CN115462242A - 一种农业采摘机器人执行机构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种农业采摘机器人执行机构，包括包括行走车、分别安装在行走车上机械臂和收集框，且所述机械臂的末端连接采摘执行器，所述采摘执行器包括，两组夹持杆，两组所述夹持杆用于对圆形作物的两侧夹持固定；吸附件，安装在两组所述夹持杆之间，且利用吸附件产生的吸力对圆形作物的中部吸引；排斥件，安装在所述夹持件的外侧，其产生一定的斥力，该斥力使位于圆形作物两侧的障碍物与其分离，此农业采摘机器人执行机构，通过吸附件和排斥件两种方位的力，一定程度上提高了产品的成品率，还有就是吸附件和排斥件均是通过风力作为动力源，一定程度上避免了对与待采摘番茄接触的番茄损坏的问题。

Description

一种农业采摘机器人执行机构

技术领域

本发明涉及农作物采摘技术领域，具体为一种农业采摘机器人执行机构。

背景技术

番茄生长到一定程度，需要进行采摘，现有的采摘方式分为两种，一种人为采摘，人为采摘破损率低，但是效率很低，对于种植番茄的大型农场，一定程度上提高的种植成本；

还有一种就是通过机器人的方式进行无人式采摘，通过视觉成像，对番茄进行识别，然后利用机械手对其进行采摘；

用于采摘番茄的部分，统称为末端执行器，现有末端执行器分为两种，一种是机械手设计，通过夹持的方式对番茄进行采摘，另外一种，通过真空吸盘的方式对番茄进行采摘；

但是，由于番茄2～5个成束生长、相互触碰，采摘过程中末端执行器难以以理想姿态接近和夹持果实，极易造成夹持的失败和相邻果实的损伤；

为此，我们提出一种农业采摘机器人执行机构。

发明内容

本发明的目的在于提供一种农业采摘机器人执行机构，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：一种农业采摘机器人执行机构，包括行走车、分别安装在行走车上机械臂和收集框，且所述机械臂的末端连接采摘执行器，所述采摘执行器包括，

两组夹持杆，两组所述夹持杆用于对圆形作物的两侧夹持固定；

吸附件，安装在两组所述夹持杆之间，且利用吸附件产生的吸力对圆形作物的中部吸引；

排斥件，安装在所述夹持件的外侧，其产生一定的斥力，该斥力使位于圆形作物两侧的障碍物与其分离。

优选的，所述夹持杆与所述机械臂之间设置有执行壳体，所述夹持杆位于所述执行壳体的两侧，且所述吸附件也安装在执行壳体上。

优选的，所述执行壳体包括固定部和分别安装在其两侧的调节部，且所述调节部可沿着所述固定部方位进行移动；

所述夹持杆安装在所述固定部的端部位置。

优选的，所述固定部内侧安装有驱动单元，所述驱动单元的两端沿申至所述其两侧的调节部处，且与所述夹持杆连接，通过所述驱动单元控制所述夹持杆相对所述调节部转动。

优选的，所述夹持杆靠近所述调节部的一端安装有第一转轴，所述第一转轴的两端通过轴承分别与所述调节部内壁转动连接；

所述第一转轴上固定有涡轮，所述涡轮上连接有蜗杆，所述蜗杆与所述驱动单元的驱动端固定连接；

所述驱动单元包括固定在所述固定部内侧的第一电机，所述第一电机的输出端固定连接有第一齿轮，所述第一齿轮上啮合有第二齿轮，所述第二齿轮两侧固定连接有收缩杆，所述收缩杆的端部与所述涡杆固定连接。

优选的，所述收缩杆包括与所述第二齿轮固定连接的主杆、与所述蜗杆固定连接的次杆；

所述主杆上开设有限位凸起，所述次杆上开设有限位凹槽，所述限位凸起插接在所述限位凹槽内。

优选的，所述固定部侧壁固定有第二电机，所述第二电机的输出端固定有第三齿轮，所述第三齿轮啮合有第四齿轮，所述第四齿轮上固定且贯穿的连接有丝杆，所述丝杆上螺纹连接有移动块，所述移动块与所述调节部固定连接；

