CN203788729U - 一种摘果捡果机械手 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种摘果捡果机械手。现有的摘过机械手虽然操作简单，但采用拉拽的方式摘取果树上已经被机械手夹紧的果实，势必会对果面和果树产生很大的损伤采摘费时费力，效率较低。一种摘果捡果机械手，包括空心支撑杆和采摘结构，采摘结构通过角度调节机构设置在空心支撑杆顶端。该机械手主要用于采摘和捡拾水果，该机械手结构轻巧，操作简单、携带方便，可实现长度可伸缩，多方向采摘，采摘效率高，不损伤果实。

Description

一种摘果捡果机械手

技术领域

本实用新型属于农用机械工具技术领域，具体涉及一种摘果捡果机械手。

背景技术

果树种植产业是我国农业中的重要产业之一，近几十年来，我国果树种植产业规模和产量有大幅度的增长，其中苹果产量居世界第一位。而水果收获作业不仅是一项劳动强度大，消耗时间长，而且是具有一定危险性的劳动作业，随着人们生活质量的不断提高，人们也急需要从这种高强度高危险性的劳动中解脱出来，因此实现水果收获的机械化变得越来越迫切，研究农业果实采摘机械手具有重要的意义。

近年来，国外在果蔬采摘机器人的研究方面虽取得了不少成果，但由于技术、市场和价格等因素的影响，采摘机器人的研究工作基本陷于停顿。美国在自动化收获机器人的研究方面没有一个很清晰的战略，研究工作也基本处于停顿状态。日本近年来开展了大量的收获机器人研究项目，进展很快，但还未能真正实现商业化。

与国外相比，国内在果蔬采摘机器人末端执行器的研究方面起步较晚，成果相对较少。其中，中国农业大学对茄子采摘机器人末端执行器进行了研制，其采摘成功率达到92.76%。江苏大学农业工程研究院研制了一种基于多传感器信息融合和开放式控制的智能控制的番茄采摘机器人末端执行器，系统设计质量仅为1.12千克，末端执行器完成采摘动作的时间为3秒，到目前为止，国内还没有研制出苹果采摘机器人的末端执行器。因此，开发一种具有采摘效率和成功率高，具有轻便性，通用性强的苹果采摘末端执行器具有重要的意义。

参见图1，在当前市场上有的一种摘果机械手，采用三个半圆弧的采摘抓臂在刹车线的作用下绕固定轴同时旋转，进而将果实加紧在半圆弧的采摘抓臂内，夹紧后采用拉拽的方式将果实从树枝上摘取下来。采用抓拉式操作，虽然操作简单，但采用拉拽的方式摘取果树上已经被机械手夹紧的果实，势必会对果面和果树产生很大的损伤，另外果实位置的不同，大小的不同导致，采摘费时费力，效率较低。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种摘果捡果机械手，克服了现有的摘果工具采摘高处果实难和捡取地面落果效率低，果面易受物理损伤且高空作业较危险的技术问题。

为解决上述技术问题，本实用新型的技术方案是：一种摘果捡果机械手，包括空心支撑杆和采摘结构，采摘结构通过角度调节机构设置在空心支撑杆顶端； 

角度调节机构包括旋转副和位于空心支撑杆内并可沿竖直方向移动的丝杠螺母副，旋转副包括第一铰链支座、第二铰链支座和其间的连杆，丝杠螺母副包括丝杠和螺母，所述空心支撑杆底端设置有旋转手柄，丝杠通过阶梯轴与旋转手柄连接，螺母顶端与第一铰链支座连接，所述第二铰链支座固定在采摘结构上；所述采摘结构与空心支撑杆之间设置有U型支撑架，U型支撑架的底端固定在空心支撑杆上，顶端铰接在采摘结构上；

所述采摘结构是由四块平板围成的长方体容置腔室，包括采摘端和输出端，所述输出端连接有运输筛选结构，采摘端设置有夹持装置，夹持装置包括垂直连接在一对平行的平板之间的导向螺柱，导向螺柱的两端设置有可相向滑动的夹紧板；位于采摘端的边缘上铰接有销轴，销轴的端部设置有刀片，刀片与容置腔之间的销轴上设置有圆柱螺旋扭转弹簧，刀片通过刹车线与位于空心支撑杆上的剪切手柄连接；

