CN114872009A - 一种集苹果采摘、柔性输送与收集装箱为一体的装置 - Google Patents
一种集苹果采摘、柔性输送与收集装箱为一体的装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明属于农业机械领域。目的是提供一种集苹果采摘、柔性输送与收集装箱为一体的装置，该装置不仅能够实现苹果的自动化采摘、输送、收集以及可以使苹果在装箱的过程中能够实现果实的均匀分布；同时，该装置可以降低劳动强度并且提高采摘率。技术方案是：一种集苹果采摘、柔性输送与收集装箱为一体的装置；包括安装有工业相机和控制模块的小车；其特征在于：还包括安装在小车上用于采摘苹果的采摘模块、将采摘的苹果排列输送的输送模块以及将输送模块输送的苹果均匀装箱的收集模块；所述采摘模块包括带有柔性采摘爪且固定在安装架上的两个六自由度机械臂以及调节六自由度机械臂采摘位置的机械臂位置调节机构。
Description
技术领域
本发明属于农业机械领域，具体是一种集苹果采摘、柔性输送与收集装箱 为一体的装置。
背景技术
苹果是大众日常食用的水果之一，市场需求量庞大。但是目前对于苹果的 采摘以及收集需要靠劳动力完成；到采摘季节时，对于庞大的采摘量而言，劳 动力较为短缺。针对这种情况，需要研发一种既可以自动采摘苹果又可以自动 收集的装置。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种集苹果采摘、柔性输 送与收集装箱为一体的装置，该装置不仅能够实现苹果的自动化采摘、输送、 收集以及可以使苹果在装箱的过程中能够实现果实的均匀分布；同时，该装置 可以降低劳动强度并且提高采摘率。
本发明提供的技术方案是：
一种集苹果采摘、柔性输送与收集装箱为一体的装置；包括安装有工业相 机和控制模块的小车；其特征在于：还包括安装在小车上用于采摘苹果的采摘 模块、将采摘的苹果排列输送的输送模块以及将输送模块输送的苹果均匀装箱 的收集模块；
所述采摘模块包括带有柔性采摘爪且固定在安装架上的两个六自由度机械 臂以及调节六自由度机械臂采摘位置的机械臂位置调节机构；
所述输送模块包括由辊筒定位且由电机驱动的输送带、位于输送带前端的 收口以及位于输送带后端且将输送带输送的苹果收拢至收集箱的“倒八字形” 挡皮；
所述收集模块包括驱动果箱升降运动的竖直机构、驱动果箱水平直线运动 的水平机构以及驱动果箱绕竖直轴线转动的转动机构。
所述安装架通过一号平台可水平移动地定位小车上，并且底端通过水平铰 接轴可摆动地定位在一号平台上；所述机械臂位置调节机构包括驱使一号平台 水平移动的一号丝杠直线模组以及驱使安装架绕水平铰接轴摆动的二号丝杠直 线模组。
所述一号平台通过滑块导轨结构可水平移动地定位在小车上；所述一号丝 杠直线模组中的丝杠以及与丝杠相配合的丝杠螺母分别安装在小车上以及一号 平台上，从而驱动一号平台水平直线移动；支撑架的顶端与安装架铰接，底端 与所述二号丝杠直线模组中的丝杠螺母铰接并且通过另一滑块导轨结构可水平 移动地定位在一号平台上；所述二号丝杠直线模组安装在一号平台上且通过支 撑架施力于安装架。
所述输送带为有裙边和挡板的输送带；所述裙边包括两条沿着输送带长度 方向布置且间隔距离的波浪形柔性挡边以及位于两条柔性挡边之间的若干个挡 板；所述若干个挡板间隔距离布置并且横向设置在输送带上。
所述“倒八字形”挡皮包括弯曲形状的底板以及设置在底板上形成上宽下 窄通道的两个弧形挡条。
