CN111083990A - 托举装置及红花采摘机械手 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种托举装置及红花采摘机械手，涉及红花采摘技术领域，本发明提供的托举装置包括支撑壳体、第一驱动机构以及与支撑壳体活动连接的限位爪，支撑壳体与限位爪均与第一驱动机构连接，第一驱动机构用于驱动限位爪相对于支撑壳体运动，以使限位爪形成用于抓取花茎的通道以及用于托举花丝的托举腔。本发明提供的托举装置能够直接抓取花茎并通过托举腔托举花丝，有效的对果球进行限位，即使遇到较为恶劣的天气，例如大风天气，限位爪也能够保证花茎是稳定的，限位爪形成的托举腔能够对花丝起到一定的限位作用，避免花丝散乱分布，有效减少花丝采摘不完全现象的发生。

Description

托举装置及红花采摘机械手

技术领域

本发明涉及红花采摘技术领域，尤其是涉及一种托举装置及红花采摘机械手。

背景技术

进入21世纪以来，红花作为一种经济作物，随着国内产业的蓬勃发展，红花种植面积迅猛增长，在我国新疆、西藏、河南、湖南、四川等地均有种植。红花从开始开花至开花结束一般为15－20天，随着红花开花后天数不同，红花形态也逐渐发生变化，因此红花的采摘不宜过早、过晚，必须做到适时采摘。单株红花上的果球相对于植株茎秆呈空间分布，每株果球约为20个左右，果球高矮不一，开放时间不一，很难实现统一采收。且红花的采摘在7－9月份，与其他农作物采收期重合，劳动力短缺。

由于采摘过程的复杂性，目前国内红花采摘主要为人工作业。但又因种植面积大，工作环境差(采摘工需在高温环境中穿长袖、戴手套作业)。导致大面积红花因无人采摘而自然凋谢，造成花丝减产。故实现红花的机械化采摘的需求极为迫切。

红花自动采摘器的机械系统主要由机身(含行走机构、底座)、机械臂、末端执行器组成。末端执行器的具体任务就是当花由黄变桔红色时，实现红花花朵的自动采摘，且自动采摘过程中应尽量避免对红花花丝的损伤。

国内通常采用气力式或机械切割式实现红花丝的采集。但是在气吸式采集设备中，气流本身以及气流与管路内壁之间存在摩擦，使得气流本身所携带的能量在流动方向上逐渐减小，这会造成分离装置内空气流的压强降低，最终导致风机浪费很大的功率，且高压气流会损伤红花花丝。在对辊式采集设备中：工作时会有很大的振动，轴承座会受到间歇性载荷，同时轴承在承载高速运动时会产生大量热量，加速壳体变形，且每株红花花朵大小存在差异性适用性差且严重损伤红花形态，并且传统的机械切割式采集设备中无法稳定的对果球位置进行限定，导致花丝采摘时，容易出现花丝采摘不完全的现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种托举装置及红花采摘机械手，能够有效的对果球进行限位，避免花丝散乱分布，有效减少花丝采摘不完全现象的发生。

为实现上述目的，本发明提供以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种托举装置，包括支撑壳体、第一驱动机构以及与所述支撑壳体活动连接的限位爪，所述支撑壳体与所述限位爪均与所述第一驱动机构连接，所述第一驱动机构用于驱动所述限位爪相对于所述支撑壳体运动，以使所述限位爪形成用于抓取花茎的通道以及用于托举花丝的托举腔。

进一步地，所述限位爪包括两个相对设置的爪体，两个所述爪体与所述支撑壳体转动连接，所述爪体远离所述支撑壳体的端部具有托举碗；

所述第一驱动机构与两个所述爪体连接以驱动两个所述托举碗扣合成所述通道以及所述托举腔。

进一步地，所述托举腔呈半球形。

进一步地，所述第一驱动机构包括动力组件和传动组件，所述动力组件安装于所述支撑壳体上，且所述动力组件与所述限位爪均与所述传动组件连接。

进一步地，所述传动组件包括连接杆，所述连接杆的两端分别与所述动力组件和所述限位爪转动连接。

第二方面，本发明还提供一种红花采摘机械手，包括驱动装置、抓取机构以及上述方案所述的托举装置，所述支撑壳体与所述抓取机构均与所述驱动装置连接，所述驱动装置用于驱动所述托举装置摘取所述花丝。

