CN114931088B - 一种用于水培生菜机械剥叶的剥叶装置及其剥叶方法 - Google Patents

Abstract

一种用于水培生菜机械采收的剥叶装置及其剥叶方法，装置包括机架，机架上设有能够水平和竖直移动、用于夹持并翻转待采收水培生菜、使待采收水培生菜根部朝上的翻转机构，机架上还设有用于对翻转机构所夹持水培生菜进行剥叶处理的剥叶机构；剥叶时，先通过翻转机构的移动、夹持、翻转待剥叶水培生菜，然后利用剥叶机构对所夹持水培生菜进行剥叶处理，本发明能够实现机械化对水培生菜上黄菜叶、烂菜叶的剥除，提高剥除效率，减少人工工作量。

Description

一种用于水培生菜机械剥叶的剥叶装置及其剥叶方法

技术领域

本发明涉及农业机械设备技术领域，具体涉及一种用于水培生菜机械剥叶的剥叶装置及其剥叶方法。

背景技术

目前，国内的剥叶装置大多是应用于甘蔗，玉米等表面硬度较高的农作物，多数采用辊子挤压的剥除方式，此外，植物工厂中新兴一类气吸式去叶装置，中国专利CN207070835U公开记载了一种茎秆类蔬菜的去叶方式，利用气压差实现蔬菜的茎叶分离，并通过自动开合夹、自动去叶组件实现自动夹取和去叶。

由于蔬菜形状等物理特征差异，上述去叶装置仅适用于茎杆类蔬菜，不适宜于植物工厂中生菜等水培叶菜的黄菜叶、烂菜叶的剥除，中国植物工厂内水培叶菜黄菜叶、烂菜叶的剥除主要还是依靠人力，劳动量大，研制相关自动化装置迫在眉睫。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于水培生菜机械剥叶的剥叶装置及其剥叶方法，以解决现有水培生菜依靠人工剥叶存在的劳动量大的问题。

本发明为了达到上述目的所采用的技术方案是：

一种用于水培生菜机械剥叶的剥叶装置，包括机架，其特征在于，机架上设有能够水平和竖直移动、用于夹持并翻转待剥叶水培生菜、使待剥叶水培生菜根部朝上的翻转机构；

机架上还设有用于对翻转机构所夹持水培生菜进行剥叶处理的剥叶机构。

作为本发明的一种优选方案，所述剥叶机构包括设置在机架上的机座、设置在机座上的动力系统、以及设置在机座上由动力系统驱动、用于对翻转机构所夹持水培生菜进行剥叶处理的平面六杆机构。

作为本发明的一种优选方案，所述平面六杆机构包括由动力系统驱动转动的主动臂和从动臂，铰接设置在主动臂和从动臂上的主杆和副杆、主杆和副杆用于剥叶的一端设有第一气动手指。

作为本发明的一种优选方案，所述动力系统包括动力单元以及连接动力单元与平面六杆机构设置的传动机构，所述传动机构包括由动力单元驱动的大齿轮轴、以及用于驱动主动臂的小齿轮轴，大齿轮轴上设有大齿轮，小齿轮轴上设有与大齿轮啮合的小齿轮，所述从动臂转动安装在所述大齿轮轴上。

作为本发明的一种优选方案，所述动力单元与大齿轮轴之间设有急回机构，急回机构包括设置在大齿轮轴上的滑轨臂，滑动臂远离大齿轮轴的臂体内设有可移动的滑块；

急回机构还包括由动力单元驱动的传动轴以及连接传动轴与滑块设置、用于在传动轴转动时、能够驱使滑块在滑轨臂内往复运动的动力臂。

作为本发明的一种优选方案，所述动力单元包括设置在机架上的动力电机以及分别设置在动力电机输出端和传动轴上的链轮，链轮上套设有倍速链。

作为本发明的一种优选方案，所述翻转机构包括C轴旋转电机以及用于驱使C轴旋转电机翻转的A轴翻转电机，C轴旋转电机的输出轴上设有用于夹持待剥叶水培生菜的第二气动手指。

