CN208523248U - 水果采摘机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种水果采摘机，包括移动车体、水果收集箱、机械臂、机械手和手动操控面板，机械臂包括小机械臂、主机械臂、主臂驱动连杆机构和小臂驱动连杆机构，水果收集箱放置在移动车体上，机械手、小机械臂和主机械臂通过机械关节依次连接，且机械手与小机械臂之间设有同步轮机构，主机械臂通过机械臂转轴与移动车体连接，且小机械臂和主机械臂均设有供水果滚动的通道，通道的两侧对称设有若干对安装孔，每一安装孔上均设有缓冲机构。本实用新型中小机械臂和主机械臂都设有供水果滚动的通道，通道上设有缓冲机构，机械手将采摘下来的水果放置在通道中，水果将依靠自身重力经由通道滚落至水果收集箱内，其采摘效率较高，且对水果的损伤较小。
Description
技术领域
本实用新型涉及农业机械设备技术领域，特别是涉及一种水果采摘机。
背景技术
随着生活质量的提高，全球种植苹果、梨、桃等水果的土地面积也逐年增加。苹果属于一种落叶乔木，有较强的极性，通常生长旺盛，树冠高大，树高可达15米左右，栽培条件下一般高达3～5米左右；梨通常是一种落叶乔木或灌木，树高一般为2米左右；桃也是一种乔木，树高一般为3～8米左右。目前苹果、梨、桃等水果的采摘方式主要以人工采摘为主，虽然人工采摘对水果自身的损伤较小，但是人工采摘的效率低，而且由于采摘时采摘工人需攀至果树的高处作业，导致采摘工人的人身安全存在隐患，因此，人工采摘的方式已经无法满足现代化农业的发展需求。
为满足现代化农业的发展需求，水果采摘机应运而生，水果采摘机是一种可实现水果采摘的自动化或者半自动化机械设备，虽然水果采摘机的采摘效率相比于人工采摘的采摘效率得以显著提高，但是目前的水果采摘机的采摘效率整体仍然较低，而且水果采摘机在采摘的过程中对水果的损伤极大，这也进一步增加了果农的经济损失。
实用新型内容
基于此，有必要针对目前的水果采摘机采摘效率较低、在采摘过程中对水果的损伤极大的问题，提供一种水果采摘机。
为解决上述问题，本实用新型采取如下的技术方案：
一种水果采摘机，包括移动车体、水果收集箱、机械臂、机械手和手动操控面板，所述机械臂包括小机械臂、主机械臂、主臂驱动连杆机构和小臂驱动连杆机构；
所述水果收集箱放置在所述移动车体上；
所述机械手、所述小机械臂和所述主机械臂通过机械关节依次连接，且所述机械手与所述小机械臂之间设有同步轮机构，所述主机械臂通过机械臂转轴与所述移动车体连接，且所述小机械臂和所述主机械臂均设有供水果滚动的通道，所述通道的两侧对称设有若干对安装孔，每一所述安装孔上均设有缓冲机构；
所述机械手包括三爪机构、用于驱动所述三爪机构抓紧水果的收缩驱动机构、用于驱动所述三爪机构旋转的旋转驱动机构和摄像头，所述收缩驱动机构与所述三爪机构连接，所述旋转驱动机构与所述收缩驱动机构连接，所述摄像头固定安装在所述旋转驱动机构上；
所述主臂驱动连杆机构分别与所述主机械臂和所述机械臂转轴连接；
所述小臂驱动连杆机构分别与所述主机械臂和所述小机械臂连接；
所述手动操控面板固定安装在所述移动车体上，且所述手动操控面板与所述主臂驱动连杆机构、所述小臂驱动连杆机构、所述收缩驱动机构、所述旋转驱动机构、所述同步轮机构和所述摄像头电连接。
本实用新型所提出的水果采摘机是一种可实现水果采摘的半自动机电一体化设备，与现有技术相比，本实用新型具有以下技术效果：
