CN209768252U - 一种剪夹一体的草莓采摘装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种剪夹一体的草莓采摘装置，属于农业机械设备领域，装置包括三维移动机构以及末端执行机构，建立xyz轴坐标系，三维移动机构实现末端执行机构在X、Y、Z方向移动；其中的末端执行机构的双向螺杆通过螺纹分别连接左刀架、右刀架；所述的左刀架、右刀架在前端分别固定设置左机械爪、右机械爪；左机械爪、右机械爪上方分别设置有左刀片、右刀片；通过双向螺杆旋转，带动左机械爪向右移动，右机械爪向左移动，当左、右机械爪上的左、右刀片完全闭合，切断果梗，机械爪仍然夹持果梗；一次完成果梗夹持和果梗剪断两个动作，采摘耗时短，实现草莓无损采摘，且装置结构简单，体积小，成本较低。

Description

一种剪夹一体的草莓采摘装置

技术领域

本实用新型属于农业机械设备领域，具体是一种能够三维移动，且集剪夹一体的草莓采摘装置。

背景技术

现有草莓采摘装置通常先夹持草莓，然后切断草莓果梗，二个动作分别由二套机构完成，这就需要两个动力源，导致装置结构复杂，体积大，采摘耗时长。市面上的草莓采摘装置的夹持草莓动作是由机械爪来完成，机械爪直接与果实接触，易损伤草莓；有的夹持草莓动作是由真空吸盘来完成，虽不会损伤草莓，但需要配置抽真空设备，导致采摘装置成本较高。

此外草莓采摘装置的采摘执行机构，其移动通常采用关节式机械机构，位置精度低，存在平衡问题，控制存在耦合，结构也比较复杂；并且市面上的三维采摘装置只能实现二维的采摘，无法实现精准的三维运作。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术中存在的问题，提供了一种在采摘草莓时不触及草莓果体，只夹持果梗，且夹持和切断机构为一体的草莓采摘装置。

本实用新型是这样实现的：

一种剪夹一体的草莓采摘装置，包括三维移动机构以及安装在三维移动机构上的末端执行机构，末端执行机构包括电机支架，电机支架在Y轴方向设置有第四步进电机，所述的第四步进电机上连接有双向螺杆，所述的双向螺杆通过膜片联轴器与第四步进电机相连；所述的双向螺杆一侧有左旋螺纹，另一侧有右旋螺纹；所述的双向螺杆通过螺纹分别连接左刀架、右刀架；所述的左刀架、右刀架在前端分别固定设置左机械爪、右机械爪；所述的左机械爪、右机械爪上方分别设置有左刀片、右刀片；通过膜片联轴器让双向螺杆旋转，带动左机械爪向右移动，右机械爪向左移动。本实用新型将切断果梗的刀片安装在机械爪的上表面，由步进电机通过膜片联轴器让双向螺杆旋转，带动左机械爪向右移动，右机械爪向左移动，当两个机械爪相距1mm左右时，机械爪上面的一对果梗切断刀片则完全闭合，切断果梗， 此时机械爪仍然夹持着果梗，一次完成果梗夹持和果梗剪断两个动作，采摘耗时短，相比较于现有技术中通过机械爪直接接触草莓，本实用新型通过机械爪抓住果梗，与草莓不接触，实现草莓无损采摘。

进一步，所述的装置包括三维移动机构以及末端执行机构，建立xyz轴坐标系，所述的三维移动机构实现末端执行机构在X、Y、Z的三个方向移动；其中的末端执行机构主要用于实现草莓果梗夹持和果梗剪断。

三维移动机构包括矩形支架，在矩形支架Y轴方向的外框上下位置均设置第一步进电机，所述的第一步进电机包括第一丝杆，上下两个第一丝杆之间设置有垂直支架。

垂直支架在Z轴方向设置有两个第二步进电机，所述的第二步进电机包括第二丝杆；垂直方向上的两个第二丝杆在一侧设置有横向支架。

横向支架在X轴方向设置有第三步进电机，所述的第三步进电机包括第三丝杆，所述的第三丝杆上方活动连接有支撑板，所述的支撑板连接于末端执行机构；通过支撑板的移动带动末端执行机构在x方向移动。

上述机构的运作方式为：

第一步进电机带动上下二个第一丝杆旋转，二个第一丝杆通过螺旋传动使垂直支架在y方向移动，垂直支架带动横向支架、末端执行机构在y方向移动。二个第二步进电机工作，带动相互平行的二个第二丝杆旋转，二个第二丝杆通过螺旋传动使横向支架在z方向移动，同时带动末端执行机构在z方向移动。第三步进电机工作，第三步进电机带动第三丝杆旋转，第三丝杆通过螺旋传动使支撑板在x方向移动，支撑板同时带动末端执行机构在x方向移动，使末端执行机构在三维空间接近草莓。

