CN113079954A - 带自适应吸盘的采摘装置及自适应吸盘 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带自适应吸盘的采摘装置及自适应吸盘，其解决了现有蘑菇自动采摘机器人的吸盘不能可靠地吸住偏离竖直方向的菌盖或根本就吸不住偏离竖直方向的菌盖的技术问题，其包括自适应吸盘、横向支撑板、架和旋转驱动电机，横向支撑板通过轴承与支架转动连接，旋转驱动电机与支架固定连接，旋转驱动电机的输出轴与横向支撑板固定连接；自适应吸盘包括柔性吸杯、基座、抽气接头和进气接头，基座设有中心通孔，抽气接头与基座的中心通孔连接，进气接头与基座连接，柔性吸杯设有平面部和圆圈型隆起部，柔性吸杯的平面部与基座固定连接，自适应吸盘的基座通过两个连接杆与横向支撑板固定连接。本发明广泛用于采摘蘑菇等。

Description

带自适应吸盘的采摘装置及自适应吸盘

技术领域

本发明涉及蘑菇自动采摘技术领域与真空吸盘技术领域，具体而言，涉及一种带自适应吸盘的采摘装置及自适应吸盘。

背景技术

众所周知，常见的蘑菇(食用菌)有：香菇、草菇、蘑菇、木耳、银耳、猴头、竹荪、松口蘑(松茸)、口蘑、红菇和牛肝菌等。

目前，蘑菇栽培已经实现了工厂化生产，工厂化菇房内需要安装升温、降温、通风换气和增湿设备等，对温湿度、通气和光照等条件可以实现自动化或半自动化的控制，生产不受季节限制，可以天天出菇，周年生产，产量高，效益好。工厂化菇房一般长20～30米、宽6～10米、高5～6米，房内可顺菇房的长度方向设置2～4列多层床架。床架多用金属结构型材制作，床宽1～1.6米，层数5～6层，层间距50～70厘米，床架最下一层和地面的距离约30厘米，最上一层距屋顶1米以上。床架之间的通道宽80～100厘米，床架和墙壁之间的通道宽40～80厘米。

蘑菇生长成熟后，通过自动采摘机器人进行自动采摘作业，节省人力，提高效率，降低成本。参考授权公告号为CN212279177U的实用新型专利，其公开了一种自动采摘机器人，其主要工作过程是，吸盘竖直向下运动至蘑菇的菌盖位置，然后吸住菌盖，再然后吸盘转动一定角度，最后吸盘竖直向上运动完成摘取。然而，蘑菇的菌盖并不都是位于竖直方向，有的菌盖偏离竖直方向一定角度，对于偏离竖直方向的菌盖，不能可靠地吸住菌盖或根本就吸不住菌盖，从而不能完成摘取动作。

现有真空吸盘的种类主要有扁平型、波纹管型等，扁平型真空吸盘的主要结构包括基座、柔性吸杯、接头，柔性吸杯的上端固定安装在基座上，接头与基座连接，工作时，接头与外部负压泵相接，当外部负压泵启动后，通过接头将柔性吸杯内的空气被抽走，使柔性吸杯内外形成压力差。

发明内容

本发明就是为了解决现有蘑菇自动采摘机器人的吸盘不能可靠地吸住偏离竖直方向的菌盖或根本就吸不住偏离竖直方向的菌盖的技术问题，提供了一种带自适应吸盘的采摘装置及自适应吸盘。

本发明的技术方案是，提供一种自适应吸盘，包括柔性吸杯、基座、抽气接头和进气接头，基座设有中心通孔，抽气接头与基座的中心通孔连接，进气接头与基座连接，柔性吸杯设有平面部和圆圈型隆起部，平面部设有中心通孔和气嘴，圆圈型隆起部是中空的，圆圈型隆起部设有内腔，圆圈型隆起部的横截面为圆弧形；气嘴与圆圈型隆起部的内腔连通；平面部的中心通孔与圆圈型隆起部的中部空间连通；

