CN115589849B - 一种球形果蔬采摘器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种球形果蔬采摘器，属于果蔬采摘装备技术领域，用于对苗圃种植的球形果蔬进行采摘。所述的采摘器包括行走装置、三自由度移动旋转装置和末端执行采收装置，行走装置用于行走动作，能够适用于坑洼不平的泥地行走；末端执行采收装置用于采收球形果蔬；三自由度移动旋转装置设在行走装置上，用于带动末端执行采收装置进行位置调整后采收球形果蔬。本发明结构简单，方便操作；运用三自由度完成采摘，节省机构运动时间和机器制造成本，采用类手动作形式，采摘过程中通过轻微旋转使得球形果蔬被夹紧，并使得球形果蔬果柄最低处靠近推杆完成采摘，果柄能够完整的被推掉，无需二次剪果柄，能够节省人力物力和返工操作，能够提高工作效率且对果物损伤小。

Description

一种球形果蔬采摘器
技术领域
本发明属于果蔬采摘装备技术领域，涉及对苗圃种植的球形果蔬进行采摘的装备，尤其涉及一种球形果蔬采摘器。
背景技术
随着当前国内外农业生产日益呈现规模化以及农业劳动人口的日益减少，传统的农业果实采摘等工作已经越来越不适宜现有生产的需要了。在农业生产中，果实的采摘因周期短，操作条件不便，是农业劳动中最为耗费人力资源的工作。如，猕猴桃、番茄、草莓等作物，具有果实小、质量轻等特点。因此，研究一套能够助于球形果蔬采摘的设备尤为重要。现阶段所出现的球形果蔬采摘末端执行器，采摘速度慢，并且摘取之后不能自动卸果，工作效率低，无法满足大面积采摘需求。
发明内容
本发明针对以上问题，本发明提供了一种结构简单，方便操作，提高工作效率的球形果蔬采摘器。
一种球形果蔬采摘器，包括行走装置1、三自由度移动旋转装置2和末端执行采收装置3。所述行走装置1用于行走动作，且能够适用于坑洼不平的泥地行走；所述末端执行采收装置3用于采收球形果蔬。所述三自由度移动旋转装置2设在行走装置1上，用于带动末端执行采收装置3进行位置调整，进而方便末端执行采收装置采收球形果蔬。
所述的行走装置1包括工作台15、行走电机16、电池14；工作台15的四角端分别设有通过四边形机架12连接的车轮11，且工作台15内设有用于放置电池14的容置孔；所述行走电机16设在车轮的支架18上，用于驱动车轮动作，所述行走电机16与电池14连接。通过行走电机16驱动车轮11，方便操作，节省人力。
所述的三自由度移动旋转装置2有两组，两组三自由度移动旋转装置对称设置，均包括支撑架21、x轴向的平移装置22、z轴向的升降装置23和绕x轴的旋转装置24。所述两个支撑架21均呈n形，固定连接在工作台15上表面的两侧，工作台15上表面中部放置收果箱34。所述的支撑架21上设有x轴向的平移装置22；所述z轴向的升降装置23连接在x轴向的平移装置22上,所述绕x轴的旋转装置24连接在z轴向的升降装置23上。工作时，三自由度移动旋转装置2位于工作台15和末端执行采收装置3之间，起到中间过度调整方向的作用，便于后续采摘动作；x轴向的平移装置22能够实现x轴方向的平移动作，z轴向的升降装置23能够实现z轴方向的升降动作，绕x轴的旋转装置24能够实现绕x轴方向的旋转动作。
所述的末端执行采收装置3包括果托一31、类手夹紧机构32、推杆机构33、收果箱34。所述收果箱34设在工作台15上。所述果托一31固定连接在绕x轴的旋转装置24的转动平台242的外侧；所述类手夹紧机构32包括果托二322和夹紧电机321，所述夹紧电机321固定连接在转动平台242上，所述果托二322位于果托一31的内侧，果托一31和果托二322相对设置、用于夹紧球形果蔬。由于夹紧电机321连接在转动平台242上，夹紧电机321可驱动果托二322旋转动作，使得果托二322朝向果托一31方向动作，用于夹紧、采摘球形果蔬。并在三自由度移动旋转装置的作用下，移动降落旋转使得果实靠近收果箱34，松开果托二322，将球形果蔬放入收果箱34。所述推杆机构33包括电推杆332和推手333。所述转动平台242上设有三角支撑架331，所述电推杆332设在三角支撑架331的中间，所述电推杆332位于果托二322的上方，所述推手333设在电推杆332上。设置推杆机构，通过电推杆带动推手，可推掉果柄，完成采摘动作。