进一步，所述的矩形支架固定在底板的上方，且通过四个第一螺栓固定在底板上。

进一步，所述的第一步进电机通过螺钉固定在矩形支架上；所述的第二步进电机通过第一螺钉固定在垂直支架上；所述的第三步进电机通过螺钉固定在横向支架上。

进一步，所述的矩形支架与第一步进电机外框连接处的一端，通过螺钉固定连接有第一轴承座；所述的垂直支架与第二步进电机连接处的一端，通过第二螺钉固定连接有第二轴承座；所述的横向支架与第三步进电机连接处的一端，通过螺钉固定连接有第三轴承座。

进一步，所述的第一轴承座与第一步进电机之间通过第一丝杆连接；所述的第二轴承座与第二步进电机之间通过第二丝杆连接；所述的第三轴承座与第三步进电机之间通过第三丝杆连接。

进一步，所述的支撑板通过四个第六螺栓与末端执行机构相连；所述的末端执行机构中还包括底座；电机支架通过第四螺栓固定在底座上。

进一步，在底座的上端通过第七螺栓固定有轴承座，上盖通过第五螺钉固定在轴承座上；轴承座和上盖通过第一定位销、第二定位销定位。

进一步，所述的双向螺杆固定于轴承座上方；所述的双向螺杆两端通过轴承支承；透盖通过螺钉固定在轴承座和上盖上，且透盖位于轴承以及膜片联轴器之间；端盖通过第六螺钉固定在轴承座和上盖上；且端盖位于轴承的外侧。

进一步，所述的左刀片通过第三螺钉固定在左机械爪上，右刀片通过第四螺钉固定在右机械爪上；所述的左机械爪通过第二螺栓固定在左刀架上，右机械爪通过第五螺栓固定在右刀架上；所述的左刀架和右刀架远机械爪的一端放入底座上方设置的立板的长槽中。

本实用新型与现有技术相比的有益效果在于：

本实用新型通过设置三维移动机构以及末端执行机构，能够实现采摘装置的三维移动；通过左、右机械爪以及左、右刀片的结构设置能够一次完成果梗夹持和果梗剪断两个动作，采摘耗时短，装置结构简单，体积小，成本较低；

本实用新型的装置实现了草莓无损采摘，操作方便；当左、右机械爪上的左、右刀片完全闭合，切断果梗，机械爪仍然夹持果梗，机械爪不会与果实接触，避免了现有技术中采摘装置直接接触草莓，易损伤草莓的缺陷；

本实用新型的左右机械爪的闭合与张开、末端执行机构在三维空间移动均采用螺旋传动实现，结构简单，制造方便，运动准确性高，降速比大，传动平稳、无噪声，有自锁作用。

附图说明

图1为本实用新型草莓采摘装置总体结构示意图；

图2为本实用新型草莓采摘装置的三维移动机构示意图；

图3为本实用新型草莓采摘装置的横向支架以及垂直支架连接关系示意图；

图4为本实用新型草莓采摘装置的末端执行机构结构示意图；

图5为本实用新型草莓采摘装置的末端执行机构剖视图；

图6为本实用新型草莓采摘装置的末端执行机构A向视图；

其中，1-底板，2-第一步进电机，3-第一螺栓，4-矩形支架，5-第一丝杆，6-第二步进电机，7-第一螺钉，8-第二丝杆，9-横向支架，10-垂直支架，11-第二螺钉，12-第二轴承座，13-支撑板，14-第三轴承座，15-第三步进电机，16-第三丝杆，17-第一轴承座，18-第四步进电机，19-膜片联轴器，20-电机支架，21-第四螺栓，22-第七螺栓，23-底座，24-左刀架，25-第二螺栓，26-第三螺钉，27-左刀片，28-左机械爪，29-右机械爪，30-第四螺钉，31-右刀片，32-第五螺栓，33-右刀架，34-轴承座，35-第六螺钉，36-端盖，37-轴承，38-双向螺杆，39-立板，40-透盖，41-第三螺栓，42-第六螺栓，43-上盖，44-第五螺钉，45-第一定位销，46-第二定位销。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案及效果更加清楚，明确，以下列举实例对本实用新型进一步详细说明。应当指出此处所描述的具体实施仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，本实用新型的装置其主要由三维移动机构和末端执行机构组成，三维移动机构主要用于实现末端执行机构在x、y、z三个方向移动，末端执行机构主要用于实现草莓果梗夹持和果梗剪断。

