CN203251648U - 智能西瓜采摘机的机械装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种智能西瓜采摘机的机械装置，特征是设有作为行走机构的移动平台，在移动平台上有整体支架和货箱，整体支架上面连接着旋转机构和旋转块，水平支架固定在旋转块上，水平支架支撑着水平滑动块，水平滑动块上固定有垂直滑动机构和水平滑动机构，垂直滑动机构带动着垂直支架，垂直支架上连接着末端执行器。末端执行器中包含着夹持机构和剪切机构。本实用新型结构简单，控制精度高，可以替代规模化种植西瓜的传统手工采摘模式。降低人力劳动强度，提高劳动效率，减少人力资源成本，尤为适用于大规模西瓜种植的机械化收获。

Description

智能西瓜采摘机的机械装置

技术领域

本实用新型涉及一种果实采摘设备，具体涉及到一种智能西瓜采摘机的机械装置。 

背景技术

西瓜作为夏日必备的水果广受大众的喜爱,从西瓜本身的特点看其味道甘甜多汁而且性寒，清爽解渴，是盛夏佳果。西瓜作为重要水果之一其市场价格可观，在国际国内市场具有很大的消费潜力。我国2010年全国西瓜种植面积181.25万公顷,年产总量6818.1万吨。全国西瓜的产量巨大且居其他水果之首，西瓜的种植面积和产量是逐年增加，人工采摘西瓜费事费力。故对西瓜这种体形较大且人工采集率较低的瓜果的采摘研究具有重要意义。 

随着近年来科技的发展，许多国家都在积极研制大型瓜果采摘技术，包含了传感、监控、人工智能、通讯、图像识别和精密及系统集成等多种前沿技术。首先通过多视觉传感器将视觉信息传递给计算机，接着通过图像处理筛选有效信息传递给机器人的运动控制系统，然后按事先设定好的程序引导机器人身上的机械臂运动，从而实现对果实的采摘。但目前大型瓜果采摘机器人处于研发的初步阶段，对瓜果的自动识别率低，在采摘过程中常对瓜果产生损害且采摘效率较低，而且研发采摘机器人的成本高。这使得很多国家的科研人员在研制大型瓜果采摘机上还处于探索阶段。针对于此类大型瓜果采摘机，其机械部分尤其是末端执行器的设计是技术难点。 

发明内容

本实用新型在于提供一种能够自动完成夹持、剪切、释放、装载、运输等功能的西瓜采摘机的机械装置。本实用新型采用的技术方案为：智能西瓜采摘机的机械装置设有作为行走机构的移动平台，在移动平台上有整体支架和货箱，整体支架上面连接着旋转机构，水平支架固定在旋转机构上，水平支架支撑着水平滑动机构，水平滑动机构上固定有垂直滑动机构,垂直滑动机构带动着垂直支架，垂直支架上连接着末端执行器。末端执行器中包含夹持机构和剪切机构。本实用新型包括： 

移动平台，提供动力和作为行走机构。货箱，储存采摘的西瓜。 

整体支架，连接机械手和移动平台。 

旋转机构，其中的旋转减速步进电机通过旋转电机支架固定在整体支架上。旋转齿轮固定在旋转块上，旋转块通过内部的角接触球轴承连接在整体支架上。 

旋转块，连接着整体支架，固定着水平支架。 

水平支架，连接着旋转块和水平滑动块。 

水平滑动块，支撑着水平滑动机构和垂直滑动机构。 

水平滑动机构，水平减速步进电机通过水平电机支架固定在水平滑动块上，水平滑动块通过内部的直线轴承连接在水平支架上。由水平减速步进电机带动的水平齿轮咬合在水平支架的齿条上，因而可以带动水平滑动块滑动。 

垂直滑动机构，垂直减速步进电机通过垂直电机支架固定在水平滑动块上。垂直支架通过直线轴承连接在水平滑动块上。由垂直减速步进电机带动的垂直滑动齿轮咬合在垂直支架的齿条上，因而可以带动垂直支架垂直滑动。 

垂直支架，支撑着末端执行器，并连接着水平滑动快。 

夹持机构，底板通过滑动轴承和螺栓连接在垂直支架上，作为整个执行端的支撑。夹持减速步进电机固定在底板上，夹持臂一通过滑动轴承和螺栓连接在底板上。夹持臂二连接在夹持臂一上，其间固定着传感器。夹持轴承固定在夹持臂二上，并连接着夹持皮碗支架，使其可以自由旋转。夹持皮碗支架支撑着皮碗，使其能够有效夹住西瓜。由夹持减速步进电机带动的夹持齿轮与夹持臂一上的齿轮啮合，从而带动夹持皮碗支架运动。 

剪切机构，剪切减速步进电机固定在底板上。剪切臂一和剪切臂二通过滑动轴承和螺栓连接在底板上，同时它们用于固定弧形刀支架。弧形刀固定在弧形刀支架上。由剪切减速步进电机带动的剪切齿轮与剪切臂一上的齿轮啮合，从而使弧形刀运动。 