所述水平机构包括通过滑块导轨结构定位在小车上的二号平台以及驱动二 号平台的四号丝杠直线模组，所述四号丝杠直线模组中的丝杠与丝杠螺母分别 定位在小车以及二号平台上。
所述竖直机构包括安装在果箱与二号平台之间的剪刀叉结构以及驱动剪刀 叉结构的三号丝杠直线模组；所述二号平台以及托持果箱的固定架上分别设置 有导轨；所述剪刀叉结构底端的一侧支脚与二号平台铰接，另一侧支脚铰接有 与二号平台上导轨相配合的滑块；所述剪刀叉结构顶端的一侧支脚与固定架铰 接，另一侧支脚铰接有与固定架上导轨相配合的滑块。
所述转动机构包括设置在固定架上的轴承座、竖直固定在固定条底端且与 所述轴承座转动配合的承载架转轴以及安装在固定架上且驱动承载架转轴的电 机。
所述果箱的底端与承载架上的U型槽相嵌合；U型槽的一侧缺口通过销孔配 合结构固定的固定条进行封闭。
以上各丝杠直线模组均包括通过轴承座定位的丝杠、与丝杠配合的丝杠螺 母以及通过电机座固定且通过联轴器连接所述丝杠的电机。
所述控制模块包括显示器、PLC、接线端子、步进电机驱动器、逆变器、工 控机、锂电池。
本发明的有益效果是
1.本发明利用一号丝杠直线模组完成采摘机构的水平运动，利用二号丝杠 直线模组并结合滑块铰链结构完成采摘结构可以进行转动，保证了采摘结构可 以在一定空间范围内可以根据目标果实的位置进行采摘。
2.本发明中带有裙边和挡板的传送带能够分隔苹果并有效减少苹果碰撞所 带来的损伤。
3.本发明中的“倒八字形”的软材质挡皮可以有效防止苹果在下落过程由 于碰撞所带来的损伤，并且能够将苹果按照先后顺序进行“摆放”。
4.本发明中固定在二号平台上的三号丝杠直线模组结合滑块铰链结构能够 实现收集箱在空间Z方向进行移动，进而使得苹果一层一层的铺满以及方便装 卸箱工作的完成。
5.本发明中固定在小车上的四号丝杠直线模组能够使得二号平台进行水平 移动，从而能够使得苹果在装箱过程中能够按照一条直线排列。。
6.本发明中固定在固定架中的电机输出轴通过联轴器与承载架下方的轴进 行联接，从而实现苹果按一条直线排列完成以后，电机带动果箱旋转进而按照 另外一条直线进行排列。
7.本发明中承载架的“U”型槽与固定条两端的圆孔采用销钉进行配合，进 而可以固定果箱的位置，防止其发生窜动。
8.本发明结构简单，安全可靠，操作方便，适合推广应用。
附图说明
图1是本发明的主视结构示意图。
图2是本发明的立体结构示意图。
图3是本发明中固定在小车上的控制模块的立体结构示意图。
图4是本发明中固定在小车上的采摘模块的立体结构示意图之一。
图5是本发明中固定在小车上的采摘模块的立体结构示意图之二(除去风 琴罩)。
图6是本发明中采摘模块进行水平移动和转动后的立体结构示意图(除去 风琴罩)。
图7是本发明中输送模块和收集模块的立体结构示意图。
图8是本发明中输送装置的立体结构示意图(除去传送带和软材质的“倒 八字形”挡皮)
图9是本发明中收集模块的立体结构示意图。
图10是本发明中的果箱底部相关部件的立体结构示意图。
图11是本发明中承载着果箱的承载架旋转后的立体结构示意图。
图12是本发明中承载架的“U“型槽与固定条安装配合的立体结构示意图。
图13是本发明中固定架的主视结构示意图。
图14是本发明中的“倒八字形”挡皮的立体结构示意图。
附图标号
1.控制模块；1-1、方向盘；1-2、油门；1-3、手刹；1-4、小车车架；1-5、 轨道；1-6、车轮；1-7、小车电机；1-8、安装罩；1-9、接线端子；1-10、步 进电机驱动器；1-11、显示器；1-12、工控机；1-13、工控机安装架；1-14、 电池；1-15、小车座椅；