所述固定部与所述调节部之间设置有限位板，所述限位板固定在所述固定部上，所述调节部上开设有板槽，所述限位板滑动插接在所述板槽内。

优选的，所述吸附件包括安装在两组所述夹持杆之间的密封壳，所述密封壳的正面位置开设有进气孔，所述密封壳内部还设置有风力发生单元；所述风力发生单元将所述密封壳分成进风区域和出风区域，所述进风区域对外界产生吸力；

所述出风区域与所述进气孔连通，所述出风区域通过软管与所述排斥件连通。

优选的，所述排斥件包括安装在所述夹持杆夹端位置外侧的吹气盒，所述吹气盒上开设有吹气孔，且所述吹气盒与所述软管连通。

优选的，所述吹气盒上上有两个不同方位的面开设有吹气孔。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明通过在夹持与吸附两种方式结合有效的提高番茄的采摘率，避免了在采摘的过程中番茄掉落的问题，另外通过吸附件和排斥件两种方位的力，可以将待采摘的番茄很好的独立起来，这样能够有效避免在采摘过程中，损坏与待采摘番茄接触的番茄，一定程度上提高了产品的成品率，还有就是吸附件和排斥件均是通过风力作为动力源，一定程度上避免了对与待采摘番茄接触的番茄损坏的问题。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明采摘执行器俯视结构示意图；

图3为本发明采摘执行器立体结构示意图；

图4为本发明采摘执行器局部结构示意图；

图5为本发明驱动单元结构示意图；

图6为图5俯视结构示意图；

图7为本发明风力发生单元爆炸结构示意图；

图8为本发明气流环剖视结构示意图；

图9为本发明采摘执行器风力吹向示意图。

图中：1-行走车；10-机械臂；11-收集框；2-采摘执行器；20-夹持杆；21-排斥件；22-执行壳体；23-吸附件；220-固定部；221-调节部；3-驱动单元；200-第一转轴；201-涡轮；202-蜗杆；30-第一电机；31-第一齿轮；32-第二齿轮；33-收缩杆；330-第一轴承座；331-主杆；332-次杆；333-限位凹槽；334-限位凸起；4-第二电机；40-第三齿轮；41-第四齿轮；42-丝杆；420-第二轴承座；421-限位孔；422-限位杆；43-移动块；44-限位板；45-板槽；46-伸缩杆；47-包装壳；230-密封壳；231-进气孔；232-风力发生单元；233-进风区域；234-出风区域；5-软管；210-吹气盒；211-吹气孔；2320-风扇组件；2321-滤板；2300-密封板；6-气流圈；60-气流环；61-调节气缸；600-环形变向槽；601-软体接触体。

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1-9，本发明提供一种技术方案：一种农业采摘机器人执行机构，包括行走车1、分别安装在行走车1上机械臂10和收集框11，且机械臂10的末端连接采摘执行器2，形走车和机械臂10均采用现有技术，并且在采摘番茄时，所涉及到识别单元，即识别番茄的成熟，以及定位等系统均是现有技术，这里便不在做过多的赘述；

采摘执行器2包括，

两组夹持杆20，两组夹持杆20用于对圆形作物的两侧夹持固定；

吸附件23，安装在两组夹持杆20之间，且利用吸附件23产生的吸力对圆形作物的中部吸引；

排斥件21，安装在夹持件的外侧，其产生一定的斥力，该斥力使位于圆形作物两侧的障碍物与其分离。

夹持杆20与机械臂10之间设置有执行壳体22，夹持杆20位于执行壳体22的两侧，且吸附件23也安装在执行壳体22上。

上述方案的具体工作原理是，首先利用识别番茄的技术，锁定番茄位置，然后机械手会带动整个执行器缓慢的靠近待采摘的番茄，在执行器缓慢的靠近的同时，两组夹持杆20上的排除件会使与待采摘的番茄接触的番茄或者树叶和枝叶与其脱离，并且在番茄的正中心位置，通过吸附件23产生吸力，使待采摘的番茄靠近执行器，这样方便两组夹持杆20对番茄的轴心两侧的夹持，同样可以避免夹持杆20在夹持待采摘的番茄时损坏到与待采摘番茄接触的其他番茄。

