CN111543258B - 一种蘑菇采摘用防损伤仿生机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种蘑菇采摘用防损伤仿生机械手，主要由前后移动部件A、上下左右及姿态调整部件B、传送及信息记录部件C及各种连接件组成。通过前后移动部件A、上下左右及姿态调整部件B的配合工作实现对吸盘位置、姿态的调整，通过仿生柔性吸盘采摘蘑菇后再利用前后移动部件A、上下左右及姿态调整部件B的配合将蘑菇放置在传送及信息记录部件C的蘑菇立直辅助装置上，利用可食用色素将蘑菇的生产信息以二维码的形式喷涂在蘑菇菌盖上，从而实现蘑菇的无损伤采摘和信息的记录。

Description

一种蘑菇采摘用防损伤仿生机械手

技术领域

本发明属于自动化收获机械领域，尤其涉及一种蘑菇采摘用防损伤仿生机械手。

背景技术

蘑菇称为双孢蘑菇，又叫白蘑菇、洋蘑菇，隶属于伞菌目，伞菌科，蘑菇属，是世界上人工栽培较广泛、产量较高、消费量较大的食用菌品种，很多国家都有栽培，其中我国总产量占世界第二位。近年来，随着食用菌产业的快速发展，双孢蘑菇的产量也在逐年增加，成为许多地区农民增收的支柱产业。随着人民生活水平的提高，对蘑菇周年消费需求不断增加，双孢蘑菇的工厂化栽培也已开始实现。但是目前蘑菇的采摘仍以人工为主，需要投入大量的劳动力来保障采摘的及时性，采摘的劳动强度很大；目前对蘑菇机械化采摘的研究慢慢成为蘑菇采摘的一个热点问题，但是技术都不算成熟，存在一定缺陷。因此，开发一种蘑菇采摘用防损伤仿生机械手对蘑菇采摘的自动化、机械化具有重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种蘑菇采摘用防损伤仿生机械手，可实现蘑菇的自动化无损伤采摘。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是，结合附图：

一种蘑菇采摘用防损伤仿生机械手，由前后移动部件A、上下左右及姿态调整部件B、传送及信息记录部件C组成；所述上下左右及姿态调整部件B包括封闭直线丝杠滑台模组9、电控转台10、上下及摆动调整部件D；封闭直线丝杠滑台模组9通过滑动连接组件与前后移动部件A滑动连接，使上下左右及姿态调整部件B可沿前后移动部件A进行前后滑动；电控转台10固定在封闭直线丝杠滑台模组9的滑台上，可沿封闭直线丝杠滑台模组9左右滑动；上下及摆动调整部件D固定在电控转台10底部，通过电控转台10驱动上下及摆动调整部件D水平转动；所述传送及信息记录部件C安装于地面；所述前后移动部件A与上下左右及姿态调整部件B配合工作，将蘑菇采摘起并运送至传送及信息记录部件C传送及信息记录部件C在蘑菇上喷涂信息。

进一步地，所述前后移动部件A由前机架4、一号直线滑台导轨5、直线同步带滑台模组6、二号直线滑台导轨7以及后机架8组成；一号直线滑台导轨5、直线同步带滑台模组6、二号直线滑台导轨7相互平行，依次固定在前机架4与后机架8之间；所述封闭直线丝杠滑台模组9通过滑动连接组件分别连接一号直线滑台导轨5的滑台、中直线同步带滑台模组6的滑台以及二号直线滑台导轨7的滑台。

进一步地，所述上下及摆动调整部件D由直线丝杠滑台模组12和摆动调整机构E组成，摆动调整机构E滑动连接在直线丝杠滑台模组12上，其可沿直线丝杠滑台模组12上下滑动；直线丝杠滑台模组12固定在所述电控转台10底部。

进一步地，所述摆动调整机构E包括吸盘13、连接管14、气缸18、气缸安装座17、长条安装板19、旋转编码器27、锁紧装置F；长条安装板19与直线丝杠滑台模组12的滑台固定连接；气缸18固定在气缸安装座17上，气缸安装座17通过转动副安装在长条安装板19上，气缸18的伸长杆头部与连接管14连接；连接管14固定在连接管安装座22上，连接管安装座22通过转动副安装在长条安装板19上；旋转编码器27固定在长条安装板19背部且旋转编码器27转动部分与连接管安装座22连接；吸盘13螺纹连接在连接管14底端，连接管14顶端通过三通连接件20分别连接导气管和密闭出线装置21；锁紧装置F固定在长条安装板19背部，用于锁紧连接管安装座22。