2.采摘模块；2-1、六自由度机械臂；2-2、安装板；2-3、安装架；2-4、 风琴罩前连接板；2-5、水平铰接轴；2-6、轴承座增高垫；2-7、一号平台；2-8、 导轨垫；2-9、风琴罩后连接板；2-10、风琴罩；2-11、二号丝杠直线模组；2-12、 一号丝杠直线模组；2-13、铰接结构；2-14、支撑架；2-15、铰接轴；
3.输送模块；3-1、输送带；3-2、“倒八字形”挡皮；3-3、收口；3-4、挡 板支撑架；3-5、驱动电机；3-6、铝型材架；3-7、一号从动辊筒；3-8、下挡 皮安装架；3-9、中部挡皮安装架；3-10、上挡皮安装架；3-11、二号从动辊筒； 3-12、主动辊筒；
4.收集模块；4-1、果箱；4-2、四号丝杠直线模组；4-3、二号平台；4-4、 铰接端；4-5、滑块；4-6、导轨；4-7、三号丝杠直线模组；4-8、承载架；4-9、 联轴器；4-10、步进电机；4-11、步进电机输出轴；4-12、果箱导轨；4-13、 果箱滑块；4-14、固定架；4-15、承载架转轴；4-16、固定条；4-17、中部铰 接轴。
具体实施方式
以下结合附图所示的实施例进一步说明。
如图所示的集苹果采摘、柔性输送与收集装箱为一体的装置，包括小车以 及安装在小车车架上的工业相机、控制模块1、采摘模块2、输送模块3、收集 模块4。小车上还设有方向盘、油门、手刹、车轮与小车座椅。
由图1-图2可知：采摘模块2、输送模块3、收集模块4可以跟随小车作水 平方向的移动；采摘模块2中的六自由度机械臂2-1(图中显示有两个柔性采摘 爪)固定在安装架上，可以根据工业相机获取的RGB图及深度图实现对目标果 实的抓取及采摘，机械爪采摘下来的苹果依次经过收口3-3、带裙边和挡板的输 送带3-1、“倒八字形”挡皮3-2进入果箱4-1。
由图4-图6可知：一号平台2-7通过第一滑块导轨结构(其中的导轨与滑 块优选燕尾槽结构)可水平移动地定位在小车上，固定在小车上的一号丝杠直 线模组(一号丝杠直线模组中的丝杠以及与丝杠相配合的丝杠螺母分别安装在 小车上以及一号平台上)可以通过推拉一号平台，使得固定在该平台上的所有 部件做相应的直线运动。安装架的底端通过水平铰接轴2-5可摆动地定位在一 号平台上，固定在一号平台上的二号丝杠直线模组通过支撑架2-14驱使安装架 绕水平铰接轴摆动；其中，一号平台上安装有第二滑块导轨结构，第二滑块导 轨结构中的两个导轨相互平行地布置一号平台上，相配合的两个滑块与支撑架 的底端铰接(即图6中显示的铰接结构2-13)，支撑架的顶端与安装架的中部铰 接(铰接轴2-15)；两个滑块与二号丝杠直线模组中的丝杠螺母还通过一连接板 固定连接，二号丝杠直线模组中的丝杠转动，就能驱使安装架绕水平铰接轴摆 动。
本实施例中，采摘结构的水平移动以及转动可以实现机械臂在一定空间中 对果实的采摘；固定在风琴罩前连接板2-4以及后连接板2-9上的风琴罩2-10 能够有效的保护二号丝杠直线模组的相关运动不受外来干扰物的影响(例如： 灰尘等)。
由图7-图8以及图14可知，主动辊筒3-12与另外两个辊筒(一号从动辊 筒3-7以及二号从动辊筒3-11)的共同承载着设有裙边和挡板的传送带3-1， 并且在同轴连接的驱动电机3-5驱动下运动；所载运的苹果经由软材质制作的 “倒八字形”挡皮3-2(该挡皮的上、下两端分别固定在上、下挡皮安装架上) 的收拢及保护作用后，落入收集箱4-1。
由图9-图13可知，位于固定架4-14上面的是承载架4-8；承载架顶端为 三面围拦一面开口的U型槽，果箱能够正好嵌入其中；U型槽开口侧可采用固定 条封闭(固定条两端的圆孔正好与U型槽开口侧的孔对应配合，然后将销轴插 入二者对应的孔中)，可以固定收集箱的位置，防止其窜动。