执行壳体22包括固定部220和分别安装在其两侧的调节部221，且调节部221可沿着固定部220方位进行移动；

夹持杆20安装在固定部220的端部位置；

固定部220内侧安装有驱动单元3，驱动单元3的两端沿申至其两侧的调节部221处，且与夹持杆20连接，通过驱动单元3控制夹持杆20相对调节部221转动。

固定部220和调节部221均是采用一种壳体，在调节的过程中，固定部220相对机械手是不动的，其两侧的调节部221会缓慢的向固定部220靠近，由于夹持杆20固定在调节部221上，所以当两组调节部221靠近固定部220时，夹持杆20之间的间距就可以改变，可夹持不同直径的番茄。

夹持杆20靠近调节部221的一端安装有第一转轴200，第一转轴200的两端通过轴承分别与调节部221内壁转动连接；

第一转轴200上固定有涡轮201，涡轮201上连接有蜗杆202，蜗杆202与驱动单元3的驱动端固定连接；

驱动单元3包括固定在固定部220内侧的第一电机30，第一电机30的输出端固定连接有第一齿轮31，第一齿轮31上啮合有第二齿轮32，第二齿轮32两侧固定连接有收缩杆33，收缩杆33的端部与涡杆固定连接。

关于两组夹持杆20如何实现夹持做进一步说明，首先通过第一电机30带动第一齿轮31转动，第一齿轮31带动第二齿轮32，第二齿轮32通过收缩杆33带动蜗杆202转动，由于蜗杆202与涡轮201的关系，所以涡轮201通过第一转轴200带动其上的夹持杆20转动，从而实现转动；

另外，收缩杆33上安装有两组第一轴承座330，两组第一轴承座330分别固定在调节部221和固定部220上；两组第一轴承座330主要为了对收缩杆33进行支撑作用。

收缩杆33包括与第二齿轮32固定连接的主杆331、与蜗杆202固定连接的次杆332；

主杆331上开设有限位凸起334，次杆332上开设有限位凹槽333，限位凸起334插接在限位凹槽333内；

设置收缩杆33的目的是，由于调节部221可相对固定部220移动，收缩杆33不仅起到传动的传动的作用，还要具有收缩功能，所以通过限位凹槽333可以保证主杆331和次杆332一起传动，并且次杆332可相对主杆331移动。

固定部220侧壁固定有第二电机4，第二电机4的输出端固定有第三齿轮40，第三齿轮40啮合有第四齿轮41，第四齿轮41上固定且贯穿的连接有丝杆42，丝杆42上螺纹连接有移动块43，移动块43与调节部221固定连接；

固定部220与调节部221之间设置有限位板44，限位板44固定在固定部220上，调节部221上开设有板槽45，限位板44滑动插接在板槽45内；

为了能够实现调节部221相对固定部220移动，通过第二电机4带动第三齿轮40，第三齿轮40带动第四齿轮41转动，第四齿轮41则带动其两侧的丝杆42转动，由于固定在调节部221上移动块43与丝杆42螺纹连接，所以当丝杆42转动时，移动块43可带动调节部221沿着丝杆42的轴向移动；

另外，为了保证稳定，通过限位板44和板槽45之间的配合，可以避免调节部221转动，还有就是为了使调节部221在移动时更加的稳定，在调节部221和安装部之间还设置有多组伸缩杆46，伸缩杆46的两端分别与调节部221和固定部220固定连接；

还有就是第二电机4的固定问题，在固定部220的侧边安装有包装壳47，第二电机4位于包装壳47内部，且固定在包装壳47上，同时丝杆42的也设置有第二轴承座420，第二轴承座420与丝杆42转动连接，且第二轴承座420固定在固定部220位置处；

