CN114080904A - 一种多臂协同棚架快速采摘机器人 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多臂协同棚架快速采摘机器人，所述机架上通过升降装置设置有可上下移动的采摘组件；所述采摘组件包括采摘机械臂，所述采摘机械臂上设置有能够相互靠近和远离的第一采果剪和第二采果剪，所述延长刀片的下方均固定设置有齿条；所述第一采果剪和第二采果剪的相对侧均开设有凹槽，所述旋转轴上固定设置有切割刀片和夹持板；述螺母块的打磨槽中固定设置有打磨片，所述齿轮能够被齿条啮合并带动旋转。本发明提供了多臂协同棚架快速采摘机器人，其采果剪可以对不同种类的果实进行适应性的调整，能够满足直接剪切、延长伸入剪切和夹持摇晃采果等等多种采摘方式，普适性更强，非常值得推广。

Description

一种多臂协同棚架快速采摘机器人

技术领域

本发明涉及采摘机器技术领域，具体为一种多臂协同棚架快速采摘机器人。

背景技术

现有技术中，公开号为“CN210746109U”的一种农业生产果树采摘机器人，使用时，首先，工作人员通过控制器驱动行走电机和驱动电机将装置本体移动到需要采摘的地方，通过液压缸控制直臂的角度，对角度进行控制，使得剪切角度更广，避免因果树树枝遮挡而无法进行采摘，实用性更强，将剪切台伸向长有水果的树枝，当剪切台接触到树枝时，剪切刀配合导杆将树枝导入剪切刀与导杆之间，拉动臂配合剪切台伸对水果进行剪切，实现对水果进行采摘作业，剪切后的水果掉落到收集口内经过柔性袋下落到收集框内进行集中采摘收集，剪切刀下侧设有耐腐蚀涂层，能够提高剪切刀耐久度，避免果汁沾染在剪切刀上导致其生锈或被腐蚀。

但是，其在使用过程中，仍然存在较为明显的缺陷：对于不同种类的果实，通常需要采用不同的采摘方法，上述装置只能单一地通过剪切树枝进行采摘，但是其采果剪的头部较大，不能适用于对葡萄、龙眼、无花果、枇杷等等需要狭长型剪刀进行采摘的果实，此外，对于多数干果，如板栗、核桃、枣以及橄榄等，习惯用长竿击落，或用机械手臂抓住大枝，来回震荡，摇落果实，然后收取，因此上述装置也不能完成对干果的采摘，普适性较低，需要作出改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多臂协同棚架快速采摘机器人，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种多臂协同棚架快速采摘机器人，包括：

机架，所述机架上通过升降装置设置有可上下移动的采摘组件；

软体挡板，所述软体挡板设置在机架上，所述机架上设置有缓冲网，所述缓冲网靠近软体挡板的一侧向下倾斜，且二者之间留有空隙；

所述采摘组件包括采摘机械臂，所述采摘机械臂上设置有能够相互靠近和远离的第一采果剪和第二采果剪，所述第一采果剪和第二采果剪的表面均固定设置有第二气缸，所述第二气缸的输出端固定设置有延长刀片，所述延长刀片的下方均固定设置有齿条；

所述第一采果剪和第二采果剪的相对侧均开设有凹槽，所述凹槽中均固定设置有旋转电机，所述旋转电机的输出端固定设置有连接杆，所述连接杆上固定套设有旋转轴，所述旋转轴上固定设置有切割刀片和夹持板；以及

所述凹槽中均固定设置有第三气缸，所述第三气缸的输出端固定设置有滑动框架板，所述滑动框架板中固定设置有第二轴承座，所述第二轴承座中铰接设置有丝杠，所述丝杠上螺纹设置有螺母块，所述螺母块的打磨槽中固定设置有打磨片，所述丝杠上固定套设有被动锥齿轮，所述被动锥齿轮的侧面啮合设置有主动锥齿轮，所述主动锥齿轮的中心处固定贯穿设置有传动杆，所述传动杆上固定设置有齿轮，所述齿轮能够被齿条啮合并带动旋转。

优选的，所述升降装置包括滑轨，所述滑轨固定设置在机架上，两侧的所述滑轨之间滑动设置有升降平台，所述升降平台固定连接于第一气缸的输出端，所述第一气缸固定设置在机架上，所述采摘组件设置于升降平台上。