进一步的，所述四边形机架12包括一对平行的连杆121、一对平行的摆杆122以及液压推杆13。所述连杆121和摆杆122通过铰接连接，一连杆的两端分别连接在工作台15上，另一连杆的下端连接在车轮11的支架上，即所述四边形机架具有四个铰接点，其中，两个铰接点连接在工作台上，一个铰接点连接在车轮的支架上。所述液压推杆13的一端铰接连接在连杆121上，另一端铰接连接在摆杆122上。工作中，车轮与工作台之间通过四边形机架连接，四边形机架的两边之间通过液压推杆连接，液压推杆可控制四边形机架的伸缩，从而控制工作台的升降。
进一步的，所述的行走装置1还包括加强杆17，所述加强杆17连接在工作台15上位于同侧的两个四边形机架12之间。加强杆用于同侧的两个四边形机架连接形成整体，提高强度和四边形机架动作的同步性。
进一步的，所述x轴向的平移装置22包括平移电机222、平移滚珠丝杠221、固定端223和平移端224。所述固定端224固定连接在支撑架21上，平移端224连接在平移滚珠丝杠221上。所述平移滚珠丝杠221水平设在x轴向的平移装置的固定端224上，并通过平移电机222驱动。工作时，平移电机222驱动水平滚珠丝杠221，x轴向的平移装置的平移端224在平移滚珠丝杠221的带动下沿x轴方向移动，从而带动z轴向的升降装置23的固定端移动。
进一步的，所述z轴向的升降装置23包括升降电机232、升降滚珠丝杠231、固定端233和平移端234。所述z轴向的升降装置的固定端233连接在x轴向的平移装置的平移端224上，所述升降滚珠丝杠231垂直设在z轴向的升降装置的固定端233上，所述升降电机232驱动升降滚珠丝杠231，所述z轴向的升降装置的平移端234连接在升降滚珠丝杠231上。工作时，升降电机驱动升降滚珠丝杠，z轴向的升降装置的平移端在升降滚珠丝杠上沿z轴方向作升降动作，从而带动绕x轴的旋转装置升降动作；
进一步的，所述绕x轴的旋转装置24包括旋转电机241和转动平台242，所述旋转电机241固定设在z轴向的升降装置的平移端234，所述旋转电机241驱动转动平台242旋转动作。
进一步的，所述的果托一和果托二的截面均呈圆弧形，适应球形果蔬的形状，便于夹紧。且所述果托一31和果托二322的内侧分别设有海绵条35，起到缓冲防护的作用，避免球形果蔬发生破损。
进一步的，所述果托二322的顶部设有一对平行的定位条323，定位条323用于固定球形果蔬的果柄，便于推杆机构33的推手可靠动作。
本发明的使用过程为：行走装置1的车轮18适用于坑洼不平的泥地行走，工作台15左右两侧可小范围自由升降，三自由度移动旋转装置2和末端执行采收装置3前后各两个，末端执行采收装置3通过绕x轴的旋转装置22微微倾斜让球形果蔬落入果托一31中，类手夹紧机构32通过旋转电机驱动果托二322旋转夹紧果实，球形果蔬果柄沿指缝卡入指缝(即一对平行的定位条323之间)中，绕x轴的旋转装置22微微旋转使球形果蔬顶部抵住类手夹紧机构32的顶部内侧以固定球形果蔬，推杆机构33迅速沿着靠近指缝处推出推掉果柄完成采摘动作(即完整的去掉果柄部分，无需二次剪果柄)，三自由度移动旋转装置2移动降落旋转使得果实靠近收果箱34，类手夹紧机构32松开使球形果蔬放入收果箱。
本发明相比现有技术，有如下有益效果：
本发明可行走于泥地等坑洼地形，运用三自由度完成采摘，结构简易、节省机构运动时间和机器制造成本，采用类手动作形式，采摘过程中通过轻微旋转使得球形果蔬被夹紧，并使得球形果蔬果柄最低处靠近推杆完成采摘，果柄能够完整的被推掉，无需二次剪果柄，节省了人力物力和返工操作，且对果物损伤小。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的立体结构示意图；
图3是行走装置的局部示意图；
图4是三自由度移动旋转装置的局部示意图；
图5是末端执行采收装置的示意图；
图6是图5的动作示意图一；
图7是图5的动作示意图二；
图中：1行走装置；2三自由度移动旋转装置；3末端执行采收装置；
11车轮，12四边形机架，121连杆，122摆杆，13液压推杆，14电池，15工作台，16电机，17加强杆，18支架；
