CN209376226U - 一种适用于白芦笋选择性机械化采收的末端执行器 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种适用于白芦笋选择性机械化采收的末端执行器，包括机架、驱动及限位装置、剪切装置、夹持装置和控制系统；机架用于支撑和固定驱动及限位装置、剪切装置、夹持装置和控制系统；驱动及限位装置包括固定板、电动缸、限位板；剪切装置包括压缩板、外壳、剪切导杆、剪切弹簧、刀片护板和刀片；夹持装置包括夹板固定座、右夹板、左夹板、夹持导杆、夹持弹簧、舵机固定座、舵机和绳索；控制系统包括控制箱、舵机、电机驱动器、电动缸和电源。本实用新型涉及的一种适用于白芦笋选择性机械化采收的末端执行器能够实现白芦笋切根、夹持和拔取一体化作业，简化了末端执行器驱动过程，有利于机械化系统集成和自动化采收控制。
Description
技术领域
本实用新型属于农业机械领域，涉及一种适用于白芦笋选择性机械化采收的末端执行器，能够实现白芦笋切根、夹持和拔取一体化作业。
背景技术
白芦笋为多年生草本植物，富含蛋白质、碳水化合物、多种维生素、氨基酸及其他微量元素，具有特殊的营养价值和较高的药用价值，是一种高端蔬菜产品，被誉为“蔬菜之王”。白芦笋生长在地下30cm～60cm，生长速度不均匀，必须进行选择性采收。采收期一般在上午8点前和下午4点后两次查垄，发现垄面龟裂时，扒开表土用笋刀切断白芦笋抽出，采收过程不可损伤地下茎，采收后应将垄土复原拍平。目前采收过程主要依靠人工使用非常简陋的工具进行，工作量大、效率低，已经成为制约白芦笋产业发展的瓶颈。究其原因主要是白芦笋采收过程较为复杂，且白芦笋脆嫩、多汁、易折断，目前尚缺乏适用于选择性采收机械的末端执行机构，因此采收过程难以实现机械化。
目前已有学者针对白芦笋采收工作进行研究。中国发明专利“一种白芦笋收获装置” (201611098257.0)采用套筒结构插入土壤，将垂直刀片拉平后旋转切割芦笋，该专利仍然面向人工采收，采收器入土和刀片作业阻力大，采收后需要手动回填垄土。中国发明专利“一种横切式白芦笋采收装置及采收方法”(201610887551.3)和中国发明专利“一种夹切式白芦笋采收装置及采收方法”(201610887545.8)分别实现了切根、夹持和拔取一体化操作，并对这3个环节采用了独立的驱动方式，不利于机械化集成和自动化采收控制。
随着我国白芦笋种植面积不断扩大，急需发明一种适用于白芦笋选择性机械化采收的末端执行器，实现白芦笋的自动化选择性低损采收，简化控制步骤，提高采收效率，对白芦笋产业可持续性发展意义重大。
实用新型内容
本实用新型针对目前难以实现白芦笋选择性机械化采收的现状，提供了一种适用于白芦笋选择性机械化采收的末端执行器，能够实现白芦笋切根、夹持和拔取一体化作业，简化了末端执行器驱动过程，有利于机械化系统集成和自动化采收控制。
本实用新型提供一种适用于白芦笋选择性机械化采收的末端执行器，采用的技术方案包括：机架、驱动及限位装置、剪切装置、夹持装置和控制系统。所述的机架用于支撑和固定驱动及限位装置、剪切装置、夹持装置和控制系统；所述的驱动及限位装置固定在机架上，用于为末端执行器提供入土和剪切的驱动力；所述的剪切装置与驱动及限位装置连接，用于切断白芦笋；所述的夹持装置固定在剪切装置上，用于夹持白芦笋并带出土壤；所述的控制系统用于控制末端执行器实现入土、剪切、夹持等动作。
所述的驱动及限位装置包括固定板、电动缸、限位板。所述的固定板为两端开有螺栓孔的长方形结构，固定在机架上；所述的电动缸通过螺栓固定在固定板上，为末端执行器的入土和剪切提供驱动力；所述的限位板为两块，均为内侧带有滑槽的“L”型结构，对称固定在固定板的两侧，用于限制刀片护板的位移。
