CN114731847A

CN114731847A - 适用于瓜类农作物的翻转式自动采摘机构

Info

Publication number: CN114731847A
Application number: CN202210469068.9A
Authority: CN
Inventors: 倪淯耒; 耿本松; 杨庆华; 荀一; 王志恒
Original assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Current assignee: Zhejiang University of Technology ZJUT
Priority date: 2022-04-30
Filing date: 2022-04-30
Publication date: 2022-07-12
Anticipated expiration: 2042-04-30
Also published as: CN114731847B

Abstract

本发明公开适用于瓜类农作物的翻转式自动采摘机构，包括驱动装置以及末端执行模块，驱动装置包括采摘电缸，采摘电缸固定安装在安装板上，安装板的背部固定设置有步进电机，步进电机的输出端上固定设置有总装圆板，末端执行模块固定安装在总装圆板上，末端执行模块包括套筒，套筒的内腔中设置有传动组件以及切割刀组，套筒底部设置有开口，开口处设置有切割刀组，采摘电缸的输出端连接至传动组件的上端，切割刀组设置在传动组件的下端。本发明利用机械机构方便有效地实现了利用了三个执行机构就实现了对瓜类果实柄部的收集，并在对瓜类水果收集后将柄部进行切割，送到对应的瓜果收集箱中，具有使用方便安全，工作效率高，生产成本低的特点。

Description

适用于瓜类农作物的翻转式自动采摘机构

技术领域

本发明属于农业机械技术领域，具体是适用于瓜类果实的翻转式自动采摘机构。

背景技术

随着时代的发展，人们对于蔬菜水果的需求逐年提高，而瓜类作为重要的果实深受世界各地人们的喜爱，目前的国内，西瓜，南瓜，哈密瓜等瓜类果实的种植面积已经达到了百万亩，每年中国对于瓜类果实的出口量也在世界上遥遥领先。而整个瓜类果实的种植过程，采摘环节所耗费的时间是最多的，瓜类果实因为体型大，往往只能种植在地上，长期的采摘会对农民的腰部造成较为严重的损害，而且对于瓜类果实的采摘，目前国内对此的自动采摘技术研究较少，绝大多数地方仍然采用人工采摘，因此需要设计一种适用于瓜类果实的自动采摘机构，有效保证瓜类果实的完整性，采摘效率高，结构简单，采摘成本低，以此来解放人工劳动力，加快生产效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于瓜类果实的翻转式自动采摘机构，以解决上述背景技术中所提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

适用于瓜类农作物的翻转式自动采摘机构，包括驱动装置以及末端执行模块，所述驱动装置包括采摘电缸，所述采摘电缸固定安装在安装板上，所述安装板的背部固定设置有步进电机，所述步进电机的输出端上固定设置有总装圆板，所述末端执行模块固定安装在所述总装圆板上，所述末端执行模块包括套筒，所述套筒的内腔中设置有传动组件以及切割刀组，所述套筒底部设置有开口，开口处设置有所述切割刀组，所述采摘电缸的输出端连接至所述传动组件的上端，所述切割刀组设置在所述传动组件的下端。

进一步的，所述传动组件包括连接杆，所述连接杆上端套接有挤压弹簧，所述挤压弹簧的另一端设置有挡板，所述连接杆插接在所述套筒的上壁，所述挤压弹簧以及所述挡板分别设置在所述套筒的外侧。

进一步的，所述连接杆的底端设置有杆端关节轴承，述杆端关节轴承的连接孔中设置有双端连杆，所述套筒的外壁上设置有凹槽，所述双端连杆从所述凹槽穿出后与所述切割刀组传动连接。

进一步的，所述连接杆的底端设置有十字支架，所述杆端关节轴承固定安装在所述十字支架上。

进一步的，所述切割刀组包括刀槽，所述刀槽固定设置在所述套筒底部外侧，所述刀槽的内壁上设置有滑槽，刀片可滑动设置在所述滑槽中，所述双端连杆与所述刀片的尾端铰接配合。

进一步的，所述套筒的上端设置有稳定组件，所述稳定组件与所述总装圆板连接。

进一步的，所述安装板的侧边设置有扇形板，所述扇形板上设置有弧形导向槽，所述下料电缸安装在所述弧形导向槽中，所述下料电缸的端部设置有安装支架，所述安装支架通过螺栓配合固定安装在所述弧形导向槽中。

