CN112958458A

CN112958458A - 一种双孢菇无损抓取装置

Info

Publication number: CN112958458A
Application number: CN202110178442.5A
Authority: CN
Inventors: 姬江涛; 李小涛; 马淏; 赵亚峰; 王文硕; 杨硕; 邢肖帆; 马志阳
Original assignee: Henan University of Science and Technology
Current assignee: Henan University of Science and Technology
Priority date: 2021-02-09
Filing date: 2021-02-09
Publication date: 2021-06-15
Anticipated expiration: 2041-02-09
Also published as: CN112958458B

Abstract

一种双孢菇无损抓取装置，包括机架、用于抓取双孢菇的末端执行器以及设置在机架上用于控制末端执行器移动的驱动机构，驱动机构包括驱动电机、传动臂和用于固定末端执行器的固定盘；末端执行器包括与固定盘固定连接的圆柱状基座，基座的一端固定设有垂直于基座布置的支架，支架上设有多个平行于基座设置的抓取杆，多个抓取杆在支架上均匀分布，抓取杆的一端铰接在支架上，另一端固定设有柔性吸盘，抓取杆内设有连通吸盘的气道，抓取杆上设有与气道连通的抽气管。本发明能够利用独立供应吸力的柔性吸盘自适应双孢菇表面进行抓取，大大减少双孢菇表面受损的现象，提升双孢菇的品相和品质。

Description

一种双孢菇无损抓取装置

技术领域

本发明涉及农产品分级筛选技术领域，尤其涉及一种双孢菇无损抓取装置。

背景技术

双孢菇是最常见的食用菌种之一，现有的双孢菇在分级筛选过程中，逐渐采用抓取装置进行抓取，以替代传统的人力操作，以降低人工劳动强度，提高双孢菇的分级筛选生产效率。

但是，双孢菇的外形品相在一定程度上决定了其品质的好坏，现有的机械手在抓取双孢菇时，容易造成双孢菇受损，导致双孢菇品相降低，影响双孢菇的品质。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种双孢菇无损抓取装置，其能够利用独立供应吸力的柔性吸盘自适应双孢菇表面进行抓取，大大减少双孢菇表面受损的现象，提升双孢菇的品相和品质。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种双孢菇无损抓取装置，包括机架、用于抓取双孢菇的末端执行器以及设置在机架上用于控制所述末端执行器移动的驱动机构：

所述驱动机构包括驱动电机、传动臂和用于固定所述末端执行器的固定盘，所述驱动电机固定在机架上，所述传动臂的一端垂直固定在驱动电机的输出轴上，另一端固定安装有阶梯轴，阶梯轴的两端分别固定设有伸向所述机架内的连杆，连杆的末端均铰接在所述固定盘上；

所述末端执行器包括与所述固定盘固定连接的圆柱状基座，基座的一端固定设有垂直于所述基座布置的支架，所述支架上设有多个平行于所述基座设置的抓取杆，多个抓取杆在所述支架上均匀分布，所述抓取杆的一端铰接在所述支架上，另一端固定设有柔性吸盘，所述抓取杆内设有连通所述吸盘的气道，抓取杆上设有与所述气道连通的抽气管，抽气管用于连接抽气装置。

