CN211630892U - 一种林果柔性采摘机械手 - Google Patents

Abstract

本技术涉及林业机械领域，提供一种林果采收机的附件，是一种林果柔性采摘机械手，与林果采收机连接后，可以适宜于不同形状及不同果径大小的林果采摘作业；包括固设在连接法兰下面的基座，沿基座的周向均布设置在基座下面由弹性材料制成且由中空的三个指套和分别设置在三个指套内密闭的第一气室、第二气室、第三气室构成的第一手指、第二手指、第三手指；第一气室Ⅰ、第二气室Ⅰ和第三气室Ⅰ皆仅与第一气源相通，第二气室Ⅱ、第三气室Ⅱ皆仅与第二气源相通，第一气室Ⅱ、第二气室Ⅲ和第三气室Ⅲ皆仅与第三气源相通，第二气室Ⅳ和第三气室Ⅳ皆仅与第四气源相通；第一气源、第二气源、第三气源、第四气源的供气压力各不相同。

Description

一种林果柔性采摘机械手

技术领域

本技术涉及林业机械领域，提供一种林果采收机的附件，是一种林果柔性采摘机械手，与林果采收机连接后，可以适宜于不同形状及不同果径大小的林果采摘作业。

背景技术

在现有技术中，由林果采摘机械手承担的林果抓取采摘是重要的林果采摘作业方式，林果采摘机械手的抓取工作主要靠刚性机械手以及真空吸盘来完成。刚性机械手结构复杂，控制较为困难，而且很难对果实实现无损抓取；真空吸盘仅对表面较为光滑的目标效果较好，而不适用于表面粗糙的目标。现有柔性采摘机械手中，大部分机械手的手指仅可朝一个方向弯曲且仅适用于一定形状的水果，少部分机械手的手指可换向操作必须依靠手指基座的旋转实现，这便要增设一道转动机构，增加整体的复杂性和制造难度。

发明内容

本技术的目的是提供一种林果柔性采摘机械手，与林果采收机连接后，可以适宜于不同形状及不同果径大小的林果采摘作业。

本技术的目的是通过以下技术方案实现：

一种林果柔性采摘机械手，包括具有连接孔的连接法兰，还包括固设在连接法兰下面的基座，沿基座的周向均布设置在基座下面由弹性材料制成且由中空的三个指套和分别设置在三个指套内密闭的第一气室、第二气室、第三气室构成的第一手指、第二手指、第三手指。

圆柱形的指套为沿指套本体的周向凸设在指套本体上的套凸和凹设在指套本体上的套凹交错分布的波纹指套。

圆柱形的气室为沿气室本体的周向凸设在气室本体上且外壁与套凸内壁紧密贴合的室凸和凹设在气室本体上且外壁与套凹内壁紧密贴合的室凹交错分布的波纹气室。

第一气室包括沿指套纵向设置在指套内两个相同且彼此之间固联的第一小气室，两个横截面为半圆缺形的第一小气室沿基座的径向由内而外向背设置，位于外侧的第一小气室为第一气室Ⅰ，位于内侧的第一小气室为第一气室Ⅱ。

关于基座轴切面对称的第二气室和第三气室均由沿指套纵向设置的两个相同的较小气室和两个相同的较大气室沿指套的周向交错分布在指套内而成，较小气室的横截面为圆心角为60°±5°的扇形，较大气室的横截面为圆心角为120°∓5°的扇形；在仰视方向，第二气室的两个较小气室和两个较大气室由位于第二气室外侧的较大气室始沿逆时针方向依次为彼此之间固联的第二气室Ⅰ、第二气室Ⅱ、第二气室Ⅲ、第二气室Ⅳ，第三气室的两个较小气室和两个较大气室由位于第三气室外侧的较大气室始沿逆时针方向依次为彼此之间固联的第三气室Ⅰ、第三气室Ⅱ、第三气室Ⅲ、第三气室Ⅳ。

第一气室Ⅰ、第二气室Ⅰ和第三气室Ⅰ皆仅与第一气源相通，第二气室Ⅱ、第三气室Ⅱ皆仅与第二气源相通，第一气室Ⅱ、第二气室Ⅲ和第三气室Ⅲ皆仅与第三气源相通，第二气室Ⅳ和第三气室Ⅳ皆仅与第四气源相通；第一气源、第二气源、第三气源、第四气源的供气压力各不相同。