21支撑架，22x轴向的平移装置，221平移滚珠丝杠，222平移电机，223固定端，224移动端，23z轴向的升降装置，231升降滚珠丝杠，232升降电机，233固定端，234移动端，24绕x轴的旋转装置，241旋转电机，242转动平台；
31果托一，32类手夹紧机构，321夹紧电机，322果托二，323定位条，33推杆机构，331三角支撑架，332电推杆，333推手，34收果箱，35海绵条。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明做进一步说明。
本发明如图1-7所示，在工作中，本发明包括行走装置1、三自由度移动旋转装置2和末端执行采收装置3，所述行走装置1用于行走动作，能够适用于坑洼不平的泥地行走；所述三自由度移动旋转装置2设在行走装置上、用于带动末端执行采收装置3位置调整，方便末端执行采收装置采收球形果蔬；所述末端执行采收装置3用于采收猕猴桃、番茄、草莓等球形果蔬。
所述行走装置1包括工作台15、行走电机16、电池14、加强杆17。所述工作台的四角端分别设有通过四边形机架12连接的车轮11。所述工作台15内设有容置孔，所述电池14位于容置孔内，所述行走电机16设在车轮的支架18上，所述行走电机连接电池，所述行走电机用于驱动车轮动作，通过行走电机驱动车轮，方便操作，节省人力。所述加强杆连接在工作台上位于同侧的两个四边形机架之间，本实施例设置加强杆，便于同侧的两个四边形机架连接形成整体，提高强度和四边形机架动作的同步性。
所述四边形机架12包括一对平行的连杆121、一对平行的摆杆122以及液压推杆13，所述连杆和摆杆铰接连接：一连杆的两端分别连接在工作台上，另一连杆的下端连接在车轮的支架上，这样，所述四边形机架具有四个铰接点，其中，两个铰接点连接在工作台上，一个铰接点连接在车轮的支架上。所述液压推杆13的一端铰接连接在连杆上，另一端铰接连接在摆杆上。工作中，车轮与工作台之间通过四边形机架连接，四边形机架的两边之间通过液压推杆连接，液压推杆可控制四边形机架的伸缩，从而控制工作台的升降。
所述三自由度移动旋转装置具有两组，两组三自由度移动旋转装置对称设置。便于提高采摘效率，每组三自由度移动旋转装置均包括支撑架21、x轴向的平移装置22、z轴向的升降装置23和绕x轴的旋转装置24。所述支撑架21呈n形，所述支撑架固定连接在工作台上；所述x轴向的平移装置22设在支撑架上，所述z轴向的升降装置23连接在x轴向的平移装置上,所述绕x轴的旋转装置24连接在z轴向的升降装置上。工作时，三自由度移动旋转装置位于工作台和末端执行采收装置之间，起到中间过度调整方向的作用，便于后续采摘动作；x轴向的平移装置能够实现x轴方向的平移动作，z轴向的升降装置能够实现z轴方向的升降动作，绕x轴的旋转装置能够实现绕x轴方向的旋转动作。
所述x轴向的平移装置22包括平移电机222、平移滚珠丝杠221、固定端223和平移端224，所述x轴向的平移装置的固定端223固定连接在支撑架21上，所述平移滚珠丝杠221水平设在x轴向的平移装置的固定端上，所述平移电机222驱动平移滚珠丝杠，所述x轴向的平移装置的平移端224连接在平移滚珠丝杠上。工作时，平移电机驱动水平滚珠丝杠，x轴向的平移装置的平移端在平移滚珠丝杠沿x轴方向移动，从而带动z轴向的升降装置的固定端移动。
所述z轴向的升降装置23包括升降电机232、升降滚珠丝杠231、固定端233和平移端234，所述z轴向的升降装置的固定端233连接在x轴向的平移装置的平移端224上，所述升降滚珠丝杠231垂直设在z轴向的升降装置的固定端233上，所述升降电机232驱动升降滚珠丝杠231，所述z轴向的升降装置的平移端234连接在升降滚珠丝杠231上。工作时，升降电机驱动升降滚珠丝杠，z轴向的升降装置的平移端在升降滚珠丝杠上沿z轴方向作升降动作，从而带动绕x轴的旋转装置升降动作。
所述绕x轴的旋转装置24包括旋转电机241和转动平台242，所述旋转电机固定设在z轴向的升降装置的平移端，所述旋转电机驱动转动平台旋转动作。工作时，旋转电机带动转动平台旋转动作。
