CN210304646U

CN210304646U - 一种果蔬分选机械手

Info

Publication number: CN210304646U
Application number: CN201921070476.7U
Authority: CN
Inventors: 彭彦昆; 马营; 赵苗
Original assignee: China Agricultural University
Current assignee: China Agricultural University
Priority date: 2019-07-10
Filing date: 2019-07-10
Publication date: 2020-04-14
Anticipated expiration: 2029-07-10

Abstract

本实用新型涉及农业技术领域，尤其涉及一种果蔬分选机械手，包括：抓取装置和检测装置，检测装置固定于抓取装置；抓取装置包括驱动机构、水平滑动机构和夹持机构，驱动机构通过水平滑动机构和夹持机构连接，用于驱动水平滑动机构水平滑动，带动夹持机构张开或收缩；检测装置包括近红外光谱仪、卤素灯和光纤探头，卤素灯围绕于光纤探头的周侧，光纤探头的一端与近红外光谱仪连接。本实用新型将近红外光谱检测分析技术与夹持装置相结合，在夹持装置抓取果蔬的同时对果蔬进行内部品质检测，然后根据检测结果对果蔬进行分级装箱。本实用新型结构简单，可实现果蔬无损检测分级。

Description

一种果蔬分选机械手

技术领域

本实用新型涉及农业技术领域，尤其涉及一种果蔬分选机械手。

背景技术

随着人们生活水平的提高，人们对于水果蔬菜的需求日益增加，对于水果蔬菜的品质也有了更高的要求，发展果蔬检测分级技术，研发果蔬检测分级装置分级是提高果蔬产业商品质量的有效手段。

近红外光谱检测技术使用简易仪器即可实现光谱信号的快速采集，样本无需进行预处理，并且光谱数据中信息量丰富，一次光谱采集获取的光谱数据可完成多种品质参数的预测。越来越多的研究关注于近红外光谱技术在水果内部品质在线检测和分级中的应用。但现在大多数在线检测装置都是检测后再由分选机构进行分选操作，分选执行机构采用料斗或果盘翻转使被测物体落下，或者采用挡板使不同级别的被测物滚落至不同区域，这样的分选机构适用于不易受损的水果，自由度较少，运行不够灵活，机械分选完成后，还需要人工进行装箱操作。

随着自动化技术和传感器技术的发展，机械手已广泛应用于多个生产领域，人们对于农产品日益增长的需求对农业生产提出了更高的要求，在农业生产领域机械手的研究越来越多，主要应用于采摘机器人上。由机械手完成水果的分拣，可以满足更加复杂的分选操作，并且机械手可在分选时完成装箱，省去了人工装箱的工序，可进一步提高工作效率。

实用新型内容

本实用新型实施例提供一种果蔬分选机械手，用以解决现有技术中果蔬光谱采集，同时进行分选，且分选时容易对果蔬造成损伤，自由度较少，运行不够灵活，操作复杂的问题。

本实用新型实施例提供一种果蔬分选机械手，包括：抓取装置和检测装置，所述检测装置固定于所述抓取装置；所述抓取装置包括驱动机构、水平滑动机构和夹持机构，所述驱动机构通过所述水平滑动机构和所述夹持机构连接，用于驱动所述水平滑动机构水平滑动，带动所述夹持机构张开或收缩；所述检测装置包括近红外光谱仪、卤素灯和光纤探头，所述卤素灯围绕于所述光纤探头的周侧，所述光纤探头的一端与所述近红外光谱仪连接。

其中，所述水平滑动机构包括第一安装架、第一滑轨、第二滑轨、第一齿条、第二齿条、第一滑块组、第二滑块组和第一齿轮，所述第一滑轨和所述第二滑轨分别平行安装于所述第一安装架，所述第一滑块组可滑动安装于所述第一滑轨内，所述第二滑块组可滑动安装于所述第二滑轨内，所述第一滑块组上固定有第一齿条，所述第二滑块组上固定有第二齿条，所述第一齿轮分别与所述第一齿条和所述第二齿条啮合连接，所述驱动机构的输出轴与所述第一齿轮驱动连接。