所述的剪切装置包括压缩板、外壳、剪切导杆、剪切弹簧、刀片护板、刀片。所述的压缩板为两侧带有凸起的板状结构，并与电动缸的导杆通过螺栓固定；所述的外壳为方形空心结构，外侧有与限位板滑槽相配合的凸起，用于外壳在限位板内侧上下滑动的导向；所述的外壳内侧有与压缩板的凸起相配合的滑槽，用于压缩板在外壳内部滑动的导向；所述的外壳底部两两对称开有四个导向孔，用于剪切导杆的导向；所述的剪切导杆为四根，上部两两对称固定在压缩板的四个角上，下部穿过外壳底部的四个导向孔；所述的剪切弹簧为四个，分别嵌套在剪切导杆上；所述的刀片护板为中空的长方形结构，上部固定在外壳的底部用于储藏刀片；所述的刀片护板其下部开口处有楔形凸起结构，使得刀片从刀片护板中出来时产生一定的倾角并铲断芦笋；所述的刀片为韧性较大的金属结构，下部开有刃口，用于切断白芦笋，上部固定在压缩板上并藏于刀片护板中。
所述的夹持装置包括夹板固定座、右夹板、左夹板、夹持导杆、夹持弹簧、舵机固定座、舵机、绳索。所述的夹板固定座为“L”型结构，一侧通过螺栓固定在刀片护板上，另一侧用于固定夹板；所述的右夹板为非对称的倒“U”型结构，一侧附有柔性材料，用于夹持白芦笋，另一侧两两对称开有四个导向孔，用于夹持导杆的导向；所述的左夹板为附有柔性材料的结构，用于夹持白芦笋时实现低损伤；所述的夹持导杆为四根，分别两两对称固定在左夹板的背面，并对应穿过右夹板的导向孔；所述的夹持弹簧为四个，分别嵌套在四根夹持导杆上，并保证弹簧的自然状态使得两夹板处于夹持状态；所述的舵机固定座固定在左侧的限位板上，用于安装舵机；所述的舵机固定在舵机固定座上，并使得舵机输出轴的方向垂直于刀片护板；所述的绳索一侧系在左夹板上，一侧系在舵机输出轴上，使得舵机转动时带动左夹板压缩夹持弹簧并横向移动，实现夹板的张开。
所述的控制系统包括控制箱、舵机、电机驱动器、电动缸、电源。所述的控制箱包括控制器、电机驱动器，固定在机架上，主要实现电机控制、通讯等功能；所述的控制器可由单片机、微处理器、工控机等其他具备同等处理能力设备和I/O驱动接口电路构成；所述的舵机可选用满足扭矩要求的舵机；所述的电机驱动器，根据电机类型选用不同型号的交、直流电机驱动器、步进电机驱动器、伺服电机驱动器等，接收由控制器发出的控制信号，驱动电机转动；所述的电动缸可选用满足行程与推力要求及控制精度的步进电动缸和伺服电动缸；所述的电源可为控制系统的工作提供电能。
与现在技术相比，本实用新型具有以下优点：
1)发明了选择性白芦笋采收机器人用的末端执行器，实现了入土、切根、夹持和拔取等一体化作业。大大提高了采收效率，促进了白芦笋产业的发展。
2)发明了电动缸驱动的末端执行器，将入土动作与剪切动作合并，简化了驱动控制，提高了采收效率。
3)发明了自动入土、剪切、夹持与拔取白芦笋的控制系统，实现了选择性采收白芦笋的功能。
4)本实用新型自动化程度高，操作方便，推广性强。
附图说明
图1为一种适用于白芦笋选择性机械化采收的末端执行器左测图
图2为一种适用于白芦笋选择性机械化采收的末端执行器轴测图
图3为一种适用于白芦笋选择性机械化采收的末端执行器主视图、剖面图及局部放大图
图中：1、驱动及限位装置2、机架3、剪切装置4、夹持装置5、控制箱6、电源7、固定板8、电动缸9、限位板10、外壳11、剪切导杆12、刀片护板13、夹板固定座14、右夹板15、左夹板16、舵机固定座17、舵机18、绳索19、夹持导杆20、夹持弹簧21、压缩板22、剪切弹簧23、刀片24、楔形凸起
