CN115720766A - 一种仿生型水果采摘机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种仿生型水果采摘机械手，包括支撑机构，所述支撑机构的末端连接有夹持机构，所述夹持机构上安装有剪断机构，所述夹持机构包括盒体，所述盒体的顶部设有CCD摄像头，所述盒体内安装有两个对称的夹持柄，所述盒体内设有驱动两个夹持柄相对或相向运动的夹持驱动，所述夹持柄上安装有光电传感器，夹持柄的末端设有柔性垫，柔性垫位于夹持柄的内侧，位于所述柔性垫的下方设有安装在夹持柄上的水果夹，所述剪断机构包括固定在盒体上的顶架和底架，所述顶架与底架之间连接有转轴，所述转轴上转动安装有两个相互交错的刀片，所述刀片位于所述夹持柄的正上方，所述刀片的后端设有驱动刀片咬合的剪断驱动。

Description

一种仿生型水果采摘机械手

技术领域

本发明涉及水果采摘技术领域，尤其是涉及一种仿生型水果采摘机械手。

背景技术

在水果种植园水果成熟时，需要进行快速大量的采摘，为保证水果的采摘质量，很多情况下都选用人工采摘方式，大面积的快速人工采摘需要消耗大量的劳动力，非常费时费力，而采用传统的机械装置采摘水果，容易导致水果根蒂与果实连接部位发生损伤，导致水果不易保鲜容易腐烂，不利于大规模存储运输，为此本发明提出一种仿生型水果采摘机械手。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种仿生型水果采摘机械手，在实现水果自动采摘的同时，相比传统折断水果根蒂的采摘方式，有效地避免损伤水果果实与根蒂连接处，导致水果根蒂位置破损，水果易腐烂的问题，提高了水果自动采摘的保鲜度，可实现大规模自动化的水果采摘，从而降低人力消耗。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种仿生型水果采摘机械手，包括支撑机构，所述支撑机构的末端连接有夹持机构，所述夹持机构上安装有剪断机构，所述夹持机构包括盒体，所述盒体的顶部设有CCD摄像头，所述盒体内安装有两个对称的夹持柄，所述盒体内设有驱动两个夹持柄相对或相向运动的夹持驱动，所述夹持柄上安装有光电传感器，夹持柄的末端设有柔性垫，柔性垫位于夹持柄的内侧，位于所述柔性垫的下方设有安装在夹持柄上的水果夹，所述剪断机构包括固定在盒体上的顶架和底架，所述顶架与底架之间连接有转轴，所述转轴上转动安装有两个相互交错的刀片，所述刀片位于所述夹持柄的正上方，所述刀片的后端设有驱动刀片咬合的剪断驱动。

作为本发明的一种优选技术方案，所述夹持驱动包括固定在盒体底壁上的转动座，所述转动座有两个并前后分布，两个所述转动座上分别转动安装有平行设置的第一转杆和第二转杆，第一转杆和第二转杆上均固定安装有从动齿轮，两个所述从动齿轮相互啮合，第一转杆的一端设有螺纹部并螺纹安装在一个所述夹持柄上，第一转杆另一端贯穿并滑动安装在另一所述夹持柄上，第二转杆的一端设有螺纹部并螺纹安装在另一所述夹持柄上，第二转杆的另一端贯穿并滑动安装在一个所述夹持柄上，所述盒体外侧设有驱动从动齿轮转动的伺服电机。

作为本发明的一种优选技术方案，所述伺服电机通过电机壳固定在盒体的一侧，所述伺服电机传动轴连接有驱动轴，所述驱动轴位于盒体内并安装有与从动齿轮啮合的主动齿轮。

作为本发明的一种优选技术方案，所述盒体的底壁形成横向设置的导向滑条，所述夹持柄滑动安装在导向滑条上。

作为本发明的一种优选技术方案，所述剪断驱动包括端部柄，所述端部柄有两个并分别套设在两个所述刀片的尾部，两个所述端部柄平行设置，两个所述端部柄正对一端均铰接安装有电推杆的一端，电推杆的另一端铰接安装在另一端部柄上，两个所述电推杆平行交错设置。