柔性吸杯的平面部与基座固定连接，平面部的中心通孔与基座的中心通孔连通；气嘴与进气接头连接。

优选地，柔性吸杯的材质是硅胶、橡胶、热塑性弹性体TPE或热塑性橡胶TPR。

优选地，柔性吸杯的圆圈型隆起部的表面沿圆周方向设置多个凹坑。

优选地，柔性吸杯的圆圈型隆起部的表面沿圆周方向设置多个凸起。

优选地，柔性吸杯的圆圈型隆起部的外侧壁厚大于内侧壁厚。

本发明还提供一种带自适应吸盘的采摘装置，包括自适应吸盘、横向支撑板、第一导向套、第二导向套、第一光轴、第二光轴、第一弹簧、第二弹簧、第一定位板、第二定位板、支架和旋转驱动电机，横向支撑板设有轴伸部，轴伸部通过轴承与支架转动连接，旋转驱动电机与支架固定连接，旋转驱动电机的输出轴与横向支撑板的轴伸部固定连接，第一导向套、第二导向套分别与横向支撑板的左右两侧固定连接，第一光轴穿过第一导向套，第一光轴能够在第一导向套中滑动；第二光轴穿过第二导向套，第二光轴能够在第二导向套中滑动；第一定位板与第一光轴的上端固定连接，第二定位板与第二光轴的上端固定连接；

自适应吸盘包括柔性吸杯、基座、抽气接头和进气接头，基座设有中心通孔，抽气接头与基座的中心通孔连接，进气接头与基座连接，柔性吸杯设有平面部和圆圈型隆起部，平面部设有中心通孔和气嘴，圆圈型隆起部是中空的，圆圈型隆起部设有内腔，圆圈型隆起部的横截面为圆弧形；气嘴与圆圈型隆起部的内腔连通；平面部的中心通孔与圆圈型隆起部的中部空间连通；

柔性吸杯的平面部与基座固定连接，平面部的中心通孔与基座的中心通孔连通；气嘴与进气接头连接；

第一光轴的下端与自适应吸盘的基座固定连接，第二光轴的下端与基座固定连接；第一弹簧套在第一光轴上，第一弹簧位于基座的顶面和横向支撑板的底面之间；第二弹簧套在第二光轴上，第二弹簧位于基座的顶面和横向支撑板的底面之间。

优选地，柔性吸杯的圆圈型隆起部的表面沿圆周方向设置多个凹坑。

本发明还提供一种带自适应吸盘的采摘装置，包括自适应吸盘、横向支撑板、第一连接杆、第二连接杆、支架和旋转驱动电机，横向支撑板设有轴伸部，轴伸部通过轴承与支架转动连接，旋转驱动电机与支架固定连接，旋转驱动电机的输出轴与横向支撑板的轴伸部固定连接；

自适应吸盘包括柔性吸杯、基座、抽气接头和进气接头，基座设有中心通孔，抽气接头与基座的中心通孔连接，进气接头与基座连接，柔性吸杯设有平面部和圆圈型隆起部，平面部设有中心通孔和气嘴，圆圈型隆起部是中空的，圆圈型隆起部设有内腔，圆圈型隆起部的横截面为圆弧形；气嘴与圆圈型隆起部的内腔连通；平面部的中心通孔与圆圈型隆起部的中部空间连通；