为了保证丝杆42在转动时，更加的稳定，本申请将丝杆42的端部掏空，形成一个限位孔421，与其配合的还有一个限位杆422，所述限位杆422固定在调节部221上，所述限位杆422滑动插接在所述限位孔421内，另外，限位孔421的深度即调节部221相对固定部220移动距离。

吸附件23包括安装在两组夹持杆20之间的密封壳230，密封壳230的正面位置开设有进气孔231，密封壳230内部还设置有风力发生单元232；风力发生单元232将密封壳230分成进风区域233和出风区域234，进风区域233对外界产生吸力；

出风区域234与进气孔231连通，出风区域234通过软管5与排斥件21连通。

排斥件21包括安装在夹持杆20夹端位置外侧的吹气盒210，吹气盒210上开设有吹气孔211，且吹气盒210与软管5连通。

吹气盒210上上有两个不同方位的面开设有吹气孔211。

吸附件23与排斥件21之间是相互配合的，通过一个风力发生单元232，实现两组风力需求，首先阐明一下为什么采用风力作为动力源，首先是为了保证实现相邻番茄之间的分离，其次就是在分离的过程中能够尽可能的避免番茄的损坏，由于通过风力作为动力源，这种接触不属于某种形状的物品，风力作为动力，通过一个力，使番茄接触，由于其接触属于软接触，而且不需要任何调节，所以效果是非常好的；

还有就是，通过吸附和排斥的方式，能够很好的将待采摘的番茄采摘下来，并且不会损坏到其他番茄。

实施例2

除了上述实施例以外，本申请对风力发生单元232做了一定补充；

风力发生单元232包括安装在密封壳230的内部的风扇组件2320，具体为电机和扇叶组成，可以借鉴现有的吸尘器中的组件，风扇组件2320产生两股气流，一股流向出风区域234，一股气流从外界流向进风区域233，在进风区域233还安装有滤板2321，防止外界的灰尘进入到密封壳230内部，损坏风扇组件2320。

实施例3

在密封壳230最外部安装有密封板2300，所述密封板2300上安装有气流圈6，气流圈6与密封壳230内部的进风区域233连通；

气流圈6包括与进风区域233连通且固定安装在密封板2300上的通气软管5，通气软管5远离密封板2300的一端固定连通有气流环60，气流环60与密封板2300之间通过调节气缸61进行控制；

气流环60内部开设有环形变向槽600，如附图所示，气流进入部分为气流圈6的内圈位置，首先这种方式能够使进入口集中的某一个区域，不会使其周围形成过大的气流圈6，另外，由于范围直接吸附在进风口，会使进风口被堵住，风力发生组件会损坏，而且吸力持续过大，会导致番茄破碎，通过这种方式，番茄会与内圈边缘位置接触，如附图所示，且接触位置还设置有软体接触体601，可采用海绵材料，由于番茄属于不规则体，所以不会在番茄与气流圈6接触时，不会堵住环形变向槽600的槽口，这样就不会出现气流不流通，烧坏风力发生组件中的电机部分，另外，也不会吸力过大，导致番茄变形等问题。

实施例4

吹气盒210分为两个方位，一个是垂直夹持杆20的范围，一个是沿着夹持杆20的方位，垂直夹持杆20的方位可以将一些枝干吹开，平行夹持杆20的方位可以将待采摘番茄相邻的番茄吹开。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

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)

1.一种农业采摘机器人执行机构，包括行走车(1)、分别安装在行走车(1)上机械臂(10)和收集框(11)，且所述机械臂(10)的末端连接采摘执行器(2)，其特征在于：所述采摘执行器(2)包括，

两组夹持杆(20)，两组所述夹持杆(20)用于对圆形作物的两侧夹持固定；

吸附件(23)，安装在两组所述夹持杆(20)之间，且利用吸附件(23)产生的吸力对圆形作物的中部吸引；

排斥件(21)，安装在所述夹持件的外侧，其产生一定的斥力，该斥力使位于圆形作物两侧的障碍物与其分离。

2.根据权利要求1所述的一种农业采摘机器人执行机构，其特征在于：所述夹持杆(20)与所述机械臂(10)之间设置有执行壳体(22)，所述夹持杆(20)位于所述执行壳体(22)的两侧，且所述吸附件(23)也安装在执行壳体(22)上。

