CN113196941A - 一种番茄采摘机械手 - Google Patents

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CN113196941A CN202110592918.XA CN202110592918A CN113196941A CN 113196941 A CN113196941 A CN 113196941A CN 202110592918 A CN202110592918 A CN 202110592918A CN 113196941 A CN113196941 A CN 113196941A
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白颖
莫莉萍
翟新美
王青
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Changzhou Vocational Institute of Mechatronic Technology
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Changzhou Vocational Institute of Mechatronic Technology
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    • AHUMAN NECESSITIES
    • A01AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01DHARVESTING; MOWING
    • A01D45/00Harvesting of standing crops
    • A01D45/006Harvesting of standing crops of tomatoes

Abstract

一种番茄采摘机械手,属于果蔬采摘设备技术领域。本发明解决了现有的采摘机器人生产成本高、操作复杂且效率低的问题。机械臂通过转动关节转动安装在第一底座上,手部转动安装在机械臂的末端,手部包括安装在机械臂末端的第二底座、固装在第二底座内的第一驱动机构、两边带齿的齿条以及通过齿条带动开合的剪刀组件,齿条通过第一驱动机构实现其在第二底座内的伸缩,果袋安装架绕机械臂末端的周向转动安装,且果袋安装架平行于剪刀组件布置。通过本申请的机械手结构设计,实现了采摘设备的机械化和自动化,且实现了对番茄等果实的有效采摘,结构简单、整体结构紧凑、工作平稳、采摘效率高。与现有技术相比,大大节省了人力、保证采摘安全。