本技术的有益效果是：

上述的林果柔性采摘机械手使用时，手指Z可以在两种模式下工作：

（1）通过第一气源、第二气源通入较多气体、第三气源、第四气源通入较少气体，从而使得第一气室Ⅰ、第二气室Ⅰ、第二气室Ⅱ、第三气室Ⅰ、第三气室Ⅱ中的气体量大于第一气室Ⅱ、第二气室Ⅲ、第二气室Ⅳ、第三气室Ⅲ、第三气室Ⅳ，此时第一手指、第二手指、第三手指共同作用适宜于抓取球形林果；

（2）通过第一气源、第四气源通入较多气体、第二气源、第三气源通入较少气体，从而使得第一气室Ⅰ、第二气室Ⅰ、第二气室Ⅳ、第三气室Ⅰ、第三气室Ⅳ中的气体量大于第一气室Ⅱ、第二气室Ⅱ、第二气室Ⅲ、第三气室Ⅱ、第三气室Ⅲ，此时第一手指、第二手指、第三手指共同作用适宜于抓取长形果实。

上述的林果柔性采摘机械手，与林果采收机连接后，可以适宜于不同形状及不同果径大小的林果采摘作业。

上述的林果柔性采摘机械手，在基座的下面通过升降装置移动设置有用于限定第一手指、第二手指、第三手指工作长度的升降台；升降装置包括固设在基座下表面上三个竖置的中空基座，固联在升降台上表面上移动设置在基座内的导柱，设置在基座和升降台之间与第五气源相通的气囊；在升降台上沿升降台的周向均布三个穿越孔，第一手指、第二手指、第三手指分别对应设置在三个穿越孔内。

上述的林果柔性采摘机械手，在升降台下面设置有用于检测第一手指、第二手指、第三手指间林果存在状态的红外传感器。

上述的林果柔性采摘机械手，还包括设置在基座上具有分别与第一气源、第二气源、第三气源、第四气源、第五气源相通的第一气孔、第二气孔、第三气孔、第四气孔、第五气孔的阀岛；第一气室Ⅰ、第二气室Ⅰ和第三气室Ⅰ皆通过第一气孔与第一气源相通，第二气室Ⅱ、第三气室Ⅱ皆通过第二气孔与第二气源相通，第一气室Ⅱ、第二气室Ⅲ和第三气室Ⅲ皆通过第三气孔与第三气源相通，第二气室Ⅳ和第三气室Ⅳ皆通过第四气孔与第四气源相通，气囊通过第五气孔与第五气源相通。

上述的林果柔性采摘机械手，在第一手指、第二手指、第三手指的内侧皆设置有用于分别检测第一手指、第二手指、第三手指施加于林果压力的压力感受器。

上述的林果柔性采摘机械手，第一气室内部由密封设置在第一气室内的第一隔板分隔为第一气室Ⅰ和第一气室Ⅱ；第二气室和第三气室内部均分别由密封设置在第二气室和第三气室内的交叉隔板分隔为两个相同的较小气室和两个相同的较大气室。

附图说明

图1 是一种林果柔性采摘机械手的示意图视角1；

图2 是一种林果柔性采摘机械手的示意图视角2；

图3 是图2的A局部放大图；

图4 是图2的A向视图；

图5 是拆除了指套的一种林果柔性采摘机械手的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本技术作进一步说明：

参见图1-图5所示的一种林果柔性采摘机械手，包括具有用于与林果采收机连接的连接孔15的连接法兰1，还包括固设在连接法兰1下面的基座2，沿基座2的周向均布设置在基座2下面由弹性材料制成且由中空的三个指套16和分别设置在三个指套16内密闭的第一气室10、第二气室11、第三气室12构成的第一手指01、第二手指02、第三手指03。第一气室10、第二气室11、第三气室12统称为气室q，第一手指01、第二手指02、第三手指03统称为手指z。

较常使用的制成手指z的弹性材料有软橡胶、软塑料，本案中，选用软橡胶材料。

圆柱形的指套16为沿指套本体16-1的周向凸设在指套本体16-1上的套凸16-2和凹设在指套本体16-1上的套凹16-3交错分布的波纹指套，在指套本体16-1的下端固设有用于手指抓取林果时进行导向的导入段16-4。

圆柱形的气室q为沿气室本体q-1的周向凸设在气室本体q-1上且外壁与套凸16-2内壁紧密贴合的室凸q-2和凹设在气室本体q-1上且外壁与套凹16-3内壁紧密贴合的室凹q-3交错分布的波纹气室。

第一气室10包括沿指套16纵向设置在指套16内两个相同且彼此之间固联的第一小气室，两个横截面为半圆缺形的第一小气室沿基座2的径向由内而外向背设置，位于外侧的第一小气室为第一气室Ⅰ10-1，位于内侧的第一小气室为第一气室Ⅱ10-2。圆缺形是一个圆用一条直线切掉一部分形成的几何图形，所述直线与所述圆的经线重合形成的几何图形为半圆缺形。