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行进一步描述。一种适用于白芦笋选择性机械化采收的末端执行器，如图1、2、3所示，所述的驱动及限位装置(1)包括固定板(7)、电动缸(8)、限位板(9)。所述的固定板(7)为两端开有螺栓孔的长方形结构，固定在机架(2)上；所述的电动缸(8)通过螺栓固定在固定板(7)上，为末端执行器的入土和剪切提供驱动力；所述的限位板(9)为两块，均为内侧带有滑槽的“L”型结构，对称固定在固定板(7)的两侧，用于限制刀片护板(12)的位移。
如图1、2、3所示，所述的剪切装置(3)包括压缩板(21)、外壳(10)、剪切导杆(11)、剪切弹簧(22)、刀片护板(12)、刀片(23)。所述的压缩板(21)为两侧带有凸起的板状结构，并与电动缸(8)的导杆通过螺栓固定；所述的外壳(10)为方形空心结构，外侧有与限位板(9)滑槽相配合的凸起，用于外壳(10)在限位板(9)内侧上下滑动的导向；所述的外壳(10)内侧有与压缩板(21)的凸起相配合的滑槽，用于压缩板(21)在外壳内部滑动的导向；所述的外壳(10)底部两两对称开有四个导向孔，用于剪切导杆(11)的导向；所述的剪切导杆(11)为四根，上部两两对称固定在压缩板(21)的四个角上，下部穿过外壳(10)底部的四个导向孔；所述的剪切弹簧(22)为四个，分别嵌套在剪切导杆(11)上；所述的刀片护板(12)为中空的长方形结构，上部固定在外壳(10)的底部用于储藏刀片(23)；所述的刀片护板(12)其下部开口处有楔形凸起(24)结构，使得刀片(23)从刀片护板(12) 中出来时产生一定的倾角并铲断芦笋；所述的刀片(23)为韧性较大的金属结构，下部开有刃口，用于切断白芦笋，上部固定在压缩板(21)上并藏于刀片护板(12)中。
如图1、2、3所示，所述的夹持装置(4)包括夹板固定座(13)、右夹板(14)、左夹板(15)、夹持导杆(19)、夹持弹簧(20)、舵机固定座(16)、舵机(17)、绳索(18)。所述的夹板固定座(13)为“L”型结构，一侧通过螺栓固定在刀片护板(12)上，另一侧用于固定夹板；所述的右夹板(14)为非对称的倒“U”型结构，一侧附有柔性材料，用于夹持白芦笋，另一侧两两对称开有四个导向孔，用于夹持导杆(19)的导向；所述的左夹板(15) 为附有柔性材料的结构，用于夹持白芦笋时实现低损伤；所述的夹持导杆(19)为四根，分别两两对称固定在左夹板(15)的背面，并对应穿过右夹板(14)的导向孔；所述的夹持弹簧(20)为四个，分别嵌套在四根夹持导杆(19)上，并保证弹簧的自然状态使得两夹板处于夹持状态；所述的舵机固定座(16)固定在左侧的限位板(9)上，用于安装舵机(17)；所述的舵机(17)固定在舵机固定座(16)上，并使得舵机(17)输出轴的方向垂直于刀片护板(12)；所述的绳索(18)一侧系在左夹板(15)上，一侧系在舵机(17)输出轴上，使得舵机转动时带动左夹板(15)压缩夹持弹簧(20)并横向移动，实现夹板的张开。
所述的控制系统包括控制箱(5)、舵机(17)、电动缸(8)、电源(6)。所述的控制箱(5)包括控制器、电机驱动器，固定在机架(2)上，主要实现电机控制、通讯等功能；所述的控制器可由单片机、微处理器、工控机等其他具备同等处理能力设备和I/O驱动接口电路构成；所述的舵机(17)可选用满足扭矩要求的舵机；所述的电机驱动器，根据电机类型选用不同型号的交、直流电机驱动器、步进电机驱动器、伺服电机驱动器等，接收由控制器发出的控制信号，驱动电机转动；所述的电动缸(8)可选用满足行程与推力要求及控制精度的步进电动缸和伺服电动缸；所述的电源(6)可为控制系统的工作提供电能。