进一步地，所述气缸18的伸长杆头部与连接管14通过套筒15及气缸头部连接件16连接；套筒15套在连接管14的外面，并用紧定螺钉锁紧固定，实现套筒15与连接管14的固连；气缸头部连接件16圆柱端通过螺纹连接与气缸18的伸长杆头部固连，气缸头部连接件16的U型槽端与套筒15的立板配合并用铆钉铆接，实现气缸头部连接件16与套筒15的铆接。

进一步地，所述连接管安装座22与长条安装板19之间的转动副包括四号推力轴承30及二号推力轴承25；四号推力轴承30、二号推力轴承25分别安装在长条安装板19前后面的沉头孔中，连接管安装座22的尾部依次穿过四号推力轴承30、长条安装板19的沉头通孔、二号推力轴承25，并通过二号螺母26紧固；旋转编码器27的内孔与连接管安装座22尾部的最后一段轴段配合，并用自带的锁紧环锁紧固定，实现旋转编码器27转动部分与连接管安装座22的固连。

进一步地，所述锁紧装置F由电磁铁31、锁紧装置基座32、滑块33、下连杆34、上连杆35、一号夹子36、二号夹子37、复位弹簧38组成；电磁铁31固定在锁紧装置基座32上，滑块33安装在锁紧装置基座32的圆柱壳体中，复位弹簧38抵接在圆柱壳体与滑块33之间，滑块33头部与上连杆35、下连杆34铰接，上连杆35另一端与一号夹子36铰接，下连杆34另一端与二号夹子37铰接，一号夹子36、二号夹子37的中部与锁紧装置基座32通过转动副连接。

进一步地，所述吸盘13包括橡胶密封圈42、吸盘主体43；橡胶密封圈42粘接固定在吸盘主体43底部的环形槽里；吸盘主体43底部曲线为仿蘑菇菌盖轮廓曲线。

进一步地，所述传送及信息记录部件C由传送带部装39、蘑菇立直辅助装置40、二维码喷涂装置41组成；蘑菇立直辅助装置40为软橡胶材料的杯状零件，底部为长方形底板，其粘接固定在传送带部装39的传送带上；二维码喷涂装置41安装在传送带末端，二维码喷涂装置41的喷涂口对准蘑菇立直辅助装置40轴线。

进一步地，所述二维码喷涂装置41喷涂的颜料为可食用色素。

本发明的优势在于：吸盘的姿态位置可以实现在一定范围内随意调整，可以实现蘑菇的无损伤采摘，采摘效率高、无污染，可以实现对每个蘑菇进行检测以及信息记录，保障每个蘑菇的品质。