柔性吸杯的平面部与基座固定连接，平面部的中心通孔与基座的中心通孔连通；气嘴与进气接头连接；

自适应吸盘的基座通过第一连接杆、第二连接杆与横向支撑板固定连接。

优选地，柔性吸杯的圆圈型隆起部的表面沿圆周方向设置多个凹坑。

本发明的有益效果是：

本发明公开的自适应吸盘能够适应性地变形，进而与物体紧密贴合，可靠地、稳定地吸附物体；不受物体表面形状的限制。

本发明公开的采摘装置能够可靠地吸附偏离竖直方向的蘑菇并扭转一定角度从而将菇柄拧断，本发明公开的采摘装置适用所有不同生长状态的蘑菇。

本发明进一步的特征，将在以下具体实施方式的描述中，得以清楚地记载。

附图说明

图1是带自适应吸盘的采摘装置的立体图；

图2是图1所示带自适应吸盘的采摘装置的主视图；

图3是图1所示带自适应吸盘的采摘装置的左视图；

图4是图1所示带自适应吸盘的采摘装置的右视图；

图5是图1所示带自适应吸盘的采摘装置的俯视图；

图6是图1所示带自适应吸盘的采摘装置的仰视图；

图7是图2所示结构的剖视图；

图8是图3所示结构的剖视图；

图9是柔性吸杯的上端面上安装四个连接柱的立体图；

图10是图9所示结构的俯视图；

图11是图9所示结构的侧视图；

图12是图9所示结构的剖视图；

图13是带自适应吸盘的采摘装置的自适应吸盘吸附处于竖直方向的蘑菇的状态示意图；

图14是图13所示结构的主视图；

图15是图14所示结构的剖视图；

图16是图13所示结构的侧视图；

图17是图16所示结构的剖视图；

图18是图13所示结构的局部放大示意图；

图19是图18所示结构的剖视图；

图20是旋转驱动电机工作带动自适应吸盘转动一定角度后的状态示意图；

图21是带自适应吸盘的采摘装置的自适应吸盘吸附偏离竖直方向的蘑菇的状态示意图；

图22是图21的剖视图；

图23是自适应吸盘固定安装在横向支撑板上的示意图；

图24是自适应吸盘的柔性吸杯的圆圈型隆起部的表面设有多个凹坑的示意图；

图25是图24所示结构的剖视图；

图26是图24所示结构的仰视图；

图27是图24所示结构中，柔性吸杯的主视图；

图28是图27所示结构的剖视图；

图29是图24所示自适应吸盘的柔性吸杯吸附蘑菇的示意图；

图30是图29所示结构的剖视图；

图31是柔性吸杯的圆圈型隆起部的表面连接多个凸起的示意图；

图32是柔性吸杯的外侧壁厚大于内侧壁厚的结构示意图；

图33是带自适应吸盘的采摘装置的自适应吸盘吸附偏离竖直方向的蘑菇的状态示意图；

图34是图9所示结构仰视方向的立体图；

图35是图9所示结构仰视方向的立体图。

图中符号说明：

1.柔性吸杯，1-1.平面部，1-2.圆圈型隆起部；2.基座，3.抽气接头，4.进气接头，5.横向支撑板，5-1.轴伸部；6.第一导向套，7.第二导向套，8.第一光轴，9.第二光轴，10.第一弹簧，11.第二弹簧，12.第一定位板，13.第二定位板，14.轴承，15.支架，16.旋转驱动电机。17.连接柱一，18.连接柱二，19.连接柱三，20.连接柱四，21.顶丝，22.抽气管，23.送气管，24.蘑菇，24-1.菌盖，25.蘑菇，25-1.菌盖；26.第一连接杆，27.第二连接杆。

具体实施方式

以下参照附图，以具体实施例对本发明作进一步详细说明。

如图1-8所示，带自适应吸盘的采摘装置包括自适应吸盘、横向支撑板5、第一导向套6、第二导向套7、第一光轴8、第二光轴9、第一弹簧10、第二弹簧11、第一定位板12、第二定位板13、轴承14、支架15、旋转驱动电机16，横向支撑板5设有轴伸部5-1，轴伸部5-1通过轴承14与支架15转动连接，旋转驱动电机16固定安装在支架15上，旋转驱动电机16的输出轴与横向支撑板5的轴伸部5-1固定连接，第一导向套6、第二导向套7分别与横向支撑板5的左右两侧固定连接，第一光轴8穿过第一导向套6，第一光轴8能够在第一导向套6中滑动，第二光轴9穿过第二导向套7，第二光轴9能够在第二导向套7中滑动，第一定位板12通过螺钉与第一光轴8的上端固定连接，第二定位板13通过螺钉与第二光轴9的上端固定连接。自适应吸盘包括柔性吸杯1、基座2、抽气接头3、进气接头4，柔性吸杯1与基座2的底面连接，基座2设有中心通孔2-1，抽气接头3与基座2的中心通孔2-1连接，抽气接头3与基座2的中部连接，进气接头4与基座2连接。第一光轴8的下端通过螺钉与自适应吸盘的基座2固定连接，第二光轴9的下端通过螺钉与基座2固定连接。第一弹簧10套在第一光轴8上，第一弹簧10位于基座2的顶面和横向支撑板5的底面之间。第二弹簧11套在第二光轴9上，第二弹簧11位于基座2的顶面和横向支撑板5的底面之间。当基座2在外力的作用下向上移动时，第一光轴8、第二光轴9分别在第一导向套6、第二导向套7中向上移动，第一弹簧10、第二弹簧11被压缩。