作为本发明的一种优选技术方案，所述顶架固定在盒体的顶部，所述底架固定在盒体的底壁上，所述底架的底端位于夹持柄底端的上方。

作为本发明的一种优选技术方案，所述水果夹包括安装头，所述安装头外侧向下设有弹性塑胶夹片，所述安装头通过螺丝固定在夹持柄的外侧。

作为本发明的一种优选技术方案，所述支撑机构包括旋转底座，所述旋转底座顶部转动安装有铰接架，旋转底座内设有驱动铰接架旋转的旋转驱动电机，所述铰接架顶部铰接安装有调角驱动，所述铰接架上安装有驱动调角驱动铰接活动的铰接电机，所述调角驱动内设有调角电机，调角电机输出端连接有驱动连接头，所述驱动连接头固定在盒体的尾部。

作为本发明的一种优选技术方案，所述铰接架的外侧对称设有侧皮带组，所述铰接架内安装有内皮带组，所述侧皮带组输入端与铰接架的铰接端部固接，侧皮带组输出端与内皮带组输入端连接，内皮带组输出端与铰接电机传动轴连接。

作为本发明的一种优选技术方案，所述侧皮带组包括壳罩，所述壳罩内设有转动安装的两个带轮，两个所述带轮之间套设有用于传动的皮带，所述内皮带组采用和侧皮带组相同的结构。

与现有技术相比，本发明能达到的有益效果是：

通过获取水果位置信息跟果实成熟信息，根据获取数据，驱动夹持机构靠近并夹持水果的根蒂，夹持机构同步运动的水果夹夹持水果的果实，再通过剪断机构剪断水果根蒂，完成水果的自动摘取，最后支撑机构将夹持的水果自动移动至篮具内，最终实现模拟一只人手抓握水果，另一只人手使用剪刀剪断水果根蒂的传统采摘方法，在实现水果自动采摘的同时，相比传统折断水果根蒂的采摘方式，有效地避免损伤水果果实与根蒂连接处，导致水果根蒂位置破损，水果易腐烂的问题，提高了水果自动采摘的保鲜度，可实现大规模自动化的水果采摘，从而降低人力消耗。

本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中夹持机构的第一结构示意图；

图3为本发明中夹持机构的第二结构示意图；

图4为本发明中夹持机构的剖视图；

图5为本发明中图5在A位置的放大图；

图6为本发明中水果夹的结构示意图；

图7为本发明中剪断机构的结构示意图；

图8为本发明中支撑机构的结构示意图；

图9为本发明中支撑机构的局部示意图；

图10为本发明中侧皮带组的结构示意图。

其中：1、夹持机构；2、剪断机构；3、CCD摄像头；4、支撑机构；5、水果夹；6、夹持柄；7、导向滑条；8、盒体；9、伺服电机；10、铰接架；11、光电传感器；12、柔性垫；13、第一转杆；14、主动齿轮；15、转动座；16、第二转杆；17、带轮；18、从动齿轮；19、安装头；20、弹性塑胶夹片；21、底架；22、电推杆；23、顶架；24、端部柄；25、刀片；26、转轴；27、皮带；28、铰接电机；29、驱动连接头；30、旋转底座；31、调角驱动；32、侧皮带组；33、内皮带组。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施例，进一步阐述本发明，但下述实施例仅仅为本发明的优选实施例，并非全部。基于实施方式中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得其它实施例，都属于本发明的保护范围。下述实施例中的实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。

