CN109997514A - 水果采摘平台 - Google Patents

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CN109997514A CN201910271634.3A CN201910271634A CN109997514A CN 109997514 A CN109997514 A CN 109997514A CN 201910271634 A CN201910271634 A CN 201910271634A CN 109997514 A CN109997514 A CN 109997514A
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01DHARVESTING; MOWING
    • A01D46/00Picking of fruits, vegetables, hops, or the like; Devices for shaking trees or shrubs
    • A01D46/30Robotic devices for individually picking crops

Abstract

本发明公开了一种水果采摘平台,包括用于收集水果的水果收集装置、可移动的设置于水果收集装置上且用于将水果引导至水果收集装置的采摘机械手和设置于采摘机械手上且用于剪切水果的果柄的剪果装置。本发明的水果采摘平台,通过负压的方法抓取水果,并通过管道输送水果,大大提高了工作效率,降低了工作难度,提高了工作效率。

Description

水果采摘平台
技术领域
本发明水果采摘技术领域,具体地说,本发明涉及一种水果采摘平台。
背景技术
我国是水果产出大国,而这些水果主要的采摘方式主要是依靠人工采摘,每年采摘水果都要占用大量的人力物力,尤其是针对于苹果、梨、橘子这类水果,这类水果的植株较为高大、果实分散,人工在采摘时需要爬到树上采摘、不方便移动,站在树上采摘下来的水果也不容易收集,且危险性较大,效率十分低下。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此,本发明提供一种水果采摘平台,目的是方便水果采摘。
为了实现上述目的,本发明采取的技术方案为:水果采摘平台,包括用于收集水果的水果收集装置、可移动的设置于水果收集装置上且用于将水果引导至水果收集装置的采摘机械手和设置于采摘机械手上且用于剪切水果的果柄的剪果装置。
所述采摘机械手包括机械臂底座、输果管、可旋转的设置于机械臂底座上的第一机械臂和可旋转的设置于第一机械臂上的第二机械臂,第二机械臂与输果管连接且第二机械臂用于将水果引导至输果管中,所述剪果装置设置于第二机械臂上,第一机械臂的旋转中心线与第二机械臂的旋转中心线相平行。
所述第二机械臂包括小臂支持体、设置于小臂支持体上且可伸缩的伸缩管组件、与伸缩管组件连接且用于控制伸缩管组件进行伸缩的伸缩控制机构和设置于伸缩管组件上的伸缩块,所述剪果装置设置于伸缩块上,伸缩块和伸缩管组件用于将水果引导至所述输果管中,小臂支持体与所述第一机械臂转动连接。
所述伸缩管组件包括首端伸缩管和套设于首端伸缩管上且设置于所述小臂支持体的内部的尾端伸缩管,首端伸缩管的一端与所述伸缩块固定连接,首端伸缩管的另一端插入尾端伸缩管的内腔体,伸缩块具有让水果进入且与首端伸缩管的内腔体连通的进果口,尾端伸缩管用于将进入首端伸缩管的内腔体中的水果引导至所述输果管中。
所述第二机械臂还包括用于使所述伸缩管组件内部产生负压的负压产生机构,该负压产生机构包括设置于所述小臂支持体上的风机和与风机连接的导风管,导风管与伸缩管组件的内腔体连通。
所述剪果装置包括与所述第二机械臂固定连接的剪果安装板、可旋转的设置于剪果安装板上的两个剪果刀和设置于剪果安装板上且用于产生使剪果刀旋转的旋转力的剪果舵机。
所述第一机械臂包括大臂支持体和设置于大臂支持体上且用于控制第二机械臂进行旋转的小臂调节机构,小臂调节机构包括可移动设置的大臂滑块、与大臂支持体固定连接的丝杆座、可旋转的设置于丝杆座上的大臂丝杆、套设于大臂丝杆上且与大臂滑块固定连接的螺母、用于产生使大臂丝杆旋转的旋转力的调节电机以及与第二机械臂和大臂滑块连接的机械臂连杆。
所述机械臂底座包括底座本体、设置于底座本体上且与所述第一机械臂连接的大臂舵机和设置于底座本体上且用于产生使底座本体旋转的旋转力的底座电机,底座本体套设于底座转轴上,底座转轴设置于所述水果收集装置上,底座转轴的轴线与所述第一机械臂的旋转中心线相垂直,所述输果管与底座转轴连接且底座转轴用于将水果引导至水果收集装置处进行收集。
所述水果收集装置包括承重架、可移动的设置于承重架上的载物台、设置于承重架的顶部的盖板、位于盖板上方且为可移动设置的机械臂滑台、设置于盖板上且用于控制机械臂滑台沿第一方向进行移动的第一驱动机构、设置于承重架上且用于控制载物台沿竖直方向进行移动的第二驱动机构、设置于机械臂滑台上的承重支座和设置于承重支座上的转盘外圈,所述机械臂底座与设置于转盘外圈的中心孔中且相对于转盘外圈可旋转的转盘内圈固定连接,所述底座转轴穿过转盘内圈且底盘转轴与机械臂滑台固定连接,盖板具有让底盘转轴嵌入的避让槽。
所述第一驱动机构包括设置于所述盖板上的第一驱动电机、与所述机械臂滑台连接的第一带传动机构以及与第一驱动电机和第一带传动机构连接的第二带传动机构,第一带传动机构设置两个,所述盖板上方设有用于对机械臂滑台起导向作用的导向轴,导向轴设置两个。