关于基座2轴切面对称的第二气室11和第三气室12均由沿指套16纵向设置的两个相同的较小气室和两个相同的较大气室沿指套16的周向交错分布在指套16内而成，较小气室的横截面为圆心角为60°±5°（本案中取该圆心角为60°）的扇形，较大气室的横截面为圆心角为120°∓5°（本案中取该圆心角为120°）的扇形。

在仰视方向（图示中为A向），第二气室11的两个较小气室和两个较大气室由位于第二气室11外侧的较大气室始沿逆时针方向依次为彼此之间固联的第二气室Ⅰ11-1、第二气室Ⅱ11-2、第二气室Ⅲ11-3、第二气室Ⅳ11-4。第三气室12的两个较小气室和两个较大气室由位于第三气室12外侧的较大气室始沿逆时针方向依次为彼此之间固联的第三气室Ⅰ12-1、第三气室Ⅱ12-2、第三气室Ⅲ12-3、第三气室Ⅳ12-4。

具体实施时，第一气室10内部由密封设置在第一气室10内的第一隔板b1分隔为第一气室Ⅰ10-1和第一气室Ⅱ10-2。

第二气室11和第三气室12内部均分别由密封设置在第二气室11和第三气室12内的交叉隔板b4分隔为两个相同的较小气室和两个相同的较大气室。交叉隔板b4包括相互交叉密封连接的第二隔板b2和第三隔板b3，第二隔板b2和第三隔板b3间二面角角为60°±5°，本案中，取该二面角为60°。

第一气室Ⅰ10-1、第二气室Ⅰ11-1和第三气室Ⅰ12-1皆仅与第一气源相通，第二气室Ⅱ11-2、第三气室Ⅱ12-2皆仅与第二气源相通，第一气室Ⅱ10-2、第二气室Ⅲ11-3和第三气室Ⅲ12-3皆仅与第三气源相通，第二气室Ⅳ11-4和第三气室Ⅳ12-4皆仅与第四气源相通。第一气源、第二气源、第三气源、第四气源的供气压力各不相同。

上述的林果柔性采摘机械手，在基座2的下面通过升降装置移动设置有用于限定第一手指01、第二手指02、第三手指03工作长度的升降台7。升降装置包括固设在基座2下表面上三个竖置的中空基座5，固联在升降台7上表面上移动设置在基座5内的导柱6，设置在基座2和升降台7之间与第五气源相通的气囊8，竖向设置的气囊8的顶端与基座2固联、下端与升降台7固联，在升降台7上沿升降台7的周向均布三个穿越孔9，第一手指01、第二手指02、第三手指03分别对应设置在三个穿越孔9内，为保证升降台7可靠的限定第一手指01、第二手指02、第三手指03工作长度，又升降台7相对于第一手指01、第二手指02、第三手指03运行灵活，穿越孔9与手指z采用大间隙配合。

具体实施时，上述的林果柔性采摘机械手，还包括设置在基座2上具有分别与第一气源、第二气源、第三气源、第四气源、第五气源相通的第一气孔3-1、第二气孔3-2、第三气孔3-3、第四气孔3-4、第五气孔4的阀岛3。第一气室Ⅰ10-1、第二气室Ⅰ11-1和第三气室Ⅰ12-1皆通过第一气孔3-1与第一气源相通，第二气室Ⅱ11-2、第三气室Ⅱ12-2皆通过第二气孔3-2与第二气源相通，第一气室Ⅱ10-2、第二气室Ⅲ11-3和第三气室Ⅲ12-3皆通过第三气孔3-3与第三气源相通，第二气室Ⅳ11-4和第三气室Ⅳ12-4皆通过第四气孔3-4与第四气源相通，气囊8通过第五气孔4与第五气源相通。

上述的林果柔性采摘机械手，事实上，是以升降台7与第一手指01、第二手指02、第三手指03的交界处为支点，在各小气室内通入不同供气压力的压缩空气致各手指z内固联为一体的气室q在不同方向发生弯曲驱动相应手指z弯曲。当第五气源向气囊8内充气即气囊8竖向膨胀驱动升降台7向远离基座2方向移动时，第一手指01、第二手指02、第三手指03的工作长度缩短，适宜于抓取林果的果径较大；相反，则，第一手指01、第二手指02、第三手指03的工作长度伸长，适宜于抓取林果的果径较小。