(1)本实用新型利用移动车体、机械臂、机械手和手动操控面板相配合，实现水果的采摘收集，小机械臂和主机械臂都设有供水果滚动的通道，机械手将采摘下来的水果放置在通道中，水果将依靠自身重力经由通道滚落至水果收集箱内，在水果滚落的过程中，机械手可同时继续采摘水果，因此进一步提高了水果的采摘效率；
(2)在小机械臂和主机械臂的通道两侧设有若干对缓冲机构，缓冲机构可实现对通道中滚落的水果的缓冲，减小水果滚落的速度，从而有效减小水果在滚落过程中以及落入水果收集箱时的磕碰损伤，同时在通道的底部、两侧以及缓冲机构上设置缓冲层，可进一步减小水果在滚落过程中的磕碰损伤；
(3)本实用新型的机械手上安装有摄像头，摄像头与手动操控面板连接，并将其拍摄的图像画面实时传输至手动操控面板，操作人员在手动操控面板上可观察到机械手的定位以及摘取情况，从而方便操作人员有针对性地操纵机械手快速摘取水果，进而提高水果的采摘效率。
附图说明
图1为本实用新型水果采摘机的整体轴测图；
图2为本实用新型水果采摘机的侧视结构示意图；
图3为本实用新型水果采摘机中机械手的爆炸图；
图4为本实用新型缓冲机构的结构示意图。
具体实施方式
本实用新型所提出的水果采摘机利用连杆机构可以产生多种运动曲线的特性，实现机械手的开合，同时还利用丝杆机构，将电机的圆周运动转化为直线运动，以及利用齿轮机构，调节机械手的转动速度和输出力矩，通过加预紧弹簧，实现无极调节机械手的抓取力度。下面将结合附图及较佳实施例对本实用新型的技术方案进行详细描述。
在其中一个实施例中，如图1和图2所示，一种水果采摘机，包括移动车体1、水果收集箱2、机械臂、机械手3和手动操控面板4，其中机械臂包括小机械臂5、主机械臂6、主臂驱动连杆机构和小臂驱动连杆机构。
具体地，在本实施例中，水果收集箱2放置在移动车体1上，用于收集采集的水果，例如苹果、梨、桃等。优选地，移动车体1包括上下两层车架，每一层车架上均放置有一个水果收集箱2。
机械手3、小机械臂5和主机械臂6通过机械关节依次连接，并且机械手3与小机械臂5之间设有同步轮机构，同步轮机构包括同步轮和同步带，在机械手3和小机械臂5之间设置同步轮机构，可实现机械手的转动，当机械手摘取下水果后，在同步轮机构的带动下，机械手3进行转动，从而将水果放置在小机械臂5的通道内。
主机械臂6通过机械臂转轴7与移动车体1连接，因此主机械臂6可相对移动车体1转动，并且小机械臂5和主机械臂6均设有供水果滚动的通道，通道的两侧对称设有若干对安装孔8，每一安装孔8上均设有缓冲机构，缓冲机构可增加水果在滚落过程中的阻力，从而减缓水果下落的速度，减少水果的损伤。优选地，通道底部采用亚克力板上胶结其他柔软物质的结构，通道上方采用透明的亚克力板盖住，防止杂物进入轨道的同时，透明的板材能让操作人员时时观察通道内水果滚动的情况。
机械手3包括三爪机构、收缩驱动机构、旋转驱动机构和摄像头，其中三爪机构用于抓握水果，收缩驱动机构用于驱动三爪机构抓紧或者释放水果，旋转驱动机构用于驱动三爪机构旋转，以使得三爪机构将水果从树枝上旋下，三爪机构、收缩驱动机构和旋转驱动机构依次连接，摄像头固定安装在旋转驱动机构上，以实时拍摄机械手3所在位置的画面，方便操作人员控制机械手3摘取水果。
主臂驱动连杆机构用于驱动主机械臂6的运动，主臂驱动连杆机构分别与主机械臂6和机械臂转轴7连接。
小臂驱动连杆机构用于驱动小机械臂5的运动，小臂驱动连杆机构分别与主机械臂6和小机械臂5连接。