本发明的水果采摘平台,通过负压的方法抓取水果,并通过管道输送水果,大大提高了工作效率,降低了工作难度,提高了工作效率,进而降低了工作成本;对于不同大小的水果设有相应大小且可更换的末端采集头,吸力强劲,能很好的适应不同水果的采摘要求(主要针对单个圆球状水果如:苹果、橘子、梨等),设计了可伸缩的小臂,在不需要时可收缩降低机械臂的负荷,需要时可快速伸展,方便采摘高处水果,且采摘下来的水果能够有效收集和称重,便于使用。
附图说明
本说明书包括以下附图,所示内容分别是:
图1是本发明水果采摘平台的结构示意图;
图2是采摘机械手的结构示意图;
图3是底部移动装置的结构示意图;
图4是水果收集装置的结构示意图;
图5是机械臂底座的结构示意图;
图6是第一机械臂的结构示意图;
图7是第二机械臂的结构示意图;
图8是第二机械臂另一角度的结构示意图;
图9是剪果装置的结构示意图;
图10是采摘机械手的伸展状态示意图;
图11是称重装置的结构示意图;
图12是转盘外圈与转盘内圈的装配示意图;
图13是本发明水果采摘平台的控制原理图;
图14是远程遥控系统的原理示意图;
图中标记为:1、底部移动装置;101、控制箱;102、电池组;103、底盘; 104、减速电机;105、车轮;2、水果收集装置;201、第二驱动电机;202、电机座;203、联轴器;204、载物台丝杆;205、载物台;206、盖板;207、第一驱动电机;208、第一带传动机构;209、第二带传动机构;210、导向轴;211、机械臂滑台;212、轴承座;213、光轴座;214、滑动轴承;215、承重架;3、收集筐;4、机械臂底座;401、承重支座;402、底座前盖;403、底座侧板; 404、大臂舵机;405、支撑板;406、舵机轴;407、底座后板;408、底座电机; 409、电机座;410、齿轮;411、齿圈;412、底座转轴;5、第一机械臂;501、舵盘;502、大臂侧板;503、大臂上板;504、丝杆座;505、大臂滑块;506、大臂丝杆;507、大臂光轴;508、联轴器;509、调节电机;510、固定轴;6、机械臂连杆;7、第二机械臂;701、伸缩舵机;702、小臂轴承座;703、长丝杆螺母;704、剪叉式伸缩机构;705、燕尾滑块;706、限位轴;707、进果口; 708、伸缩块;709、小臂上板;710、小臂侧板;711、挡风板;712、风机;713、导风管;714、密封滑块;715、小臂固定件;716、尾端伸缩管;717、密封板; 718、连接块;719、首端伸缩管;720、导向杆;8、剪果装置;801、剪果安装板;802、剪果舵机;803、剪果刀;901、卡块;902、锁紧舵机;903、称重支架;904、翻转舵机;905、翻转板;906、重量传感器;1001、转盘外圈,1002、转盘内圈;11、输果管。
具体实施方式
下面对照附图,通过对实施例的描述,对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明,目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解,并有助于其实施。
如图1至图10所示,本发明提供了一种水果采摘平台,包括用于收集水果的水果收集装置2、可移动的设置于水果收集装置2上且用于将水果引导至水果收集装置2的采摘机械手和设置于采摘机械手上且用于剪切水果的果柄的剪果装置8。
具体地说,如图1所示,本发明的水果采摘平台还包括底部行走装置,水果收集装置2设置于底部行走装置上,底部行走装置是用于携带水果收集装置2 及采摘机械手和剪果装置8行驶至指定位置处。在底部行走装置移动至果树处后,剪果装置8用于将水果的与果树树枝连接的果柄剪断,然后水果经采摘机械手引导至水果收集装置2中,完成水果的采摘与收集。
底部移动装置1具有多种形式,如图1和图3所示,底部移动装置1主要包括控制箱101、电池组102、底盘103、减速电机104和车轮105,底盘103 上安装有四个减速电机104,四个减速电机104呈矩形分布,各个减速电机104 的输出轴上均安装一个车轮105,四个车轮105呈矩形分布,车轮105的轴线相平行。控制箱101和电池组102固定设置在底板103上,控制箱103内设有以型号stm32f103zet6为主控芯片的单片机控制板,控制箱103内还设有五个减速电机驱动、8路舵机驱动板、双路伺服单机驱动、固态继电器和无线模块。电池组102用于对减速电机104提供电力,减速电机104驱动车轮105进行旋转,车轮105沿着地面滚动,以产生使底部移动装置1进行行驶的驱动力。通过设置这种结构的底部移动装置1,实现了水果采摘平台方便快捷的转移。
如图1和图2所示,水果收集装置2固定设置在底部行走装置上,采摘机械手为可旋转的设置于水果收集装置2上且采摘机械手相对于水果收集装置2 进行旋转时的旋转中心线位于竖直面内,采摘机械手可以沿水平方向左右旋转。采摘机械手包括机械臂底座4、输果管11、可旋转的设置于机械臂底座4上的第一机械臂5和可旋转的设置于第一机械臂5上的第二机械臂7,第二机械臂7 与输果管11连接且第二机械臂7用于将水果引导至输果管11中,剪果装置8 设置于第二机械臂7上,第一机械臂5的旋转中心线与第二机械臂7的旋转中心线相平行,第一机械臂5和第二机械臂7的旋转中心线与采摘机械手相对于水果收集装置2进行旋转时的旋转中心线在空间上相垂直。机械臂底座4与水果收集装置2转动连接,机械臂底座4的旋转中心线也即采摘机械手的旋转中心线,第一机械臂5的下端与机械臂底座4转动连接,第二机械臂7的一端与第一机械臂5的上端转动连接,剪果装置8设置于第二机械臂7的另一端。