其中，所述水平滑动机构还包括第一连杆、第二连杆、第二安装架、第三滑轨、第四滑轨、第三齿条、第四齿条、第三滑块组、第四滑块组和第二齿轮，所述第三滑轨和所述第四滑轨分别平行安装于所述第二安装架，所述第三滑块组可滑动安装于所述第三滑轨内，所述第四滑块组可滑动安装于所述第四滑轨内，所述第三滑块组上固定有第三齿条，所述第四滑块组上固定有第四齿条，所述第二齿轮分别与所述第三齿条和所述第四齿条啮合连接，所述第一连杆和所述第二连杆均竖直设置，且所述第一连杆的一端连接于所述第一滑块组，另一端连接于所述第三滑块组，所述第二连杆的一端连接于第二滑块组，另一端连接于第四滑块组。

其中，所述抓取装置包括相对设置的第一夹持块和第二夹持块，所述第一夹持块固定安装于所述第三滑块组，所述第二夹持块固定安装于所述第四滑块组。

其中，所述第一夹持块和所述第二夹持块均为楔形。

其中，所述检测装置还包括灯架，所述灯架的轴心位置设有光纤安装孔，在所述光纤安装孔周围设有多个卤素灯固定孔。

其中，还包括安装套筒，所述安装套筒套设于所述灯架的外周侧。

其中，还包括第三安装架，所述近红外光谱仪安装于所述第三安装架，所述灯架的第一端固定于所述第三安装架。

其中，还包括弹性垫圈，所述弹性垫圈安装于灯架的第二端。

其中，还包括光纤套筒，所述光纤套筒套设于所述光纤探头的外周侧。

本实用新型实施例提供的一种果蔬分选机械手，将近红外光谱检测分析技术与夹持装置相结合，在夹持装置抓取果蔬的同时对果蔬进行内部品质检测，然后根据检测结果对果蔬进行分级装箱。本实用新型结构简单，可实现果蔬无损检测分级。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型一种果蔬分选机械手的结构示意图；

图2为本实用新型检测装置的爆炸图；

图3为本实用新型灯架的结构示意图；

图4为本实用新型夹持机构的结构示意图；

图5为本实用新型驱动机构的结构示意图。

图中：1、电机；2、第一安装架；3、第一滑轨；4、第二滑轨；5、第一齿条；6、第二齿条；7、第一滑块组；8、第二滑块组；9、第一齿轮；10、近红外光谱仪；11、卤素灯；12、光纤探头；13、第一连杆；14、第二连杆；15、第一夹持块；16、第二夹持块；17、灯架；18、安装套筒；19、第三安装架；20、光纤套筒；21、弹性垫圈；22、光纤安装孔；23、卤素灯固定孔。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-图5所示，本实用新型公开一种果蔬分选机械手，包括：抓取装置和检测装置，所述检测装置固定于所述抓取装置；所述抓取装置包括驱动机构、水平滑动机构和夹持机构，所述驱动机构通过所述水平滑动机构和所述夹持机构连接，用于驱动所述水平滑动机构水平滑动，带动所述夹持机构张开或收缩；所述检测装置包括近红外光谱仪10、卤素灯11和光纤探头12，所述卤素灯11围绕于所述光纤探头12的周侧，所述光纤探头12的一端与所述近红外光谱仪10连接。

具体的，本实用新型中的检测装置位于抓取装置的正中间位置，检测装置需保证在整个装置的下部才能在抓取过程中对果蔬进行检测，居中分布可使检测部位即为识别定位的位置，一般利用机器视觉识别物体位置时，识别的位置为物体的形心坐标，果蔬的型心位置为较为理想的检测部位。驱动机构可以位于抓取装置的上部。驱动机构采用电机1或舵机等提供输出动力；水平滑动机构将驱动机构的转矩转化为水平的直线运动，并驱动夹持机构进行水平平动，水平滑动机构可以为齿轮齿条机构或滚珠丝杠机构等；夹持机构用于夹持果蔬，其结构可以为钳子或夹持块等，在水平滑动机构的带动下可以张开或收缩。卤素灯11可选用卤钨灯珠，环绕在光纤探头12的周围布置，其作为光源可为多个，且呈环形布置，其照射在果蔬检测部位的光的形状也为环形，光源产生的环形光束照射在样本表面经漫透射后可被位于中央的光纤探头12接收，由近红外光谱仪10产生红外光谱图。