参阅图1～9所示，本发明提供一种仿生型水果采摘机械手，包括支撑机构4，支撑机构4的末端连接有夹持机构1，夹持机构1上安装有剪断机构2，夹持机构1包括盒体8，盒体8的顶部设有CCD摄像头3，用于拍摄获取水果位置信息和水果成熟状态信息，盒体8内安装有两个对称的夹持柄6，盒体8内设有驱动两个夹持柄6相对或相向运动的夹持驱动，夹持柄6上安装有光电传感器11，光电传感器11为一对相互配合的对射型光电传感器，包括发射端和接收端，用于获取夹持柄6夹持水果柄部的状态信息，夹持柄6的末端设有柔性垫12，柔性垫12位于夹持柄6的内侧，在夹持水果根蒂时，防止损伤水果根部，位于柔性垫12的下方设有安装在夹持柄6上的水果夹5，在夹持水果根蒂部位时，同时夹持水果的果部，剪断机构2包括固定在盒体8上的顶架23和底架21，顶架23与底架21之间连接有转轴26，转轴26上转动安装有两个相互交错的刀片25，刀片25位于夹持柄6的正上方，刀片25的后端设有驱动刀片25咬合的剪断驱动，在夹持固定水果的根蒂部位后，使用剪断机构2的刀片25剪断水果的根蒂，实现水果的摘取。

优选的，夹持驱动包括固定在盒体8底壁上的转动座15，转动座15有两个并前后分布，两个转动座15上分别转动安装有平行设置的第一转杆13和第二转杆16，第一转杆13和第二转杆16均转动安装在盒体8的内壁上，第一转杆13和第二转杆16上均固定安装有从动齿轮18，两个从动齿轮18相互啮合，第一转杆13的一端设有螺纹部并螺纹安装在一个夹持柄6上，第一转杆13另一端贯穿并滑动安装在另一夹持柄6上，第二转杆16的一端设有螺纹部并螺纹安装在另一夹持柄6上，第二转杆16的另一端贯穿并滑动安装在一个夹持柄6上，从而可通过两个从动齿轮18的转动，驱动第一转杆13和第二转杆16分别逆时针和顺时针转动，使螺纹安装在第一转杆13和第二转杆16上的夹持柄6同步相对或相向滑动，实现夹持柄6的夹持工作。盒体8外侧设有驱动从动齿轮18转动的伺服电机9。

优选的，伺服电机9通过电机壳固定在盒体8的一侧，伺服电机9传动轴连接有驱动轴，驱动轴位于盒体8内并安装有与从动齿轮18啮合的主动齿轮14；可通过单个伺服电机9的工作，驱动两个从动齿轮18同时啮合转动。

优选的，盒体8的底壁形成横向设置的导向滑条7，夹持柄6滑动安装在导向滑条7上；在夹持柄6移动时，实现对夹持柄6的滑动限位。

优选的，剪断驱动包括端部柄24，端部柄24有两个并分别套设在两个刀片25的尾部，两个端部柄24平行设置，两个端部柄24正对一端均铰接安装有电推杆22的一端，电推杆22的另一端铰接安装在另一端部柄24上，两个电推杆22平行交错设置；通过两个平行交错的电推杆22同步工作，实现剪断机构2的张开的闭合，实现自动剪断水果根蒂。

优选的，顶架23固定在盒体8的顶部，底架21固定在盒体8的底壁上，底架21的底端位于夹持柄6底端的上方；在安装固定剪断机构2时，可避免剪断机构2下端凸起，影响夹持机构1夹持水果的操作。

优选的，水果夹5包括安装头19，安装头19外侧向下设有弹性塑胶夹片20，安装头19通过螺丝固定在夹持柄6的外侧；水果夹5的可拆装功能，实现水果夹5的可选用设计，在采摘不同外形的水果时，可选用不同外形的水果夹5。