如图1、图2、图7和图8所示,第二机械臂7包括小臂支持体、设置于小臂支持体上且可伸缩的伸缩管组件、连接块718、与伸缩管组件连接且用于控制伸缩管组件进行伸缩的伸缩控制机构和设置于伸缩管组件上的伸缩块708,剪果装置8设置于伸缩块708上,伸缩块708和伸缩管组件用于将水果引导至输果管11中,小臂支持体与第一机械臂5转动连接。小臂支持体为内部中空的矩形结构,小臂支持体包括小臂上板709、两个小臂侧板710和小臂下板,小臂上板 709与小臂下板为相对布置且小臂上板709与小臂下板相平行,两个小臂侧板 710为相对布置且两个小臂侧板710相平行,两个小臂侧板710之间具有一定的距离,小臂上板709与小臂下板之间也具有一定的距离,两个小臂侧板710位于小臂上板709与小臂下板之间且两个小臂侧板710与小臂上板709和小臂下板固定连接,形成矩形中空结构的小臂支持体。在小臂支持体呈水平状态时,小臂上板709和小臂下板呈水平状态,小臂上板709位于小臂下板的上方,两个小臂侧板710处于竖直状态。连接块718位于小臂支持体的内腔体中,连接块718与小臂支持体固定连接,而且连接块718是位于小臂支持体的与第一机械臂5转动连接的一端,连接块718与伸缩管组件的一端固定连接,伸缩块708 与伸缩管组件的另一端固定连接。小臂支持体的内腔体中还设有一个小臂固定件715,连接块718与小臂支持体的长度方向上的一端固定连接,小臂固定件 715与小臂支持体的长度方向上的另一端固定连接,小臂固定件715位于小臂上板709和小臂下板之间,小臂固定件715也位于两个小臂侧板710之间,小臂固定件715与小臂上板709、小臂下板和两个小臂侧板710固定连接,形成的第二机械臂7的整体强度较高,稳定性好,工作可靠。
如图1、图2、图7和图8所示,伸缩管组件的长可调节,伸缩管组件包括首端伸缩管719和套设于首端伸缩管719上且设置于小臂支持体的内部的尾端伸缩管716,首端伸缩管719的一端与伸缩块708固定连接,首端伸缩管719的另一端插入尾端伸缩管716的内腔体,伸缩块708具有让水果进入且与首端伸缩管719的内腔体连通的进果口707,尾端伸缩管716用于将进入首端伸缩管 719的内腔体中的水果引导至输果管11中。连接块718为内部中空的结构,首端伸缩管719和尾端伸缩管716均为两端开口且内部中空的圆柱体,尾端伸缩管716的外直径大于首端伸缩管719的外直径,尾端伸缩管716的内直径与首端伸缩管719的外直径大小相同,尾端伸缩管716与首端伸缩管719为同轴设置,尾端伸缩管716位于小臂支持体的内腔体中,尾端伸缩管716的一端插入连接块718的内部且尾端伸缩管716的该端与连接块718固定连接,尾端伸缩管716的内腔体与连接块718的内腔体处于连通状态,首端伸缩管719从尾端伸缩管716的另一端伸出至尾端伸缩管716的外部,尾端伸缩管716的该端与小臂固定件715固定连接,小臂固定件715具有让首端伸缩管719穿过的通孔。在伸缩管组件进行伸长时,首端伸缩管719可以伸出至小臂支持体的外部。首端伸缩管719的内腔体与尾端伸缩管716的内腔体处于连通状态,在伸缩控制机构的作用下,首端伸缩管719可相对于尾端伸缩管716沿轴向进行移动,实现伸缩管组件的伸长与收缩,从而可以加大采摘机械手的作业范围,以适于不同位置的水果的采摘。伸缩块708位于小臂支持体的外部,伸缩块708与首端伸缩管719的端部固定连接,进果口707为在伸缩块708上沿伸缩块708的厚度方向贯穿设置的通孔,进果口707为圆孔,伸缩块708的厚度方向与首端伸缩管719的轴线相平行,进果口707与首端伸缩管719为同轴设置,进果口707 与首端伸缩管719的内腔体连通,剪果装置8设置在伸缩块708上且剪果装置8 位于进果口707的位置处,由剪果装置8剪下的水果经进果口707进入首端伸缩管719的内腔体中,然后进入尾端伸缩管716的内腔体中。
如图1、图2、图7和图8所示,伸缩控制机构设置于小臂支持体上且伸缩控制机构位于小臂支持体的下方,伸缩控制机构包括用于提供旋转力的伸缩舵机701、与伸缩舵机701的输出轴连接的长丝杆螺母703、与长丝杆螺母703为螺纹连接的小臂丝杆、与小臂丝杆连接的剪叉式伸缩机构704和与剪叉式伸缩机构704转动连接且与伸缩块708为滑动连接的燕尾滑块705,小臂丝杆的轴线与小臂支持体的长度方向相平行,小臂丝杆的轴线并与首端伸缩管719的轴线相平行,伸缩舵机701位于小臂支持体的下方且伸缩舵机701与小臂支持体固定连接。小臂支持体上设有用于对长丝杆螺母703提供支撑的小臂轴承座702,该小臂轴承座702位于伸缩舵机701与剪叉式伸缩机构704之间,长丝杆螺母 703相对于小臂轴承座702可旋转。长丝杆螺母703与小臂丝杆构成螺旋传动,小臂丝杆的端部与剪叉式伸缩机构704中部第一个铰接点铰接,剪叉式伸缩机构704外侧的首尾四个铰接点均与一个燕尾滑块705铰接连接,前端的两个燕尾滑块705安装于伸缩块708上,后端的两个燕尾滑块705安装于燕尾滑槽上,该燕尾滑槽安装于小臂下板上,即后端的两个燕尾滑块705与小臂下板为滑动连接,燕尾滑块705相对于小臂下板进行移动时的移动方向与小臂丝杆的轴线相垂直,燕尾滑块705相对于伸缩块708进行移动时的移动方向也与小臂丝杆的轴线相垂直,燕尾滑块705的移动方向相平行。剪叉式伸缩机构704的长度可调节,剪叉式伸缩机构704的长度方向与小臂支持体的长度方向相平行,通过剪叉式伸缩机构704的伸缩,带动伸缩管组件进行伸缩。剪叉式伸缩机构704 至少由两组铰接连接的剪叉臂组成,剪叉式伸缩机构704的结构如同本领域技术人员所公知的那样,在此不再赘述。伸缩块708上设置有导向杆720,导向杆720的长度方向与小臂支持体的长度方向相平行,导向杆720穿过小臂固定件 715,小臂固定件715具有让导向杆720穿过的导向孔,导向杆720至少设置相平行的两个,导向杆720的一端与伸缩块708固定连接,导向杆720的另一端位于小臂支持体的内部,导向杆720与小臂固定件715相配合,在伸缩块708 起到导向作用,同时也是在伸缩管组件进行伸缩时起到导向作用,确保伸缩管组件运行稳定。