进一步地，所述基座与支架相对的一端固定设有凹向所述支架的柔性护罩，所述吸盘穿过所述护罩设置，且吸盘与护罩的内凹面贴合布置。

进一步地，所述吸盘和护罩均为硅胶材质。

进一步地，所述支架包括由第一固定杆组成的正方形状第一框架，第一框架的对角线上固定设有连接所述基座和第一固定杆端部的第三固定杆。

进一步地，相邻的第三固定杆之间设有第二固定杆，第二固定杆的两端分别固定连接在第三固定杆的中点处。

进一步地，靠近所述第一框架顶点处的第三固定杆上以及第二固定杆的中点处分别套设有轴套，所述抓取杆固定连接在所述轴套上。

进一步地，所述抽气管上设有控制气流通断的阀门。

进一步地，所述驱动电机设有三个，且呈正三角形状分布在机架的顶部。

进一步地，所述机架上通过固定组件固定有用于获取双孢菇位置的摄像头。

进一步地，所述靠近所述摄像头的固定组件上设有用于补充光线的照明灯。

有益效果：1.本发明在抓取双孢菇时采用多个均布的柔性吸盘同时抓取，吸盘铰接在支架上，且各吸盘均独立供应吸力，进而在抓取双孢菇时，吸盘自适应双孢菇的表面，与双孢菇的表面紧密贴合，从而防止双孢菇的表面受到机械磨损，减少了抓取过程中对双孢菇品相的损害，改善了双孢菇的品质。

2.本发明在吸盘的下方根据仿形原理设置与双孢菇的菇头相适配的凹形护罩，吸盘吸取双孢菇时，护罩可收缩包裹双孢菇的菇头，增加了抓取的牢固性，减少了抓取过程中双孢菇掉落造成的损伤，改善了双孢菇抓取过程中的品相。

3.本发明的吸盘采用轴对称结构分布在支架上，以多个较小的吸盘达到较大的作用面积，增加对双孢菇表面吸取的合理性，有效减少了吸取双孢菇时造成的双孢菇表面受损现象，进一步提升了双孢菇的品相。

4.本发明采用三个驱动电机均布在机架上，每个驱动电机带动两个连杆驱动末端执行器进行移动，从而达到末端执行器在空间内的自由运动，有利于调整末端执行器的空间位置，进而提升整套装置抓取双孢菇的精度，进一步减少抓取过程对双孢菇表面的损伤概率，提升双孢菇的品相。

附图说明

图1为本发明的总体结构示意图；

图2为末端执行器的结构示意图；

图3为末端执行器的俯视图；

图4为驱动机构的结构示意图。

图中标记：1、机架，101、竖直支柱，102、支座，103、第二水平支柱，104、固定件，105、第一水平支柱，2、顶盖，3、连杆，4、阶梯轴，5、传动臂，6、驱动电机，7、固定组件，701、固定横杆，702、底座，703、固定竖杆，8、照明灯，801、固定柱，9、摄像头，901、固定座，10、末端执行器，1001、抽气管，1002、抓取杆，1003、轴套，1004、第一固定杆，1005、基座，1006、第二固定杆，1007、第三固定杆，1008、吸盘，1009、护罩，11、固定盘。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的说明。

如图1至图4所示，一种双孢菇无损抓取装置，包括机架1、用于抓取双孢菇的末端执行器10以及设置在机架1上用于控制所述末端执行器10移动的驱动机构，其中机架1用于将整套装置放置于待抓取双孢菇的输送皮带处。

所述机架1在具体实施时，可以设置成横截面是正方形的，可由四个竖直支柱101和固定连接在支柱101顶端之间的第一水平支柱105组成，第一水平支柱105上固定设有顶盖2，顶盖2可用于固定放置驱动电机6，第一水平支柱105与竖直支柱101之间设置固定件104，还可在支柱101中间位置设置支座102，在各支座102之间设置固定第二水平支柱103。

所述驱动机构包括驱动电机6、传动臂5和用于固定所述末端执行器10的固定盘11，所述驱动电机6固定在机架1上，所述传动臂5的一端垂直固定在驱动电机6的输出轴上，另一端固定安装有阶梯轴4，阶梯轴4的两端分别固定设有伸向所述机架1内的连杆3，连杆3的末端均铰接在所述固定盘11上，具体实施时，可以根据双孢菇输送皮带的高度设置连杆3末端的高度位置，以此控制固定盘11所处的高度。

所述末端执行器10包括与所述固定盘11固定连接的圆柱状基座1005，基座1005的一端固定设有垂直于所述基座1005布置的支架，所述支架上设有多个平行于所述基座1005设置的抓取杆1002，多个抓取杆1002在所述支架上均匀分布，所述抓取杆1002的一端铰接在所述支架上，另一端固定设有柔性吸盘1008，所述抓取杆1002内设有连通所述吸盘1008的气道，抓取杆1002上设有与所述气道连通的抽气管1001，抽气管1001上设有控制气流通断的阀门，抽气管1001用于连接抽气装置以提供吸取双孢菇的吸力。

