CN114982478A - 一种自吸式果实扭转采摘机械手、设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自吸式果实扭转采摘机械手、设备及方法，涉及农业装备技术领域，包括壳体，壳体的采摘端间隔设置柔性旋转抓手和刚性支撑抓手，所述刚性支撑抓手与负压吸附机构连通；所述柔性旋转抓手内间隔分布多个刚性连接杆，刚性连接杆受压时能够产生旋转夹持力；柔性旋转抓手内壁设有若干透气孔；刚性支撑抓手安装多个柔性吸盘，在挤压作用下柔性旋转抓手与柔性吸盘贴合，以在柔性旋转抓手与负压吸附机构之间形成密封空间。本发明通过双层机械手将果实与机械手内部空腔构成密闭空间，从而吸附果实，通过夹持和扭转力实现果实采摘；同时可以在采摘过程中实时监测机械手内部空腔压强，确保果实抓取成功。

Description

一种自吸式果实扭转采摘机械手、设备及方法

技术领域

本发明涉及农业装备技术领域，尤其涉及一种自吸式果实扭转采摘机械手、设备及方法。

背景技术

传统夹持式采摘机械手在采摘过程中，由于抓取力大小不稳定，易出现抓取失败或损伤果实的问题。现有气吸式采摘机械手通过气缸伸缩产生的吸力实现果实的采摘，不能扭转摘取，当多机械手协同工作时会造成气压波动加大，采摘抓取力不稳定，气缸持续工作对气缸损伤较大。

例如现有技术公开了一种抓取式果实采摘末端执行器及果实采摘执行装置，包括U型支架和固定连接在U形支架底部的直线气缸，U形支架开口处安装剪切装置，通过U形支架抓取果实后再剪切进行果实采摘。该方案虽然通过吸盘固定果实，但由于U形支架为刚性结构，容易造成果实在吸附过程中的损伤；而且采用气缸提供拉力，容易造成抓取力不稳定；另外，需要配套剪切装置才能够实现果实的摘取，结构相对复杂。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种自吸式果实扭转采摘机械手、设备及方法，通过双层机械手将果实与机械手内部空腔构成密闭空间，从而吸附果实，通过夹持和扭转力实现果实采摘；同时可以在采摘过程中实时监测机械手内部空腔压强，确保果实抓取成功。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的实施例提供了一种自吸式果实扭转采摘机械手，包括壳体，壳体的采摘端间隔设置柔性旋转抓手和刚性支撑抓手，所述刚性支撑抓手与负压吸附机构连通；

所述柔性旋转抓手内间隔分布多个刚性连接杆，刚性连接杆受压时能够产生旋转夹持力；柔性旋转抓手内壁设有若干透气孔；刚性支撑抓手安装多个柔性吸盘，在挤压作用下柔性旋转抓手与柔性吸盘贴合，以在柔性旋转抓手与负压吸附机构之间形成密封空间。

作为进一步的实现方式，所述柔性旋转抓手包括柔性主体，柔性主体具有朝向刚性支撑抓手凸起的弧度；

所述柔性主体端部设有夹持部，刚性连接杆沿夹持部内壁周向分布。

作为进一步的实现方式，所述刚性连接杆两端分别与夹持部铰接，刚性连接杆与夹持部的第二连接点与第一连接点形成设定夹角。

作为进一步的实现方式，所述刚性支撑抓手包括刚性主体，刚性主体具有与柔性主体相适应的弧度；柔性吸盘安装于刚性主体内壁。

作为进一步的实现方式，所述负压吸附机构包括腔室，腔室内设有活塞，活塞通过活塞杆连接电磁铁，电磁铁与活塞之间设置弹簧；电磁铁通电能够使活塞沿活塞杆朝向电磁铁一侧移动。

作为进一步的实现方式，所述腔室安装压力传感器，压力传感器连接控制板，以将负压信号反馈至控制板控制电磁铁状态。

作为进一步的实现方式，所述柔性旋转抓手和刚性支撑抓手之间具有间隙，所述间隙与腔室连通。

第二方面，本发明的实施例还提供了一种自吸式果实扭转采摘设备，包括多个所述的采摘机械手。

第三方面，本发明的实施例还提供了一种自吸式果实扭转采摘方法，采用所述的采摘机械手，包括：

果实与柔性旋转抓手接触时，果实封住柔性旋转抓手中的透气孔，通过挤压，刚性支撑抓手上的柔性吸盘吸住柔性旋转抓手，此时果实与内部腔室形成一个密闭空间；

压力传感器输出正压信号，控制板接收信号后发送至负压吸附机构，活塞向后方运动使密闭空间内呈现负压状态，同时吸紧果实；柔性旋转抓手收缩，通过刚性连接杆增加对果实的夹持力并产生旋转力将果实旋转，从而完成采摘过程。