当伸缩舵机701运转时,伸缩舵机701带动长丝杆螺母703旋转,小臂丝杆相对于长丝杆螺母703沿轴向进行移动,小臂丝杆带动剪叉式伸缩机构704进行伸缩,剪叉式伸缩机构704进行伸缩时,能够通过伸缩块708 带动伸缩管组件进行伸缩,达到增大机械臂末端执行机构行程的目的。当剪叉式伸缩机构704进行伸长时,剪叉式伸缩机构704推动伸缩块708朝向远离小臂支持体的方向进行移动,伸缩块708同时带动首端伸缩管719沿轴向进行移动,首端伸缩管719伸出至小臂支持体的外部,实现伸缩管组件的伸长;当剪叉式伸缩机构704进行收缩时,剪叉式伸缩机构704拉动伸缩块708朝向靠近小臂支持体的方向进行移动,伸缩块708同时带动首端伸缩管719沿轴向进行移动,首端伸缩管719逐渐收缩至尾端伸缩管716的内部,实现伸缩管组件的收缩。
采用剪叉式伸缩机构704,能够延长机械臂的末端长度,使得采摘可覆盖的范围更广,并且在不需要采摘远处的水果时,可以缩回以降低功耗。
如图1、图2、图7和图8所示,第二机械臂7还包括用于使伸缩管组件内部产生负压的负压产生机构,以将水果吸入伸缩管组件中,提高采摘效率。该负压产生机构包括设置于小臂支持体上的风机712和与风机712连接的导风管 713,导风管713与伸缩管组件的内腔体连通,风机712位于小臂支持体的外部且风机712与小臂支持体固定连接。导风管713为两端开口且内部中空的管体,导风管713并为弯曲形状,导风管713的一端与风机712连接,导风管713的另一端与连接块718固定连接,导风管713与连接块718的内腔体连通,伸缩管组件的内腔体与连接块718的内腔体连通,连接块718的内腔体使得导风管 713与伸缩管组件的内腔体也处于连通状态。风机712运转后,风机712用于将伸缩管组件抽真空,产生负压区域,形成吸力,该吸力可以将果柄剪断的水果经伸缩块708上的进果口707吸入伸缩管组件中。输果管11为两端开口且内部中空的管体,输果管11沿第一机械臂5的长度方向延伸设置,输果管11的上端与小臂支持体固定连接,输果管11的上端具有开口且输果管11的上端开口与连接块718的内腔体连通,输果管11朝向第二机械臂7的下方延伸,连接块 718用于将内部水果引导至输果管11中,进入输果管11中的水果顺着输果管11 向下滚动。
通过上述结构,巧妙的解决了吸取水果与向下输送水果不能兼顾的问题,且结构简单方便。
如图1、图2、图7至图9所示,剪果装置8包括与第二机械臂7固定连接的剪果安装板、可旋转的设置于剪果安装板上的两个剪果刀和设置于剪果安装板上且用于产生使剪果刀旋转的旋转力的剪果舵机。剪果安装板与伸缩块708 固定连接,伸缩块708位于剪果安装板与小臂固定件715之间,剪果安装板位于进果口707的上方。剪果舵机固定安装在剪果安装板上,剪果舵机用于产生使剪果刀进行旋转的旋转力,剪果刀具有一定的长度,两个剪果刀的一端通过转轴安装在剪果安装板上,两个剪果刀的转轴相平行且剪果刀的旋转中心线(也即转轴的轴线)与小臂支持体的长度方向在空间上相垂直,剪果刀的旋转中心线也与进果口707的轴线相平行。剪果舵机与其中一个剪果刀的转轴固定连接,两个剪果刀的转轴上均设置一个齿轮,两个剪果刀的转轴上设置的齿轮为相啮合的,形成齿轮传动机构,当剪果舵机驱动相连接的剪果刀进行旋转时,该剪果刀通过齿轮传动机构带动另一个剪果刀同步进行旋转。剪果刀具有刃部,两个剪果刀的刃部为相对设置,两个剪果刀的刃部分别位于进果口707的一侧,两个剪果刀的刃部相配合,用于将水果的果柄剪断,以使水果与树枝分离。在剪果舵机的作用下,两个剪果刀同步进行旋转且两个剪果刀的旋转方向相反,实现打开和闭合。在采摘果树上的水果时,需使进果口707正对树枝上的水果,进果口707靠近水果,两个剪果刀分别位于水果的果柄的一侧,然后剪果舵机运转,两个剪果刀进行闭合,将两个剪果刀的刃部接触后,可以将水果的果柄剪断,水果与树枝分离,同时在负压产生机构的作用下,水果经伸缩块708上的进果口707进入伸缩管组件中,然后水果经连接块718进入输果管11中,最终水果进入水果收集装置2上,完成水果的一次采摘。然后剪果舵机反转,使两个剪果刀反向选择,两个剪果刀打开,以等待下一个水果的采摘。
如图1、图2、图7和图8所示,第一机械臂5包括大臂支持体和设置于大臂支持体上且用于控制第二机械臂7进行旋转的小臂调节机构。大臂支持体的下端与机械臂底座4转动连接,大臂支持体的上端与小臂支持体转动连接,大臂支持体的旋转中心线(也即第一机械臂5的旋转中心线)与小臂支持体的旋转中心线(也即第二机械臂7的旋转中心线)相平行,大臂支持体为内部中空的结构,大臂支持体具有一定的长度,大臂支持体包括大臂上板503和两个大臂侧板502,两个大臂侧板502为相对布置且两个大臂侧板502相平行,两个大臂侧板502之间具有一定的距离,大臂上板503位于两个大臂侧板502的同一侧,大臂上板503与两个大臂侧板502固定连接,两个大臂侧板502的下端通过固定轴与机械臂底座4转动连接,两个大臂侧板502的上端与小臂支持体转动连接,形成的大臂支持体在与大臂上板503相对的一侧具有让输果管11嵌入的开口,输果管11位于两个大臂侧板502之间,输果管11与大臂支持体连接,大臂支持体对输果管11提供支撑作用,以使输果管11内部的水果能够顺着输果管11向下滚落。