进一步地，所述抓取机构包括两个相对设置的夹取爪，所述驱动装置与两个所述夹取爪连接，所述驱动装置用于驱动两个所述夹取爪扣合夹取所述花丝。

进一步地，所述夹取爪包括连杆组件和夹取块，所述连杆组件一端伸入所述支撑壳体与所述驱动装置连接，所述连杆组件另一端伸出所述支撑壳体与所述夹取块连接。

进一步地，至少一个所述夹取块上设有用于切割花丝的刀片。

进一步地，所述驱动装置包括均与所述支撑壳体连接的第二驱动机构和第三驱动机构；

所述第二驱动机构与所述抓取机构连接，用于调节所述抓取机构与所述第三驱动机构之间的配合状态，当所述抓取机构与所述第三驱动机构配合时，所述抓取机构夹住所述花丝；

所述第三驱动机构用于带动所述抓取机构对准或远离果球。

本发明提供的托举装置及红花采摘机械手能产生如下有益效果：

在使用上述托举装置时，第一驱动机构驱动限位爪相对于支撑壳体运动，限位爪形成抓取花茎的通道，从而对花茎进行限位，与此同时，限位爪形成托举花丝的托举腔。相对于现有技术来说，本发明第一方面提供的托举装置能够直接抓取花茎并通过托举腔托举花丝，有效的对果球进行限位，即使遇到较为恶劣的天气，例如大风天气，限位爪也能够保证花茎是稳定的，限位爪形成的托举腔能够对花丝起到一定的限位作用，避免花丝散乱分布，有效减少花丝采摘不完全现象的发生。

相对于现有技术来说，本发明第二方面提供的红花采摘机械手具有驱动装置、抓取机构以及上述托举装置，托举装置能够稳定的对果球进行限位，在驱动装置的驱动下，抓取机构能够更准确的摘取下果球上的花丝。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的托举装置的三维结构示意图；

图2为本发明实施例提供的限位爪与第一驱动机构连接时的三维结构示意图；

图3为本发明实施例提供的红花采摘机械手在第一视角下的三维结构示意图；

图4为本发明实施例提供的红花采摘机械手在第二视角下的三维结构示意图；

图5为本发明实施例提供的支撑壳体内部结构示意图。

图标：1－支撑壳体；2－第一驱动机构；21－动力组件；22－传动组件；3－限位爪；31－爪体；311－托举碗；4－驱动装置；41－第二驱动机构；42－第三驱动机构；5－抓取机构；51－夹取爪；511－连杆组件；512－夹取块；513－刀片。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

图1为本发明实施例提供的托举装置的三维结构示意图；图2为本发明实施例提供的限位爪与第一驱动机构连接时的三维结构示意图；图3为本发明实施例提供的红花采摘机械手在第一视角下的三维结构示意图；图4为本发明实施例提供的红花采摘机械手在第二视角下的三维结构示意图；图5为本发明实施例提供的支撑壳体内部结构示意图。

本发明第一方面的实施例在于提供一种托举装置，如图1和图2所示，包括支撑壳体1、第一驱动机构2以及与支撑壳体1活动连接的限位爪3，支撑壳体1与限位爪3均与第一驱动机构2连接，第一驱动机构2用于驱动限位爪3相对于支撑壳体1运动，以使限位爪3形成用于抓取花茎的通道以及用于托举花丝的托举腔。

在使用上述托举装置时，第一驱动机构2驱动限位爪3相对于支撑壳体1运动，限位爪3形成抓取花茎的通道，从而对花茎进行限位，与此同时，限位爪3形成托举花丝的托举腔。相对于现有技术来说，本发明第一方面的实施例提供的托举装置能够直接抓取花茎并通过托举腔托举花丝，有效的对果球进行限位，即使遇到较为恶劣的天气，例如大风天气，限位爪3也能够保证花茎是稳定的，限位爪3形成的托举腔能够对花丝起到一定的限位作用，避免花丝散乱分布，有效减少花丝采摘不完全现象的发生。

在一些实施例中，如图1和图2所示，为了使得上述限位爪3的结构更加的简单，限位爪3包括两个相对设置的爪体31，两个爪体31与支撑壳体1转动连接，爪体31远离支撑壳体1的端部具有托举碗311，第一驱动机构2与两个爪体31连接，通过杠杆原理实现两个爪体31的张开与扣合，两个爪体31扣合时，两个托举碗311扣合成通道以及托举腔。

具体在使用时，两个爪体31端部的托举碗311首先是分离的，当两个爪体31对准果球的花枝后，第一驱动机构2驱动两个爪体31相对于支撑壳体1相向转动，使得两个托举碗311扣合成通道以及托举腔，此时花枝位于通道内，花丝的根部位于托举腔内，托举腔对花丝起到托举的作用；花丝采摘完成后，第一驱动机构2驱动两个爪体31相对于支撑壳体1背向转动，释放果球。