所述运输筛选结构包括柔性缓冲袋和集果袋，集果袋位于柔性缓冲袋底端，所述柔性缓冲袋由若干个缓冲袋依次连接组成，缓冲袋之间通过弹性松紧带连接。

所述位于导向螺柱两端的夹紧板通过套设在导向螺柱上的弹簧连接，夹紧板上设置有可使夹紧板相向滑动的刹车线，刹车线与通过销轴设置在空心支撑杆上的夹紧手柄连接。

所述丝杠螺母副的螺母侧壁设有键槽，用于固定第一铰链支座的螺钉穿过空心支撑杆与键槽配合；所述缓冲袋的数量为4个。

与现有技术相比较，本实用新型的有益效果是：该机械手主要用于采摘和捡拾水果，该机械手结构轻巧，操作简单、携带方便，可实现长度可伸缩，多方向采摘，采摘效率高，不损伤果实；采摘结构大小可调，以适应不同大小的果实，并可以使高空果平稳地落入容器中并完成初级分选；可实现落地果的捡拾；采用了丝杠螺母副和旋转副的巧妙配合，实现角度可调的多方向采摘要求；采后能进行自动分级，避免了二次分拣；果实大小的界限、采摘高度范围均可调。集果袋采用环状缓冲薄膜制成，苹果由高处落入器皿中，而不至于碰伤果子。同时对地面的落果自如捡取，省力，效率高，大大方便了果农高空摘果和地面捡果。

附图说明

图1是现有摘果机械手结构示意图；

图2是本实用新型的结构示意图；

图3是图2的侧视图；

图4为角度调节机构与采摘结构的连接结构示意图；

图5是图4中的A-A示意图；

图6为第一铰链支座与丝杠螺母副中的螺母连接处的结构示意图。

其中，1.空心支撑杆；2.丝杠；3.螺母；4.第一铰链支座；5.第二铰链支座；6.旋转手柄；7.阶梯轴；8. 连杆；9. U型支撑架；10. 运输筛选结构；11. 导向螺柱；12. 夹紧板；13.销轴；14.刀片；15. 圆柱螺旋扭转弹簧；16.刹车线； 17.剪切手柄；18. 柔性缓冲袋；19.集果袋；20.弹性松紧带；21.螺旋弹簧；22.夹紧手柄；23.螺钉。

具体实施方式

图1为现有的一种摘果机械手，此种机械手采用三个半圆弧的采摘抓臂，采摘抓臂设置在固定销轴上，在钢丝绳的作用下绕固定轴同时旋转，进而将果实加紧在半圆弧的采摘抓臂内，夹紧后采用拉拽的方式将果实从树枝上摘取下来。

参见图2、图3和图4，本实用新型的一种摘果捡果机械手，包括空心支撑杆1和采摘结构，采摘结构通过角度调节机构设置在空心支撑杆1顶端；采摘机构通过U型支撑架9铰接在空心支撑杆1顶端，形成一个可以相对旋转的铰链连接。

参见图2、图3和图6，空心支撑杆1为一空心的圆柱钢管，角度调节机构包括旋转副和位于空心支撑杆1内并可沿竖直方向移动的丝杠螺母副，旋转副包括第一铰链支座4、第二教练支座5和位于两个铰链支座之间的连杆8，丝杠螺母副包括丝杠2和螺母3，空心支撑杆1底端设置有旋转手柄6，丝杠2通过阶梯轴7与旋转手柄6连接，使得旋转手柄6能够和丝杠2一起转动，丝杠螺母副的螺母3位于丝杠2的另一端，螺母3做成圆柱体，螺母3顶端与第一铰链支座4连接，螺母3侧壁设有键槽，第一铰链支座4上的螺钉穿过空心支撑杆1与键槽配合，则其限制了圆柱螺母的周向运动，当在旋转旋转手柄6时，丝杠2随旋转手柄6一起转动，螺母3由于被周向限制只能沿空心支撑杆1向上或向下运动；第一铰链支座5固定在采摘结构上；采摘结构与空心支撑杆1之间设置有U型支撑架9，U型支撑架9的底端固定在空心支撑杆1上，顶端铰接在采摘结构上；当螺母向上或向下运动时，采摘部分就会在连杆8的作用下，绕U型支撑架9上的圆柱销做旋转运动，进而完成采摘部分角度的调节。

采摘结构是由四块平板用螺钉链接的方式连接成长方体框架结构的容置腔，包括采摘端和输送端，输出端连接有运输筛选结构10，采摘端设置有夹持装置，夹持装置包括垂直连接在一对平行的平板之间的导向螺柱11，导向螺柱11的两端设置有夹紧板12，夹紧板12通过套设在导向螺柱11上的螺旋弹簧21连接，夹紧板12上设置有可使其相向滑动的刹车线16，刹车线16与通过销轴13设置在空心支撑杆1上的夹紧手柄22连接；在刹车线16的作用下，克服弹簧反作用力，两个平行的夹紧板12能够在导向螺柱11上做相向运动，进而完成长方体框架中的果实的夹紧，两夹紧板中间有柔性缓冲装置，以保护果实果面质量。

参见图2、图3、图4及图5在采摘端端部的容置腔边缘上铰接有销轴13，销轴13的端部设置有刀片14，刀片14与容置腔之间的销轴13上设置有圆柱螺旋扭转弹簧15，刀片14通过刹车线16与位于空心支撑杆1上的剪切手柄17连接；圆柱螺旋扭转弹簧15在初始状态下出于扭转状态，在弹簧力的作用下，刀片14返回原位和夹持装置的顶端边缘重合，在刹车线16作用下，刀片14克服弹簧反作用力绕固定轴旋转后剪断果把。