小臂调节机构是用于控制第二机械臂7及其上的剪果装置8进行上下旋转,以对准果树上需采摘的水果,如图1、图2、图7和图8所示,小臂调节机构包括可移动设置的大臂滑块505、与大臂支持体固定连接的丝杆座504、可旋转的设置于丝杆座504上的大臂丝杆506、套设于大臂丝杆506上且与大臂滑块505 固定连接的螺母、用于产生使大臂丝杆506旋转的旋转力的调节电机509以及与第二机械臂7和大臂滑块505连接的机械臂连杆6。调节电机509固定设置在大臂支持体上,大臂丝杆506为可旋转的设置,大臂丝杆506的轴线与大臂支持体的长度方向相平行,大臂丝杆506的轴线与第一机械臂5的旋转中心线在空间上相垂直,调节电机509通过联轴器508与大臂丝杆506连接,调节电机 509用于产生使大臂丝杆506进行旋转的旋转力。与大臂滑块505固定连接的螺母与大臂丝杆506为螺纹连接,该螺母与大臂丝杆506构成螺旋传动。丝杆座 504设置两个丝杆座504与大臂支持体的大臂上板503固定连接,丝杆座504朝向大臂上板503的外侧伸出,两个丝杆座504是分别在大臂丝杆506的一端对大臂丝杆506提供支撑作用,两个丝杆座504沿大臂支持体的长度方向依次布置,大臂丝杆506位于大臂支持体的外侧。大臂滑块505可相对于大臂支持体做直线运动,大臂滑块505做直线运动时的移动方向与大臂支持体的长度方向相平行,小臂调节机构还包括用于对大臂滑块505起导向作用的大臂光轴507,大臂光轴507至少设置相平行的两个,大臂光轴507为表面光滑的长圆轴,大臂光轴507的轴线与大臂丝杆506的轴线相平行,大臂滑块505具有让大臂光轴507穿过的轴孔,大臂光轴507位于大臂上板503与大臂丝杆506之间,大臂光轴507的两端分别与一个丝杆座504固定连接,两个丝杆座504对大臂光轴507提供支撑作用。机械臂连杆6的一端与大臂滑块505转动连接,机械臂连杆6的另一端与小臂支持体转动连接,在小臂支持体的长度方向上,小臂支持体与大臂支持体的连接点位于机械臂连杆6与小臂支持体的连接点和伸缩块 708之间,机械臂连杆6是在小臂支持体的长度方向上的一端与小臂支持体连接,机械臂连杆6与大臂滑块505和小臂支持体转动连接点的轴线与第二机械臂7 的旋转中心线相平行,机械臂连杆6设置相平行的两个,机械臂连杆6与大臂滑块505和小臂支持体形成滑块连杆机构。调节电机509与大臂支持体的大臂上板503固定连接,调节电机509靠近大臂支持体的下端。调节电机509运转,调节电机509带动大臂丝杆506旋转,进而使大臂滑块505在大臂光轴507上上下移动,大臂滑块505通过机械臂连杆6带动第二机械臂7上下旋转。
采用上述结构的第一机械臂5和小臂调节机构,在保证小臂能够转动的情况下,采用上述结构能够将重心下移,降低了功耗与增加了本发明整体的稳定性。
如图1、图2、图5和图10所示,机械臂底座4包括底座本体、设置于底座本体上且与第一机械臂5连接的大臂舵机404和设置于底座本体上且用于产生使底座本体旋转的旋转力的底座电机408,底座本体套设于底座转轴412上,底座转轴412设置于水果收集装置2上,底座转轴412的轴线与第一机械臂5 的旋转中心线相垂直,输果管11与底座转轴412连接且底座转轴412用于将水果引导至水果收集装置2处进行收集。底座本体为可旋转的设置,底座本体用于对第一机械臂5提供支撑作用,大臂支持体的下端与底座本体转动连接,大臂支持体相对于底座本体可以上下旋转,大臂舵机404固定安装在底座本体上,大臂舵机404用于产生使第一机械臂5旋转的旋转力,大臂舵机404的舵机轴 406与大臂支持体固定连接,大臂舵机404运转后,可以驱动第一机械臂5进行上下旋转。底座转轴412为两端开口且内部中空的圆柱体,底座转轴412为竖直设置,底座转轴412的轴线(即采摘机械手的旋转中心线,也是机械臂底座4 的旋转中心线)的第一机械臂5的旋转中心线在空间上相垂直,底座转轴412 与水果收集装置2固定连接且底座转轴412朝向水果收集装置2的上方延伸,底座本体具有让底座转轴412插入的轴孔,该轴孔为圆孔,在底座电机408运转后,底座本体可绕其自身轴线在水平面内左右旋转。底座本体包括底座底板、底座侧板403、底座后板407、支撑板405和底座前盖402,底座侧板403、底座后板407和支撑板405为竖直设置,底座底板为水平设置,底座底板位于底座侧板403、底座后板407、支撑板405和底座前盖402的下方,底座侧板403 设置相平行的两个,两个底座侧板403的下端与底座底板固定连接,底座前盖402和底座后板407为相对布置,两个底座侧板403位于底座前盖402和底座后板407之间,底座前盖402与两个底座侧板403的一端固定连接,底座后板407 与两个底座侧板403的另一端固定连接,底座前盖402和底座后板407的下端与底座底板固定连接,大臂舵机404安装在其中一个底座侧板403上。两个支撑板405位于两个底座侧板403之间且支撑板405与底座侧板403相平行,两个支撑板405之间具有一定的距离,大臂支持体插入两个支撑板405之间且与两个支撑板405转动连接,两个支撑板405位于底座后板407与底座前盖402 之间且两个支撑板405的位置靠近底座后板407。底座后板407上设有电机座 409,电机座位于底座底板的上方,底座电机408固定安装在电机座409上,底座电机408位于两个支撑板405之间,底座电机408的电机轴上设有一个齿轮 410,底座转轴412上设有一个齿圈411,齿轮410与齿圈411相啮合,齿轮410 为圆柱齿轮,齿圈411为圆环形结构且齿圈411套设于底座转轴412上,齿圈 411与底座转轴412固定连接,齿圈411保持不动,齿轮410与底座电机408的电机轴固定连接。齿圈411和齿轮410均位于底座底板的上方,底座电机408 与底座转轴412为同轴设置且底座电机408位于底座转轴412和底座后板407 之间,底座转轴412位于底座电机408和底座前盖402之间。当底座电机408 运转后,驱动齿轮410绕固定在底座转轴412的齿圈411旋转,进而通过底座电机408、电机座409带动底座本体整体绕底座转轴412的轴线进行旋转,也即使采摘机器人进行旋转。