优选的，所述软体挡板的底部设置有减速挡板。

优选的，所述软体挡板的底部延伸至收集仓中，所述收集仓上设置有可开合的卸货门。

优选的，所述采摘机械臂的端部设置有开合控制器，所述开合控制器用于控制第一采果剪和第二采果剪相互靠近和远离。

优选的，两个所述连接杆远离旋转电机的一端均铰接设置在第一轴承座中，两个所述第一轴承座分别内嵌设置在第一采果剪和第二采果剪中。

优选的，位于同一个旋转轴上的所述切割刀片和夹持板各有两个，且两个切割刀片位于旋转轴上相对的两侧、两个夹持板也位于旋转轴上相对的两侧。

优选的，所述凹槽的内侧边均固定设置有导向轨，所述滑动框架板可以沿着导向轨滑动。

优选的，所述旋转轴靠近被动锥齿轮的杆段上开设有容纳槽。

优选的，所述传动杆靠近滑动框架板的一端铰接设置在第三轴承座中，所述第三轴承座固定设置在滑动框架板上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明中设置有第二气缸和延长刀片，当需要对葡萄、龙眼、无花果、枇杷等等进行剪取时，可以通过第二气缸将延长刀片向外伸出，进而延长采摘端的整体长度，便于插入果实间而又不刺伤果实；

2、本发明的旋转轴上固定设置有切割刀片和夹持板，前者可以用于直接对果实的果梗进行剪切，后者则是适用于多数干果，如板栗、核桃、枣以及橄榄等，夹持板可以夹持果树的树枝，然后左右摇晃震荡，摇落果实，便于收取，因此其适用范围更广；

3、本发明在推出和收回延长刀片时，延长刀片底部的齿条会带动齿轮旋转，使得丝杠上的螺母块发生移动，进而带动打磨片对切割刀片进行打磨，使得切割刀片更加锋利，使用效果更好。

本发明提供了多臂协同棚架快速采摘机器人，其采摘组件的结构可以针对不同种类的果实进行适应性的调整，能够满足直接剪切、延长伸入剪切和夹持摇晃采果等等多种采摘方式，普适性更强，使用方便，非常值得推广。

附图说明

图1为本发明的整体结构的立体示意图；

图2为本发明的整体结构的侧视示意图；

图3为本发明的整体结构的主视示意图；

图4为本发明的采摘组件的俯视示意图；

图5为本发明的第二气缸和延长刀片的位置结构示意图；

图6为本发明的延长刀片和齿条的侧视结构示意图；

图7为本发明的第一采果剪、第二采果剪的凹槽内部的具体结构示意图；

图8为本发明的图7中的A处放大图；

图9为本发明的图7中的B处放大图；

图10为本发明的打磨片在螺母块中的侧视位置示意图。

图中：1机架、2滑轨、3升降平台、4第一气缸、5采摘组件、6软体挡板、7减速挡板、8缓冲网、9收集仓、10卸货门、11采摘机械臂、12开合控制器、131第一采果剪、132第二采果剪、14第二气缸、15延长刀片、16齿条、17凹槽、18旋转电机、19连接杆、20第一轴承座、21旋转轴、211容纳槽、22切割刀片、23夹持板、24第三气缸、25滑动框架板、26导向轨、27第二轴承座、28丝杠、29螺母块、30打磨片、31被动锥齿轮、32主动锥齿轮、33传动杆、34第三轴承座、35齿轮。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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。

请参阅图1至图10，本发明提供一种技术方案：

实施例一：

一种多臂协同棚架快速采摘机器人，包括：

机架1，机架1上固定设置有滑轨2，两侧的滑轨2之间滑动设置有升降平台3，升降平台3包括竖板段和横板段，其竖板段上一体成型设置有滑块，用于沿着滑轨2移动，升降平台3固定连接于第一气缸4的输出端，第一气缸4固定设置在机架1上，因此第一气缸4在伸缩时可带动升降平台3发生上下移动，升降平台3上设置有采摘组件5，采摘组件5设置在升降平台3的横板段，可随着升降平台3进行上下移动；

