CN110447389B - 一种辅助人工采摘水果的机械装置及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种辅助人工采摘水果的机械装置及其工作方法，该机械装置包括移动装置和机械手臂采摘机构，还包括转盘机构、上下运输机构和倾倒机构，所述机械手臂采摘机构和转盘机构均设于移动装置的安装平台上，所述转盘机构上沿周部均匀布设有若干个所述上下运输机构，以驱动各上下运输机构运转至不同工位，各上下运输机构上分别设有一个所述倾倒机构，以带动倾倒机构上下运动，所述倾倒机构上设有可倾倒的果篮，以接收机械手臂采摘机构采摘的水果，并当倾倒机构运动到上下运输机构的下部时，倾倒水果。该机械装置及其工作方法不仅自动化程度高，而且有利于保护已采摘水果，采摘效果好。

Description

一种辅助人工采摘水果的机械装置及其工作方法

技术领域

本发明涉及农业机械技术领域，具体涉及一种辅助人工采摘水果的机械装置及其工作方法。

背景技术

如今随着现代农业生产技术的不断提高，水果及其他农作物的产量也日益提高。虽然水果的机械化作业最早可以追溯到上个世纪60年代，但由于简单的机械收获易造成水果损伤，因此在收获柔软新鲜的水果方面还存在很大的局限性。而且水果收获往往需要有选择性地进行，此外市场对水果的新鲜度也有很高的要求，这就要求水果的收获要有很高的时效性。因此，在水果收获中采用机器人作业，实现水果收获的自动化和智能化，是解决上述问题的最好方式。

专利CN201811610301公开了一种水果采摘机器人，包括移动平台，机械臂，和末端执行器。通过对此机器人的分析，它只由旋转平台让机械臂转动来进行采摘工作，在一定程度上提高了采摘的自由度但它并没有设置其他机构来降低水果的重力势能来进行采摘。专利CN201811448320公开了一种水果采摘机器人，包括抓握部分，手臂部分，升降部分，旋转部分和移动底座。通过对此机器人的分析，虽然它在机械手臂下面增加了升降结构和旋转平台，但是并没有考虑到水果在上下间的运输问题。专利CN201810874419公开了一种用于采摘水果的仿生机器人，包括行走机构，机械臂，采摘机构，但是此机器人并没有设置上下运输机构来运输水果。

在现有技术中，已公开了很多关于水果采摘的专利技术，其中有的实现单方向的水果采摘，有的可改变方向实现全方位的水果采摘。但目前市场上商品化的采摘器品种比较单一，且价格昂贵，操作不便。此外，现有的水果采摘机器人都是从机械手臂入手改进机械手臂，而把水果从树上安全运到地面上的机械结构却很少，一般多为管道机构且内置气压机或液压机构，但是这类运输机构要求车体体积较大且不能保证气压机提供的气压能够把水果安全运到树底下。

发明内容

本发明的目的在于提供一种辅助人工采摘水果的机械装置及其工作方法，该机械装置及其工作方法不仅自动化程度高，而且有利于保护已采摘水果，采摘效果好。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种辅助人工采摘水果的机械装置，包括移动装置和机械手臂采摘机构，还包括转盘机构、上下运输机构和倾倒机构，所述机械手臂采摘机构和转盘机构均设于移动装置的安装平台上，所述转盘机构上沿周部均匀布设有若干个所述上下运输机构，以驱动各上下运输机构运转至不同工位，各上下运输机构上分别设有一个所述倾倒机构，以带动倾倒机构上下运动，所述倾倒机构上设有可倾倒的果篮，以接收机械手臂采摘机构采摘的水果，并当倾倒机构运动到上下运输机构的下部时，倾倒水果。

进一步地，所述机械手臂采摘机构和转盘机构分别设于安装平台上的前部和后部，所述转盘机构上沿周部均匀分布有3个上下运输机构，所述上下运输机构的三个工位间隔120°且第一工位向前朝向机械手臂采摘机构，以当移动装置移动到设定位置时，机械手臂采摘机构向前采摘水果并向后放入倾倒机构的果篮中。

进一步地，所述移动装置主要由履带式移动机构以及设于其上用于安装机械手臂采摘机构和转盘机构的安装平台组成。

进一步地，所述机械手臂采摘机构主要由旋转底盘、机械臂和用于摘取水果的末端执行器组成，所述旋转底盘安装于移动装置上，所述机械臂下端安装于旋转底盘上，上端安装所述末端执行器。

进一步地，所述转盘机构包括舵机安装架、舵机和转盘，所述舵机经舵机安装架和螺纹紧固件固定安装于安装平台上，所述舵机的输出端连接舵盘，所述舵盘与转盘连接，以驱动舵盘及转盘旋转，所述上下运输机构均布于转盘上，以随转盘运转至不同工位。