所述末端执行采收装置3包括果托一31、类手夹紧机构32、推杆机构33、收果箱34。所述果托一31固定连接在转动平台的外侧，所述类手夹紧机构32包括果托二322和夹紧电机321，所述夹紧电机321固定连接在转动平台242上，所述夹紧电机驱动果托二，所述果托二位于果托一的内侧，所述果托一和果托二相对设置、用于夹紧球形果蔬；所述收果箱34设在工作台上。所述推杆机构33包括电推杆332和推手333，所述转动平台242上设有三角支撑架331，所述电推杆332设在三角支撑架的中间，所述电推杆332位于果托二332的上方，所述推手333设在电推杆上。设置推杆机构，通过电推杆带动推手，可推掉果柄，完成采摘动作。所述果托一31和果托二322的内侧分别设有海绵条35，且果托一和果托二的截面均呈圆弧形。所述果托二的顶部设有一对平行的定位条323，一对平行的定位条323用于固定球形果蔬的果柄，便于推手可靠动作。由于夹紧电机连接在转动平台上，夹紧电机可驱动果托二旋转动作，使得果托二朝向果托一方向动作，用于夹紧、采摘球形果蔬；然后，在三自由度移动旋转装置的作用下，移动降落旋转使得果实靠近收果箱，松开果托二，将球形果蔬放入收果箱。
行走装置1的车轮18适用于坑洼不平的泥地行走，工作台15左右两侧可小范围自由升降，三自由度移动旋转装置2和末端执行采收装置3前后各两个，末端执行采收装置3通过绕x轴的旋转装置22微微倾斜让球形果蔬落入果托一31中，类手夹紧机构32通过旋转电机驱动果托二322旋转夹紧果实，球形果蔬果柄沿指缝卡入指缝(即一对平行的定位条323之间)中，绕x轴的旋转装置22微微旋转使球形果蔬顶部抵住类手夹紧机构32的顶部内侧以固定球形果蔬，推杆机构33迅速沿着靠近指缝处推出推掉果柄完成采摘动作，三自由度移动旋转装置2移动降落旋转使得果实靠近收果箱34，类手夹紧机构32松开使球形果蔬放入收果箱。
对于本案所公开的内容，还有以下几点需要说明：
(1)、本案所公开的实施例附图只涉及到与本案所公开实施例所涉及到的结构，其他结构可参考通常设计；
(2)、在不冲突的情况下，本案所公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合以得到新的实施例；
以上，仅为本案所公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，本案所公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
以上所述实施例仅表达本发明的实施方式，但并不能因此而理解为对本发明专利的范围的限制，应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种球形果蔬采摘器，其特征在于，所述的球形果蔬采摘器包括行走装置(1)、三自由度移动旋转装置(2)和末端执行采收装置(3)；
所述的行走装置(1)包括工作台(15)、行走电机(16)、电池(14)；工作台(15)的四角端分别设有通过四边形机架(12)连接的车轮(11)，且工作台(15)内设有用于放置电池(14)的容置孔；所述行走电机(16)设在车轮的支架(18)上，用于驱动车轮(11)动作，所述行走电机(16)与电池(14)连接；
所述的三自由度移动旋转装置(2)有两组，两组三自由度移动旋转装置对称设置，均包括支撑架(21)、x轴向的平移装置(22)、z轴向的升降装置(23)和绕x轴的旋转装置(24)；两个支撑架(21)均呈n形，固定连接在工作台(15)上表面的两侧，工作台(15)上表面中部放置收果箱(34)；所述的支撑架(21)上设有x轴向的平移装置(22)；所述z轴向的升降装置(23)连接在x轴向的平移装置(22)上,所述绕x轴的旋转装置(24)连接在z轴向的升降装置(23)上；x轴向的平移装置(22)能够实现x轴方向的平移动作，z轴向的升降装置(23)能够实现z轴方向的升降动作，绕x轴的旋转装置(24)能够实现绕x轴方向的旋转动作；所述绕x轴的旋转装置(24)包括旋转电机(241)和转动平台(242)，所述旋转电机(241)固定设在z轴向的升降装置的平移端(234)，所述旋转电机(241)驱动转动平台(242)旋转动作；