软体挡板6，软体挡板6设置在机架1上，其主要作用是对采摘下来的果实提供缓冲，避免硬性磕碰造成水果损伤，而且能够将果实向下导流，便于集中收集，软体挡板6的底部设置有减速挡板7，减速挡板7的作用是对落下的果实提供进一步的阻挡缓冲，避免果实直接砸向收集仓9中堆积的果实，机架1上设置有缓冲网8，缓冲网8为弹性滤网，且均布有密集的小孔，能够筛除果实采摘后的碎叶、果梗等等杂质，缓冲网8靠近软体挡板6的一侧向下倾斜，且二者之间留有空隙，因此缓冲网8上的果实会沿着倾斜坡度移动，并通过空隙，在软体挡板6的缓冲作用下逐渐向下滚落，软体挡板6的底部延伸至收集仓9中，收集仓9用于对果实进行收纳，便于集中处理，收集仓9上设置有可开合的卸货门10，当收集仓9中收纳有较多的果实时，可以打开卸货门10，将果实一起取出，取出后反向关闭即可，出料方便，收集仓9的下方固定设置有底板，底板和机架1之间固定连接，底板的四角分别设置有一个万向轮，使得该装置可以根据使用需要灵活移动，便于对不同位置的果树进行果实采摘；

采摘组件5包括采摘机械臂11，采摘机械臂11包括气缸、铰接臂等等结构，能够完成弯曲、伸长、回缩等等动作，鉴于该结构非本申请的重点，且已有相当多的成熟技术和现有专利支持，在此不再赘述，采摘机械臂11的端部设置有开合控制器12，开合控制器12用于控制第一采果剪131和第二采果剪132相互靠近和远离，例如，开合控制器12可采用宁波森乐五金有限公司生产的FJ-001型号的充电式采果剪中的对剪刀的开合控制系统，可以由此实现对小树枝或者果梗的剪切，第一采果剪131和第二采果剪132的表面均固定设置有第二气缸14，第二气缸14的输出端固定设置有延长刀片15，若需要对葡萄、龙眼、无花果、枇杷等果品进行采摘的话，可以通过第二气缸14将延长刀片15向外顶出，延长刀片15远离第二气缸14的一端逐渐变窄变尖，便于插入果实间而又不刺伤果实，进而可以方便的剪取果实上的小果梗，延长刀片15的下方均固定设置有齿条16，齿条16会随着延长刀片15的推出和回收而移动；

第一采果剪131和第二采果剪132的相对侧均开设有凹槽17，凹槽17中均固定设置有旋转电机18，旋转电机18为可以正转和反转的双向型电机，旋转电机18的输出端固定设置有连接杆19，两个连接杆19远离旋转电机18的一端均铰接设置在第一轴承座20中，因此第一轴承座20对连接杆19起到了活动支撑的作用，两个第一轴承座20分别内嵌设置在第一采果剪131和第二采果剪132中，使得外观上更加整洁，连接杆19上固定套设有旋转轴21，旋转轴21上固定设置有切割刀片22和夹持板23，切割刀片22用于对小树枝或者果实上的果梗进行剪切，夹持板23则能够对树枝进行夹持，并带动树枝震荡晃动，使得果实脱离，便于对干果类果实的采摘和收取；以及

凹槽17中均固定设置有第三气缸24，第三气缸24的输出端固定设置有滑动框架板25，因此第三气缸24伸缩时可带动滑动框架板25水平移动，凹槽17的内侧边均固定设置有导向轨26，滑动框架板25可以沿着导向轨26滑动，这样的设置使得滑动框架板25的移动路线更加稳定，不会发生偏斜，滑动框架板25中固定设置有第二轴承座27，第二轴承座27中铰接设置有丝杠28，丝杠28上螺纹设置有螺母块29，当丝杠28在原处发生旋转时，螺母块29会沿着丝杠28移动，螺母块29的打磨槽中固定设置有打磨片30，打磨片30的形状和切割刀片22的刀尖形状相契合，能够对切割刀片22进行打磨，使得刀口更加锋利，剪切更加方便，丝杠28上固定套设有被动锥齿轮31，旋转轴21靠近被动锥齿轮31的杆段上开设有容纳槽211，当滑动框架板25被第三气缸24推动、导致丝杠28上的被动锥齿轮31接近旋转轴21时，被动锥齿轮31能够部分容置于容纳槽211中，不会受到阻挡而卡滞，而且各个结构之间的设置更加紧密，可以减少整体的体积，被动锥齿轮31的侧面啮合设置有主动锥齿轮32，主动锥齿轮32的中心处固定贯穿设置有传动杆33，传动杆33靠近滑动框架板25的一端铰接设置在第三轴承座34中，第三轴承座34固定设置在滑动框架板25上，第三轴承座34起到了对传动杆33提供活动支撑的作用，传动杆33上固定设置有齿轮35，齿轮35能够被齿条16啮合并带动旋转，齿条16的宽度较大，因此当齿轮35啮合在齿条16的部分齿槽中时，齿轮35仍可以沿着该齿槽进行小幅度的横向移动，而不会脱离齿条16。