进一步的，所述采摘电缸的端部固定安装有连接架，所述连接架为L型支架，其一连接面与所述安装板固定连接，另一连接面与所述采摘电缸固定连接。

进一步的，所述总装圆板上固定安装有条形圆盘，所述条形圆盘的一端与所述总装圆板固定连接，另一端设置有通孔，所述通孔中固定设置有装配架，所述条形圆盘设置有四组，环列在所述总装圆盘的周向面上

进一步的，所述装配架的底面上固定设置有支撑杆，所述末端执行模块固定安装在所述支撑杆上，通过所述采摘电缸驱动所述末端执行模块纵向位移。

与现有技术相比，本发明有以下优点：

本发明利用机械机构方便有效地实现了利用了三个执行机构就实现了对瓜类果实柄部的收集，并在对瓜类水果收集后将柄部进行切割，还能送到对应的瓜果收集箱中，具有使用方便安全，工作效率高，生产成本低的特点。

附图说明

图1为本发明左视部分放大图（不隐藏套筒和刀槽）的结构示意图；

图2为本发明整体正视图的结构示意图；

图3为本发明整体后视图的结构示意图；

图4为本发明部分放大轴测图结构示意图；

图5为本发明部分放大轴测图（隐藏套筒和刀槽）结构示意图；

图6为本发明的俯视图（不隐藏套筒和刀槽）结构示意图；

图7为本发明的刀槽细节示意图。

图中：1步进电机；2总装圆板；3条形圆盘；4装配架；5支撑杆；6末端执行器模块；601稳定圆环；602挡板；603挤压弹簧；604支撑弹簧；605套筒；606双端连杆；607刀槽；608连接杆；609十字支架；610杆端关节轴承；611刀片；7安装板；701扇形板；702弧形导向槽；8安装支架；9下料电缸；10连接架；11采摘电缸。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1-7所示，一种适用于瓜类农作物的翻转式自动采摘机构，包括驱动装置以及末端执行模块6，驱动装置包括采摘电缸11，采摘电缸11固定安装在安装板7上，述安装板7的背部固定设置有步进电机1，步进电机1的输出端上固定设置有总装圆板2，末端执行模块6固定安装在总装圆板2上，末端执行模块6包括套筒605，套筒的内腔中设置有传动组件以及切割刀组，套筒605底部设置有开口，开口处设置有切割刀组，采摘电缸11的输出端连接至传动组件的上端，切割刀组设置在传动组件的下端。安装板7的侧边设置有扇形板701，扇形板701上设置有弧形导向槽702，下料电缸9安装在弧形导向槽702中，下料电缸9的端部设置有安装支架8，安装支架8通过螺栓配合固定安装在弧形导向槽702中。

采摘电缸11的端部固定安装有连接架10，连接架10为L型支架，其一连接面与安装板7固定连接，另一连接面与采摘电缸11固定连接。总装圆板2上固定安装有条形圆盘3，条形圆盘3的一端与总装圆板2固定连接，另一端设置有通孔，通孔中固定设置有装配架4，条形圆盘3设置有四组，环列在总装圆盘2的周向面上装配架4的底面上固定设置有支撑杆5，末端执行模块6固定安装在支撑杆5上，通过采摘电缸11驱动末端执行模块6纵向位移。安装支架8为L型支架，扇形板701与安装板7为一体成型设置。

末端执行模块6中的传动组件包括连接杆608，连接杆608上端套接有挤压弹簧604，挤压弹簧604的另一端设置有挡板603，连接杆608插接在套筒605的上壁，挤压弹簧以及挡板分别设置在套筒605的外侧。连接杆608的底端设置有杆端关节轴承610，杆端关节轴承610的连接孔中设置有双端连杆606，套筒605的外壁上设置有凹槽，双端连杆606从凹槽穿出后与切割刀组传动连接。连接杆608的底端设置有十字支架609，杆端关节轴承610固定安装在十字支架609上。杆端关节轴承610为鱼眼杆端关节接头。

切割刀组包括刀槽607，刀槽607固定设置在套筒605底部外侧，刀槽607的内壁上设置有滑槽，刀片611可滑动设置在滑槽中，双端连杆606与刀片611的尾端铰接配合。

套筒606的上端设置有稳定组件，稳定组件与总装圆板2连接。稳定组件具体为稳定圆盘601，稳定圆盘的底部设置有三组支撑弹簧604。稳定圆盘601与支撑杆5固定连接，支撑弹簧604的上端于稳定圆盘601固定连接，下端固定连接在套筒605上。