进一步地，所述上下运输机构包括左、右机架，所述左、右机架上分别设有左、右滑轨，所述左、右滑轨上分别设有可上下滑动的左、右滑块，所述倾倒机构跨设于左、右滑块之间，并分别与左、右滑块的前部固定连接；所述左、右机架的上、下部分别跨设有上、下传动轴，各传动轴与机架均为转动连接，上、下传动轴的左、右两端均设有传动带轮，并在上、下传动轴之间绕设有与传动带轮配合的左、右传动带，左、右传动带的前侧段分别与左、右滑块后部固定连接，所述机架上安装有电机，所述电机的输出端与其中一个传动轴连接，以通过传动轴带动传动带运转，进而带动滑块及其上的倾倒机构沿滑轨上下滑动。

进一步地，所述倾倒机构包括长U形架、双轴舵机、短U形架和果篮，所述长U形架的中部与上下运输机构固定连接，所述双轴舵机两端的舵盘与长U形架的左、右两前端部固定连接，所述双轴舵机经短U形架与果篮固定连接，以通过双轴舵机的转动带动果篮的倾倒。

进一步地，还包括控制单元，所述控制单元分别与移动装置、机械手臂采摘机构、转盘机构、上下运输机构及倾倒机构的控制端连接，以控制装置各机构工作。

本发明还提供了一种辅助人工采摘水果的机械装置的工作方法，包括以下步骤：

步骤1）控制移动装置移动到设定位置；

步骤2）控制转盘机构将其中一个上下运输机构转动到朝向机械手臂采摘机构的第一工位，然后控制上下运输机构带动倾倒机构及其上的果篮上升；

步骤3）控制机械手臂采摘机构向前采摘水果并向后放入倾倒机构的果篮中；

步骤4）摘满之后，控制转盘机构旋转，将所述上下运输机构转动到倾倒水果的第二工位，同时，将下一个上下运输机构转动到朝向机械手臂采摘机构的第一工位；

步骤5）控制处于第二工位的上下运输机构带动倾倒机构及其上的果篮下降，同时，控制处于第一工位的上下运输机构带动倾倒机构及其上的果篮上升；

步骤6）控制处于第二工位的倾倒机构旋转设定角度，将果篮中水果倾倒到相应位置或容器中；控制机械手臂采摘机构采摘水果并放入处于第一工位的果篮中；如此往复循环，直至完成采摘工作。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：提供了一种辅助人工采摘水果的机械装置及其工作方法，该机械装置通过移动装置、机械手臂采摘机构、转盘机构、上下运输机构和倾倒机构等各机构的配合工作，实现了水果的采摘、从高到低的运输以及倾倒的整个过程，不仅自动化程度高，提高了采摘效率，而且能够安全地将水果从高处运输到低处，再在低处进行倾倒，降低了已采摘水果在收集过程中受损的可能，大大提高了采摘效果，具有很强的实用性和广阔的应用前景。

附图说明

图1是本发明实施例的结构主视图。

图2是本发明实施例的结构俯视图。

图3是本发明实施例中转盘机构的结构示意图。

图4是本发明实施例中上下运输机构的结构主视图。

图5是本发明实施例中上下运输机构的结构侧视图。

图6是本发明实施例中倾倒机构的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供了一种辅助人工采摘水果的机械装置，如图1所示，包括移动装置、机械手臂采摘机构、转盘机构3、上下运输机构4和倾倒机构5，所述机械手臂采摘机构和转盘机构3均设于移动装置的安装平台2上，所述转盘机构3上沿周部均匀布设有若干个所述上下运输机构4，以驱动各上下运输机构运转至不同工位，各上下运输机构4上分别设有一个所述倾倒机构5，以带动倾倒机构5上下运动，所述倾倒机构5上设有可倾倒的果篮，以接收机械手臂采摘机构采摘的水果，并当倾倒机构5运动到上下运输机构4的下部时，倾倒水果。

如图2所示，在本实施例中，所述机械手臂采摘机构和转盘机构3分别设于安装平台2上的前部和后部，所述转盘机构3上沿周部均匀分布有3个上下运输机构4，所述上下运输机构4的三个工位间隔120°且第一工位向前朝向机械手臂采摘机构，以当移动装置移动到设定位置时，机械手臂采摘机构向前采摘水果并向后放入倾倒机构5的果篮中。

其中，所述移动装置主要由履带式移动机构1以及设于其上用于安装机械手臂采摘机构和转盘机构3的安装平台2组成。所述机械手臂采摘机构主要由旋转底盘8、机械臂7和用于摘取水果的末端执行器6组成，所述旋转底盘8安装于移动装置上，所述机械臂7下端安装于旋转底盘8上，上端安装所述末端执行器6。