如图1~6所示，本实用新型的三维移动机构包括二个第一步进电机2，二个第二步进电机6，第三步进电机15，二个第一丝杆5，二个第二丝杆8，第三丝杆16，二个第一轴承座17，二个第二轴承座12，第三轴承座14，矩形支架4，垂直支架 10， 横向支架9，支撑板13。第一步进电机2，通过螺钉固定在矩形支架4上，第二步进电机6通过第一螺钉7固定在垂直支架10上，第三步进电机15通过螺钉固定在横向支架9上。第一轴承座17通过螺钉固定在矩形支架4上，第二轴承座12通过第二螺钉11固定在垂直支架10上，第三轴承座14通过螺钉固定在横向支架9上。 第一丝杆5一端与第一轴承座17相连，另一端与第一步进电机2相连，第二丝杆8一端与第二轴承座12相连，另一端与第二步进电机6相连，第三丝杆16一端与第三轴承座14相连，另一端与第三步进电机15相连。矩形支架4通过四个第一螺栓3固定在底板1上，垂直支架10通过螺纹与二个第一丝杆5相连，横向支架9通过螺纹与二个第二丝杆8相连，支撑板13 通过螺纹与第三丝杆16相连，同时支撑板13通过四个第六螺栓42与末端执行机构相连。

末端执行机构包括第四步进电机18，膜片联轴器19，电机支架20，底座23，左刀架24，右刀架33，左刀片27，右刀片31，左机械爪28，右机械爪29，轴承座34，端盖36，双向螺杆38，轴承37，透盖40，上盖43。第四步进电机18通过第三螺栓41固定在电机支架20上，电机支架20通过第四螺栓21固定在底座23上，左刀片27通过第三螺钉26固定在左机械爪28上，右刀片31通过第四螺钉30固定在右机械爪29上，左机械爪28通过第二螺栓25固定在左刀架24上，右机械爪29通过第五螺栓32固定在右刀架33上，左刀架24和右刀架33通过螺纹与双向螺杆38连接，左刀架24和右刀架33一端放入立板39的长槽中，双向螺旋杆38通过膜片联轴器19与第四步进电机18相连，双向螺杆38上一侧有左旋螺纹，另一侧有右旋螺纹，轴承37支承双向螺杆38两端，上盖43通过第五螺钉44固定在轴承座34上，透盖40通过螺钉固定在轴承座34和上盖43上，端盖36通过第六螺钉35固定在轴承座34和上盖43上，轴承座34通过第七螺栓22固定在底座23上，末端执行机构通过第六螺栓42固定在三维移动机构上，轴承座34和上盖43通过第一定位销45、第二定位销46定位。

利用上述机构的运作方式如下：

启动二个第一步进电机2工作，第一步进电机2带动上下二个第一丝杆5旋转，二个第一丝杆5通过螺旋传动使垂直支架10在y方向移动，横向支架9与垂直支架10通过第二丝杆8连接，末端执行机构通过支撑板13与横向支架9连接，垂直支架10带动横向支架9、末端执行机构在y方向移动。二个第二步进电机6工作，带动相互平行的二个第二丝杆8旋转，二个第二丝杆8通过螺旋传动使横向支架9在z方向移动，同时带动末端执行机构在z方向移动。第三步进电机15工作，第三步进电机15带动第三丝杆16旋转，第三丝杆16通过螺旋传动使支撑板13在x方向移动，支撑板13与末端执行机构通过第六螺栓42连接， 同时带动末端执行机构在x方向移动，使末端执行机构在三维空间接近草莓。

接近草莓之后，双向螺杆38上一侧有左旋螺纹，另一侧有右旋螺纹，双向螺杆38二端由轴承37支承，并通过膜片联轴器19与第四步进电机18相连，第四步进电机18工作，带动左刀架24向右移动，右刀架33向左移动，左刀架24、右刀架33做相向运动的同时，带动左机械爪28、右机械爪29做相向运动夹持果梗，左机械爪28，右机械爪29相向运动的同时带动左刀片27，右刀片31做相向运动。当左机械爪28和右机械爪29相距1毫米时，左刀片27、右刀片31闭合切断果梗，下面的左机械爪28和右机械爪29依然夹紧果梗，机械爪随末端执行机构移动，将草莓放入果篮，完成草莓的采摘。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进，这些改进也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种剪夹一体的草莓采摘装置，包括三维移动机构以及安装在三维移动机构上的末端执行机构，其特征在于，所述的末端执行机构包括电机支架（20），所述的电机支架（20）在Y轴方向设置有第四步进电机（18），所述的第四步进电机（18）上连接有双向螺杆（38），所述的双向螺杆（38）通过膜片联轴器（19）与第四步进电机（18）相连；所述的双向螺杆（38）一侧有左旋螺纹，另一侧有右旋螺纹；所述的双向螺杆（38）通过螺纹分别连接左刀架（24）、右刀架（33）；所述的左刀架（24）、右刀架（33）在前端分别固定设置左机械爪（28）、右机械爪（29）；所述的左机械爪（28）、右机械爪（29）上方分别设置有左刀片（27）、右刀片（31）；通过膜片联轴器（19）让双向螺杆（38）旋转，带动左机械爪（28）向右移动，右机械爪（29）向左移动，当左、右机械爪上的左、右刀片完全闭合，切断果梗，机械爪仍然夹持果梗。