采用上述结构的机械臂底座4,在不影响机械臂整体绕空间竖直方向旋转的情况下,在机械臂底座中部设置有管道,可使上方采摘下来的水果继续往下落,最后落入收集框3,增加了采摘效率。
如图1、图2、图7、图8和图10所示,输果管11的上端插入连接块718 的内腔体中,输果管11的下端与底座转轴412连接,输果管11的内腔体与底座转轴412的内腔体连通,输果管11内部的水果经底座转轴412进入水果收集装置2的内部。作为优选的,输果管11的内壁面上设有采用海绵材质制成且用于接触水果的海绵层,海绵层的厚度为5-8毫米,海绵层的设置可以避免水果与输果管11直接接触,避免水果表皮擦伤,确保质量。
如图1、图2、图4、图5和图12所示,水果收集装置2包括承重架215、可移动的设置于承重架215上的载物台205、设置于承重架215的顶部的盖板 206、位于盖板206上方且为可移动设置的机械臂滑台211、设置于盖板206上且用于控制机械臂滑台211沿第一方向进行移动的第一驱动机构、设置于承重架215上且用于控制载物台205沿竖直方向进行移动的第二驱动机构、设置于机械臂滑台211上的承重支座401和设置于承重支座401上的转盘外圈1001,机械臂底座4与设置于转盘外圈1001的中心孔中且相对于转盘外圈1001可旋转的转盘内圈1002固定连接,底座转轴412穿过转盘内圈1002且底盘转轴与机械臂滑台211固定连接,机械臂滑台211具有让底座转轴412的下端穿过的通孔,盖板206具有让底盘转轴嵌入的避让槽。载物台205上设有用于收集水果的收集筐3,收集筐3位于盖板206的下方,盖板206为水平设置,盖板206 的顶面为平面,底座转轴412的轴线与盖板206的顶面相垂直。承重架215用于提供支撑作用,盖板206固定设置在承重架215的顶部,机械臂滑台211的移动方向为水平方向且机械臂滑台211的移动方向与底座转轴412的轴线相平行,转盘内圈1002与底座本体的底座底板固定连接,转盘内圈1002位于底座底板的下方,转盘内圈1002和转盘外圈1001均为圆环形结构且转盘内圈1002 和转盘外圈1001为同轴设置,转盘内圈1002位于转盘外圈1001的中心孔中,转盘内圈1002与底座转轴412为同轴设置,底座转轴412穿过转盘内圈1002 的中心孔且底座转轴412的外直径与转盘内圈1002的内直径大小相同。承重支座401设置于机械臂滑台211的顶面上,机械臂滑台211的顶面与盖板206的顶面相平行,承重支座401与机械臂滑台211固定连接,转盘外圈1001与承重支座401固定连接。盖板206上设置的避让槽具有一定的长度,避让槽的长度大于底座转轴412的外直径,避让槽为在盖板206上沿板厚方向贯穿设置且避让槽为沿盖板206的长度方向延伸,避让槽的长度方向与机械臂滑台211的移动方向相平行,收集筐3位于避让槽的下方且收集筐3的长度大于避让槽的长度。在第一驱动机构的作用下,机械臂滑台211能够携带采摘机器人做直线往复移动,实现位置的调节;在第二驱动机构的作用下,载物台205能够携带收集筐3做直线往复运动,实现收集筐3高度位置的调节,便于收集筐3的取放以及在采摘过程中根据收集筐3中的水果的数量调节收集筐3的高度位置。
如图1、图2和图4所示,第一驱动机构包括设置于盖板206上的第一驱动电机207、与机械臂滑台211连接的第一带传动机构208以及与第一驱动电机 207和第一带传动机构208连接的第二带传动机构209,第一带传动机构208设置两个,盖板206上方设有用于对机械臂滑台211起导向作用的导向轴210,导向轴210设置两个。第一驱动电机207与盖板206固定连接,第一驱动电机207 用于产生旋转力,第一带传动机构208和第二带传动机构209均为带传动机构,第一带传动机构208的皮带与机械臂滑台211固定连接,第二带传动机构209的主动带轮与第一驱动电机207的电机轴固定连接,第二带传动机构209的从动带轮与第一带传动机构208的主动带轮通过同一个传动轴固定连接,第一带传动机构208的从动带轮的轴设置于轴承座212上,轴承座212固定设置在盖板206的顶面上。第一带传动机构208设置两个,第二带传动机构209位于两个第一带传动机构208之间,两个第一带传动机构208的皮带为相平行,机械臂滑台211与两个皮带固定连接,确保运行稳定。第一驱动电机207运转,通过第二带传动机构209将动力传递至第一带传动机构208,两个第一带传动机构 208的皮带拉动机械臂滑台211做直线往复运动。
如图1、图2和图4所示,第二驱动机构包括可旋转的设置于承重架215上的载物台丝杆204、设置于承重架215上的第二驱动电机201和套设于载物台丝杆204上且与载物台205固定连接的螺母座,第二驱动电机201的电机轴通过联轴器与载物台丝杆204的下端固定连接,螺母座与载物台丝杆204为螺纹连接,螺母座与载物台丝杆204构成螺旋传动,载物台丝杆204的轴线与底座转轴412的轴线相平行。当第二驱动电机201运转后,载物台丝杆204旋转,进而驱动载物台205沿竖直方向做往复直线运动,载物台205带动收集筐3同步移动。采用丝杠螺母机构,能够精确控制收集筐3的高度的位置。导向轴210 用于对机械臂滑台211起导向作用,确保机械臂滑台211运行稳定,导向轴210 设置相平行的两个,导向轴210的轴线与避让槽的长度方向相平行,避让槽位于两个导向轴210之间,机械臂滑台211与两个导向轴210为滑动连接,盖板 206的顶面上设有光轴座213,光轴座213用于对导向轴210提供支撑作用,以使导向轴210呈水平状态横置在盖板206的上方。