作为进一步的实现方式，所述压力传感器设定时间范围内持续输出负压信号时，则说明果实抓取成功；

进行果实释放过程时，控制板发出信号，活塞回位，柔性旋转抓手放开果实，机械手恢复初始状态，完成一次果实采摘过程。

本发明的有益效果如下：

(1)本发明通过柔性旋转抓手、刚性支撑抓手构成双层机械手结构，并配合负压吸附机构使果实与机械手内部空腔构成密闭空间，从而吸附果实；柔性旋转抓手带有刚性连接杆，能够产生夹持和旋转力，从而实现果实采摘；柔性旋转抓手采用弹性材质，不会造成果实损伤。

(2)本发明的内部空腔设有压力传感器，实时监测机械手内部空腔压强，确保果实抓取成功；负压吸附机构通过电磁铁、弹簧配合，当压力传感器反馈压力信号时，电磁铁上电以拉动活塞移动，从而形成密封空间；通过电磁铁的控制方式便于活塞的移动和复位，采摘抓取力稳定。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的结构示意图；

图2是本发明根据一个或多个实施方式的柔性旋转抓手夹持部立体图。

其中，1-柔性旋转抓手，2-刚性支撑抓手，3-柔性吸盘，4-腔室，5-压力传感器，6-活塞，7-活塞杆，8-电磁铁，9-控制板，10-壳体，11-端盖，12-支撑架，13-刚性连接杆，14-夹持部。

具体实施方式

实施例一：

本实施例提供了一种自吸式果实扭转采摘机械手，如图1所示，包括壳体10、柔性旋转抓手1、刚性支撑抓手2、负压吸附机构，壳体10的形状可以根据实际情况设置，由于通常的水果都带有弧度，本实施例的壳体10设置为空心圆柱体结构，壳体10一端封闭，另一端开口，即用于接收果实的采摘端。

壳体10内依次设置柔性旋转抓手1和刚性支撑抓手2，其中，柔性旋转抓手1位于壳体10的采摘端；柔性旋转抓手1采用弹性材质，例如硅胶，以起到保护果实的作用。

柔性旋转抓手1包括柔性主体、刚性连接杆13、夹持部14，柔性主体的纵向截面呈圆弧形结构，以适应果实形状；且柔性主体朝向刚性支撑抓手2所在侧凸起。夹持部14固定于柔性主体开口端内侧，且夹持部14采用柔性材质，例如橡胶材质。

柔性主体设有若干透气孔，通过果实挤压使柔性主体变形能够堵住透气孔，以形成密封空间。

如图2所示，刚性连接杆13分布于夹持部14内壁，夹持部14呈环形结构，刚性连接杆13沿夹持部14内壁周向间隔设置多个，具体个数根据果实所需采摘扭转力而定，可以为三个、四个或者更多。

刚性连接杆13一端与夹持部14靠近开口侧相连，即第一连接点；第一另一端向夹持部14内侧延伸，并与夹持部14内壁连接，即第二连接点。刚性连接杆13第二连接点的中心与第一连接点中心线形成一定角度，该角度为钝角，例如120°。

当然，上述角度根据扭转力需要进行调整。

在实施例中，刚性连接杆13的两端与夹持部14内壁铰接或弹性连接。本实施例的刚性连接杆13在柔性旋转抓手1受到压缩时，能够产生夹持和旋转力，实现果实的采摘。

如图1所示，初始状态刚性支撑抓手2与柔性旋转抓手1有一定的间隙，形成吸附腔。刚性支撑抓手2包括刚性主体、设置于刚性主体内的多个柔性吸盘3，刚性主体的形状与柔性主体相适应。

在本实施例中，刚性主体采用金属材质，其纵向截面呈圆弧形结构；柔性吸盘3采用真空吸盘，能够在柔性旋转抓手1变形时吸附固定柔性旋转抓手1。

刚性主体与负压吸附机构相连，其中，负压吸附机构相连包括腔室4、设置于腔室内的活塞6及推动机构，通过活塞6朝向腔室4后方(以柔性旋转抓手1所在侧为前)移动实现柔性旋转抓手1与活塞6之间的空间为密封空间。

腔室4的形状可根据实际情况设置，腔室4一端通过通道与刚性支撑抓手2连通，腔室4另一端通过端盖11封闭。

在本实施例中，推动机构通过电磁铁8的通断电实现，推动机构包括活塞杆7，活塞杆7一端与活塞6滑动连接，活塞杆7另一端连接电磁铁8；该方式中，活塞6采用金属材质；活塞杆7上套设有弹簧，弹簧设于活塞6与电磁铁8之间，通过弹簧能够实现活塞6复位。

活塞6将腔室4划分为第一腔室和第二腔室，其中第一腔室与刚性支撑抓手2连通，电磁铁8设于第二腔室内，电磁铁8通过支撑架12与第二腔室内壁固定。

第一腔室内设有压力传感器5，其中，压力传感器5采用气体压力传感器，用于检测第一腔室内的气体压力；压力传感器5连接控制板9，控制板9与电磁铁8的控制装置相连，控制装置用于控制电磁铁8的通断电，其为现有技术，例如通过工控机控制继电器开关为电磁铁通电或断电。

通过电磁铁8通电拉动活塞6，使活塞6沿活塞杆7朝向电磁铁8所在侧移动，当果实与装置内部腔室4形成密闭空间时吸住果实。

可以理解的，在其他实施例中，推动机构也可以采用其他形式实现，例如：推动机构包括电动推杆，电动推杆与活塞6相连；通过压力传感器5将负压信号反馈至控制板9，以控制电动推杆状态，使活塞6靠近或远离腔室4的端盖11。