由于每个抓取杆1002上分别设有抽气管1001，每个吸盘1008都是独立供应吸力，即采用并联结构供应吸力，各吸盘1008可以自适应双孢菇的表面，使得抓取双孢菇时，吸盘1008与双孢菇的表面紧密贴合，从而防止双孢菇的表面受到机械磨损，防止在抓取过程中损害双孢菇的品相，达到改善双孢菇品质的效果。

进一步地，所述基座1005的另一端固定设有凹向所述支架的柔性护罩1009，所述吸盘1008穿过所述护罩1009设置，且吸盘1008与护罩1009的内凹面贴合布置，具体实施时，所述护罩1009和吸盘1008均可以采用硅胶材质，护罩1009的凹陷程度与双孢菇的菇头相匹配，即采用仿形原理设计，双孢菇被吸盘1008抓取后，护罩1009会自动包裹住双孢菇表面，防止装置在抓取双孢菇的过程中，双孢菇掉落引起的表面损坏，进而提高抓取双孢菇过程中双孢菇的品相，改善双孢菇的品质。

进一步地，所述支架包括由第一固定杆1004组成的正方形状第一框架，第一框架的对角线上固定设有连接所述基座1005的第三固定杆1007，抓取杆1002分别固定在靠近所述第一框架各顶点处的第三固定杆1007上，在相邻的第三固定杆1007之间还可设有第二固定杆1006，第二固定杆1006的两端分别固定连接在第三固定杆1007的中点处，靠近所述第一框架顶点处的第三固定杆1007上以及第二固定杆1006的中点处分别套设有轴套1003，所述抓取杆1002固定连接所述轴套1003，这样抓取杆1002在所述支架上形成第一正方形框架和套设在第一框架内的第二正方形框架的结构布置，此时，一共设置八个吸盘。

具体实施时，护罩1009的开口直径可以选择40-65mm，这与双孢菇的菇头尺寸相匹配，若取60mm，此时，第二框架中第二固定杆1006的长可选20mm，第一框架中第一固定杆1004长可选40mm，抓取杆1002铰接在靠近所述第一框架顶点处的第三固定杆1007上，具体地，可以使在第三固定杆1007上固定的抓取杆1002呈30mm的正方形状布置，此时，基座1005的直径可选择为10mm。

根据吸盘1008选择样本，计算吸盘1008的吸力，计算依据如下：

其中S为吸盘面积，则:

P为气压，δ为安全系数，δ≥2.5，取δ＝5。

由于八个吸盘为轴对称结构分布在支架上，用于抓取双孢菇时，八个吸盘的合力可作用于双孢菇的轴线上，可以把八个吸盘的力合成为一个力进行计算，根据实验测定，双孢菇的重量大概在30-50g之间，取双孢菇的质量为50g，则其重力：G＝mg＝9.8×0.05＝0.49N。

则可以计算出每个吸盘需要提供的压力P₁为

而在传统的情况下，一个吸盘的所受的压力P₂为

P₂＝8×P₁＝8×108.315＝866.52Pa。

则吸盘的直径为：

D：需要的吸盘直径(mm)，M：吸附物的重量(kg)，δ：安全系数：δ＝5，L：吸盘的个数。

则相比较可以知道，采用多个吸盘之间的相互配合，可起到以多个较小的吸盘达到较大作用面积的效果，对双孢菇表面的抓取更加地合理，可有效减少吸盘抓取双孢菇时对双孢菇表面施加的机械外力，从而减少抓取双孢菇时损伤双孢菇表面的现象，提升双孢菇的品相。