附图说明

图1为本发明整体结构轴测图

图2为本发明整体结构主视图

图3为前后移动部件轴测图

图4为前后移动部件主视图

图5为上下左右及姿态调整部件轴测图

图6为上下左右及姿态调整部件爆炸图

图7为上下左右及姿态调整部件爆炸图的主视图

图8为上下左右及姿态调整部件爆炸图的左视图

图9为上下及摆动调整部件轴测图

图10为摆动调整部件正面轴测图

图11为摆动调整部件背面轴测图

图12为摆动调整部件主视图

图13为摆动调整部件G-G局部剖视图

图14为摆动调整部件背视图

图15为锁紧部件轴测图

图16为锁紧部件局部剖视图

图17为传送及信息记录部件轴测图

图18为吸盘结构示意图

其中：A、前后移动部件；B、上下左右及姿态调整部件；C、传送及信息记录部件；D、上下及摆动调整部件；E、摆动调整机构；F、锁紧装置；1、一号工字连接件；2、二号工字连接件；3、三号工字连接件；4、前机架；5、一号直线滑台导轨；6、直线同步带滑台模组；7、二号直线滑台导轨；8、后机架；9、封闭直线丝杠滑台模组；10、电控转台；11、L形安装板；12、直线丝杠滑台模组；13、吸盘；14、连接管；15、套筒；16、气缸头部连接件；17、气缸安装座；18、气缸；19、长条安装板；20、三通连接件；21、密闭出线装置；22、连接管安装座；23、一号推力轴承；24、一号螺母；25、二号推力轴承；26、二号螺母；27、旋转编码器；28、编码器安装架；29、三号推力轴承；30、四号推力轴承；31、电磁铁；32、锁紧装置基座；33、滑块；34、下连杆；35、上连杆；36、一号夹子；37、二号夹子；38、复位弹簧；39、传送带部装；40、蘑菇立直辅助装置；41、二维码喷涂装置；42、橡胶密封圈；43、吸盘主体。

具体实施方式

以下结合附图对本发明进行进一步说明：

如图1、图2、图3所示，本发明一种蘑菇采摘用防损伤仿生机械手，由前后移动部件A、上下左右及姿态调整部件B、传送及信息记录部件C组成。上下左右及姿态调整部件B与前后移动部件A通过滑动连接组件滑动连接，使上下左右及姿态调整部件B可沿前后移动部件A进行前后滑动；前后移动部件A与上下左右及姿态调整部件B配合工作，将蘑菇采摘起并运送至传送及信息记录部件C；传送及信息记录部件C安装于地面，位于整个机构的右侧，传送及信息记录部件C在蘑菇上喷涂信息。

如图3、图4所示，前后移动部件A由前机架4、一号直线滑台导轨5、直线同步带滑台模组6、二号直线滑台导轨7以及后机架8组成；其中，一号直线滑台导轨5、直线同步带滑台模组6、二号直线滑台导轨7依次通过螺栓相互平行固定安装在前机架4与后机架8之间；一号直线滑台导轨5、二号直线滑台导轨7安装在左右两侧，直线同步带滑台模组6安装在中间。

滑动连接组件由一号工字连接件1、二号工字连接件2、三号工字连接件3组成。一号工字连接件1通过螺栓与前后移动部件A中一号直线滑台导轨5的滑台固连，二号工字连接件2与前后移动部件A中直线同步带滑台模组6的滑台固连，三号工字连接件3与前后移动部件A中二号直线滑台导轨7的滑台固连；一号工字连接件1、二号工字连接件2、三号工字连接件3分别通过螺栓与上下左右及姿态调整部件B的封闭直线丝杠滑台模组9固连；最终实现上下左右及姿态调整部件B与前后移动部件A的连接。

如图5、图6、图7、图8所示，上下左右及姿态调整部件B由封闭直线丝杠滑台模组9、电控转台10、L形安装板11、上下及摆动调整部件D组成；其中，封闭直线丝杠滑台模组9通过螺栓与所述滑动连接组件固定连接；电控转台10通过螺钉穿过电控转台10的沉头通孔安装固定在封闭直线丝杠滑台模组9的滑台上，实现电控转台10与封闭直线丝杠滑台模组9的固连，使电控转台10可沿封闭直线丝杠滑台模组9左右滑动；L形安装板11通过螺钉安装固定在电控转台10的螺纹孔中，实现L形安装板11与电控转台10的固连；用螺钉穿过L形安装板11的通孔，旋入上下及摆动调整部件D中直线丝杠滑台模组12背后的螺纹孔中，实现上下及摆动调整部件D与L形安装板11的固连，通过电控转台10驱动L形安装板11，进而带动上下及摆动调整部件D水平转动。

如图9所示，上下及摆动调整部件D由直线丝杠滑台模组12和摆动调整机构E组成；其中摆动调整机构E通过螺钉穿过摆动调整机构E中长条安装板19的通孔旋入直线丝杠滑台模组12滑台的螺纹孔中，实现摆动调整机构E与直线丝杠滑台模组12的滑动连接。