如图1、图2和图4所示,作为优选的,第二驱动机构设置两个,两个第二驱动机构处于与避让槽的长度方向相平行的同一直线上,收集筐3位于两个第二驱动机构之间,两个第二驱动机构的载物台丝杆204相平行,两个第二驱动机构的螺母座分别在载物台205的一端与载物台205固定连接。通过设置两个第二驱动机构,可以确保载物台205稳定运行。
采用上述结构的水果收集装置2,载物台205能够上下移动,在收集框3内的果实较少时,载物台205向上移动,使收集框3的底部距离果实下落的出口较近,防止果实摔坏,在收集框3内的果实较多时,载物台205能够向下移动,为即将到来的水果留出空间。
如图11所示,本发明的水果采摘平台还包括用于检测水果重量的称重装置,称重装置设置于底座转轴412的下端。称重装置包括称重支架903、可旋转的设置于称重支架903上的翻转板905、设置于翻转板905上的重量传感器906和设置于称重支架903上的翻转舵机904,称重支架903与底座转轴412固定连接,称重支架903为两端开口且内部中空的结构,称重支架903的内腔体与底座转轴412的内腔体处于连通状态,翻转板905位于称重支架903的下方,翻转板 905是用于控制称重支架903的下端开口的开闭,在称重支架903的下端开口处于打开状态时,底座转轴412中的水果经称重支架903的上端开口进入称重支架903的内部,进入称重支架903内部的水果经称重支架903的下端开口向下掉落至下方的收集框中。翻转板905的旋转中心线与盖板206的顶面相平行,翻转板905的旋转中心线并与底座转轴412的轴线相垂直,翻转舵机904用于产生使翻转板905旋转的旋转力,翻转舵机904与称重支架903固定连接,翻转舵机904的输出轴与翻转板905固定连接,翻转舵机904运转后,可以驱动翻转板905上下翻转,实现称重支架903的下端开口的开闭控制。重量传感器 906设置在翻转板905上,当翻转板905将称重支架903的下端开口封闭时,翻转板905处于水平状态,此时重量传感器906能够接触到进入称重支架903内部的水果且能够检测水果的重量。称重装置还包括用于对翻转板905进行限位的卡块901和设置于称重支架903且用于控制卡块901进行旋转的锁紧舵机902,卡块901用于使翻转板905保持在将称重支架903的下端开口关闭的位置处,使翻转板905保持锁止状态。卡块901的旋转中心线与底座转轴412的轴线相平行,卡块901与锁紧舵机902的输出轴固定连接。翻转板905的一端与称重支架903转动连接,在翻转板905旋转至将称重支架的下端开口关闭的位置处后,卡块901可以旋转至翻转板905的另一端的下方,以托住翻转板905,提高可靠性。当有水果落入称重支架903内时会落在翻转板905上,这时水果的重量便能被重量传感器906检测,检测完毕后,锁紧舵机902会带动卡块901转动,翻转舵机904运转后驱动翻转板905向下旋转,翻转板905将称重支架903 的下端开口打开,进而使水果能够落下,水果落下后,翻转舵机904转动使翻转板905重新变为水平状态,然后锁紧舵机902运转,使卡块901再次卡住翻转板905,将称重支架903的下端开口关闭。
采用上述结构的称重装置,能够将下落的水果称重,使果农对收成有更清晰的认识,且果实落在翻转板905上时,翻转板905上设有的海绵垫可以起到缓冲作用,防止果实摔坏。
如图13所示,控制箱103内的单片机控制板与蓄电池组、重量传感器、底座电机408的编码器、减速电机动、8路舵机驱动板、双路伺服电机驱动、步进电机驱动、固态继电器和无线模块为电连接,8路舵机驱动分别通过导线与伸缩舵机701、大臂舵机404、翻转舵机904、锁紧舵机902、剪果舵机802为电连接,减速电机驱动分别与四个减速电机104和底座电机408为电连接,步进电机驱动分别与第二驱动电机201为电连接,固态继电器与风机712为电连接,双路伺服电机驱动分别与第一驱动电机207和调节电机509为电连接,蓄电池还与稳压模块电连接,稳压模块与无线图传电连接,无线图传与摄像头电连接。
如图14所示,本发明的水果采摘平台可由遥控系统进行远程控制,遥控系统包括数据手套、设置于数据手套的手腕处的第一弯曲传感器、设置于数据手套的中指处的第二弯曲传感器、无线通信模块和摇杆模块,六轴传感器模块(型号为mpu6050)设置于数据手套的手腕处,无线通信模块和单片机(该单片机的芯片型号为stm32f103rct6)设置于数据手套的手背处,锂电池与图传接收模块和摇杆模块均安装到一手柄上,且图传接收模块与显示屏幕电连接,摇杆模块、无线通信模块、第一弯曲传感器、第二弯曲传感器和六轴传感器模块(型号为mpu6050)均与单片机为电连接,锂电池与图传接收模块和单片机为电连接。
使用时,采摘人员先将数据手套佩戴在手上,然后将手肘放于桌面上,通过显示屏幕,能够将摄像头采集到的视频信息直观的显示出来,使采摘人员分别操作,通过摇杆模块的前后左右摆动,可控制底部移动装置1上的四个减速电机104的转动状态,实现整个水果采摘平台的行驶,当水果采摘平台移动到需要的位置时,松开摇杆模块,左右旋转人手的小臂,通过mpu6050六轴传感器模块便能检测到转动角度,并将信息经单片机处理后通过无线模块传输到控制箱内的单片机控制板上,单片机控制板便会通过减速电机驱动和底座电机编码器对底座电机408实现闭环控制,进而使机械臂底座4转动相同的角度,上下摆动人手的小臂时,通过mpu6050六轴传感器模块便能检测到转动角度,并将信息经单片机处理后通过无线模块传输到单片机控制板上,单片机控制板通过8路舵机驱动控制大臂舵机404转动,进而使大臂转动相同角度,上下摆动手掌时,手腕处的第一弯曲传感器的电阻便会发生变化,与第一弯曲传感器电连接的单片机在检测到电阻变化后,通过算法能够的出第一弯曲传感器的弯曲角度并通过无线通信模块传输到单片机控制板上,单片机控制板通过双路伺服电机驱动控制调节电机509转动,