如图3所示，所述转盘机构3包括舵机安装架103、舵机111和转盘104，所述舵机111经舵机安装架103和螺纹紧固件101、102固定安装于安装平台100上，所述舵机111的输出端连接舵盘110，所述舵盘110与转盘104连接，以驱动舵盘110及转盘104旋转，所述上下运输机构4均布于转盘104上，以随转盘104运转至不同工位。

具体地，转盘机构的转盘通过螺栓连接到6815深沟球轴承109上。轴承109通过螺栓连接到夹板上，夹板通过螺栓连接到舵盘110上，舵盘通过内齿轮啮合连接在舵机111上。舵机通过螺栓和螺柱101、102固连在舵机安装架103上，然后再固定在安装平台100上。舵机111通过控制转盘104从而带动上下运输机构4在机械手臂采摘机构采摘时把果篮运输至合适的位置。在采摘完成后旋转120°，将上下运输机构传动到离开第一工位，让第二个上下运输机构4进行上一个步骤。

如图4、5所示，所述上下运输机构4包括左、右机架，所述左、右机架上分别设有左、右滑轨203，所述左、右滑轨203上分别设有可上下滑动的左、右滑块204，所述倾倒机构5跨设于左、右滑块204之间，并分别与左、右滑块的前部固定连接；所述左、右机架的上、下部分别跨设有上、下传动轴201，各传动轴201与机架均为转动连接，上、下传动轴的左、右两端均设有传动带轮202，并在上、下传动轴之间绕设有与传动带轮202配合的左、右传动带216，左、右传动带216的前侧段分别与左、右滑块204后部固定连接，所述机架上安装有电机，所述电机的输出端与其中一个传动轴连接，以通过传动轴带动传动带运转，进而带动滑块及其上的倾倒机构沿滑轨上下滑动。

具体地，上下运输机构包括L形架200，通过螺钉固定在转盘104上，与长U形架205、H形架207构成上下运输机构的机架。滑轨203通过螺栓连接在L型架200和长U形架205上。滑块204连接在滑轨203上。滑块由带传动机构控制，传动轴201分别在H形架207的上下两端，其上安装有同步齿形带轮202，带轮上装有同步齿形带216，由此构成了带传动机构，带动滑块上下运动。同步齿形带与滑块之间，由螺栓连接在滑块204上的槽型滑块前固定板211和同步齿形带前夹板219和后夹板218之上，从而同步齿形带216能带动滑块204上下运动。

如图6所示，所述倾倒机构5包括长U形架300、双轴舵机303、短U形架301和果篮209，所述长U形架300的中部与上下运输机构4固定连接，所述双轴舵机303两端的舵盘302与长U形架300的左、右两前端部固定连接，所述双轴舵机303经短U形架301与果篮209固定连接，以通过双轴舵机303的转动带动果篮209的倾倒。

具体地，倾倒机构的长U形架300通过螺栓连接在滑块前固定板211上，舵盘302固连在长U形架300上，双轴舵机303连接在两端的舵盘302上，双轴舵机303后端连接短U形架301，短U形架另一端连接果篮209，通过双轴舵机303的转动实现果篮的倾倒。

当转盘机构的转盘104将上下运输机构4运输至靠近机械手臂采摘机构的一侧后，上下运输机构的传动轴201正转带动202同步齿形带轮转动带动同步齿形带216工作，通过滑块前固定板211和同步齿形带前夹板219和同步齿形带后夹板218带动滑块204沿滑轨203上升，滑块连接倾倒机构及其上的果篮，通过此方法带动果篮209上升。同理采摘完成后转盘旋转120°后传动轴201反转带动果篮下降。当滑块204沿滑轨203下降后，双轴舵机301转动将果篮209旋转一定的角度之后实现倾倒。

为了实现对装置各机构的工作控制，所述安装平台2上还设有控制单元，所述控制单元分别与移动装置、机械手臂采摘机构、转盘机构、上下运输机构及倾倒机构的控制端连接，以控制装置各机构工作。