其中，如图5所示，所述水平滑动机构包括第一安装架2、第一滑轨3、第二滑轨4、第一齿条5、第二齿条6、第一滑块组7、第二滑块组8和第一齿轮9，所述第一滑轨3和所述第二滑轨4分别平行安装于所述第一安装架2，所述第一滑块组7可滑动安装于所述第一滑轨3内，所述第二滑块组8可滑动安装于所述第二滑轨4内，所述第一滑块组7上固定有第一齿条5，所述第二滑块组8上固定有第二齿条6，所述第一齿轮9分别与所述第一齿条5和所述第二齿条6啮合连接，所述驱动机构的输出轴与所述第一齿轮9驱动连接。本实施例中采用齿轮齿条结构将驱动机构输出的转矩转化为水平直线运动。驱动机构带动第一齿轮转动9，与第一齿轮9啮合的第一齿条5和第二齿条6进行水平平动，优选地第一齿条5和第一齿轮9的啮合点与第二齿条6和第一齿轮9的啮合点呈180°，即第一齿条5和第二齿条6分别连接于第一齿轮9的两侧，这样第一齿轮9转动时，第一齿条5和第二齿条6分别向相反方向移动，即两者同时相互靠近或同时相互远离。第一滑块组7和第二滑块组8均为成对滑块出现，即第一滑块组7包括设置在第一齿条5两端的滑块，第二滑块组8包括设置在第二齿条6两端的滑块，且滑块组在滑轨内滑动而不脱出，保证齿条的稳定滑动。

其中，所述水平滑动机构还包括第一连杆13、第二连杆14、第二安装架、第三滑轨、第四滑轨、第三齿条、第四齿条、第三滑块组、第四滑块组和第二齿轮，所述第三滑轨和所述第四滑轨分别平行安装于所述第二安装架，所述第三滑块组可滑动安装于所述第三滑轨内，所述第四滑块组可滑动安装于所述第四滑轨内，所述第三滑块组上固定有第三齿条，所述第四滑块组上固定有第四齿条，所述第二齿轮分别与所述第三齿条和所述第四齿条啮合连接，所述第一连杆和所述第二连杆均竖直设置，且所述第一连杆的一端连接于所述第一滑块组，另一端连接于所述第三滑块组，所述第二连杆的一端连接于第二滑块组，另一端连接于第四滑块组。本实施例中的结构与上述水平滑动机构的结构一致，与图5中的结构相同，在此不再赘述该结构，通过第一连杆13、第二连杆14将上、下两个水平滑动机构连接起来，带动本实施例的水平滑动机构进行水平滑动，并使夹持机构张开或收缩。具体地，本实施例中的第三滑块组、第四滑块组也均为两个滑块，第一连杆13和第二连杆14分别连接相对应的滑块，第一滑块组7通过第一连杆13传动，带动第三滑块组水平平动，第二滑块8组通过第二连杆14传动，带动第四滑块组水平平动。

其中，所述抓取装置包括相对设置的第一夹持块15和第二夹持块16，所述第一夹持块15固定安装于所述第三滑块组，所述第二夹持块16固定安装于所述第四滑块组。第一夹持块15和第二夹持块16由第三滑块组和第四滑块组的带动，夹取或松开果蔬，第一夹持块15和第二夹持块16可选用柔软的软胶材料制成，避免夹持时损伤水果。优选地，所述第一夹持块15和所述第二夹持块16均为楔形。该结构的夹持块不会顺着压力方向弯曲，而是向压力的反方向弯曲，该结构作为机械手的夹持机构在抓取物体时能够对物体起到合拢的作用，能够适应不同形状的物体，结构设计简单，有着良好的抓取性能。

其中，所述检测装置还包括灯架17，所述灯架17的轴心位置设有光纤安装孔22，在所述光纤安装孔22周围设有多个卤素灯固定孔23。光纤探头12从光纤安装孔22中穿过，卤素灯固定孔23用于固定卤素灯11。具体地，灯架17的结构为中空圆柱体，内部具有一个平台，光纤安装孔22和卤素灯固定孔23设置在该平台上，卤素灯11固定孔的个数为六个，且沿圆周分布，对应可最多安装六个卤素灯11。