作为本发明的一种优选方案，机架上设有能够沿A轴和Z轴自由度移动的模组，所述A轴翻转电机安装在所述模组上。

作为本发明的一种优选方案，机架上还设有用于获取翻转机构所夹持水培生菜根部信息的图像采集单元以及用于对所获取信息进行识别和定位、并根据识别和定位对翻转机构和剥叶机构进行控制的中央处理单元。

一种用于水培生菜机械剥叶装置的剥叶方法，包括以下步骤：

（1）通过翻转机构的移动、夹持待剥叶水培生菜；

（2）通过翻转机构的翻转使所夹持水培生菜根部朝上；

（3）利用图像采集单元获取所夹持水培生菜根部信息；

（4）利用中央处理单元对所获取水培生菜根部信息特征识别和定位；

（5）剥叶机构接受中央处理单元的控制，对所夹持水培生菜进行剥叶处理。

本发明有益效果：

1.本发明的剥叶装置通过设置的翻转机构以及剥叶机构，能够实现机械化对水培生菜黄菜叶、烂菜叶的剥除，其中，剥叶机构的主杆负责模拟人手的剥叶轨迹，副杆负责调整作业的角度，从动臂通过轴承安装在大齿轮轴上做虚拟约束起到支撑作用，连杆结构简单，配合气动手指，在接通负气压时保持扩张，到达作业部位后接通正气压持续收缩，加工成本低，通用性好，对水培生菜的破坏较小。

2.本发明的剥叶装置中动力电机驱动动力臂做圆周运动，急回机构通过小滑块的相对运动把动力臂的圆周运动转化为滑轨臂的小幅摆动，大齿轮轴上的滑轨臂、大齿轮同步运动，大齿轮驱动小齿轮带动六杆机构的主动臂运动，主动臂作为原动件驱动平面六杆机构配合C轴旋转电机，能够快速完成对水培生菜根部黄菜叶、烂菜叶的剥除。

3.本发明的剥叶装置中设有彩色相机作为图像采集单元，采用计算机作为中央处理单元，在模组Z轴的作用下气动手指移动至生菜正上方，翻转后采用彩色相机采集生菜底部的图像信息，经过计算机处理后，把信号输出给电机驱动器，驱动动力电机和C轴旋转电机配合作业，C轴旋转电机接收到脉冲之后控制气动手指绕C轴旋转，使黄菜叶、烂菜叶处于剥叶机构的作业位置，能够精准剥除植物工厂水培生菜黄菜叶、烂菜叶。

附图说明

图1为实施例所提供剥叶装置的整体结构示意图；

图2为实施例所提供剥叶装置中剥叶机构的整体结构示意图；

图3为实施例所提供剥叶机构中平面六杆机构的结构示意图；

图4为实施例所提供剥叶机构中动力系统的传动机构结构示意图；

图5为实施例所提供剥叶机构中动力系统的动力单元结构示意图；

图6为实施例所提供剥叶机构中急回机构的结构示意图；

图7为实施例所提供剥叶装置中机座的结构示意图；

图8为实施例所提供剥叶装置中翻转机构的结构示意图。

图中标记：1、第一机架，2、六杆剥叶机构，3、彩色相机，4、第二机架，5、模组，6、翻转机构，21、动力单元，22、急回机构，23、传动机构，24、平面六杆机构，25、机座，211、电机，212、倍速链，213、链轮，221、传动轴，222、动力臂，223、滑块，224、滑轨臂，231、大齿轮轴，232、大齿轮，233、小齿轮轴，234、小齿轮，241、主动臂，242、从动臂，243、主杆，244、副杆，245、手指底座，246、第一气动手指，251、传动轴机座，252、大齿轮轴机座。253、小齿轮轴机座，61、A轴翻转电机，62、C轴旋转电机，63、第二气动手指，64、第一L型钣金件，65、第二L型钣金件。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明，在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