本发明还提供了上述辅助人工采摘水果的机械装置对应的工作方法，包括以下步骤：

步骤1）控制移动装置移动到设定位置；

步骤2）控制转盘机构将其中一个上下运输机构转动到朝向机械手臂采摘机构的第一工位，然后控制上下运输机构带动倾倒机构及其上的果篮上升；

步骤3）控制机械手臂采摘机构向前采摘水果并向后放入倾倒机构的果篮中；

步骤4）摘满之后，控制转盘机构旋转，将所述上下运输机构转动到倾倒水果的第二工位，同时，将下一个上下运输机构转动到朝向机械手臂采摘机构的第一工位；

步骤5）控制处于第二工位的上下运输机构带动倾倒机构及其上的果篮下降，同时，控制处于第一工位的上下运输机构带动倾倒机构及其上的果篮上升；

步骤6）控制处于第二工位的倾倒机构旋转设定角度，将果篮中水果倾倒到相应位置或容器中；控制机械手臂采摘机构采摘水果并放入处于第一工位的果篮中；如此往复循环，直至完成采摘工作。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种辅助人工采摘水果的机械装置，包括移动装置和机械手臂采摘机构，其特征在于，还包括转盘机构、上下运输机构和倾倒机构，所述机械手臂采摘机构和转盘机构均设于移动装置的安装平台上，所述转盘机构上沿周部均匀布设有若干个所述上下运输机构，以驱动各上下运输机构运转至不同工位，各上下运输机构上分别设有一个所述倾倒机构，以带动倾倒机构上下运动，所述倾倒机构上设有可倾倒的果篮，以接收机械手臂采摘机构采摘的水果，并当倾倒机构运动到上下运输机构的下部时，倾倒水果；

所述上下运输机构包括左、右机架，所述左、右机架上分别设有左、右滑轨，所述左、右滑轨上分别设有可上下滑动的左、右滑块，所述倾倒机构跨设于左、右滑块之间，并分别与左、右滑块的前部固定连接；所述左、右机架的上、下部分别跨设有上、下传动轴，各传动轴与机架均为转动连接，上、下传动轴的左、右两端均设有传动带轮，并在上、下传动轴之间绕设有与传动带轮配合的左、右传动带，左、右传动带的前侧段分别与左、右滑块后部固定连接，所述机架上安装有电机，所述电机的输出端与其中一个传动轴连接，以通过传动轴带动传动带运转，进而带动滑块及其上的倾倒机构沿滑轨上下滑动；

所述倾倒机构包括长U形架、双轴舵机、短U形架和果篮，所述长U形架的中部与上下运输机构固定连接，所述双轴舵机两端的舵盘与长U形架的左、右两前端部固定连接，所述双轴舵机经短U形架与果篮固定连接，以通过双轴舵机的转动带动果篮的倾倒。

2.根据权利要求1所述的一种辅助人工采摘水果的机械装置，其特征在于，所述机械手臂采摘机构和转盘机构分别设于安装平台上的前部和后部，所述转盘机构上沿周部均匀分布有3个上下运输机构，所述上下运输机构的三个工位间隔120°且第一工位向前朝向机械手臂采摘机构，以当移动装置移动到设定位置时，机械手臂采摘机构向前采摘水果并向后放入倾倒机构的果篮中。

3.根据权利要求1所述的一种辅助人工采摘水果的机械装置，其特征在于，所述移动装置主要由履带式移动机构以及设于其上用于安装机械手臂采摘机构和转盘机构的安装平台组成。

4.根据权利要求1所述的一种辅助人工采摘水果的机械装置，其特征在于，所述机械手臂采摘机构主要由旋转底盘、机械臂和用于摘取水果的末端执行器组成，所述旋转底盘安装于移动装置上，所述机械臂下端安装于旋转底盘上，上端安装所述末端执行器。

5.根据权利要求1所述的一种辅助人工采摘水果的机械装置，其特征在于，所述转盘机构包括舵机安装架、舵机和转盘，所述舵机经舵机安装架和螺纹紧固件固定安装于安装平台上，所述舵机的输出端连接舵盘，所述舵盘与转盘连接，以驱动舵盘及转盘旋转，所述上下运输机构均布于转盘上，以随转盘运转至不同工位。

6.根据权利要求1所述的一种辅助人工采摘水果的机械装置，其特征在于，还包括控制单元，所述控制单元分别与移动装置、机械手臂采摘机构、转盘机构、上下运输机构及倾倒机构的控制端连接，以控制装置各机构工作。

7.根据权利要求1-6任一项所述的一种辅助人工采摘水果的机械装置的工作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1）控制移动装置移动到设定位置；

步骤2）控制转盘机构将其中一个上下运输机构转动到朝向机械手臂采摘机构的第一工位，然后控制上下运输机构带动倾倒机构及其上的果篮上升；

步骤3）控制机械手臂采摘机构向前采摘水果并向后放入倾倒机构的果篮中；

步骤4）摘满之后，控制转盘机构旋转，将所述上下运输机构转动到倾倒水果的第二工位，同时，将下一个上下运输机构转动到朝向机械手臂采摘机构的第一工位；

步骤5）控制处于第二工位的上下运输机构带动倾倒机构及其上的果篮下降，同时，控制处于第一工位的上下运输机构带动倾倒机构及其上的果篮上升；

步骤6）控制处于第二工位的倾倒机构旋转设定角度，将果篮中水果倾倒到相应位置或容器中；控制机械手臂采摘机构采摘水果并放入处于第一工位的果篮中；如此往复循环，直至完成采摘工作。