2.根据权利要求1所述的一种剪夹一体的草莓采摘装置，其特征在于，建立xyz轴坐标系，所述的三维移动机构实现末端执行机构在X、Y、Z的三个方向移动；所述的三维移动机构包括矩形支架（4），在矩形支架（4）Y轴方向的外框上下位置均设置第一步进电机（2），所述的第一步进电机（2）包括第一丝杆（5），上下两个第一丝杆（5）之间设置有垂直支架（10）；垂直支架（10）在Z轴方向设置有两个第二步进电机（6），所述的第二步进电机（6）包括第二丝杆（8）；垂直方向上的两个第二丝杆（8）在一侧设置有横向支架（9），横向支架（9）在X轴方向设置有第三步进电机（15），所述的第三步进电机（15）包括第三丝杆（16），所述的第三丝杆（16）上方活动连接有支撑板（13），所述的支撑板（13）连接于末端执行机构；通过支撑板（13）的移动带动末端执行机构在x方向移动。

3.根据权利要求2所述的一种剪夹一体的草莓采摘装置，其特征在于，所述的矩形支架（4）固定在底板（1）的上方，且通过四个第一螺栓（3）固定在底板（1）上。

4.根据权利要求2所述的一种剪夹一体的草莓采摘装置，其特征在于，所述的第一步进电机（2）通过螺钉固定在矩形支架（4）上；所述的第二步进电机（6）通过第一螺钉（7）固定在垂直支架（10）上；所述的第三步进电机（15）通过螺钉固定在横向支架（9）上。

5.根据权利要求2所述的一种剪夹一体的草莓采摘装置，其特征在于，所述的矩形支架（4）与第一步进电机（2）外框连接处的一端，通过螺钉固定连接有第一轴承座（17）；所述的垂直支架（10）与第二步进电机（6）连接处的一端，通过第二螺钉（11）固定连接有第二轴承座（12）；所述的横向支架（9）与第三步进电机（15）连接处的一端，通过螺钉固定连接有第三轴承座（14）。

6.根据权利要求5所述的一种剪夹一体的草莓采摘装置，其特征在于，所述的第一轴承座（17）与第一步进电机（2）之间通过第一丝杆（5）连接；所述的第二轴承座（12）与第二步进电机（6）之间通过第二丝杆（8）连接；所述的第三轴承座（14）与第三步进电机（15）之间通过第三丝杆（16）连接。

7.根据权利要求2所述的一种剪夹一体的草莓采摘装置，其特征在于，所述的支撑板（13）通过四个第六螺栓（42）与末端执行机构相连；所述的末端执行机构中还包括底座（23）；电机支架（20）通过第四螺栓（21）固定在底座（23）上。

8.根据权利要求7所述的一种剪夹一体的草莓采摘装置，其特征在于，在底座（23）的上端通过第七螺栓（22）固定有轴承座（34），上盖（43）通过第五螺钉（44）固定在轴承座（34）上；轴承座（34）和上盖（43）通过第一定位销（45）、第二定位销（46）定位。

9.根据权利要求8所述的一种剪夹一体的草莓采摘装置，其特征在于，双向螺杆（38）固定于轴承座（34）上方；所述的双向螺杆（38）两端通过轴承（37）支承；透盖（40）通过螺钉固定在轴承座（34）和上盖（43）上，且透盖（40）位于轴承（37）以及膜片联轴器（19）之间；端盖（36）通过第六螺钉（35）固定在轴承座（34）和上盖（43）上；且端盖（36）位于轴承（37）的外侧。

10.根据权利要求1所述的一种剪夹一体的草莓采摘装置，其特征在于，所述的左刀片（27）通过第三螺钉（26）固定在左机械爪（28）上，右刀片（31）通过第四螺钉（30）固定在右机械爪（29）上；所述的左机械爪（28）通过第二螺栓（25）固定在左刀架（24）上，右机械爪（29）通过第五螺栓（32）固定在右刀架（33）上；所述的左刀架（24）和右刀架（33）远机械爪的一端放入底座（23）上方设置的立板（39）的长槽中。