固定在小车上的四号丝杠直线模组4-2与通过滑块导轨结构定位在小车上 的二号平台组成水平机构(四号丝杠直线模组中的丝杠与丝杠螺母分别定位在 小车以及二号平台上)，通过推拉二号平台4-3在导轨上运动，进而使得在该平 台上的果箱做相应的水平直线运动。
固定在二号平台上的三号丝杠直线模组4-7与安装在果箱与二号平台4-3 之间的剪刀叉结构组成竖直机构；二号平台以及托持果箱的固定架4-14上分别 设置有导轨，剪刀叉结构底端的一侧支脚与二号平台铰接(参见图9中的铰接 端4-5)，另一侧支脚铰接有与二号平台上导轨4-6相配合的滑块4-5；所述剪 刀叉结构顶端的一侧支脚与固定架铰接，另一侧支脚铰接有与固定架上的果箱 导轨4-12相配合的滑块4-13(由图可知：剪刀叉结构包括用同一个中部铰接轴 4-17铰接的两个剪刀叉；因此一侧支脚、另一侧支脚均包含两个支脚)。三号丝 杠直线模组中的电机启动后，即可通过丝杆螺母机构以及导轨滑块结构推动剪 刀叉结构，进而使得果箱能够升降。
固定架上设置有立式轴承座(其中的轴孔竖直布置)、竖直固定在固定条底 端的承载架转轴4-15(该转轴能够可转动地与立式轴承座的轴孔插接配合)以 及安装在固定架上且与承载架转轴连接的电机(优选步进电机)；前述部件组成 了所述的转动机构。固定架中固定的电机，其输出轴通过联轴器与承载架下方 的承载架转轴进行连接，从而使得电机带动果箱进行旋转。
以上各丝杠直线模组均包括通过轴承座定位的丝杠、与丝杠配合的丝杠螺 母以及通过电机座固定且通过联轴器连接所述丝杠的电机(优选步进电机)。
本实施例中，利用两组丝杠直线模组实现果箱的升降以和水平移动以及利 用固定架搭载的电机带动果箱进行旋转，可使苹果在果箱内的均匀分布。由四 号丝杠直线模组带动箱体直线移动实现苹果在果箱内按照一条直线装箱，待该 直线位置的苹果装满后，固定架搭载的电机驱动果箱旋转，实现按另外一条直 线继续装箱，待第一层苹果装满后，三号丝杠直线模组运动使得果箱下降，进 而装下一层的苹果，依次循环到苹果装满。
所述控制模块为现有技术，包括显示器、PLC、接线端子、步进电机驱动器、 逆变器、工控机、锂电池。
本发明工作原理如下：
小车带动整个装置行至目标区域附近，一号丝杠直线模组驱动采摘部件进 行水平运动，二号丝杠直线模组通过驱动支撑架使得安装架上的采摘部件转动； 三号丝杠直线模组驱动剪刀叉结构并结合固定架的导轨滑块结构，使得果箱能 够在空间Z方向升降；四号丝杠直线模组通过驱动果箱所在的二号平台，进而 使得果箱能够按照一条直线运动；果箱底部的电机输出轴通过联轴器与箱体底 部的承载架转轴进行连接，从而实现电机带动果箱进行旋转。果箱的水平移动、 升降和旋转功能使得苹果在装箱过程中能够实现果实的均匀分布。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发 明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明 公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种集苹果采摘、柔性输送与收集装箱为一体的装置；包括安装有工业相机与控制模块(1)的小车；其特征在于：还包括安装在小车上用于采摘苹果的采摘模块(2)、将采摘的苹果排列输送的输送模块(3)以及将输送模块输送的苹果均匀装箱的收集模块(4)；