Claims (1)
1.一种适用于白芦笋选择性机械化采收的末端执行器，其特征在于包括：机架、驱动及限位装置、剪切装置、夹持装置和控制系统；所述的机架用于支撑和固定驱动及限位装置、剪切装置、夹持装置和控制系统；所述的驱动及限位装置固定在机架上，用于为末端执行器提供入土和剪切的驱动力；所述的剪切装置与驱动及限位装置连接，用于切断白芦笋；所述的夹持装置固定在剪切装置上，用于夹持白芦笋并带出土壤；所述的控制系统用于控制末端执行器实现入土、剪切、夹持等动作；
所述的驱动及限位装置包括固定板、电动缸、限位板；所述的固定板为两端开有螺栓孔的长方形结构，固定在机架上；所述的电动缸通过螺栓固定在固定板上，为末端执行器的入土和剪切提供驱动力；所述的限位板为两块，均为内侧带有滑槽的“L”型结构，对称固定在固定板的两侧，用于限制刀片护板的位移；
所述的剪切装置包括压缩板、外壳、剪切导杆、剪切弹簧、刀片护板、刀片；所述的压缩板为两侧带有凸起的板状结构，并与电动缸的导杆通过螺栓固定；所述的外壳为方形空心结构，外侧有与限位板滑槽相配合的凸起，用于外壳在限位板内侧上下滑动的导向；所述的外壳内侧有与压缩板的凸起相配合的滑槽，用于压缩板在外壳内部滑动的导向；所述的外壳底部两两对称开有四个导向孔，用于剪切导杆的导向；所述的剪切导杆为四根，上部两两对称固定在压缩板的四个角上，下部穿过外壳底部的四个导向孔；所述的剪切弹簧为四个，分别嵌套在剪切导杆上；所述的刀片护板为中空的长方形结构，上部固定在外壳的底部用于储藏刀片；所述的刀片护板其下部开口处有楔形凸起结构，使得刀片从刀片护板中出来时产生倾角并铲断芦笋；所述的刀片为金属结构，下部开有刃口，用于切断白芦笋，上部固定在压缩板上并藏于刀片护板中；
所述的夹持装置包括夹板固定座、右夹板、左夹板、夹持导杆、夹持弹簧、舵机固定座、舵机、绳索；所述的夹板固定座为“L”型结构，一侧通过螺栓固定在刀片护板上，另一侧用于固定夹板；所述的右夹板为非对称的倒“U”型结构，一侧附有柔性材料，用于夹持白芦笋，另一侧两两对称开有四个导向孔，用于夹持导杆的导向；所述的左夹板为附有柔性材料的结构，用于夹持白芦笋时实现低损伤；所述的夹持导杆为四根，分别两两对称固定在左夹板的背面，并对应穿过右夹板的导向孔；所述的夹持弹簧为四个，分别嵌套在四根夹持导杆上，并保证弹簧的自然状态使得两夹板处于夹持状态；所述的舵机固定座固定在左侧的限位板上，用于安装舵机；所述的舵机固定在舵机固定座上，并使得舵机输出轴的方向垂直于刀片护板；所述的绳索一侧系在左夹板上，一侧系在舵机输出轴上，使得舵机转动时带动左夹板压缩夹持弹簧并横向移动，实现夹板的张开；
所述的控制系统包括控制箱、舵机、电机驱动器、电动缸、电源；所述的控制箱包括控制器、电机驱动器，固定在机架上，主要实现电机控制、通讯等功能；所述的控制器可由单片机、微处理器或工控机和I/O驱动接口电路构成；所述的舵机可选用满足扭矩要求的舵机；所述的电机驱动器，根据电机类型选用不同型号的交、直流电机驱动器、步进电机驱动器、伺服电机驱动器等，接收由控制器发出的控制信号，驱动电机转动；所述的电动缸可选用满足行程与推力要求及控制精度的步进电动缸和伺服电动缸；所述的电源可为控制系统的工作提供电能。
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| CN111903325A (zh) * | 2020-09-10 | 2020-11-10 | 山东农业大学 | 拉切式白芦笋采收末端执行器及采收方法 |
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