进而使第二机械臂7转动相同角度,弯曲人手的食指时会使第二弯曲传感器电阻发生变化,与第一弯曲传感器电连接的单片机在检测到电阻变化后,通过算法得出变化后的电阻与设定值的比值,并将这个比值通过无线模块传输到单片机控制板,单片机控制板通过8路舵机驱动板控制伸缩舵机701转动,实现剪叉式伸缩机构704与伸缩块708的伸缩,当使用者通过人手姿态的变化,控制进果口707移动到果实附近时,通过按下摇杆模块上的按键,使单片机控制板通过固态继电器控制风机712的转速,使水果果实被吸入进果口707出,然后再次按下摇杆模块上的按键,剪切装置8上的剪果刀803便会对果柄进行剪切,然后水果果实便会在吸力作用下穿过伸缩细管与固定粗管进入到连接块718处,水果顺着输果管11落入称重装置中,重量传感器906能够检测水果的重量,并对水果的重量划分等级,对于不同重量等级的水果,单片机控制板便会通过双路伺服电机驱动控制第一驱动电机207,使机械臂滑台211移动,进而使水果落入收集筐3的相应区域内,且单片机控制板能通过重量传感器的数据变化计算水果的总重量与个数,并通过第二驱动电机201使载物台205与收集筐3渐渐向下移动,这样能使水果下坠的距离尽可能得短,能够防止水果摔坏,至此完成水果的采集过程,且在水果落入到输果管11时,便可开始下一水果才采摘。
以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然,本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进;或未经改进,将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的,均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.水果采摘平台,其特征在于,包括用于收集水果的水果收集装置、可移动的设置于水果收集装置上且用于将水果引导至水果收集装置的采摘机械手和设置于采摘机械手上且用于剪切水果的果柄的剪果装置。
2.根据权利要求1所述的水果采摘平台,其特征在于,所述采摘机械手包括机械臂底座、输果管、可旋转的设置于机械臂底座上的第一机械臂和可旋转的设置于第一机械臂上的第二机械臂,第二机械臂与输果管连接且第二机械臂用于将水果引导至输果管中,所述剪果装置设置于第二机械臂上,第一机械臂的旋转中心线与第二机械臂的旋转中心线相平行。
3.根据权利要求2所述的水果采摘平台,其特征在于,所述第二机械臂包括小臂支持体、设置于小臂支持体上且可伸缩的伸缩管组件、与伸缩管组件连接且用于控制伸缩管组件进行伸缩的伸缩控制机构和设置于伸缩管组件上的伸缩块,所述剪果装置设置于伸缩块上,伸缩块和伸缩管组件用于将水果引导至所述输果管中,小臂支持体与所述第一机械臂转动连接。
4.根据权利要求3所述的水果采摘平台,其特征在于,所述伸缩管组件包括首端伸缩管和套设于首端伸缩管上且设置于所述小臂支持体的内部的尾端伸缩管,首端伸缩管的一端与所述伸缩块固定连接,首端伸缩管的另一端插入尾端伸缩管的内腔体,伸缩块具有让水果进入且与首端伸缩管的内腔体连通的进果口,尾端伸缩管用于将进入首端伸缩管的内腔体中的水果引导至所述输果管中。
5.根据权利要求3或4所述的水果采摘平台,其特征在于,所述第二机械臂还包括用于使所述伸缩管组件内部产生负压的负压产生机构,该负压产生机构包括设置于所述小臂支持体上的风机和与风机连接的导风管,导风管与伸缩管组件的内腔体连通。
6.根据权利要求2至5任一所述的水果采摘平台,其特征在于,所述剪果装置包括与所述第二机械臂固定连接的剪果安装板、可旋转的设置于剪果安装板上的两个剪果刀和设置于剪果安装板上且用于产生使剪果刀旋转的旋转力的剪果舵机。
7.根据权利要求2至6任一所述的水果采摘平台,其特征在于,所述第一机械臂包括大臂支持体和设置于大臂支持体上且用于控制第二机械臂进行旋转的小臂调节机构,小臂调节机构包括可移动设置的大臂滑块、与大臂支持体固定连接的丝杆座、可旋转的设置于丝杆座上的大臂丝杆、套设于大臂丝杆上且与大臂滑块固定连接的螺母、用于产生使大臂丝杆旋转的旋转力的调节电机以及与第二机械臂和大臂滑块连接的机械臂连杆。
8.根据权利要求2至7任一所述的水果采摘平台,其特征在于,所述机械臂底座包括底座本体、设置于底座本体上且与所述第一机械臂连接的大臂舵机和设置于底座本体上且用于产生使底座本体旋转的旋转力的底座电机,底座本体套设于底座转轴上,底座转轴设置于所述水果收集装置上,底座转轴的轴线与所述第一机械臂的旋转中心线相垂直,所述输果管与底座转轴连接且底座转轴用于将水果引导至水果收集装置处进行收集。
9.根据权利要求8所述的水果采摘平台,其特征在于,所述水果收集装置包括承重架、可移动的设置于承重架上的载物台、设置于承重架的顶部的盖板、位于盖板上方且为可移动设置的机械臂滑台、设置于盖板上且用于控制机械臂滑台沿第一方向进行移动的第一驱动机构、设置于承重架上且用于控制载物台沿竖直方向进行移动的第二驱动机构、设置于机械臂滑台上的承重支座和设置于承重支座上的转盘外圈,所述机械臂底座与设置于转盘外圈的中心孔中且相对于转盘外圈可旋转的转盘内圈固定连接,所述底座转轴穿过转盘内圈且底盘转轴与机械臂滑台固定连接,盖板具有让底盘转轴嵌入的避让槽。
10.根据权利要求9所述的水果采摘平台,其特征在于,所述第一驱动机构包括设置于所述盖板上的第一驱动电机、与所述机械臂滑台连接的第一带传动机构以及与第一驱动电机和第一带传动机构连接的第二带传动机构,第一带传动机构设置两个,所述盖板上方设有用于对机械臂滑台起导向作用的导向轴,导向轴设置两个。
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