上述限位爪3包括了两个爪体31，对果球限位前，限位爪3中的两个爪体31可以处于张开状态，对准花枝后，两个爪体31在进行扣合，不会对果球造成破坏。

其中，如图2所示，爪体31还包括转动杆，转动杆的一端与第一驱动机构2铰接，另一端与托举碗311连接，转动杆两端之间的某处与支撑壳体1铰接。

具体地，托举碗311可以通过螺栓与转动杆可拆卸连接。在安装时，可以通过螺栓调节托举碗311相对于转动杆的倾角，使得两个爪体31扣合时，两个托举碗的边缘能够紧密的扣合。

另外，上述托举腔可以呈方形腔体，也可以呈半球形、圆锥形或者其他形状的腔体。

在至少一个实施例中，托举腔呈半球形，即每一个托举碗311的内表面均弯曲呈1/4球面，两个托举碗311扣合后，形成半球形腔体。

需要说明的是，凡是能够驱动限位爪3相对于支撑壳体1运动的结构都可以是上述实施例所提及的第一驱动机构2。例如第一驱动机构2可以仅包括气压缸、液压缸、直线电机等直线运动机构，或者第一驱动机构2可以仅包括电机等旋转运动机构，或者第一驱动机构2可以包括气压缸、液压缸、直线电机等机构与传动机构的结合。

以图2为例进行具体说明，第一驱动机构2包括动力组件21和传动组件22，动力组件21安装于支撑壳体1上，且动力组件21与限位爪3均与传动组件22连接，传动组件22将动力组件的动力传递至限位爪3。

当限位爪3包括两个爪体31时，传动组件22将动力组件的动力分别传递至两个爪体31，使得动力组件沿一个方向输出驱动力即可，不需要使用两个动力组件分别驱动两个爪体31动作，简化第一驱动机构2的结构。

在一些实施例中，为了使得上述传动组件的结构更加的简单，传动组件22包括连接杆，连接杆的两端分别与动力组件21和限位爪3转动连接，以带动限位爪3相对于支撑壳体1运动，形成用于抓取花茎的通道以及用于托举花丝的托举腔。

具体地，限位爪3包括与支撑壳体1转动连接的两个爪体31；传动组件22包括两个连接杆，两个连接杆分别用于驱动两个爪体31动作；动力组件21包括缸体以及与缸体滑动连接的活塞杆，活塞杆远离缸体的一端与支撑壳体1连接，缸体远离活塞杆的一端与两个连接杆铰接。当活塞杆伸出缸体后，缸体推动两个连接杆与爪体31连接的一端距离增加，使得两个爪体31相向转动；当活塞杆缩回至缸体后，缸体推动两个连接杆与爪体31连接的一端距离减小，使得两个爪体31背向转动。

如图1所示，为了使得连接杆能够更稳定的跟随缸体移动，支撑壳体上设有通槽，连接杆上设有贯穿通槽的滑块。在使用过程中，滑块相对于通槽滑动，通槽对连接杆的移动起到了导向的作用，保证连接杆移动时的稳定性。

本发明第二方面的实施例在于提供一种红花采摘机械手，如图3至图5所示，包括驱动装置4、抓取机构5以及上述托举装置，支撑壳体1与抓取机构5均与驱动装置4连接，驱动装置4用于驱动托举装置摘取果球上的花丝。

相对于现有技术来说，本发明第二方面的实施例提供的红花采摘机械手具有驱动装置、抓取机构以及上述托举装置，托举装置能够稳定的对果球进行限位，在驱动装置的驱动下，抓取机构能够更准确的摘取下果球上的花丝。

在一些实施例中，如图4所示，抓取机构5包括两个相对设置的夹取爪51，驱动装置4与两个夹取爪51连接，驱动装置4用于驱动两个夹取爪51扣合夹取花丝。上述抓取机构包括两个夹取爪51，在夹取花丝前，两个夹取爪处于张开状态，对准花丝后，直接夹取花丝，实现花丝的采摘，不会对花丝产生破坏。上述抓取机构5能够直接实现花丝的采摘，摆脱了传统使用高压气流对花丝进行采摘的方式，有效的对红花进行保护，并且采摘过程中不会产生很大的振动，噪音小。

其中，如图3所示，夹取爪51包括连杆组件511和夹取块512，连杆组件511一端伸入支撑壳体1与驱动装置4连接，连杆组件511另一端伸出支撑壳体1与夹取块512连接。驱动装置4驱动连杆组件511相对于支撑壳体动作，从而使得夹取块512夹取花丝，实现花丝的采摘。