使用时，当视觉系统检测到机构下方有瓜类果实时，步进电机1开始转动，会带动总装圆盘2同心转动，并在总装圆盘2转动的时候，其上下左右的四个条形圆盘3会分别带着各自的装配架4开始绕着圆周转动，因此与装配架通过支撑杆5相连的稳定圆环601也会开始绕着圆周转动，并将最近的一个末端执行器模块6移动到瓜类果实正上方。此时末端执行器模块6开始工作。

此时的初始位置为图4所示的位置，因为挡板602还没开始受采摘电缸11的推力，挤压弹簧603不受到压缩，此时刀片611全部伸出，十字连接件609和杆端关节轴承610均相对于套筒605来说处于最上方的极限位置。当采摘电缸11推出，其伸出端定住挡板602，由于挤压弹簧603的劲度系数远远大于三根支撑弹簧604，三根支撑弹簧604被拉伸时挤压弹簧603并不会明显被压缩，当套筒605持续下降，底部闭合的刀片碰到了瓜类果实，产生了反作用力，挤压弹簧603此时开始被压缩，让连接杆608带动十字连接件609进行位移，从而使得十字连接件609上的四个杆端关节轴承610相对于套筒开始下降，杆端关节轴承610内的鱼眼内芯连着双端连杆606，而由于双端连杆606的球状一端连接在杆端关节轴承610的鱼眼内芯中，另外一端是一个连接在刀片611后方圆柱形末端的卡扣，并且双端连杆606的中间穿过了套筒605外壁和刀槽607的矩形凹槽进行了限位，使得双端连杆606只能在同一平面内运动，当杆端关节轴承610运动到最下方的极限位置时，与双端连杆606的球状端相连的鱼眼内芯的方向逐渐从朝下运动到了朝上，并且与此同时，双端连杆606的卡扣端推动四片刀片611在刀槽607内部的导轨上运动，使得四片刀片611向着各自的刀槽内部进行运动，即完成“收刀回槽”的动作，此时的状态为图5所示的状态（隐藏了套筒和刀槽），并且随着整个末端执行器向下，来自瓜类果实的反作用力逐步增大，使得压缩弹簧603的被压缩量逐步增大，底部的刀片611收刀，套筒605底部开口逐步扩大，将瓜类果实罩在套筒605当中，并且由于瓜类果实其表面为圆弧形，刀片611在果实整体的上表面划过，待套筒605底部开口开到直径最大时，即达到了果实表面的最大直径后，来自果实的反作用力减少，压缩弹簧603的被压缩量开始减少，刀片611在果实整体的下表面划过，套筒605底部开口逐步减小到最小，并将整个瓜类果实完全笼罩在其中，又完成了下一步“出刀切割”动作。而由于瓜类果实，其柄部的藤条较长，当“出刀切割”动作完成时，由于整个瓜类果实已经被封在其中，藤条必定会被合上的刀片611所切断。

在此之后，采摘电缸11的伸出端收缩，挡板602不再被向下挤压，此时三根三根支撑弹簧604收缩，整个套筒605也开始相对于稳定圆盘601向上升，回到初始的位置。接着步进电机1开始转动，使收纳了瓜类果实的末端执行器开始绕着圆周转动，并且移动到下料电缸9的伸出端的正下方，以相同的原理，使得套筒605碰到一个中空的带有管道的障碍物产生反作用力，使得压缩弹簧603被压缩，刀槽内607内的刀片611开始收刀，进行上料，将瓜类果实落入管道中掉在传送带上进行上料，通过传送带送至相应的收纳箱。

本发明驱动方式并不唯一，上述方式旨在举例说明。本发明可通过电机丝杆来进行驱动，并且中间的四个杆端关节轴承610可以替换为四个万向节，同样可以实现此功能。或者也可以将四个杆端关节轴承610和十字连接件609替换为单个圆板或方板，在其边沿开四个通孔，并且将双端连杆606的两端都替换成卡扣，通过卡扣进行连接刀片611和圆片，同样可以达到上述功能。

另外，鱼眼杆端关节安装在十字型支架上的时候，虽然由于本身的鱼眼内芯可以任意运动的特性，可以使其朝向的位置较为随意，但还是要保证在安装的时候将其转动到合理的方位，四个鱼眼端关节水平的一面分别呈90度阵列朝外最佳。