工作原理：

在使用时，可以通过底部的万向轮带动机架1进行整体移动，在接近果树后，通过控制装置遥控采摘组件5，使得采摘组件5对果实进行采摘，期间，可根据果实的高度，通过第一气缸4的伸缩来控制升降平台3的升降，进而调节采摘组件5的高度，采摘后的果实会落到缓冲网8上，缓冲网8具有弹性，靠近软体挡板6的一侧向下倾斜，且二者之间留有空隙，因此缓冲网8上的果实会沿着倾斜坡度移动，并通过空隙，在软体挡板6的缓冲作用下逐渐向下滚落，在经过减速挡板7的进一步阻挡缓冲后，最终落到收集仓9中进行收纳，便于集中处理，当收集仓9中堆积满果实后，可以将卸货门10打开，进行出料，出料后反向闭合卸货门10即可，高效方便。

在上述的采摘过程中，包括但不限于以下几种使用情况：

其一，对于一般的果实，可以直接采摘，此时直接通过采摘组件5中的开合控制器12操控第一采果剪131、第二采果剪132相互远离和相互靠近，此时，旋转轴21上的切割刀片22旋转至外侧，两侧的切割刀片22处于相对状态，在相互靠近时可以将小树枝或者果梗剪断，处理后的果实会首先落到缓冲网8上进行收集；

其二，不少果实在成热时，果柄不易脱离母体，例如葡萄、龙眼、无花果、枇杷等，此时，可以通过第二气缸14将延长刀片15向外伸出，延长刀片15远离第二气缸14的一端逐渐变窄变尖，便于插入果实间而又不刺伤果实，进而可以方便的剪取果实上的小果梗或者果柄；

其三，对于多数干果，如板栗、核桃、枣以及橄榄等，可以启动旋转电机18，旋转电机18带动连接杆19移动，直至将夹持板23旋转调节至外侧，此时两侧的夹持板23处于相对状态，可以对树枝进行夹持，夹持后，通过采摘组件5带动树枝震荡晃动，进而将果实摇落，便于快速收取；

需要注意的是，在上述的第二种情况下，可以首先将旋转轴21上的切割刀片22调整至朝向丝杠28的位置，然后启动第三气缸24，将滑动框架板25朝向靠近旋转轴21的方向移动，直至螺母块29上的打磨片30形成的打磨槽对准但是不接触切割刀片22时为止，此时，当第二气缸14推动延长刀片15，延长刀片15会带动齿条16移动，齿条16则会带动与之啮合的齿轮35旋转，齿轮35又通过传动杆33带动主动锥齿轮32旋转，主动锥齿轮32最终通过被动锥齿轮31带动丝杠28旋转，使得螺母块29沿着丝杠28移动，进而对该侧的切割刀片22进行打磨，使得该切割刀片22更加锋利；同理地，在将延长刀片15向内回缩时，丝杠28会反向转动，使得螺母块29反方向移动并对切割刀片22进行再一次地打磨，而且螺母块29会恢复到初始位置，不会干扰到其他结构在其他使用状态的位置调整，便于后续的使用。

实施例二：

位于同一个旋转轴21上的切割刀片22和夹持板23各有两个，且两个切割刀片22位于旋转轴21上相对的两侧、两个夹持板23也位于旋转轴21上相对的两侧，这样设置的好处在于，当对其中一个切割刀片22进行打磨时，另一个切割刀片22正好处于外侧，因此当第一采果剪131和第二采果剪132相互靠近时，两侧的切割刀片22也相互靠近进而能够剪切，前端两侧的延长刀片15也相互靠近进而也能够剪切，使得可进行剪切的操作范围更大，采摘效率更高。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种多臂协同棚架快速采摘机器人，其特征在于，包括：