所述采摘模块包括带有柔性采摘爪且固定在安装架(2-3)上的两个六自由度机械臂(2-1)以及调节六自由度机械臂采摘位置的机械臂位置调节机构；
所述输送模块包括由辊筒定位且由电机驱动的输送带(3-1)、位于输送带前端的收口(3-3)以及位于输送带后端且将输送带输送的苹果收拢至收集箱的“倒八字形”挡皮(3-2)；
所述收集模块包括驱动果箱升降运动的竖直机构、驱动果箱水平直线运动的水平机构以及驱动果箱绕竖直轴线转动的转动机构。
2.根据权利要求1所述的集苹果采摘、柔性输送与收集装箱为一体的装置，其特征在于：所述安装架通过一号平台(2-7)可水平移动地定位在小车上，并且底端通过水平铰接轴(2-5)可摆动地定位在一号平台上；所述机械臂位置调节机构包括驱使一号平台水平移动的一号丝杠直线模组(2-12)以及驱使安装架绕水平铰接轴摆动的二号丝杠直线模组(2-11)。
3.根据权利要求2所述的集苹果采摘、柔性输送与收集装箱为一体的装置，其特征在于：所述一号平台通过一滑块导轨结构可水平移动地定位在小车上；所述一号丝杠直线模组中的丝杠以及与丝杠相配合的丝杠螺母分别安装在小车上以及一号平台上；支撑架(2-14)的顶端与安装架铰接，底端与所述二号丝杠直线模组中的丝杠螺母铰接并且通过另一滑块导轨结构可水平移动地定位在一号平台上；所述二号丝杠直线模组安装在一号平台上且通过支撑架施力于安装架。
4.根据权利要求3所述的集苹果采摘、柔性输送与收集装箱为一体的装置，其特征在于：所述输送带为有裙边和挡板的输送带(3-1)；所述裙边包括两条沿着输送带长度方向布置且间隔距离的波浪形柔性挡边以及位于两条柔性挡边之间的若干个挡板；所述若干个挡板间隔距离布置并且横向设置在输送带上。
5.根据权利要求4所述的一种集苹果采摘、柔性输送与收集装箱为一体的装置，其特征在于：所述“倒八字形”挡皮包括弯曲形状的底板以及设置在底板上形成上宽下窄通道的两个弧形挡条。
6.根据权利要求5所述的集苹果采摘、柔性输送与收集装箱为一体的装置，其特征在于：所述水平机构包括通过滑块导轨结构定位在小车车架上的二号平台(4-3)以及驱动二号平台的四号丝杠直线模组(4-2)，所述四号丝杠直线模组中的丝杠与丝杠螺母分别定位在小车以及二号平台上。
7.根据权利要求6所述的集苹果采摘、柔性输送与收集装箱为一体的装置，其特征在于：所述竖直机构包括安装在果箱与二号平台之间的剪刀叉结构以及驱动剪刀叉结构的三号丝杠直线模组(4-7)；所述二号平台以及托持果箱的固定架(4-14)上分别设置有导轨；所述剪刀叉结构底端的一侧支脚与二号平台铰接，另一侧支脚铰接有与二号平台上导轨相配合的滑块；所述剪刀叉结构顶端的一侧支脚与固定架铰接，另一侧支脚铰接有与固定架上导轨相配合的滑块。
8.根据权利要求7所述的集苹果采摘、柔性输送与收集装箱为一体的装置，其特征在于：所述转动机构包括设置在固定架上的轴承座、竖直固定在固定条底端且与所述轴承座转动配合的承载架转轴(4-15)以及安装在固定架上且驱动承载架转轴的电机。
9.根据权利要求8所述的集苹果采摘、柔性输送与收集装箱为一体的装置，其特征在于：所述果箱的底端与承载架上的U型槽相嵌合；U型槽的一侧缺口通过销孔配合结构固定的固定条(4-16)进行封闭。
10.根据权利要求9所述的集苹果采摘、柔性输送与收集装箱为一体的装置，其特征在于：以上各丝杠直线模组均包括通过轴承座定位的丝杠、与丝杠配合的丝杠螺母以及通过电机座固定且通过联轴器连接所述丝杠的电机。
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