3.根据权利要求2所述的一种农业采摘机器人执行机构，其特征在于：所述执行壳体(22)包括固定部(220)和分别安装在其两侧的调节部(221)，且所述调节部(221)可沿着所述固定部(220)方位进行移动；

所述夹持杆(20)安装在所述固定部(220)的端部位置。

4.根据权利要求3所述的一种农业采摘机器人执行机构，其特征在于：所述固定部(220)内侧安装有驱动单元(3)，所述驱动单元(3)的两端沿申至所述其两侧的调节部(221)处，且与所述夹持杆(20)连接，通过所述驱动单元(3)控制所述夹持杆(20)相对所述调节部(221)转动。

5.根据权利要求4所述的一种农业采摘机器人执行机构，其特征在于：所述夹持杆(20)靠近所述调节部(221)的一端安装有第一转轴(200)，所述第一转轴(200)的两端通过轴承分别与所述调节部(221)内壁转动连接；

所述第一转轴(200)上固定有涡轮(201)，所述涡轮(201)上连接有蜗杆(202)，所述蜗杆(202)与所述驱动单元(3)的驱动端固定连接；

所述驱动单元(3)包括固定在所述固定部(220)内侧的第一电机(30)，所述第一电机(30)的输出端固定连接有第一齿轮(31)，所述第一齿轮(31)上啮合有第二齿轮(32)，所述第二齿轮(32)两侧固定连接有收缩杆(33)，所述收缩杆(33)的端部与所述涡杆固定连接。

6.根据权利要求5所述的一种农业采摘机器人执行机构，其特征在于：所述收缩杆(33)包括与所述第二齿轮(32)固定连接的主杆(331)、与所述蜗杆(202)固定连接的次杆(332)；

所述主杆(331)上开设有限位凸起(334)，所述次杆(332)上开设有限位凹槽(333)，所述限位凸起(334)插接在所述限位凹槽(333)内。

7.根据权利要求3所述的一种农业采摘机器人执行机构，其特征在于：所述固定部(220)侧壁固定有第二电机(4)，所述第二电机(4)的输出端固定有第三齿轮(40)，所述第三齿轮(40)啮合有第四齿轮(41)，所述第四齿轮(41)上固定且贯穿的连接有丝杆(42)，所述丝杆(42)上螺纹连接有移动块(43)，所述移动块(43)与所述调节部(221)固定连接；

所述固定部(220)与所述调节部(221)之间设置有限位板(44)，所述限位板(44)固定在所述固定部(220)上，所述调节部(221)上开设有板槽(45)，所述限位板(44)滑动插接在所述板槽(45)内。

8.根据权利要求1所述的一种农业采摘机器人执行机构，其特征在于：所述吸附件(23)包括安装在两组所述夹持杆(20)之间的密封壳(230)，所述密封壳(230)的正面位置开设有进气孔(231)，所述密封壳(230)内部还设置有风力发生单元(232)；所述风力发生单元(232)将所述密封壳(230)分成进风区域(233)和出风区域(234)，所述进风区域(233)对外界产生吸力；

所述出风区域(234)与所述进气孔(231)连通，所述出风区域(234)通过软管(5)与所述排斥件(21)连通。

9.根据权利要求8所述的一种农业采摘机器人执行机构，其特征在于：所述排斥件(21)包括安装在所述夹持杆(20)夹端位置外侧的吹气盒(210)，所述吹气盒(210)上开设有吹气孔(211)，且所述吹气盒(210)与所述软管(5)连通。

10.根据权利要求9所述的一种农业采摘机器人执行机构，其特征在于：所述吹气盒(210)上上有两个不同方位的面开设有吹气孔(211)。

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