附图说明

图1为本实用新型的三维消隐模型图。 

图2为本实用新型旋转机构的三维消隐模型图。 

图3为本实用新型水平滑动机构的三维消隐模型图。 

图4为本实用新型垂直滑动机构的三维消隐模型图。 

图5为本实用新型夹持机构的三维消隐模型图。 

图6为本实用新型剪切机构的三维消隐模型图。 

图1、图2、图3、图4、图5、图6中，101.移动平台，102.货箱，103.整体支架，104.旋转机构，105.旋转块，106.水平支架，107.垂直滑动机构，108.滑动块，109.水平滑动机构，110.垂直支架，111.夹持机构，112.剪切机构，201.旋转减速步进电机，202.旋转齿轮，203.旋转电机支架，204.旋转块，205.整体支架，301.水平减速步进电机，302.水平滑动齿轮，303.水平电机支架，304.水平支架，305.滑动块，401.垂直减速步进电机，402.垂直电机支架，403.滑动块，404.垂直滑动齿轮，405.垂直支架，501.底板，502.夹持减速步进电机，503.夹持臂一，504.夹持臂二，505.夹持轴承，506.夹持支架，507.皮碗，508.垂直支架，509.夹持齿轮，601.垂直支架，602.底板，603.剪切减速步进电机，604.剪切齿轮，605.剪切支架一，606.剪切支架二，607.弧形刀支架，608.弧形刀。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做进一步详细的说明。 

参照图1、2，移动平台101移动到西瓜附近后，其上的摄像头进行视频拍摄，通过无线传输方式将视频传至上位机。上位机对图像进行分析和运算并得到西瓜的坐标，并根据坐标计算出各个步进电机转动的角度。单片机控制旋转电机201转动相应的角度并带动旋转齿轮202。旋转齿轮202固定在旋转块204上，从而带动整个机械手旋转。 

参照图3，单片机控制水平滑动电机301转动相应的角度并带动水平滑动齿轮302，同时水平滑动齿轮302与开齿的水平支架304啮合，从而带动水平滑动块305移动。 

参照图4，单片机控制垂直滑动电机401旋转相应的角度并带动垂直滑动齿轮404旋转。垂直滑动齿轮404与垂直支架405上的齿条啮合并带动垂直支架405垂直运动。通过旋转运动、水平运动和垂直运动即可将末端执行器准确的移动到待采摘西瓜的位置。 

参照图5，单片机控制夹持电机旋转相应的角度并带动夹持齿轮509转动。夹持齿轮509与夹持臂一503上的齿轮啮合，从而带动夹持臂一503、夹持臂二504、夹持皮碗支架506、皮碗507旋转，由此夹持住西瓜，并通过夹持臂一和夹持臂二之间的力传感控制夹持力度的大小。夹持机构夹稳西瓜后，垂直滑动机构向上移动10厘米左右，以确保西瓜的藤蔓能够被垂直提起，便于剪切机构的后续水平剪切动作。 

参照图6，单片机控制剪切减速步进电机603动作，从而带动剪切臂一605旋转，剪切臂一605的旋转又带动着弧形刀支架607运动，使弧形刀608闭合以实现对藤蔓的剪切。 

参照图1，随后剪切机构112张开恢复到原状。再由单片机控制着前面提到的垂直滑动机构107、水平滑动机构109、旋转机构104将西瓜移动到后方的货箱102中并张开夹持机构111，使西瓜平稳的放到货箱102中。通过以上过程即可实现西瓜的夹持、剪切、释放、装载、运输功能。 

Claims (7)

1.智能西瓜采摘机的机械装置，其特征是设有作为行走机构的移动平台，在移动平台上有整体支架和货箱，整体支架上面连接着旋转机构，水平支架固定在旋转机构上，水平支架支撑着水平滑动机构，水平滑动机构上固定有垂直滑动机构,垂直滑动机构带动着垂直支架，垂直支架上连接着末端执行器。

2.根据权利要求1所述的智能西瓜采摘机的机械装置，其特征在于，所述末端执行器中包含夹持机构和剪切机构。

3.根据权利要求1或2所述的智能西瓜采摘机的机械装置，其特征在于，所述末端执行器的夹持机构通过带有皮碗的支架夹住西瓜，夹持的力度受控于其上的力传感器，垂直电动机带动垂直支架上升或下降，使得夹持机构将西瓜提起或放下。

4.根据权利要求1或2所述的智能西瓜采摘机的机械装置，其特征在于，所述末端执行器的剪切机构由两个具有可变角度的圆弧刀片构成。

5.根据权利要求1所述的智能西瓜采摘机的机械装置，其特征在于，所述水平支架上面加工有齿条，既做支撑构件又做传动构件。

6.根据权利要求1所述的智能西瓜采摘机的机械装置，其特征在于，所述水平滑动机构和垂直滑动机构加入了直线轴承的设计。

7.根据权利要求1所述的智能西瓜采摘机的机械装置，其特征在于，所述旋转机构加入了角接触球轴承的设计。

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