横向支撑板5位于水平方向，第一光轴8、第二光轴9位于竖直方向。初始状态下，第一导向套6的顶部与第一定位板12接触，第二导向套7的顶部与第二定位板13接触。

如图9-12、34、35所示，柔性吸杯1设有平面部1-1、圆圈型隆起部1-2，平面部1-1设有中心通孔1-1-1和气嘴1-1-2，圆圈型隆起部1-2是中空的，圆圈型隆起部1-2设有内腔1-2-1，圆圈型隆起部1-2的横截面为圆弧形。气嘴1-1-2与圆圈型隆起部1-2的内腔连通。中心通孔1-1-1与圆圈型隆起部1-2的中部空间1-2-2连通。

连接柱一17、连接柱二18、连接柱三19、连接柱四20分别与柔性吸杯1的平面部1-1固定连接。参考图19，连接柱四20插入基座2的定位孔中，用顶丝21从基座2的侧面旋入顶压连接柱四20的侧面进行紧固，相应的连接柱一17、连接柱二18、连接柱三19分别插入基座2的其他三个定位孔中，也用顶丝紧固，从而实现柔性吸杯1的平面部1-1固定连接在基座2上。需要说明的是，通过四个连接柱与基座2固定连接只是一种具体实现方式，并不限于此，也可以通过其他结构进行固定连接，比如用胶水将柔性吸杯1的平面部和基座2底面粘在一起。气嘴1-1-2与进气接头4连接。平面部1-1的中心通孔1-1-1与基座的中心通孔2-1连通。

柔性吸杯1的材质可以是硅胶、橡胶、热塑性弹性体TPE或热塑性橡胶TPR等柔性材料。

下面介绍带自适应吸盘的采摘装置的工作过程：

抽气管22的一端与抽气接头3连接，外部负压泵与抽气管22的另一端连接。送气管23与进气接头4连接。初始状态下，通过送气管23、进气接头4向自适应吸盘的圆圈型隆起部1-2的内腔1-2-1充入一定量的空气(可以根据吸附对象的不同调整充入空气的量，可以使用压力传感器安装在进气接头4上来检测气压从而便于控制内腔1-2-1的空气量保持不变)。

通过视觉识别技术获得蘑菇的位置(比如位置坐标是：X、Y、Z)，通过机械臂使支架15竖直向下运动，从而将自适应吸盘竖直向下移动，柔性吸杯1移动至蘑菇24的正上方，参考图13-19，蘑菇24处于竖直方向。

自适应吸盘继续向下运动，运动的距离为Δ(Δ是额外增加的下压行程)，柔性吸杯1正对菌盖24-1顶部下压，圆圈型隆起部1-2正对菌盖24-1顶部中间位置下压，圆圈型隆起部1-2随之变形进而与菌盖24-1的顶部紧密贴合，此时，圆圈型隆起部1-2的中部空间1-2-2和菌盖24-1的顶部区域就形成了密闭腔室。

然后，启动外部负压泵将形成的密闭腔室中的空气抽走，产生局部真空，进而使圆圈型隆起部1-2与菌盖24-1的顶部表面接触力增大，圆圈型隆起部1-2将菌盖24-1吸住，至此完成吸附动作。

接下来，参考图20，旋转驱动电机16工作，使横向支撑板5转动一定角度，横向支撑板5带动自适应吸盘转动一定角度，自适应吸盘带动蘑菇24转动一定角度，将蘑菇的菇柄拧断，蘑菇24被摘掉。