手动操控面板4固定安装在移动车体1上，优选地，移动车体1包括有把手45，手动操控面板4固定安装在把手45上，以方便操作人员的操作，并且手动操控面板4与主臂驱动连杆机构、小臂驱动连杆机构、收缩驱动机构、旋转驱动机构、同步轮机构和摄像头电连接，手动操控面板4不仅可以实时显示摄像头所拍摄的机械手3所在位置的画面，而且手动操控面板4上设有控制按键，操作人员可通过控制按键输入控制信息，进而控制主臂驱动连杆机构、小臂驱动连杆机构、收缩驱动机构、旋转驱动机构和同步轮机构中各个电机的启停以及正反转，最终实现对机械手所在的位置、机械手抓取以及释放等动作的控制。
本实施例中水果采摘机的基本工作过程如下：操作人员将水果采摘机推至果园的果树下面，操作人员通过手动操控面板控制机械臂拖动机械手移动到水果所在位置，机械手收缩，夹住水果并开始旋转，将水果扭下来，然后机械手旋转至小机械臂的开口处再打开手，使水果沿机械臂向下滚动，滚动期间由多组缓冲机构控制水果的下落速度，从而避免水果撞伤，最后水果滚至机械臂下方的水果收集箱中，待水果收集箱装满后，将其取下。
本实施例所提出的水果采摘机是一种可实现水果采摘的半自动机电一体化设备，具有以下技术效果：
(1)本实用新型利用移动车体、机械臂、机械手和手动操控面板相配合，实现水果的采摘收集，小机械臂和主机械臂都设有供水果滚动的通道，机械手将采摘下来的水果放置在通道中，水果将依靠自身重力经由通道滚落至水果收集箱内，在水果滚落的过程中，机械手可同时继续采摘水果，因此进一步提高了水果的采摘效率；
(2)在小机械臂和主机械臂的通道两侧设有若干对缓冲机构，缓冲机构可实现对通道中滚落的水果的缓冲，减小水果滚落的速度，从而有效减小水果在滚落过程中以及落入水果收集箱时的磕碰损伤，同时在通道的底部、两侧以及缓冲机构上设置缓冲层，可进一步减小水果在滚落过程中的磕碰损伤；
(3)本实用新型的机械手上安装有摄像头，摄像头与手动操控面板连接，并将其拍摄的图像画面实时传输至手动操控面板，操作人员在手动操控面板上可观察到机械手的定位以及摘取情况，从而方便操作人员有针对性地操纵机械手快速摘取水果，进而提高水果的采摘效率。
作为一种具体的实施方式，主臂驱动连杆机构包括底座9、第一起重丝杠10、丝杠支座11、第一连杆12、第二连杆13、连杆支座14、主臂驱动电机15和主臂驱动电机座16。如图2所示，在本实施方式中，底座9与机械臂转轴7连接，丝杠支座11和连杆支座14均固定在底座9上；第一起重丝杠10的一端与丝杠支座11活动连接，主臂驱动电机15通过主臂驱动电机座16与第一起重丝杠10连接；第一连杆12的一端与连杆支座14活动连接，第一连杆12的另一端和第二连杆13的一端分别与第一起重丝杠10上的丝母连接，第二连杆13的另一端与主机械臂6活动连接。本实施方式采用连杆机构与丝杠机构相结合的方式，利用丝杠机构将主臂驱动电机15的回转运动转化成第一起重丝杠10上的丝母的直线运动，进而改变主臂驱动连杆机构中各个连杆的相对角度，实现对主机械臂6与水平方向的夹角角度的调整。
作为一种具体的实施方式，小臂驱动连杆机构包括联动臂17、第二起重丝杠18、第三连杆19、第四连杆20、拉杆21、小臂驱动电机22和小臂驱动电机座23。如图2所示，在本实施方式中，联动臂17的一端与主机械臂6、底座9和第三连杆19的一端通过机械关节连接；第二起重丝杠18的一端与联动臂17的另一端活动连接，小臂驱动电机22通过小臂驱动电机座23与第二起重丝杠18连接，第三连杆19的另一端与第二起重丝杠18上的丝母连接，拉杆21的一端与第三连杆19活动连接，拉杆21的另一端通过第四连杆20与小机械臂活动连接。与主臂驱动连杆机构相类似地，本实施方式中的小臂驱动连杆机构也采用连杆机构与丝杠机构相结合的方式，利用丝杠机构将小臂驱动电机22的回转运动转化成第二起重丝杠18上的丝母的直线运动，进而改变小臂驱动连杆机构中各个连杆的相对角度，实现对小机械臂5与水平方向的夹角角度的调整。