本发明提供一种用于水培生菜机械剥叶的剥叶装置的具体实施例：

参阅图1至图8所示。

本实施例的剥叶装置包括机架，机架上设有翻转机构6，翻转机构6能够在机架上进行水平和竖直移动，翻转机构6水平和竖直移动过程实现翻转机构6的定位以及对待剥叶水培生菜的拔取，并在拔取后能够对所剥叶的水培生菜进行翻转，使使待剥叶水培生菜的根部朝上设置，在机架上还设有用于对翻转机构6所夹持水培生菜进行剥叶处理的剥叶机构2，机架上还设有图像采集单元，图像采集单元可以采用彩色相机3，用于获取翻转机构6所夹持水培生菜根部信息，剥叶装置还包括中央处理单元，中央处理单元可以采用计算机终端或PLC控制器，用于对所获取根部信息进行识别和定位、并根据识别和定位对翻转机构6和剥叶机构2进行控制，经过翻转机构6和剥叶机构2的共同配合实现对水培生菜的机械剥叶处理。

结合图1所示，机架包括相对设置的第一机架1和第二机架4，其中，第一机架1用于安装剥叶机构2，第二机架4用于安装翻转机构6，为了实现翻转机构6在第二机架4上的水平和竖直二自由度移动，在第二机架4上设有能够沿A轴和Z轴二自由度移动的模组5，将翻转机构6安装在所述模组5上，模组5工作时带动翻转机构6进行水平和竖直的移动，可以理解地，模组5可以采用现有任何一种进行二自由度移动的模组，例如，模组5通常包括设置在第二机架4上沿水平延伸的滑轨，滑轨上安装由电机驱动的滑块，在滑块上设置竖直延伸的轨道，并在轨道上安装由电机驱动的滑台。

结合图2至图6所示，本实施例的剥叶机构2包括机座25、动力系统、以及由动力系统驱动的平面六杆机构24，其中，机座25设置在第一机架1上，动力系统包括动力单元21、传动机构23以及设置在动力单元21与传动机构之间的急回机构22，动力系统工作时，带动平面六杆机构24对翻转机构6所夹持的水培生菜进行剥叶处理。

结合图7所示，机座25包括传动轴机座251、大齿轮传动轴机座252以及小齿轮轴机座253，其中，传动轴机座251可通过螺栓直接安装在第一机架1上，并通过轴承安装有传动轴221，所述大齿轮轴机座252可通过螺栓直接安装在第一机架1上，并通过轴承安装有大齿轮轴231，所述小齿轮轴机座253可通过螺栓直接安装在第一机架1上，并通过轴承安装有小齿轮轴234。

结合图5所示，动力单元21包括动力电机211、链轮213和倍速链212，其中，动力电机211设置在第一机架1上，链轮213有两个，一个设置在动力电机211的输出端上，另一通过键与传动轴221连接，倍速链212套设在两个链轮213。

结合图4所示，传动机构包括大齿轮轴231、大齿轮232、小齿轮233以及小齿轮轴234，大齿轮轴231的轴身通过键连接大齿轮232，小齿轮轴234的轴身通过键连接小齿轮233，小齿轮233与大齿轮232啮合设置。

结合图6所示，急回机构22包括传动轴221、动力臂222、滑块223、滑轨臂224，其中，滑块223安装在滑轨臂224的内部，在滑轨臂224的臂体内可滑动移动设置，工作时，能够做相对运动，动力臂222通过键连接传动轴221，滑块223安装在动力臂222的末端，在转动轴221转动时，能够通过动力臂222驱使滑块223在滑轨臂224内运动，可以理解地，滑块223最好设置在滑动臂224远离大齿轮轴231的臂体内。