本实施例通过双层机械手将果实与机械手内部空腔4构成密闭空间，从而吸附果实，同时可以在采摘过程中实时监测内部空腔4压强，确保果实抓取成功。

实施例二：

本实施例提供了一种自吸式果实扭转采摘设备，包括多个实施例一所述的采摘机械手，单个机械手内部空腔与果实构成密闭空间，不影响多机械手同时工作，实现多机协同工作。

实施例三：

本实施例提供了一种自吸式果实扭转采摘方法，采用实施例一所述的采摘机械手，包括以下步骤：

上电后，控制板9检测气体压力传感器是否有信号反馈以确定当前机械手初始状态，如气体压力传感器输出正常大气压强，则机械手状态正常。

进行果实采摘时，当果实与前端柔性旋转抓手1接触时，果实封住柔性旋转抓手1上的透气孔，通过挤压，刚性支撑抓手2上的柔性吸盘3吸住柔性旋转抓手1，确保全部透气孔均被封住，此时果实与内部腔室4形成一个密闭空间；压力传感器5输出正压信号，控制板9接收信号后对电磁铁8进行上电，电磁铁8上电后拉动活塞6向后方运动，密闭空间内呈现负压状态，同时吸紧果实。

柔性旋转抓手1收缩，通过刚性连接杆13增加对果实的夹持力并产生旋转力，将果实进行旋转从而完成采摘过程。此时压力传感器5输出负压信号反馈给控制板9。当压力传感器5一定时间内持续输出负压信号时，证明果实抓取成功。

进行果实释放过程时，控制板9发出信号，电磁铁5断电，活塞6回位，柔性旋转抓手1放开果实，机械手恢复初始状态，完成一次果实采摘过程。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种自吸式果实扭转采摘机械手，其特征在于，包括壳体，壳体的采摘端间隔设置柔性旋转抓手和刚性支撑抓手，所述刚性支撑抓手与负压吸附机构连通；

所述柔性旋转抓手内间隔分布多个刚性连接杆，刚性连接杆受压时能够产生旋转夹持力；柔性旋转抓手内壁设有若干透气孔；刚性支撑抓手安装多个柔性吸盘，在挤压作用下柔性旋转抓手与柔性吸盘贴合，以在柔性旋转抓手与负压吸附机构之间形成密封空间。

2.根据权利要求1所述的一种自吸式果实扭转采摘机械手，其特征在于，所述柔性旋转抓手包括柔性主体，柔性主体具有朝向刚性支撑抓手凸起的弧度；

所述柔性主体端部设有夹持部，刚性连接杆沿夹持部内壁周向分布。

3.根据权利要求2所述的一种自吸式果实扭转采摘机械手，其特征在于，所述刚性连接杆两端分别与夹持部铰接，刚性连接杆与夹持部的第二连接点与第一连接点形成设定夹角。

4.根据权利要求2所述的一种自吸式果实扭转采摘机械手，其特征在于，所述刚性支撑抓手包括刚性主体，刚性主体具有与柔性主体相适应的弧度；柔性吸盘安装于刚性主体内壁。

5.根据权利要求1所述的一种自吸式果实扭转采摘机械手，其特征在于，所述负压吸附机构包括腔室，腔室内设有活塞，活塞通过活塞杆连接电磁铁，电磁铁与活塞之间设置弹簧；电磁铁通电能够使活塞沿活塞杆朝向电磁铁一侧移动。

6.根据权利要求5所述的一种自吸式果实扭转采摘机械手，其特征在于，所述腔室安装压力传感器，压力传感器连接控制板，以将负压信号反馈至控制板控制电磁铁状态。

7.根据权利要求5所述的一种自吸式果实扭转采摘机械手，其特征在于，所述柔性旋转抓手和刚性支撑抓手之间具有间隙，所述间隙与腔室连通。

8.一种自吸式果实扭转采摘设备，其特征在于，包括多个如权利要求1-7任一所述的采摘机械手。

9.一种自吸式果实扭转采摘方法，其特征在于，采用如权利要求1-7任一所述的采摘机械手，包括：

果实与柔性旋转抓手接触时，果实封住柔性旋转抓手中的透气孔，通过挤压，刚性支撑抓手上的柔性吸盘吸住柔性旋转抓手，此时果实与内部腔室形成一个密闭空间；

压力传感器输出正压信号，控制板接收信号后发送至负压吸附机构，活塞向后方运动使密闭空间内呈现负压状态，同时吸紧果实；柔性旋转抓手收缩，通过刚性连接杆增加对果实的夹持力并产生旋转力将果实旋转，从而完成采摘过程。

10.根据权利要求9所述的一种自吸式果实扭转采摘方法，其特征在于，所述压力传感器设定时间范围内持续输出负压信号时，则说明果实抓取成功；

进行果实释放过程时，控制板发出信号，活塞回位，柔性旋转抓手放开果实，机械手恢复初始状态，完成一次果实采摘过程。

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