优选的，支撑机构4包括旋转底座30，旋转底座30顶部转动安装有铰接架10，旋转底座30内设有驱动铰接架10旋转的旋转驱动电机，铰接架10顶部铰接安装有调角驱动31，铰接架10上安装有驱动调角驱动31铰接活动的铰接电机28，调角驱动31内设有调角电机，调角电机输出端连接有驱动连接头29，驱动连接头29固定在盒体8的尾部；实现夹持机构1平行纸面方向的偏转角度调节，在夹持机构1轴向的偏转调节和沿纵向轴的旋转调节，在采摘水果时，可根据水果在树枝上的生长姿势，使夹持机构1正确匹配水果的位置。

优选的，铰接架10的外侧对称设有侧皮带组32，铰接架10内安装有内皮带组33，侧皮带组32输入端与铰接架10的铰接端部固接，侧皮带组32输出端与内皮带组33输入端连接，内皮带组33输出端与铰接电机28传动轴连接；通过铰接电机28驱动内皮带组33工作，间接驱动侧皮带组32工作，实现夹持机构1的铰接偏转。

优选的，侧皮带组32包括壳罩，壳罩内设有转动安装的两个带轮17，两个带轮17之间套设有用于传动的皮带27，内皮带组33采用和侧皮带组32相同的结构。

实施例：采摘水果时，支撑机构4驱动夹持机构1和剪断机构2活动，CCD摄像头3捕捉树上水果的位置信息，以及生果和熟果状态信息，绘制坐标图，然后支撑机构4驱动夹持机构1活动，根据绘制坐标信息，准确移动至熟果位置，并驱动使水果根蒂插入夹持机构1内，当光电传感器11检测到水果根蒂位于两个夹持柄6之间时，夹持驱动工作，夹持固定水果根蒂，此时水果夹5同步夹持在水果上，当光电传感器11检测到水果被夹持后，剪断驱动驱动剪断机构2工作，将根蒂剪断，剪断后水果根蒂和水果果实被采摘机械手抓握，再启动支撑机构4驱动夹持机构1活动，将水果放入篮具内，依次采摘每个水果放入篮具后，完成水果的自动采摘。

通过设置CCD摄像头3获取水果位置信息跟果实成熟信息，根据获取的水果数据，通过驱动夹持机构1靠近并夹持水果的根蒂，并设置与夹持机构1同步运动的水果夹5夹持水果的果实，再通过夹持机构1上的剪断机构2剪断水果根蒂，完成水果的自动摘取，并通过支撑机构4将夹持的水果自动移动至篮具内，最终实现模拟一只人手抓握水果，另一只人手使用剪刀剪断水果根蒂的传统采摘方法，在实现水果自动采摘的同时，相比传统折断水果根蒂的采摘方式，有效地避免损伤水果果实与根蒂连接处，导致水果根蒂位置破损，水果易腐烂的问题，提高了水果自动采摘的保鲜度，可实现大规模自动化的水果采摘，降低人力消耗。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的仅为本发明的优选例，并不用来限制本发明，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种仿生型水果采摘机械手，包括支撑机构(4)，其特征在于：所述支撑机构(4)的末端连接有夹持机构(1)，所述夹持机构(1)上安装有剪断机构(2)，所述夹持机构(1)包括盒体(8)，所述盒体(8)的顶部设有CCD摄像头(3)，所述盒体(8)内安装有两个对称的夹持柄(6)，所述盒体(8)内设有驱动两个夹持柄(6)相对或相向运动的夹持驱动，所述夹持柄(6)上安装有光电传感器(11)，夹持柄(6)的末端设有柔性垫(12)，柔性垫(12)位于夹持柄(6)的内侧，位于所述柔性垫(12)的下方设有安装在夹持柄(6)上的水果夹(5)，所述剪断机构(2)包括固定在盒体(8)上的顶架(23)和底架(21)，所述顶架(23)与底架(21)之间连接有转轴(26)，所述转轴(26)上转动安装有两个相互交错的刀片(25)，所述刀片(25)位于所述夹持柄(6)的正上方，所述刀片(25)的后端设有驱动刀片(25)咬合的剪断驱动。