结合图2和图3所示，平面六杆机构24包括主动臂241、从动臂242、主杆243、副杆244、手指底座245以及第一气动手指246，主动臂241通过键连接安装在小齿轮轴234上，从动臂242通过轴承直接安装在大齿轮轴231上，主杆243、副杆244的主动端通过销连接在主动臂241上，从动端通过销连接在从动臂242上，第一气动手指246安装在手指底座245上，手指底座245通过螺栓安装在主杆243和副杆244的末端，使用时，动力电机211接收到脉冲之后通过倍速链212驱动动力臂222做圆周运动，急回机构22通过滑块223的相对运动把动力臂222的圆周运动转化为滑轨臂224的小幅摆动，此时，大齿轮轴231上的滑轨臂224、大齿轮232同步运动，大齿轮232驱动小齿轮234带动主动臂241运动，主动臂241作为原动件驱动平面六杆机构工作，其中主杆243负责模拟人手的剥叶轨迹，副杆244负责调整作业的角度，从动臂242通过轴承安装在大齿轮轴231上做虚拟约束起到支撑作用。

结合图8所示，本实施例中，翻转机构6包括C轴旋转电机62以及A轴翻转电机61，其中，A轴翻转电机61用于驱使C轴旋转电机62旋转，在C轴旋转电机62的输出轴上设有第二气动手指63，第二气动手指63用于夹持待剥叶水培生菜，安装时，结合图8所示为例，第二气动手指63通过联轴器与C轴旋转电机62连接，二者由第二L型钣金件 65安装在A轴翻转电机61上，A轴翻转电机61通过第一L型钣金件 64安装在模组Z轴向的滑块上。

本实施例的剥叶装置能够实现水培生菜底部黄菜叶、烂菜叶的翻转式精准剥除，气动手指夹紧生菜，在翻转机构作用下使生菜根部朝上，然后彩色相机采集菜叶的图像信息并把信号传递给旋转电机和剥叶机构，二者协同作用，进而保证水培生菜上黄菜叶、烂菜叶的剥除，设计结构简单，加工成本低，通用性强，大大降低劳动强度，效率高，有效解决了植物工厂水培生菜机械采收过程中无法精准剥除黄菜叶、烂菜叶的难题。

本发明还提供上述实施例中用于水培生菜机械剥叶的剥叶装置的剥叶方法，其包括以下步骤：

（1）通过翻转机构6的移动、夹持待剥叶水培生菜：水培生菜输送至翻转机构6的正下方，翻转机构6在模组5的作用下移动至生菜正上方，此时接通负气压，第二气动手指63扩张，随后第二气动手指63下降，第二气动手指63接通正气压夹紧生菜，模组5驱动第二气动手指63从定植板上拔起水培生菜。

（2）通过翻转机构6的翻转使所夹持水培生菜根部朝上：在第二气动手指63拔起水培生菜后，A轴翻转电机61启动，经过翻转使水培生菜根部朝上。

（3）利用图像采集单元获取所夹持水培生菜根部信息：在水培生菜根部朝上后，模组5将翻转机构6移动至彩色相机3的正下方，由彩色相机3采集生菜底部的图像信息并传输给计算机终端。

（4）利用中央处理单元对所获取水培生菜根部信息特征识别和定位：计算机终端利用获取的图像信息对水培生菜的黄菜叶、烂菜叶进行特征识别和定位处理。

（5）剥叶机构2接受中央处理单元的控制，对所夹持水培生菜进行剥叶处理：根据计算机终端的特征识别和定位，计算机终端将该信息同步传给剥叶机构的动力电机211和C轴旋转电机62，C轴旋转电机62把黄烂部位转到指定位置，剥叶机构开始作业，动力电机211启动，倍速链212通过传动轴221带动动力臂222做圆周运动，急回机构22在滑块223的相对移动下带动滑轨臂224小幅摆动，同时，大齿轮轴231带动大齿轮232旋转，小齿轮233带动主动臂241旋转，主动臂241作为原动件带动主副杆运动，模拟剥除轨迹和作业角度完成剥叶作业。