Description

一种番茄采摘机械手
技术领域
本发明涉及一种番茄采摘机械手,属于果蔬采摘设备技术领域。
背景技术
我国对农业采摘机器人的研究开始较晚,先后研制出与手扶拖拉机配套的机械振动式山楂采果机、气囊式采果机械人和手持电动采果器。经过30多年的研究工作,虽然与发达国家还有很大的差距,但近些年来的研究发展势头迅猛并取得了大量成果。
由于工作环境的不稳定性、复杂性以及果实分布的随机性,目前,采摘机器人的智能化水平还远远不能实现实用化和商品化。且由于机器人生产成本及操作复杂度还很高,机器人还未能广泛投入市场,另外,现有的采摘机器人还存在工作劳动力大、效率低的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述技术问题,进而提供了一种番茄采摘机械手。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是:
一种番茄采摘机械手,它包括第一底座、机械臂、手部及果袋安装架,其中所述机械臂通过转动关节转动安装在第一底座上,所述手部转动安装在机械臂的末端,所述手部包括安装在机械臂末端的第二底座、固装在第二底座内的第一驱动机构、两边带齿的齿条以及通过齿条带动开合的剪刀组件,齿条通过第一驱动机构实现其在第二底座内的伸缩,所述果袋安装架绕机械臂末端的周向转动安装,且果袋安装架平行于剪刀组件布置。
进一步地,所述剪刀组件包括一对呈八字形布置的固定支撑杆以及一对相对布置的剪刀主体,其中所述剪刀主体包括扇形齿轮、第一连杆、第二连杆及弧形刀具,所述扇形齿轮与齿条啮合,第一连杆延伸固接在扇形齿轮上,且第一连杆、第二连杆及弧形刀具顺次转动连接,所述第一连杆及所述弧形刀具均与固定支撑杆通过销钉转动连接。
进一步地,第一连杆与第二连杆之间以及第二连杆与弧形刀具之间均通过销钉转动连接。
进一步地,所述销钉通过卡环实现轴向定位。
进一步地,所述机械臂包括首尾连接的大臂、中臂及小臂,第一底座内安装有第二驱动机构,通过第二驱动机构带动转动关节作回转运动;大臂与转动关节之间、大臂与中臂之间以及中臂与小臂之间依次安装有第三至第五驱动机构,通过第三至第五驱动机构分别带动大臂相对转动关节的转动、中臂相对大臂的转动以及小臂相对中臂的转动;第二底座上安装有第六驱动机构,通过第六驱动机构带动手部作回转运动。
进一步地,所述果袋安装架包括呈L形布置的安装支架及框架主体,其中安装支架通过滚动轴承转动套装在第二底座上,框架主体平行于剪刀组件布置。
进一步地,第二底座的一端固接有底座盖板,所述固定支撑杆固装在底座盖板上。
进一步地,滚动轴承两侧安装有轴承盖板。
本发明与现有技术相比具有以下效果:
通过齿条的伸缩带动剪刀组件的开合,进而实现对番茄的采摘。
由于重力的作用,果袋安装架始终位于剪刀组件的正下方,保证果实的有效收集。
通过控制系统实现对番茄采摘机械手的控制,进而完成机械手执行采摘的任务。控制系统可以采用PLC程序实现。
通过本申请的机械手结构设计,实现了采摘设备的机械化和自动化,且实现了对番茄等果实的有效采摘,结构简单、整体结构紧凑、工作平稳、采摘效率高。与现有技术相比,大大节省了人力、保证采摘安全。
附图说明
图1为本申请的第一立体结构示意图;
图2为本申请的第二立体结构示意图(与图1不同的工作状态下);
图3为手部闭合状态下的立体结构示意图;
图4为手部张开状态下的第一立体结构示意图;
图5为手部张开状态下的第二立体结构示意图。
具体实施方式
具体实施方式一:结合图1~5说明本实施方式,一种番茄采摘机械手,它包括第一底座1、机械臂、手部及果袋安装架9,其中所述机械臂通过转动关节2转动安装在第一底座1上,所述手部转动安装在机械臂的末端,所述手部包括安装在机械臂末端的第二底座7、固装在第二底座7内的第一驱动机构、两边带齿的齿条11以及通过齿条11带动开合的剪刀组件,齿条11通过第一驱动机构实现其在第二底座7内的伸缩,所述果袋安装架9绕机械臂末端的周向转动安装,且果袋安装架9平行于剪刀组件布置。
第一底座1内安装有第二驱动机构,转动关节2固装在第二驱动机构的输出轴上,机械臂与转动关节2转动连接。机械臂的结构为现有技术,此处不再赘述。
工作时,通过第二驱动机构控制转动关节2回转运动,初步调整手部方向,再根据待采摘果实的高度,控制机械臂在高度方向上的伸展,当手部高度调整到合适位置后,调整第二底座7的回转角度,以确定剪刀组件最终的工作角度,最后,通过第一驱动机构控制剪刀组件的开合动作,实现果实的采摘。在采摘过程中,可以根据采摘位置实时调整机械臂及手部的位置及角度。
第二底座7相当于机械手的腕部,机械臂、腕部及手部共同构成整个机械手的执行机构。
通过齿条11的伸缩带动剪刀组件的开合,进而实现对番茄的采摘。
由于重力的作用,果袋安装架9始终位于剪刀组件的正下方,保证果实的有效收集。
通过控制系统实现对番茄采摘机械手的控制,进而完成机械手执行采摘的任务。控制系统可以采用PLC程序实现。
通过本申请的机械手结构设计,实现了采摘设备的机械化和自动化,且实现了对番茄等果实的有效采摘,结构简单、整体结构紧凑、工作平稳、采摘效率高。与现有技术相比,大大节省了人力、保证采摘安全。
所述剪刀组件包括一对呈八字形布置的固定支撑杆17以及一对相对布置的剪刀主体,其中所述剪刀主体包括扇形齿轮、第一连杆12、第二连杆16及弧形刀具15,所述扇形齿轮与齿条11啮合,第一连杆12延伸固接在扇形齿轮上,且第一连杆12、第二连杆16及弧形刀具15顺次转动连接,所述第一连杆12及所述弧形刀具15均与固定支撑杆17通过销钉14转动连接。剪刀组件与齿条11共同形成连杆夹持机构,齿条11伸出或收缩,两个扇形齿轮可以绕销钉14转动,进而带动两个弧形刀具15张开或闭合。通过弧形刀具15的刀刃部分,将所夹持的果实茎杆剪断。通过将刀具设置为弧形结构,可以更好的适应各种直径的果实茎杆,使本申请的采摘机械手应用更广泛。
第一连杆12与第二连杆16之间以及第二连杆16与弧形刀具15之间均通过销钉14转动连接。
所述销钉14通过卡环13实现轴向定位。
所述机械臂包括首尾连接的大臂3、中臂4及小臂5,第一底座1内安装有第二驱动机构,通过第二驱动机构带动转动关节2作回转运动;大臂3与转动关节2之间、大臂3与中臂4之间以及中臂4与小臂5之间依次安装有第三至第五驱动机构,通过第三至第五驱动机构分别带动大臂3相对转动关节2的转动、中臂4相对大臂3的转动以及小臂5相对中臂4的转动;第二底座7上安装有第六驱动机构,通过第六驱动机构带动手部作回转运动。通过第二至第六驱动机构,实现机械手的五个自由度,分别为:转动关节2回转运动、大臂3转动、中臂4转动、小臂5转动以及手部回转运动。在控制系统的控制下,按需完成相应动作,并且,通过控制系统控制手部开合。实现采摘设备的机械化和自动化。
所述果袋安装架9包括呈L形布置的安装支架及框架主体,其中安装支架通过滚动轴承10转动套装在第二底座7上,框架主体平行于剪刀组件布置。果袋固定在框架主体上。进一步保证在各种作业角度下,已采摘的果实不会掉落。
第二底座7的一端固接有底座盖板8,所述固定支撑杆17固装在底座盖板8上。
滚动轴承10两侧安装有轴承盖板6。