作为本发明的进一步的方案：可以将连接板分为两块，使得采摘电缸和下料电缸不连接在同一个连接板上，采用两块连接板相连的方式可以使得下料电缸的位置更加的自由调节。

作为本发明的进一步的方案：在刀片上方的合理位置处，粘贴一定的压力应变片，可以反馈给系统得知套筒内是否有果实。

作为本发明的进一步的方案：考虑到成本可以降得更低，可以将十字型支架改为单片的圆片，在圆片上开两个孔，并且将双端连杆的球状末端改为带有通孔的平面，使用销将一对刀片与圆片上的两个孔相连，并且另外一组刀片舍去，使得末端执行器机构更为简单低成本。

Claims

1.适用于瓜类农作物的翻转式自动采摘机构，包括驱动装置以及末端执行模块（6），其特征在于所述驱动装置包括采摘电缸（11），所述采摘电缸（11）固定安装在安装板（7）上，所述安装板（7）的背部固定设置有步进电机（1），所述步进电机（1）的输出端上固定设置有总装圆板（2），所述末端执行模块（6）固定安装在所述总装圆板（2）上，所述末端执行模块（6）包括套筒（605），所述套筒的内腔中设置有传动组件以及切割刀组，所述套筒（605）底部设置有开口，开口处设置有所述切割刀组，所述采摘电缸（11）的输出端连接至所述传动组件的上端，所述切割刀组设置在所述传动组件的下端。

2.根据权利要求1所述的适用于瓜类农作物的翻转式自动采摘机构，其特征在于所述传动组件包括连接杆（608），所述连接杆（608）上端套接有挤压弹簧（604），所述挤压弹簧（604）的另一端设置有挡板（603），所述连接杆（608）插接在所述套筒（605）的上壁，所述挤压弹簧以及所述挡板分别设置在所述套筒（605）的外侧。

3.根据权利要求2所述的适用于瓜类农作物的翻转式自动采摘机构，其特征在于所述连接杆（608）的底端设置有杆端关节轴承（611），述杆端关节轴承（611）的连接孔中设置有双端连杆（606），所述套筒（605）的外壁上设置有凹槽，所述双端连杆（606）从所述凹槽穿出后与所述切割刀组传动连接。

4.根据权利要求2或3所述的适用于瓜类农作物的翻转式自动采摘机构，其特征在于所述连接杆（608）的底端设置有十字支架（609），所述杆端关节轴承（611）固定安装在所述十字支架（609）上。

5.根据权利要求1所述的适用于瓜类农作物的翻转式自动采摘机构，其特征在于所述切割刀组包括刀槽（607），所述刀槽（607）固定设置在所述套筒（605）底部外侧，所述刀槽（607）的内壁上设置有滑槽，刀片（611）可滑动设置在所述滑槽中，所述双端连杆（606）与所述刀片（611）的尾端铰接配合。

6.根据权利要求2所述的适用于瓜类农作物的翻转式自动采摘机构，其特征在于所述套筒（606）的上端设置有稳定组件，所述稳定组件与所述总装圆板（2）连接。

7.根据权利要求1所述的适用于瓜类农作物的翻转式自动采摘机构，其特征在于所述安装板（7）的侧边设置有扇形板（701），所述扇形板（701）上设置有弧形导向槽（702），所述下料电缸（9）安装在所述弧形导向槽（702）中，所述下料电缸（9）的端部设置有安装支架（8），所述安装支架（8）通过螺栓配合固定安装在所述弧形导向槽（702）中。

8.根据权利要求1所述的适用于瓜类农作物的翻转式自动采摘机构，其特征在于所述采摘电缸（11）的端部固定安装有连接架（10），所述连接架（10）为L型支架，其一连接面与所述安装板（7）固定连接，另一连接面与所述采摘电缸（11）固定连接。

9.根据权利要求1所述的适用于瓜类农作物的翻转式自动采摘机构，其特征在于所述总装圆板（2）上固定安装有条形圆盘（3），所述条形圆盘（3）的一端与所述总装圆板（2）固定连接，另一端设置有通孔，所述通孔中固定设置有装配架（4），所述条形圆盘（3）设置有四组，环列在所述总装圆盘（2）的周向面上。

10.根据权利要求9所述的适用于瓜类农作物的翻转式自动采摘机构，其特征在于所述装配架（4）的底面上固定设置有支撑杆（5），所述末端执行模块（6）固定安装在所述支撑杆（5）上，通过所述采摘电缸（11）驱动所述末端执行模块（6）纵向位移。