通过调整主臂驱动连杆机构和小臂驱动连杆机构中各个连杆的长度，实现机械臂承载机械手在预设的活动空间范围内运动。
作为一种具体的实施方式，在拉杆21的一端与第三连杆19活动连接，拉杆21的另一端通过第四连杆20与小机械臂活动连接时，在拉杆21的两端加入杆端关节轴承，拉杆21的两端分别通过杆端关节轴承与第三连杆19、第四连杆20活动连接。杆端关节轴承的加入可以抵消因加工和装配而产生的误差，避免机械臂在转动过程中的个别角度出现卡顿的现象。
作为一种具体的实施方式，本实用新型机械手3中的三爪机构具体包括爪形弯管24、爪连杆25、爪支杆26、爪中间连杆27、推进挡块28、爪拉杆29和预紧弹簧30，爪形弯管24、爪连杆25、爪支杆26和爪中间连杆27的数量均为三个，如图3所示，三个爪形弯管24围绕推进挡块28呈圆周分布，每一爪形弯管24与对应的爪连杆25连接，爪连杆25的一端通过爪中间连杆27与推进挡块28连接，爪连杆25的另一端与爪支杆26连接；推进挡块28套设在爪拉杆29上，推进挡块28随爪拉杆29运动；爪拉杆29的一端设有螺母31，预紧弹簧30套设在爪拉杆29上，且预紧弹簧30位于推进挡块28和螺母31之间。在本实施方式中，预紧弹簧30在整个工作过程中，一直处于压缩状态，爪形弯管24合拢，碰到水果后，预紧弹簧30会进一步被压缩，而机械手的位置不会随之改变，从而导致两个零件之间产生间隙x，假设预紧弹簧30的预紧力为F0，通过电路，使两零件之间距离为s时电机停止转动，则预紧弹簧30最终的弹力为F0+sk，每一个弹力对应一个抓取力度，因此通过调节预紧力F0，就可以实现无极调节机械手的抓取力度。
进一步地，作为一种具体的实施方式，收缩驱动机构包括收缩驱动电机32、电机轴承33、电机轴承板34、滑筒35、导程丝杠和U形架36，如图3所示，收缩驱动电机32通过电机轴承33与电机轴承板34连接，滑筒35与电机轴承33连接，置于滑筒35内的导程丝杠与收缩驱动电机32的输出轴连接，并且导程丝杠带动U形架36运动，U形架36与爪拉杆29连接，因此在收缩驱动电机32的带动下，当导程丝杠通过U形架36带动爪拉杆29收缩时，即可实现三爪机构的合拢，当导程丝杠通过U形架36带动爪拉杆29伸出时，即可实现三爪机构的张开。在本实用新型中，收缩驱动机构除包括收缩驱动电机32、电机轴承33、电机轴承板34、滑筒35、导程丝杠和U形架36外，还包括辅助组件，例如用于固定机械手的、位于滑筒35两侧的支撑杆45，用于固定三爪机构的外环46，外环46内还设有轴承47、轴承套48和弹性挡圈49，以及用于固定三转机构的三爪支座50，三爪支座50的一端与三个爪支杆26连接，三爪支座50的另一端与U形架36配合。
进一步地，作为一种具体的实施方式，旋转驱动机构包括旋转驱动电机37、主动齿轮38和从动齿轮39，如图3所示，旋转驱动电机37与电机轴承板34固定连接，旋转驱动电机37的输出轴与主动齿轮38固定连接，主动齿轮38与从动齿轮39相啮合，从动齿轮39套设在收缩驱动电机32的输出轴上，且从动齿轮39与电机轴承33固定连接。主动齿轮38在旋转驱动电机37的带动下转动，从而带动与其相啮合的从动齿轮39的转动，而从动齿轮39套设在收缩驱动电机32的输出轴上，并且从动齿轮39与电机轴承33固定连接，因此从动齿轮39可带动收缩驱动电机32相对于电机轴承板34进行转动，进而实现机械手的旋转运动。