如图10、图11、图12、图13、图14所示，摆动调整机构E包括吸盘13、连接管14、气缸18、气缸安装座17、长条安装板19、旋转编码器27、锁紧装置F；气缸18固定在气缸安装座17上，气缸安装座17通过转动副安装在长条安装板19上，气缸18的伸长杆头部与连接管14连接；连接管14固定在连接管安装座22上，连接管安装座22通过转动副安装在长条安装板19上；旋转编码器27固定在长条安装板19背部且旋转编码器27转动部分与连接管安装座22连接；吸盘13螺纹连接在连接管14底端，连接管14顶端通过三通连接件20分别连接导气管和密闭出线装置21；锁紧装置F固定在长条安装板19背部，用于锁紧连接管安装座22。

摆动调整机构E的具体结构为：吸盘13通过顶部的外螺纹与连接管14的内螺纹连接固定，实现吸盘13与连接管14的固连；套筒15套在连接管14的外面，并用紧定螺钉锁紧固定，实现套筒15与连接管14的固连；气缸头部连接件16圆柱端通过螺纹连接与气缸18的伸长杆头部固连，气缸头部连接件16U型槽端与套筒15的立板配合并用铆钉铆接，实现气缸头部连接件16与套筒15的铆接；气缸18安装在气缸安装座17的通孔中，并用紧定螺钉锁紧，实现气缸18与气缸安装座17的固连；三号推力轴承29、一号推力轴承23分别安装在长条安装板19前后面的沉头孔中，气缸安装座17尾部依次穿过三号推力轴承29、长条安装板19的沉头通孔、一号推力轴承23，与一号螺母24配合，实现气缸安装座17与长条安装板19的固定以及转动副的实现；连接管14安装在连接管安装座22的通孔中，并用紧定螺钉锁紧，实现连接管14与连接管安装座22的固连；四号推力轴承30、二号推力轴承25分别安装在长条安装板19前后面的沉头孔中，连接管安装座22的尾部依次穿过四号推力轴承30、长条安装板19的沉头通孔、二号推力轴承25，与二号螺母26配合，实现连接管安装座22与长条安装板19的固定以及转动副的实现；旋转编码器27的内孔与连接管安装座22尾部的最后一段轴段配合，并用自带的锁紧环锁紧固定，实现旋转编码器27转动部分与连接管安装座22的固连，旋转编码器27通过螺钉安装固定在编码器安装架28上，实现旋转编码器27外壳与编码器安装架28的固连；编码器安装架28通过螺钉安装固定在长条安装板19后面的螺纹孔中，实现编码器安装架28与长条安装板19的固连；三通连接件20通过螺纹连接与连接管14固连，密闭出线装置21通过外螺纹与三通连接件20的内螺纹配合，实现密闭出线装置21与三通连接件20的固连，三通连接件20的a出口为导气管的接口；锁紧装置F通过螺钉穿过长条安装板19的通孔，旋入锁紧装置F的锁紧装置基座32的螺纹孔中，实现锁紧装置F与长条安装板19的固连。

如图15、图16所示，锁紧装置F由电磁铁31、锁紧装置基座32、滑块33、下连杆34、上连杆35、一号夹子36、二号夹子37、复位弹簧38组成，其中电磁铁31通过粘接的方式安装固定在锁紧装置基座32，复位弹簧38安装在锁紧装置基座32的圆柱壳体中，滑块33安装在锁紧装置基座32的圆柱壳体中复位弹簧38的外面，滑块33头部上下两端分别与上连杆35、下连杆34铰接，上连杆35另一端与一号夹子36后端铰接，下连杆34另一端与二号夹子37后端铰接，一号夹子36、二号夹子37的中部的通孔穿过锁紧装置基座32上立起的圆柱台，实现一号夹子36、二号夹子37以及锁紧装置基座32间转动副的形成。一号夹子36、二号夹子37内部由小齿与连接管安装座22尾部的倒数第二轴段的小齿配合，实现对连接管安装座22转动自由度的限制。

如图17所示，传送及信息记录部件C由传送带部装39、蘑菇立直辅助装置40、二维码喷涂装置41组成；其中蘑菇立直辅助装置40为软橡胶材料的杯状零件，底部为长方形底板，通过粘接的方式安装固定在传送带部装39的传送带上；二维码喷涂装置41安装放置在传送带末端，二维码喷涂装置41喷涂的颜料为可食用色素，喷涂口对准蘑菇立直辅助装置40轴线。