然后，通过机械臂使支架15竖直向上运动，自适应吸盘带着蘑菇24向上移动，进一步在通过机械臂将蘑菇移动至放置点。

最后，到达放置点上方后，负压泵泄压，局部真空被破坏，圆圈型隆起部1-2与菌盖24-1的顶部表面接触力急剧减小，蘑菇自主下落。有时候可能会发生因为蘑菇自重较小而不能自主下落的情况，针对这种情况，给圆圈型隆起部1-2再充气，增大压强，使圆圈型隆起部1-2胀大，从而使圆圈型隆起部1-2与蘑菇的接触面发生微小位移，破坏局部摩擦力，使蘑菇顺利下落。

参考图21和22，当采摘倾斜状态的蘑菇25时，菌盖25-1偏离竖直方向，自适应吸盘的圆圈型隆起部1-2下压菌盖25-1，圆圈型隆起部1-2随之适应性地变形(如图33所示)，进而与菌盖25-1的顶部紧密贴合，以保证接下来局部真空的形成。可见，自适应吸盘的圆圈型隆起部1-2能够适应待吸附物体的表面形状，实现紧密贴合。

上述采摘过程，当圆圈型隆起部1-2的内腔1-2-1中气压过高时，下压过程的反作用力较大，第一弹簧10、第二弹簧11被压缩起到缓冲作用(变相控制下压力大小)，避免下压过程中可能发生损坏蘑菇的情况，避免造成菌盖与菌柄断裂分离情况的发生，也就是说，当蘑菇十分娇嫩易损坏时，两个弹簧、两个光轴以及两个导向套构成的结构就能够起到好的作用。当蘑菇相对结实而不易损坏时，则不需要两个弹簧、两个光轴、两个导向套以及两个定位板构成的结构，直接通过自适应吸盘实现吸附功能即可，这种应用情况下，采摘装置的结构如图23所示，自适应吸盘的基座2直接通过第一连接杆26、第二连接杆27与横向支撑板5固定连接。

上述采摘过程中，旋转驱动电机16工作使横向支撑板5转动一定角度从而将蘑菇的菇柄拧断的过程中，为了增加自适应吸盘的圆圈型隆起部1-2作用在菌盖24-1上的径向摩擦力，如图24-30所示，可以在柔性吸杯1的圆圈型隆起部1-2的表面沿圆周方向设置多个凹坑1-2-3。如图31所示，也可以在柔性吸杯1的圆圈型隆起部1-2的表面沿圆周方向设置多个凸起1-2-4来增加径向摩擦力。

对于自适应吸盘的结构，可以进一步优化，如图32所示，使柔性吸杯1的圆圈型隆起部1-2的外侧壁厚1-2-5大于内侧壁厚1-2-6(图中虚线右边是外侧壁，虚线左边是内侧壁)。这样设计的好处是，当圆圈型隆起部1-2下压菌盖24-1而变形时，圆圈型隆起部1-2的内侧壁受力向外侧壁方向变形，圆圈型隆起部1-2的外侧壁能起到支撑作用，由于外侧壁厚1-2-5大于内侧壁厚1-2-6，圆圈型隆起部1-2的外侧壁的变形量很小，圆圈型隆起部1-2整体适应性变形主要是内侧壁的变形，这样更有有利于实现和物体表面的紧密贴合。

需要说明的是，本发明公开的自适应吸盘不限于吸附蘑菇，还能够像现有真空吸盘产品那样吸附其他物体。本发明公开的自适应吸盘不受带吸附物体表面形状的限制，物体表面不平整时也能实现可靠地、稳定地吸附。

以上所述仅对本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。如果本领域的技术人员受其启示，在不脱离本发明创造宗旨的情况下，采用其它形式的零件构型、驱动装置以及连接方式不经创造性的设计与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种自适应吸盘，其特征在于，包括柔性吸杯、基座、抽气接头和进气接头，所述基座设有中心通孔，所述抽气接头与基座的中心通孔连接，所述进气接头与基座连接，所述柔性吸杯设有平面部和圆圈型隆起部，所述平面部设有中心通孔和气嘴，所述圆圈型隆起部是中空的，圆圈型隆起部设有内腔，圆圈型隆起部的横截面为圆弧形；所述气嘴与圆圈型隆起部的内腔连通；所述平面部的中心通孔与圆圈型隆起部的中部空间连通；