2.根据权利要求1所述的一种仿生型水果采摘机械手，其特征在于：所述夹持驱动包括固定在盒体(8)底壁上的转动座(15)，所述转动座(15)有两个并前后分布，两个所述转动座(15)上分别转动安装有平行设置的第一转杆(13)和第二转杆(16)，第一转杆(13)和第二转杆(16)上均固定安装有从动齿轮(18)，两个所述从动齿轮(18)相互啮合，第一转杆(13)的一端设有螺纹部并螺纹安装在一个所述夹持柄(6)上，第一转杆(13)另一端贯穿并滑动安装在另一所述夹持柄(6)上，第二转杆(16)的一端设有螺纹部并螺纹安装在另一所述夹持柄(6)上，第二转杆(16)的另一端贯穿并滑动安装在一个所述夹持柄(6)上，所述盒体(8)外侧设有驱动从动齿轮(18)转动的伺服电机(9)。

3.根据权利要求2所述的一种仿生型水果采摘机械手，其特征在于：所述伺服电机(9)通过电机壳固定在盒体(8)的一侧，所述伺服电机(9)传动轴连接有驱动轴，所述驱动轴位于盒体(8)内并安装有与从动齿轮(18)啮合的主动齿轮(14)。

4.根据权利要求3所述的一种仿生型水果采摘机械手，其特征在于：所述盒体(8)的底壁形成横向设置的导向滑条(7)，所述夹持柄(6)滑动安装在导向滑条(7)上。

5.根据权利要求1所述的一种仿生型水果采摘机械手，其特征在于：所述剪断驱动包括端部柄(24)，所述端部柄(24)有两个并分别套设在两个所述刀片(25)的尾部，两个所述端部柄(24)平行设置，两个所述端部柄(24)正对一端均铰接安装有电推杆(22)的一端，电推杆(22)的另一端铰接安装在另一端部柄(24)上，两个所述电推杆(22)平行交错设置。

6.根据权利要求5所述的一种仿生型水果采摘机械手，其特征在于：所述顶架(23)固定在盒体(8)的顶部，所述底架(21)固定在盒体(8)的底壁上，所述底架(21)的底端位于夹持柄(6)底端的上方。

7.根据权利要求1所述的一种仿生型水果采摘机械手，其特征在于：所述水果夹(5)包括安装头(19)，所述安装头(19)外侧向下设有弹性塑胶夹片(20)，所述安装头(19)通过螺丝固定在夹持柄(6)的外侧。

8.根据权利要求1所述的一种仿生型水果采摘机械手，其特征在于：所述支撑机构(4)包括旋转底座(30)，所述旋转底座(30)顶部转动安装有铰接架(10)，旋转底座(30)内设有驱动铰接架(10)旋转的旋转驱动电机，所述铰接架(10)顶部铰接安装有调角驱动(31)，所述铰接架(10)上安装有驱动调角驱动(31)铰接活动的铰接电机(28)，所述调角驱动(31)内设有调角电机，调角电机输出端连接有驱动连接头(29)，所述驱动连接头(29)固定在盒体(8)的尾部。

9.根据权利要求8所述的一种仿生型水果采摘机械手，其特征在于：所述铰接架(10)的外侧对称设有侧皮带组(32)，所述铰接架(10)内安装有内皮带组(33)，所述侧皮带组(32)输入端与铰接架(10)的铰接端部固接，侧皮带组(32)输出端与内皮带组(33)输入端连接，内皮带组(33)输出端与铰接电机(28)传动轴连接。

10.根据权利要求9所述的一种仿生型水果采摘机械手，其特征在于：所述侧皮带组(32)包括壳罩，所述壳罩内设有转动安装的两个带轮(17)，两个所述带轮(17)之间套设有用于传动的皮带(27)，所述内皮带组(33)采用和侧皮带组(32)相同的结构。

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