作为一种具体的实施方式，本实用新型中的缓冲机构包括限位板40、调力支座41、扭转弹簧42、支撑板43和缓冲橡胶层44，如图4所示，限位板40固定在机械臂的安装孔8上，扭转弹簧42套设在限位板40的横梁上，调力支座41和支撑板43分别与扭转弹簧42连接，支撑板43上设有缓冲橡胶层44。机械手采摘下来的水果在下落过程中，首先接触缓冲机构中的缓冲橡胶层44，水果将支撑板43挤开的同时导致扭转弹簧42压缩，水果的动能被部分地转化成扭转弹簧42的弹性势能，从而达到减小水果下落速度的目的，此外，通过调节调力支座41的前后位置，可以调节扭转弹簧42的预紧力的大小，从而调节每一组支撑板对水果的减速效果。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种水果采摘机，其特征在于，包括移动车体(1)、水果收集箱(2)、机械臂、机械手(3)和手动操控面板(4)，所述机械臂包括小机械臂(5)、主机械臂(6)、主臂驱动连杆机构和小臂驱动连杆机构；
所述水果收集箱(2)放置在所述移动车体(1)上；
所述机械手(3)、所述小机械臂(5)和所述主机械臂(6)通过机械关节依次连接，且所述机械手(3)与所述小机械臂(5)之间设有同步轮机构，所述主机械臂(6)通过机械臂转轴(7)与所述移动车体(1)连接，且所述小机械臂(5)和所述主机械臂(6)均设有供水果滚动的通道，所述通道的两侧对称设有若干对安装孔(8)，每一所述安装孔(8)上均设有缓冲机构；
所述机械手(3)包括三爪机构、用于驱动所述三爪机构抓紧水果的收缩驱动机构、用于驱动所述三爪机构旋转的旋转驱动机构和摄像头，所述收缩驱动机构与所述三爪机构连接，所述旋转驱动机构与所述收缩驱动机构连接，所述摄像头固定安装在所述旋转驱动机构上；
所述主臂驱动连杆机构分别与所述主机械臂(6)和所述机械臂转轴(7)连接；
所述小臂驱动连杆机构分别与所述主机械臂(6)和所述小机械臂(5)连接；
所述手动操控面板(4)固定安装在所述移动车体(1)上，且所述手动操控面板(4)与所述主臂驱动连杆机构、所述小臂驱动连杆机构、所述收缩驱动机构、所述旋转驱动机构、所述同步轮机构和所述摄像头电连接。
2.根据权利要求1所述的水果采摘机，其特征在于，所述主臂驱动连杆机构包括底座(9)、第一起重丝杠(10)、丝杠支座(11)、第一连杆(12)、第二连杆(13)、连杆支座(14)、主臂驱动电机(15)和主臂驱动电机座(16)；
所述底座(9)与所述机械臂转轴(7)连接，所述丝杠支座(11)和所述连杆支座(14)均固定在所述底座(9)上；
所述第一起重丝杠(10)的一端与所述丝杠支座(11)活动连接，所述主臂驱动电机(15)通过所述主臂驱动电机座(16)与所述第一起重丝杠(10)连接；
所述第一连杆(12)的一端与所述连杆支座(14)活动连接，所述第一连杆(12)的另一端和所述第二连杆(13)的一端分别与所述第一起重丝杠(10)上的丝母连接，所述第二连杆(13)的另一端与所述主机械臂(6)活动连接。
3.根据权利要求2所述的水果采摘机，其特征在于，所述小臂驱动连杆机构包括联动臂(17)、第二起重丝杠(18)、第三连杆(19)、第四连杆(20)、拉杆(21)、小臂驱动电机(22)和小臂驱动电机座(23)；
所述联动臂(17)的一端与所述主机械臂(6)、所述底座(9)和所述第三连杆(19)的一端通过机械关节连接；