机架(1)，所述机架(1)上通过升降装置设置有可上下移动的采摘组件(5)；

软体挡板(6)，所述软体挡板(6)设置在机架(1)上，所述机架(1)上设置有缓冲网(8)，所述缓冲网(8)靠近软体挡板(6)的一侧向下倾斜，且二者之间留有空隙；

所述采摘组件(5)包括采摘机械臂(11)，所述采摘机械臂(11)上设置有能够相互靠近和远离的第一采果剪(131)和第二采果剪(132)，所述第一采果剪(131)和第二采果剪(132)的表面均固定设置有第二气缸(14)，所述第二气缸(14)的输出端固定设置有延长刀片(15)，所述延长刀片(15)的下方均固定设置有齿条(16)；

所述第一采果剪(131)和第二采果剪(132)的相对侧均开设有凹槽(17)，所述凹槽(17)中均固定设置有旋转电机(18)，所述旋转电机(18)的输出端固定设置有连接杆(19)，所述连接杆(19)上固定套设有旋转轴(21)，所述旋转轴(21)上固定设置有切割刀片(22)和夹持板(23)；以及

所述凹槽(17)中均固定设置有第三气缸(24)，所述第三气缸(24)的输出端固定设置有滑动框架板(25)，所述滑动框架板(25)中固定设置有第二轴承座(27)，所述第二轴承座(27)中铰接设置有丝杠(28)，所述丝杠(28)上螺纹设置有螺母块(29)，所述螺母块(29)的打磨槽中固定设置有打磨片(30)，所述丝杠(28)上固定套设有被动锥齿轮(31)，所述被动锥齿轮(31)的侧面啮合设置有主动锥齿轮(32)，所述主动锥齿轮(32)的中心处固定贯穿设置有传动杆(33)，所述传动杆(33)上固定设置有齿轮(35)，所述齿轮(35)能够被齿条(16)啮合并带动旋转。

2.根据权利要求1所述的一种多臂协同棚架快速采摘机器人，其特征在于：所述升降装置包括滑轨(2)，所述滑轨(2)固定设置在机架(1)上，两侧的所述滑轨(2)之间滑动设置有升降平台(3)，所述升降平台(3)固定连接于第一气缸(4)的输出端，所述第一气缸(4)固定设置在机架(1)上，所述采摘组件(5)设置于升降平台(3)上。

3.根据权利要求1所述的一种多臂协同棚架快速采摘机器人，其特征在于：所述软体挡板(6)的底部设置有减速挡板(7)。

4.根据权利要求1所述的一种多臂协同棚架快速采摘机器人，其特征在于：所述软体挡板(6)的底部延伸至收集仓(9)中，所述收集仓(9)上设置有可开合的卸货门(10)。

5.根据权利要求1所述的一种多臂协同棚架快速采摘机器人，其特征在于：所述采摘机械臂(11)的端部设置有开合控制器(12)，所述开合控制器(12)用于控制第一采果剪(131)和第二采果剪(132)相互靠近和远离。

6.根据权利要求1所述的一种多臂协同棚架快速采摘机器人，其特征在于：两个所述连接杆(19)远离旋转电机(18)的一端均铰接设置在第一轴承座(20)中，两个所述第一轴承座(20)分别内嵌设置在第一采果剪(131)和第二采果剪(132)中。

7.根据权利要求1所述的一种多臂协同棚架快速采摘机器人，其特征在于：位于同一个旋转轴(21)上的所述切割刀片(22)和夹持板(23)各有两个，且两个切割刀片(22)位于旋转轴(21)上相对的两侧、两个夹持板(23)也位于旋转轴(21)上相对的两侧。

8.根据权利要求1所述的一种多臂协同棚架快速采摘机器人，其特征在于：所述凹槽(17)的内侧边均固定设置有导向轨(26)，所述滑动框架板(25)可以沿着导向轨(26)滑动。

9.根据权利要求1所述的一种多臂协同棚架快速采摘机器人，其特征在于：所述旋转轴(21)靠近被动锥齿轮(31)的杆段上开设有容纳槽(211)。

10.根据权利要求1所述的一种多臂协同棚架快速采摘机器人，其特征在于：所述传动杆(33)靠近滑动框架板(25)的一端铰接设置在第三轴承座(34)中，所述第三轴承座(34)固定设置在滑动框架板(25)上。

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