所述柔性吸杯的平面部与基座固定连接，所述平面部的中心通孔与基座的中心通孔连通；所述气嘴与进气接头连接。

2.根据权利要求1所述的自适应吸盘，其特征在于，所述柔性吸杯的材质是硅胶、橡胶、热塑性弹性体TPE或热塑性橡胶TPR。

3.根据权利要求1所述的自适应吸盘，其特征在于，所述柔性吸杯的圆圈型隆起部的表面沿圆周方向设置多个凹坑。

4.根据权利要求1所述的自适应吸盘，其特征在于，所述柔性吸杯的圆圈型隆起部的表面沿圆周方向设置多个凸起。

5.根据权利要求1所述的自适应吸盘，其特征在于，所述柔性吸杯的圆圈型隆起部的外侧壁厚大于内侧壁厚。

6.一种带自适应吸盘的采摘装置，其特征在于，包括自适应吸盘、横向支撑板、第一导向套、第二导向套、第一光轴、第二光轴、第一弹簧、第二弹簧、第一定位板、第二定位板、支架和旋转驱动电机，所述横向支撑板设有轴伸部，所述轴伸部通过轴承与支架转动连接，所述旋转驱动电机与支架固定连接，所述旋转驱动电机的输出轴与横向支撑板的轴伸部固定连接，所述第一导向套、第二导向套分别与横向支撑板的左右两侧固定连接，所述第一光轴穿过第一导向套，第一光轴能够在第一导向套中滑动；所述第二光轴穿过第二导向套，第二光轴能够在第二导向套中滑动；所述第一定位板与第一光轴的上端固定连接，所述第二定位板与第二光轴的上端固定连接；

所述自适应吸盘包括柔性吸杯、基座、抽气接头和进气接头，所述基座设有中心通孔，所述抽气接头与基座的中心通孔连接，所述进气接头与基座连接，所述柔性吸杯设有平面部和圆圈型隆起部，所述平面部设有中心通孔和气嘴，所述圆圈型隆起部是中空的，圆圈型隆起部设有内腔，圆圈型隆起部的横截面为圆弧形；所述气嘴与圆圈型隆起部的内腔连通；所述平面部的中心通孔与圆圈型隆起部的中部空间连通；

所述柔性吸杯的平面部与基座固定连接，所述平面部的中心通孔与基座的中心通孔连通；所述气嘴与进气接头连接；

所述第一光轴的下端与自适应吸盘的基座固定连接，第二光轴的下端与基座固定连接；所述第一弹簧套在第一光轴上，第一弹簧位于基座的顶面和横向支撑板的底面之间；所述第二弹簧套在第二光轴上，第二弹簧位于基座的顶面和横向支撑板的底面之间。

7.根据权利要求6所述的带自适应吸盘的采摘装置，其特征在于，所述柔性吸杯的圆圈型隆起部的表面沿圆周方向设置多个凹坑。

8.一种带自适应吸盘的采摘装置，其特征在于，包括自适应吸盘、横向支撑板、第一连接杆、第二连接杆、支架和旋转驱动电机，所述横向支撑板设有轴伸部，所述轴伸部通过轴承与支架转动连接，所述旋转驱动电机与支架固定连接，所述旋转驱动电机的输出轴与横向支撑板的轴伸部固定连接；

所述自适应吸盘包括柔性吸杯、基座、抽气接头和进气接头，所述基座设有中心通孔，所述抽气接头与基座的中心通孔连接，所述进气接头与基座连接，所述柔性吸杯设有平面部和圆圈型隆起部，所述平面部设有中心通孔和气嘴，所述圆圈型隆起部是中空的，圆圈型隆起部设有内腔，圆圈型隆起部的横截面为圆弧形；所述气嘴与圆圈型隆起部的内腔连通；所述平面部的中心通孔与圆圈型隆起部的中部空间连通；

所述柔性吸杯的平面部与基座固定连接，所述平面部的中心通孔与基座的中心通孔连通；所述气嘴与进气接头连接；

所述自适应吸盘的基座通过第一连接杆、第二连接杆与横向支撑板固定连接。

9.根据权利要求8所述的带自适应吸盘的采摘装置，其特征在于，所述柔性吸杯的圆圈型隆起部的表面沿圆周方向设置多个凹坑。

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