需要说明的是，本文未详述部分为现有技术，上述实施例仅用来说明本发明，但本发明并不局限于上述实施例，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均落入本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种用于水培生菜机械剥叶的剥叶装置，包括机架，其特征在于，机架上设有能够水平和竖直移动、用于夹持并翻转待剥叶水培生菜、使待剥叶水培生菜根部朝上的翻转机构（6）；

机架上还设有用于对翻转机构（6）所夹持水培生菜进行剥叶处理的剥叶机构（2）；

所述剥叶机构（2）包括设置在机架上的机座（25）、设置在机座（25）上的动力系统、以及设置在机座（25）上由动力系统驱动、用于对翻转机构（6）所夹持水培生菜进行剥叶处理的平面六杆机构（24）；

所述平面六杆机构（24）包括由动力系统驱动转动的主动臂（241）和从动臂（242），铰接设置在主动臂（241）和从动臂（242）上的主杆（243）和副杆（244）、主杆（243）和副杆（244）用于剥叶的一端设有第一气动手指（246）。

2.如权利要求1所述一种用于水培生菜机械剥叶的剥叶装置，其特征在于，所述动力系统包括动力单元（21）以及连接动力单元（21）与平面六杆机构（24）设置的传动机构（23），所述传动机构（23）包括由动力单元（21）驱动的大齿轮轴（231）、以及用于驱动主动臂（241）的小齿轮轴（234），大齿轮轴（231）上设有大齿轮（232），小齿轮轴（234）上设有与大齿轮（232）啮合的小齿轮（233），所述从动臂（242）转动安装在所述大齿轮轴（231）上。

3.如权利要求2所述一种用于水培生菜机械剥叶的剥叶装置，其特征在于，所述动力单元（21）与大齿轮轴（231）之间设有急回机构（22），急回机构（22）包括设置在大齿轮轴（231）上的滑轨臂（224），滑轨臂（224）远离大齿轮轴（231）的臂体内设有可移动的滑块（223）；

急回机构（22）还包括由动力单元（21）驱动的传动轴（221）以及连接传动轴（221）与滑块（223）设置、用于在传动轴（221）转动时、能够驱使滑块（223）在滑轨臂（224）内往复运动的动力臂（222）。

4.如权利要求3所述一种用于水培生菜机械剥叶的剥叶装置，其特征在于，所述动力单元（21）包括设置在机架上的动力电机（211）以及分别设置在动力电机（211）输出端和传动轴（221）上的链轮（213），链轮（213）上套设有倍速链（212）。

5.如权利要求1-4任一项所述一种用于水培生菜机械剥叶的剥叶装置，其特征在于，所述翻转机构（6）包括C轴旋转电机（62）以及用于驱使C轴旋转电机（62）翻转的A轴翻转电机（61），C轴旋转电机（62）的输出轴上设有用于夹持待剥叶水培生菜的第二气动手指（63）。

6.如权利要求1所述一种用于水培生菜机械剥叶的剥叶装置，其特征在于，机架上还设有用于获取翻转机构（6）所夹持水培生菜根部信息的图像采集单元以及用于对所获取信息进行识别和定位、并根据识别和定位对翻转机构（6）和剥叶机构（2）进行控制的中央处理单元。

7.如权利要求1-6任一项所述一种用于水培生菜机械剥叶的剥叶装置的剥叶方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）通过翻转机构（6）的移动、夹持待剥叶水培生菜；

（2）通过翻转机构（6）的翻转使所夹持水培生菜根部朝上；

（3）利用图像采集单元获取所夹持水培生菜根部信息；

（4）利用中央处理单元对所获取水培生菜根部信息特征识别和定位；

（5）剥叶机构（2）接受中央处理单元的控制，对所夹持水培生菜进行剥叶处理。