如图18所示，吸盘13的主要零件为橡胶密封圈42、吸盘主体43；橡胶密封圈42通过粘接的方式安装固定在吸盘主体43底部的环形槽里；吸盘主体43底部曲线b为仿蘑菇菌盖轮廓曲线，以更好的贴合蘑菇菌盖。

以下结合附图1、附图3、附图6、附图10、附图11、附图15、附图17描述本实施例中测试装置的具体工作过程：

直线同步带滑台模组6驱动上下左右及姿态调整部件B沿着一号直线滑台导轨5、二号直线滑台导轨7运动到待采摘蘑菇的同一水平线处；封闭直线丝杠滑台模组9带动下方的电控转台10、L形安装板11、上下及摆动调整部件D运动到待采摘的蘑菇上方；根据待采摘蘑菇的生长倾角，通过驱动电控转台10以及调整气缸18的伸长长度，来改变吸盘13的倾角姿态，使吸盘13轴线方向与蘑菇生长方向一致，使采摘时受力合理，同时由旋转编码器27反馈吸盘13的倾角状态；当倾角满足计算条件时，锁紧装置F开始工作，电磁铁31通电，滑块33向后移动，带动一号夹子36、二号夹子37夹紧，一号夹子36、二号夹子37内部由小齿与连接管安装座22尾部的倒数第二轴段的小齿配合，实现对连接管安装座22转动自由度的限制；直线丝杠滑台模组12驱动摆动调整机构E向下运动，直到吸盘与待采摘蘑菇菌盖接触，则三通连接件20a处连接的导气管开始抽气，实现吸盘13内部的负压的形成，利用负压将待采摘蘑菇采摘，并保持负压状态，通过前后移动部件A、封闭直线丝杠滑台模组9、上下及摆动调整部件D的运动配合将蘑菇运送到整个机构右侧的传送及信息记录部件C的上方，再将吸盘13的负压解除，将蘑菇的根茎放入蘑菇立直辅助装置40中，使得蘑菇保持直立状态，通过传送带部装39的工作，将蘑菇运送到二维码喷涂装置41的正下方，用可食用色素喷涂上记录了生长相关信息的二维码，最终送出该机构，完成一次采摘。

Claims (8)

1.一种蘑菇采摘用防损伤仿生机械手，其特征在于，由前后移动部件(A)、上下左右及姿态调整部件(B)、传送及信息记录部件(C)组成；所述上下左右及姿态调整部件(B)包括封闭直线丝杠滑台模组(9)、电控转台(10)、上下及摆动调整部件(D)；封闭直线丝杠滑台模组(9)通过滑动连接组件与前后移动部件(A)滑动连接，使上下左右及姿态调整部件(B)可沿前后移动部件(A)进行前后滑动；电控转台(10)固定在封闭直线丝杠滑台模组(9)的滑台上，可沿封闭直线丝杠滑台模组(9)左右滑动；上下及摆动调整部件(D)固定在电控转台(10)底部，通过电控转台(10)驱动上下及摆动调整部件(D)水平转动；所述传送及信息记录部件(C)安装于地面；所述前后移动部件(A)与上下左右及姿态调整部件(B)配合工作，将蘑菇采摘起并运送至传送及信息记录部件(C)，传送及信息记录部件(C)在蘑菇上喷涂信息；

所述上下及摆动调整部件(D)由直线丝杠滑台模组(12)和摆动调整机构(E)组成，摆动调整机构(E)滑动连接在直线丝杠滑台模组(12)上，其可沿直线丝杠滑台模组(12)上下滑动；直线丝杠滑台模组(12)固定在所述电控转台(10)底部；所述摆动调整机构(E)包括吸盘(13)、连接管(14)、气缸(18)、气缸安装座(17)、长条安装板(19)、旋转编码器(27)、锁紧装置(F)；长条安装板(19)与直线丝杠滑台模组(12)的滑台固定连接；气缸(18)固定在气缸安装座(17)上，气缸安装座(17)通过转动副安装在长条安装板(19)上，气缸(18)的伸长杆头部与连接管(14)连接；连接管(14)固定在连接管安装座(22)上，连接管安装座(22)通过转动副安装在长条安装板(19)上；旋转编码器(27)固定在长条安装板(19)背部且旋转编码器(27)转动部分与连接管安装座(22)连接；吸盘(13)螺纹连接在连接管(14)底端，连接管(14)顶端通过三通连接件(20)分别连接导气管和密闭出线装置(21)；锁紧装置(F)固定在长条安装板(19)背部，用于锁紧连接管安装座(22)。