由于果实位置较高，采摘一次降低机械手取下果实，效率较低，劳动强度较高，所以需要在不降低机械手高度的情况下将果实完整的输送至地面能够极大的提高采摘效率，并且在下落的过程中完成初筛选。

运输筛选结构包括柔性缓冲袋18和集果袋19，柔性缓冲袋18用环装缓冲薄膜制成，将柔性缓冲袋18用绳子绑在输送端的末端，集果袋19位于柔性缓冲袋18底端，柔性缓冲袋18由若干个缓冲袋依次连接组成，缓冲袋之间通过弹性松紧带20连接。当完成剪断果把操作后，果实沿着中空的采摘结构的内腔滚入柔性缓冲袋18中，柔性缓冲袋18的每一级缓冲都是将弹性松紧带20和缓冲袋缝合在一起的，每一级缓冲出弹性松紧带的松紧程度不相同，当果实在下落过程中逐级减速，直至到最后一级的筛选，筛选处柔性缓冲袋的开口大小可以人为调节，调节好后，尺寸大的果实被堵在上面，尺寸小的果实通过筛选口，则完成了果实的初级筛选，本实用新型中缓冲袋的数量为4个。

 本实用新型的工作原理是：两手紧握夹紧手柄22和剪切手柄17，将果实完全包含在采摘结构内部，拉动夹紧手柄22将果实夹紧，然后拉动剪切手柄17将果把剪断，松开夹紧手柄22和剪断手柄17，果实则会沿着采摘结构内腔滚入到柔性缓冲袋18中，另一人只需在柔性缓冲袋中取出果实即可。当果实不是垂直生长时，需要调节旋转手柄6，顺时针旋转时，螺母3向下运动，则采摘结构绕轴向上旋转，当需要调节采摘结构的角度向下时，则逆时针旋转旋转手柄6即可，角度调节好后，完成夹紧手柄22的夹紧和剪切手柄17的剪断，进而为完成采摘。

当需要捡拾地面上的果实时，双手紧握夹紧手柄22和剪切手柄17，将果实包含在采摘结构的内部，只需要拉动夹紧手柄22夹紧果实，无需拉动剪断手柄17，即可完成地面果实的捡取。

Claims (3)

1.一种摘果捡果机械手，其特征在于：包括空心支撑杆（1）和采摘结构，采摘结构通过角度调节机构设置在空心支撑杆（1）顶端； 

角度调节机构包括旋转副和位于空心支撑杆（1）内并可沿竖直方向移动的丝杠螺母副，旋转副包括第一铰链支座（4）、第二铰链支座（5）和其间的连杆（8），丝杠螺母副包括丝杠（2）和螺母（3），所述空心支撑杆（1）底端设置有旋转手柄（6），丝杠（2）通过阶梯轴（7）与旋转手柄（6）连接，螺母（3）顶端与第一铰链支座（4）连接，所述第二铰链支座（5）固定在采摘结构上；所述采摘结构与空心支撑杆（1）之间设置有U型支撑架（9），U型支撑架（9）的底端固定在空心支撑杆（1）上，顶端铰接在采摘结构上；

所述采摘结构是由四块平板围成的长方体容置腔室，包括采摘端和输出端，所述输出端连接有运输筛选结构（10），采摘端设置有夹持装置，夹持装置包括垂直连接在一对平行的平板之间的导向螺柱（11），导向螺柱（11）的两端设置有可相向滑动的夹紧板（12）；位于采摘端的边缘上铰接有销轴（13），销轴（13）的端部设置有刀片（14），刀片（14）与容置腔之间的销轴（13）上设置有圆柱螺旋扭转弹簧（15），刀片（14）通过刹车线（16）与位于空心支撑杆（1）上的剪切手柄（17）连接；

所述运输筛选结构包括柔性缓冲袋（18）和集果袋（19），集果袋（19）位于柔性缓冲袋（18）底端，所述柔性缓冲袋（18）由若干个缓冲袋依次连接组成，缓冲袋之间通过弹性松紧带（20）连接。

2.根据权利要求1所述的一种摘果捡果机械手，其特征在于：所述位于导向螺柱（11）两端的夹紧板（12）通过套设在导向螺柱（11）上的螺旋弹簧（21）连接，夹紧板（12）上设置有可使夹紧板（12）相向滑动的刹车线（16），刹车线（16）与通过销轴（13）设置在空心支撑杆（1）上的夹紧手柄（22）连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种摘果捡果机械手，其特征在于：所述丝杠螺母副的螺母（3）侧壁设有键槽，用于固定第一铰链支座（4）的螺钉（23）穿过空心支撑杆（1）与键槽配合；所述缓冲袋的数量为4个。