Claims (8)

1.一种番茄采摘机械手,其特征在于:它包括第一底座(1)、机械臂、手部及果袋安装架(9),其中所述机械臂通过转动关节(2)转动安装在第一底座(1)上,所述手部转动安装在机械臂的末端,所述手部包括安装在机械臂末端的第二底座(7)、固装在第二底座(7)内的第一驱动机构、两边带齿的齿条(11)以及通过齿条(11)带动开合的剪刀组件,齿条(11)通过第一驱动机构实现其在第二底座(7)内的伸缩,所述果袋安装架(9)绕机械臂末端的周向转动安装,且果袋安装架(9)平行于剪刀组件布置。
2.根据权利要求1所述的一种番茄采摘机械手,其特征在于:所述剪刀组件包括一对呈八字形布置的固定支撑杆(17)以及一对相对布置的剪刀主体,其中所述剪刀主体包括扇形齿轮、第一连杆(12)、第二连杆(16)及弧形刀具(15),所述扇形齿轮与齿条(11)啮合,第一连杆(12)延伸固接在扇形齿轮上,且第一连杆(12)、第二连杆(16)及弧形刀具(15)顺次转动连接,所述第一连杆(12)及所述弧形刀具(15)均与固定支撑杆(17)通过销钉(14)转动连接。
3.根据权利要求2所述的一种番茄采摘机械手,其特征在于:第一连杆(12)与第二连杆(16)之间以及第二连杆(16)与弧形刀具(15)之间均通过销钉(14)转动连接。
4.根据权利要求3所述的一种番茄采摘机械手,其特征在于:所述销钉(14)通过卡环(13)实现轴向定位。
5.根据权利要求1所述的一种番茄采摘机械手,其特征在于:所述机械臂包括首尾连接的大臂(3)、中臂(4)及小臂(5),第一底座(1)内安装有第二驱动机构,通过第二驱动机构带动转动关节(2)作回转运动;大臂(3)与转动关节(2)之间、大臂(3)与中臂(4)之间以及中臂(4)与小臂(5)之间依次安装有第三至第五驱动机构,通过第三至第五驱动机构分别带动大臂(3)相对转动关节(2)的转动、中臂(4)相对大臂(3)的转动以及小臂(5)相对中臂(4)的转动;第二底座(7)上安装有第六驱动机构,通过第六驱动机构带动手部作回转运动。
6.根据权利要求1所述的一种番茄采摘机械手,其特征在于:所述果袋安装架(9)包括呈L形布置的安装支架及框架主体,其中安装支架通过滚动轴承(10)转动套装在第二底座(7)上,框架主体平行于剪刀组件布置。
7.根据权利要求2所述的一种番茄采摘机械手,其特征在于:第二底座(7)的一端固接有底座盖板(8),所述固定支撑杆(17)固装在底座盖板(8)上。
8.根据权利要求6所述的一种番茄采摘机械手,其特征在于:滚动轴承(10)两侧安装有轴承盖板(6)。
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