2.如权利要求1所述的一种蘑菇采摘用防损伤仿生机械手，其特征在于，所述前后移动部件(A)由前机架(4)、一号直线滑台导轨(5)、直线同步带滑台模组(6)、二号直线滑台导轨(7)以及后机架(8)组成；一号直线滑台导轨(5)、直线同步带滑台模组(6)、二号直线滑台导轨(7)相互平行，依次固定在前机架(4)与后机架(8)之间；所述封闭直线丝杠滑台模组(9)通过滑动连接组件分别连接一号直线滑台导轨(5)的滑台、中直线同步带滑台模组(6)的滑台以及二号直线滑台导轨(7)的滑台。

3.如权利要求1所述的一种蘑菇采摘用防损伤仿生机械手，其特征在于，所述气缸(18)的伸长杆头部与连接管(14)通过套筒(15)及气缸头部连接件(16)连接；套筒(15)套在连接管(14)的外面，并用紧定螺钉锁紧固定，实现套筒(15)与连接管(14)的固连；气缸头部连接件(16)圆柱端通过螺纹连接与气缸(18)的伸长杆头部固连，气缸头部连接件(16)U型槽端与套筒(15)的立板配合并用铆钉铆接，实现气缸头部连接件(16)与套筒(15)的铆接。

4.如权利要求1所述的一种蘑菇采摘用防损伤仿生机械手，其特征在于，所述连接管安装座(22)与长条安装板(19)之间的转动副包括四号推力轴承(30)及二号推力轴承(25)；四号推力轴承(30)、二号推力轴承(25)分别安装在长条安装板(19)前后面的沉头孔中，连接管安装座(22)的尾部依次穿过四号推力轴承(30)、长条安装板(19)的沉头通孔、二号推力轴承(25)，并通过二号螺母(26)紧固；旋转编码器(27)的内孔与连接管安装座(22)尾部的最后一段轴段配合，并用自带的锁紧环锁紧固定，实现旋转编码器(27)转动部分与连接管安装座(22)的固连。

5.如权利要求1所述的一种蘑菇采摘用防损伤仿生机械手，其特征在于，所述锁紧装置(F)由电磁铁(31)、锁紧装置基座(32)、滑块(33)、下连杆(34)、上连杆(35)、一号夹子(36)、二号夹子(37)、复位弹簧(38)组成；电磁铁(31)固定在锁紧装置基座(32)上，滑块(33)安装在锁紧装置基座(32)的圆柱壳体中，复位弹簧(38)抵接在圆柱壳体与滑块(33)之间，滑块(33)头部与上连杆(35)、下连杆(34)铰接，上连杆(35)另一端与一号夹子(36)铰接，下连杆(34)另一端与二号夹子(37)铰接，一号夹子(36)、二号夹子(37)的中部与锁紧装置基座(32)通过转动副连接。

6.如权利要求1所述的一种蘑菇采摘用防损伤仿生机械手，其特征在于，所述吸盘(13)包括橡胶密封圈(42)、吸盘主体(43)；橡胶密封圈(42)粘接固定在吸盘主体(43)底部的环形槽里；吸盘主体(43)底部曲线为仿蘑菇菌盖轮廓曲线。

7.如权利要求1所述的一种蘑菇采摘用防损伤仿生机械手，其特征在于，所述传送及信息记录部件(C)由传送带部装(39)、蘑菇立直辅助装置(40)、二维码喷涂装置(41)组成；蘑菇立直辅助装置(40)为软橡胶材料的杯状零件，底部为长方形底板，其粘接固定在传送带部装(39)的传送带上；二维码喷涂装置(41)安装在传送带末端，二维码喷涂装置(41)的喷涂口对准蘑菇立直辅助装置(40)轴线。

8.如权利要求7所述的一种蘑菇采摘用防损伤仿生机械手，其特征在于，所述二维码喷涂装置(41)喷涂的颜料为可食用色素。

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