和所述主动杆连接。

8.根据权利要求1-7任一项所述的装置，其特征在于，手爪旋转机构连接并带动所述手爪旋转。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述手爪旋转机构由电机驱动。

10.根据权利要求2-9任一项所述的装置，其特征在于，当抓取球状物体时，所述三个手指之间的夹角为120°；当抓取柱状物体时，所述三个手指平行，其中两个手指与第三个手指相对设置。