所述第二起重丝杠(18)的一端与所述联动臂(17)的另一端活动连接，所述小臂驱动电机(22)通过所述小臂驱动电机座(23)与所述第二起重丝杠(18)连接，所述第三连杆(19)的另一端与所述第二起重丝杠(18)上的丝母连接，所述拉杆(21)的一端与所述第三连杆(19)活动连接，所述拉杆(21)的另一端通过所述第四连杆(20)与所述小机械臂(5)活动连接。
4.根据权利要求3所述的水果采摘机，其特征在于，所述拉杆(21)的一端通过杆端关节轴承与所述第三连杆(19)活动连接，所述拉杆(21)的另一端通过杆端关节轴承与所述第四连杆(20)活动连接。
5.根据权利要求1或2所述的水果采摘机，其特征在于，所述三爪机构包括爪形弯管(24)、爪连杆(25)、爪支杆(26)、爪中间连杆(27)、推进挡块(28)、爪拉杆(29)和预紧弹簧(30)，所述爪形弯管(24)、所述爪连杆(25)、所述爪支杆(26)和所述爪中间连杆(27)的数量均为三个；
三个所述爪形弯管(24)围绕所述推进挡块(28)呈圆周分布，每一所述爪形弯管(24)与对应的所述爪连杆(25)连接，所述爪连杆(25)的一端通过所述爪中间连杆(27)与所述推进挡块(28)连接，所述爪连杆(25)的另一端与所述爪支杆(26)连接；
所述推进挡块(28)套设在所述爪拉杆(29)上，所述推进挡块(28)随所述爪拉杆(29)运动；
所述爪拉杆(29)的一端设有螺母(31)，所述预紧弹簧(30)套设在所述爪拉杆(29)上，且所述预紧弹簧(30)位于所述推进挡块(28)和所述螺母(31)之间。
6.根据权利要求5所述的水果采摘机，其特征在于，所述收缩驱动机构包括收缩驱动电机(32)、电机轴承(33)、电机轴承板(34)、滑筒(35)、导程丝杠和U形架(36)；
所述收缩驱动电机(32)通过所述电机轴承(33)与所述电机轴承板(34)连接，所述滑筒(35)与所述电机轴承(33)连接，置于所述滑筒(35)内的所述导程丝杠与所述收缩驱动电机(32)的输出轴连接，且所述导程丝杠带动所述U形架(36)运动，所述U形架(36)与所述爪拉杆(29)连接。
7.根据权利要求6所述的水果采摘机，其特征在于，所述旋转驱动机构包括旋转驱动电机(37)、主动齿轮(38)和从动齿轮(39)；
所述旋转驱动电机(37)与所述电机轴承板(34)固定连接，所述旋转驱动电机(37)的输出轴与所述主动齿轮(38)固定连接，所述主动齿轮(38)与所述从动齿轮(39)相啮合，所述从动齿轮(39)套设在所述收缩驱动电机(32)的输出轴上，且所述从动齿轮(39)与所述电机轴承(33)固定连接。
8.根据权利要求1或2所述的水果采摘机，其特征在于，所述缓冲机构包括限位板(40)、调力支座(41)、扭转弹簧(42)、支撑板(43)和缓冲橡胶层(44)；
所述限位板(40)固定在所述安装孔(8)上，所述扭转弹簧(42)套设在所述限位板(40)的横梁上，所述调力支座(41)和所述支撑板(43)分别与所述扭转弹簧(42)连接，所述支撑板(43)上设有所述缓冲橡胶层(44)。
9.根据权利要求1或2所述的水果采摘机，其特征在于，
所述移动车体(1)包括上下两层车架，每一层所述车架上均放置有一个所述水果收集箱(2)。
10.根据权利要求1或2所述的水果采摘机，其特征在于，
所述移动车体(1)包括有把手(45)，所述手动操控面板(4)固定安装在所述把手(45)上。
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