进一步地，所述驱动电机6设有三个，且呈正三角形状分布在机架1的顶部，具体实施时，可呈正三角形状设置在顶盖2上。

进一步地，所述机架1上通过固定组件7固定有用于获取双孢菇位置的摄像头9，摄像头9用于获取双孢菇的图像，进而通过电脑系统的算法识别双孢菇是否到达指定的位置，具体实施时，可通过水平设置的固定横杆701固定连接机架1，在固定横杆701上通过底座702固定设置固定竖杆703，固定竖杆703上安装固定座901，将摄像头9固定设置在固定座901上，通过调整固定横杆701、固定竖杆703以及固定座901的尺寸关系确定摄像头9处于合适的位置。

进一步地，靠近所述摄像头9的固定组件7上设有用于补充光线的照明灯8，在摄像头9获取双孢菇图像时，可先把照片灯打开，以补充光线，增加图像识别的准确度，从而更准确的抓取双孢菇，减少误抓导致的双孢菇受损，提高双孢菇的品相和品质，具体实施时，在固定座901的上方设置固定柱801，照明灯8固定安装在固定柱801上。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims

1.一种双孢菇无损抓取装置，其特征在于，包括机架（1）、用于抓取双孢菇的末端执行器（10）以及设置在机架（1）上用于控制所述末端执行器（10）移动的驱动机构：

所述驱动机构包括驱动电机（6）、传动臂（5）和用于固定所述末端执行器（10）的固定盘（11），所述驱动电机（6）固定在机架（1）上，所述传动臂（5）的一端垂直固定在驱动电机（6）的输出轴上，另一端固定安装有阶梯轴（4），阶梯轴（4）的两端分别固定设有伸向所述机架（1）内的连杆（3），连杆（3）的末端均铰接在所述固定盘（11）上；

所述末端执行器（10）包括与所述固定盘（11）固定连接的圆柱状基座（1005），基座（1005）的一端固定设有垂直于所述基座（1005）布置的支架，所述支架上设有多个平行于所述基座(1005)设置的抓取杆（1002），多个抓取杆（1002）在所述支架上均匀分布，所述抓取杆（1002）的一端铰接在所述支架上，另一端固定设有柔性吸盘（1008），所述抓取杆（1002）内设有连通所述吸盘（1008）的气道，抓取杆（1002）上设有与所述气道连通的抽气管（1001），抽气管（1001）用于连接抽气装置。

2.如权利要求1所述的一种双孢菇无损抓取装置，其特征在于，所述基座（1005）与支架相对的一端固定设有凹向所述支架的柔性护罩（1009），所述吸盘（1008）穿过所述护罩（1009）设置，且吸盘（1008）与护罩（1009）的内凹面贴合布置。

3.如权利要求2所述的一种双孢菇无损抓取装置，其特征在于，所述吸盘（1008）和护罩（1009）均为硅胶材质。

4.如权利要求1所述的一种双孢菇无损抓取装置，其特征在于，所述支架包括由第一固定杆（1004）组成的正方形状第一框架，第一框架的对角线上固定设有连接所述基座（1005）和第一固定杆（1004）端部的第三固定杆（1007）。

5.如权利要求4所述的一种双孢菇无损抓取装置，其特征在于，相邻的第三固定杆（1007）之间设有第二固定杆（1006），第二固定杆（1006）的两端分别固定连接在第三固定杆（1007）的中点处。

6.如权利要求5所述的一种双孢菇无损抓取装置，其特征在于，靠近所述第一框架顶点处的第三固定杆（1007）上以及第二固定杆（1006）的中点处分别套设有轴套（1003），所述抓取杆（1002）固定连接在所述轴套（1003）上。

7.如权利要求1所述的一种双孢菇无损抓取装置，其特征在于，所述抽气管（1001）上设有控制气流通断的阀门。

8.如权利要求1所述的一种双孢菇无损抓取装置，其特征在于，所述驱动电机（6）设有三个，且呈正三角形状分布在机架（1）的顶部。

9.如权利要求1所述的一种双孢菇无损抓取装置，其特征在于，所述机架（1）上通过固定组件（7）固定有用于获取双孢菇位置的摄像头（9）。

10.如权利要求9所述的一种双孢菇无损抓取装置，其特征在于，所述靠近所述摄像头（9）的固定组件（7）上设有用于补充光线的照明灯（8）。