在一些实施例中，两个夹取爪51上的夹取块512在夹取花丝时，可以形成用于夹取花丝的夹取通道，夹取后，驱动装置4带动连杆组件511朝向远离果球的方向运动，两个夹取块512将花丝从果球上拉扯下来，实现花丝的完整采摘。

在上述实施例的基础上，为了更好的保护花丝，夹取块512形成夹取通道的表面设有弹性垫，弹性垫可以采用橡胶等弹性材料，弹性垫也可以为采用弹性材料包覆并形成中空腔体的结构。

在另一些实施例中，为了更快速的对红花进行采摘，至少一个夹取块512上设有用于切割花丝的刀片513。

以图3为例进行具体说明，其中一个夹取块512上设有刀片513。当两个夹取块512扣合后，一个夹取块512上的刀片与另一个夹取块扣合，实现对花丝的切割，瞬间实现花丝的分离。需要说明的是，两个夹取块512扣合后，两个夹取块512仍然有部分位置扣合形成夹取通道，避免切割花丝后，花丝直接掉落。

夹取块512可以弯曲成V形、弧形等形状，也可以直接采用矩形块。

在至少一个实施例中，夹取块512弯曲成V形，两个夹取块512扣合后形成菱形夹取通道。

在一些实施例中，如图5所示，驱动装置4包括均与支撑壳体1连接的第二驱动机构41和第三驱动机构42；第二驱动机构41与抓取机构5连接，用于调节抓取机构5与第三驱动机构42之间的配合状态，当抓取机构5与第三驱动机构42配合时，抓取机构5夹住花丝；第三驱动机构42用于带动抓取机构5对准或远离果球。

具体在使用时，限位爪3抓取花茎，此时果球对准抓取机构5，第二驱动机构41驱动抓取机构5与第三驱动机构42配合，与此同时，抓取机构5能够夹住花丝；随后第三驱动机构42带动抓取机构5远离果球，实现花丝与果球的分离；随后第二驱动机构41驱动抓取机构5取消与第三驱动机构42的配合，抓取机构5释放花丝，花丝落入收集装置；随后第二驱动机构41驱动抓取机构5与第三驱动机构42配合，第三驱动机构42驱动抓取机构5朝向靠近果球的方向运动，最后第二驱动机构41驱动抓取机构5取消与第三驱动机构42的配合，抓取机构5处于张开状态，等待果球到位，完成一个工作周期。

需要说明的是，凡是能够调节抓取机构5与第三驱动机构42之间配合状态的结构都可以是上述实施例所提及的第二驱动机构41。例如：第二驱动机构41可以为气压缸、液压缸、直线电机等直线运动机构，或者第二驱动机构41为电机等旋转运动机构与传动机构的结合，以将电机的旋转运动转化为直线运动。

在至少一个实施例中，如图4和图5所示，第二驱动机构41为直线电机，当夹取爪51包括连杆组件511和夹取块512时，直线电机与连杆组件511连接，直线电机带动连杆组件511靠近第三驱动机构42或远离第三驱动机构42，与此同时能够实现夹取爪51夹取花丝或释放花丝的动作。

需要说明的是，支撑壳体1上具有用于连杆组件511穿过的条形开口，连杆组件511穿过开口后与第二驱动机构41连接，连杆组件511与第二驱动机构41均可以沿着该开口滑动，当第三驱动机构42带动连杆组件511朝向靠近果球的方向运动时，第二驱动机构41跟随连杆组件511相对于支撑壳体1运动。

需要说明的是，凡是能够带动抓取机构5对准或远离果球的结构都可以是上述实施例所提及的第三驱动机构42。例如：第三驱动机构42可以为气压缸、液压缸、直线电机等直线运动机构，或者第三驱动机构42为电机等旋转运动机构与传动机构的结合，以将电机的旋转运动转化为直线运动。

在至少一个实施例中，如图4和图5所示，第三驱动机构42包括电机、齿轮以及齿条。以图5为例进行具体说明，齿轮与电机的动力输出轴连接，齿条与连杆组件511采用一体结构，即连杆组件511上设有与齿轮相配合的齿条。当电机正向转动时，齿轮随之正向转动，齿轮带动齿条沿着靠近果球的方向运动；当电机反向转动时，齿轮随之反向转动，齿轮带动齿条沿着远离果球的方向运动，实现花丝与果球的分离。