其中，还包括安装套筒18，所述安装套筒18套设于所述灯架17的外周侧，起到保护的作用。

其中，还包括第三安装架19，所述近红外光谱仪10安装于所述第三安装架19，所述灯架17的第一端固定于所述第三安装架19。第三安装架19可固定于第二安装架上，用于安装检测装置的近红外光谱仪10、灯架17等，将检测装置与抓取装置两者固定在一起。具体地，第三安装架19为中空圆柱体，其内部可放置近红外光谱仪10，底部固定在第二安装架上，且安装有灯架17。优选地，还包括弹性垫圈21，所述弹性垫圈21安装于灯架17的第二端。优选地，本实施例的弹性垫圈21可采用橡胶材料制成，可以贴合在不同形状的水果的表面，防止外界光的干扰，为光谱采集制造黑暗避光的环境，外界的环境光不含有果蔬样本的光谱数据，会对预测结果造成影响。

其中，还包括光纤套筒20，所述光纤套筒20套设于所述光纤探头12的外周侧。利用光纤套筒20将光纤探头12和卤素灯11隔开，可避免来自卤素灯11的光未照射在果蔬样本表面而直接被光纤探头12接收，直接来自卤素灯11的光不含有果蔬样本的光谱数据，会对预测结果造成影响。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种果蔬分选机械手，其特征在于，包括：抓取装置和检测装置，所述检测装置固定于所述抓取装置；所述抓取装置包括驱动机构、水平滑动机构和夹持机构，所述驱动机构通过所述水平滑动机构和所述夹持机构连接，用于驱动所述水平滑动机构水平滑动，带动所述夹持机构张开或收缩；所述检测装置包括近红外光谱仪、卤素灯和光纤探头，所述卤素灯围绕于所述光纤探头的周侧，所述光纤探头的一端与所述近红外光谱仪连接。

2.根据权利要求1所述的果蔬分选机械手，其特征在于，所述水平滑动机构包括第一安装架、第一滑轨、第二滑轨、第一齿条、第二齿条、第一滑块组、第二滑块组和第一齿轮，所述第一滑轨和所述第二滑轨分别平行安装于所述第一安装架，所述第一滑块组可滑动安装于所述第一滑轨内，所述第二滑块组可滑动安装于所述第二滑轨内，所述第一滑块组上固定有第一齿条，所述第二滑块组上固定有第二齿条，所述第一齿轮分别与所述第一齿条和所述第二齿条啮合连接，所述驱动机构的输出轴与所述第一齿轮驱动连接。

3.根据权利要求2所述的果蔬分选机械手，其特征在于，所述水平滑动机构还包括第一连杆、第二连杆、第二安装架、第三滑轨、第四滑轨、第三齿条、第四齿条、第三滑块组、第四滑块组和第二齿轮，所述第三滑轨和所述第四滑轨分别平行安装于所述第二安装架，所述第三滑块组可滑动安装于所述第三滑轨内，所述第四滑块组可滑动安装于所述第四滑轨内，所述第三滑块组上固定有第三齿条，所述第四滑块组上固定有第四齿条，所述第二齿轮分别与所述第三齿条和所述第四齿条啮合连接，所述第一连杆和所述第二连杆均竖直设置，且所述第一连杆的一端连接于所述第一滑块组，另一端连接于所述第三滑块组，所述第二连杆的一端连接于第二滑块组，另一端连接于第四滑块组。

4.根据权利要求3所述的果蔬分选机械手，其特征在于，所述抓取装置包括相对设置的第一夹持块和第二夹持块，所述第一夹持块固定安装于所述第三滑块组，所述第二夹持块固定安装于所述第四滑块组。

5.根据权利要求4所述的果蔬分选机械手，其特征在于，所述第一夹持块和所述第二夹持块均为楔形。

6.根据权利要求1所述的果蔬分选机械手，其特征在于，所述检测装置还包括灯架，所述灯架的轴心位置设有光纤安装孔，在所述光纤安装孔周围设有多个卤素灯固定孔。

7.根据权利要求6所述的果蔬分选机械手，其特征在于，还包括安装套筒，所述安装套筒套设于所述灯架的外周侧。

8.根据权利要求6所述的果蔬分选机械手，其特征在于，还包括第三安装架，所述近红外光谱仪安装于所述第三安装架，所述灯架的第一端固定于所述第三安装架。

9.根据权利要求8所述的果蔬分选机械手，其特征在于，还包括弹性垫圈，所述弹性垫圈安装于灯架的第二端。

10.根据权利要求1所述的果蔬分选机械手，其特征在于，还包括光纤套筒，所述光纤套筒套设于所述光纤探头的外周侧。