所述的末端执行采收装置(3)包括果托一(31)、类手夹紧机构(32)、推杆机构(33)、收果箱(34)；所述果托一(31)固定连接在绕x轴的旋转装置(24)的转动平台(242)的外侧；所述类手夹紧机构(32)包括果托二(322)和夹紧电机(321)；所述果托二(322)位于果托一(31)的内侧，果托一(31)和果托二(322)相对设置；所述夹紧电机(321)固定在转动平台(242)上，可驱动果托二(322)旋转动作，使得果托二(322)朝向果托一(31)方向动作，用于夹紧、采摘球形果蔬；所述推杆机构(33)包括电推杆(332)和推手(333)，电推杆(332)设在三角支撑架(331)的中间且位于果托二(322)的上方，三角支撑架(331)设于转动平台(242)上，推手(333)设在电推杆(332)上；在三自由度移动旋转装置的作用下，移动、降落、旋转使得果托夹紧的球形果蔬靠近收果箱(34)后松开果托二(322)，将球形果蔬放入收果箱(34)；所述果托二(322)的顶部设有一对平行的定位条(323)，定位条(323)用于固定球形果蔬的果柄，便于推杆机构(33)的推手可靠动作；
使用时，行走装置(1)的车轮适用于坑洼不平的泥地行走，工作台(15)左右两侧可小范围自由升降，三自由度移动旋转装置(2)和末端执行采收装置(3)前后各两个，其中三自由度移动旋转装置(2)设在行走装置(1)上，用于带动末端执行采收装置(3)进行位置调整后采收球形果蔬；末端执行采收装置(3)通过绕x轴的旋转装置微微倾斜让球形果蔬落入果托一(31)中，类手夹紧机构(32)通过旋转电机驱动果托二(322)旋转夹紧果实，球形果蔬果柄卡入一对平行的定位条(323)之间，绕x轴的旋转装置微微旋转使球形果蔬顶部抵住类手夹紧机构(32)的顶部内侧以固定球形果蔬，推杆机构(33)迅速沿着靠近指缝处推出推掉果柄完成采摘动作，三自由度移动旋转装置(2)移动降落旋转使得果实靠近收果箱(34)，类手夹紧机构(32)松开使球形果蔬放入收果箱(34)。
2.根据权利要求1所述的一种球形果蔬采摘器，其特征在于，所述四边形机架(12)包括一对平行的连杆(121)、一对平行的摆杆(122)以及液压推杆(13)；所述连杆(121)和摆杆(122)铰接连接，一连杆的两端分别连接在工作台(15)上，另一连杆的下端连接在车轮(11)的支架上；所述液压推杆(13)的一端铰接连接在连杆(121)上，另一端铰接连接在摆杆(122)上。
3.根据权利要求1所述的一种球形果蔬采摘器，其特征在于，所述的行走装置(1)还包括加强杆(17)，所述加强杆(17)连接在工作台(15)上位于同侧的两个四边形机架(12)之间。
4.根据权利要求1所述的一种球形果蔬采摘器，其特征在于，所述x轴向的平移装置(22)包括平移电机(222)、平移滚珠丝杠(221)、固定端(223)和平移端(224)；所述固定端(223)固定连接在支撑架(21)上，平移端(224)连接在平移滚珠丝杠上；所述平移滚珠丝杠(221)水平设在x轴向的平移装置的固定端上，并通过平移电机(222)驱动；工作时，平移电机(222)驱动平移滚珠丝杠(221)，x轴向的平移装置的平移端(224)在平移滚珠丝杠(221)的带动下沿x轴方向移动，从而带动z轴向的升降装置(23)的固定端移动。
5.根据权利要求1所述的一种球形果蔬采摘器，其特征在于，所述z轴向的升降装置(23)包括升降电机(232)、升降滚珠丝杠(231)、固定端(233)和平移端(234)；所述z轴向的升降装置的固定端(233)连接在x轴向的平移装置的平移端(234)上，所述升降滚珠丝杠(231)垂直设在z轴向的升降装置的固定端(233)上，所述升降电机(232)驱动升降滚珠丝杠(231)，所述z轴向的升降装置的平移端(234)连接在升降滚珠丝杠(231)上；工作时，升降电机驱动升降滚珠丝杠，z轴向的升降装置的平移端在升降滚珠丝杠上沿z轴方向作升降动作，从而带动绕x轴的旋转装置升降动作。
6.根据权利要求1所述的一种球形果蔬采摘器，其特征在于，所述的果托一和果托二的截面均呈圆弧形，适应球形果蔬的形状，且所述果托一(31)和果托二(322)的内侧分别设有海绵条35，起到缓冲防护的作用。
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