其中，连杆组件511包括横向连接杆以及纵向连接杆，横向连接杆一端与夹取块512连接，另一端设有与齿轮配合的齿条，纵向连接杆两端分别与横向连接杆和直线电机连接，直线电机通过纵向连接杆带动横向连接杆靠近或远离齿轮。

具体地，如图5所示，支撑壳体内设有支撑板，支撑板上具有用于横向连接杆穿过的导向孔，支撑板能够对横向连接杆起到导向支撑的作用，保证横向连接杆稳定的相对于支撑壳体1移动。

综上所述，上述红花采摘机械手具有以下技术优势：

1.上述红花采摘机械手就有托举装置，托举装置能够直接抓取花茎并通过托举腔托举花丝，有效的对果球进行限位，避免花丝散乱分布，有效减少花丝采摘不完全现象的发生。

2.现有的红花采摘机器虽然有气吸式、对辊式、梳夹式等多种，但均处于自动化程度比较低的阶段，对红花的破坏较大，本发明第二方面的实施例提供的红花采摘机械手摆脱了传统使用高压气流对花丝进行采摘的方式，并且红花收集过程中花丝不存在反复摩擦的现象，有效的对红花进行保护。

3.现有的红花采摘机器也都存在机器较为笨重、噪声大、使用对大气有污染的化石燃料等缺陷，本发明第二方面的实施例提供的红花采摘机械手通过第一驱动机构2以及驱动装置驱动限位机构以及摘取机构动作，对环境无污染，同时也解决了气吸式等采摘机器噪声大的缺陷。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种托举装置，其特征在于，包括支撑壳体(1)、第一驱动机构(2)以及与所述支撑壳体(1)活动连接的限位爪(3)，所述支撑壳体(1)与所述限位爪(3)均与所述第一驱动机构(2)连接，所述第一驱动机构(2)用于驱动所述限位爪(3)相对于所述支撑壳体(1)运动，以使所述限位爪(3)形成用于抓取花茎的通道以及用于托举花丝的托举腔。

2.根据权利要求1所述的托举装置，其特征在于，所述限位爪(3)包括两个相对设置的爪体(31)，两个所述爪体(31)与所述支撑壳体(1)转动连接，所述爪体(31)远离所述支撑壳体(1)的端部具有托举碗(311)；

所述第一驱动机构(2)与两个所述爪体(31)连接以驱动两个所述托举碗(311)扣合成所述通道以及所述托举腔。

3.根据权利要求1所述的托举装置，其特征在于，所述托举腔呈半球形。

4.根据权利要求1所述的托举装置，其特征在于，所述第一驱动机构(2)包括动力组件(21)和传动组件(22)，所述动力组件(21)安装于所述支撑壳体(1)上，且所述动力组件(21)与所述限位爪(3)均与所述传动组件(22)连接。

5.根据权利要求4所述的托举装置，其特征在于，所述传动组件(22)包括连接杆，所述连接杆的两端分别与所述动力组件(21)和所述限位爪(3)转动连接。

6.一种红花采摘机械手，其特征在于，包括驱动装置(4)、抓取机构(5)以及如权利要求1－5任一项所述的托举装置，所述支撑壳体(1)与所述抓取机构(5)均与所述驱动装置(4)连接，所述驱动装置(4)用于驱动所述托举装置摘取所述花丝。

7.根据权利要求6所述的红花采摘机械手，其特征在于，所述抓取机构(5)包括两个相对设置的夹取爪(51)，所述驱动装置(4)与两个所述夹取爪(51)连接，所述驱动装置(4)用于驱动两个所述夹取爪(51)扣合夹取所述花丝。

8.根据权利要求7所述的红花采摘机械手，其特征在于，所述夹取爪(51)包括连杆组件(511)和夹取块(512)，所述连杆组件(511)一端伸入所述支撑壳体(1)与所述驱动装置(4)连接，所述连杆组件(511)另一端伸出所述支撑壳体(1)与所述夹取块(512)连接。

9.根据权利要求8所述的红花采摘机械手，其特征在于，至少一个所述夹取块(512)上设有用于切割花丝的刀片(513)。

10.根据权利要求6所述的红花采摘机械手，其特征在于，所述驱动装置(4)包括均与所述支撑壳体(1)连接的第二驱动机构(41)和第三驱动机构(42)；

所述第二驱动机构(41)与所述抓取机构(5)连接，用于调节所述抓取机构(5)与所述第三驱动机构(42)之间的配合状态，当所述抓取机构(5)与所述第三驱动机构(42)配合时，所述抓取机构(5)夹住所述花丝；

所述第三驱动机构(42)用于带动所述抓取机构(5)对准或远离果球。

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