上述的林果柔性采摘机械手，在升降台7下面设置有用于检测第一手指01、第二手指02、第三手指03间林果存在状态（手指z之间否有林果）的红外传感器13。

上述的林果柔性采摘机械手，在第一手指01、第二手指02、第三手指03的内侧皆设置有用于分别检测第一手指01、第二手指02、第三手指03施加于林果压力的压力感受器14。

上述的林果柔性采摘机械手使用时：

使用穿过连接孔15的连接螺栓，将上述的林果柔性采摘机械手与林果采收机的连接部可靠连接；

手指Z可以在两种模式下工作：

（1）第一气孔3-1、第二气孔3-2内通入较多气体，第三气孔3-3、第四气孔3-4通较少气体，从而使得第一气室Ⅰ10-1、第二气室Ⅰ11-1、第二气室Ⅱ11-2、第三气室Ⅰ12-1、第三气室Ⅱ12-2中的气体量大于第一气室Ⅱ10-2、第二气室Ⅲ11-3、第二气室Ⅳ11-4、第三气室Ⅲ12-3、第三气室Ⅳ12-4，此时第一手指01、第二手指02、第三手指03共同作用适宜于抓取球形林果；当球形林果果径较大时，升降台7下行，第一手指01、第二手指02、第三手指03工作长度缩短，当球形林果果径较小时，升降台7上行，第一手指01、第二手指02、第三手指03工作长度伸长；

（2）第一气孔3-1、第四气孔3-4通较多气体，第二气孔3-2、第三气孔3-3内内通较少气体，从而使得第一气室Ⅰ10-1、第二气室Ⅰ11-1、第二气室Ⅳ11-4、第三气室Ⅰ12-1、第三气室Ⅳ12-4中的气体量大于第一气室Ⅱ10-2、第二气室Ⅱ11-2、第二气室Ⅲ11-3、第三气室Ⅱ12-2、第三气室Ⅲ12-3，此时第一手指01、第二手指02、第三手指03共同作用适宜于抓取长形果实。

本技术的有益效果是：

上述的林果柔性采摘机械手，与林果采收机连接后，可以适宜于不同形状及不同果径大小的林果采摘作业。

Claims (6)

1.一种林果柔性采摘机械手，包括具有连接孔的连接法兰，其特征是，还包括固设在连接法兰下面的基座，沿基座的周向均布设置在基座下面由弹性材料制成且由中空的三个指套和分别设置在三个指套内密闭的第一气室、第二气室、第三气室构成的第一手指、第二手指、第三手指；

圆柱形的指套为沿指套本体的周向凸设在指套本体上的套凸和凹设在指套本体上的套凹交错分布的波纹指套；

圆柱形的气室为沿气室本体的周向凸设在气室本体上且外壁与套凸内壁紧密贴合的室凸和凹设在气室本体上且外壁与套凹内壁紧密贴合的室凹交错分布的波纹气室；

第一气室包括沿指套纵向设置在指套内两个相同且彼此之间固联的第一小气室，两个横截面为半圆缺形的第一小气室沿基座的径向由内而外向背设置，位于外侧的第一小气室为第一气室Ⅰ，位于内侧的第一小气室为第一气室Ⅱ；

关于基座轴切面对称的第二气室和第三气室均由沿指套纵向设置的两个相同的较小气室和两个相同的较大气室沿指套的周向交错分布在指套内而成，较小气室的横截面为圆心角为60°±5°的扇形，较大气室的横截面为圆心角为120°∓5°的扇形；在仰视方向，第二气室的两个较小气室和两个较大气室由位于第二气室外侧的较大气室始沿逆时针方向依次为彼此之间固联的第二气室Ⅰ、第二气室Ⅱ、第二气室Ⅲ、第二气室Ⅳ，第三气室的两个较小气室和两个较大气室由位于第三气室外侧的较大气室始沿逆时针方向依次为彼此之间固联的第三气室Ⅰ、第三气室Ⅱ、第三气室Ⅲ、第三气室Ⅳ；

第一气室Ⅰ、第二气室Ⅰ和第三气室Ⅰ皆仅与第一气源相通，第二气室Ⅱ、第三气室Ⅱ皆仅与第二气源相通，第一气室Ⅱ、第二气室Ⅲ和第三气室Ⅲ皆仅与第三气源相通，第二气室Ⅳ和第三气室Ⅳ皆仅与第四气源相通；第一气源、第二气源、第三气源、第四气源的供气压力各不相同。

2.根据权利要求1所述的林果柔性采摘机械手，其特征是，在基座的下面通过升降装置移动设置有用于限定第一手指、第二手指、第三手指工作长度的升降台；升降装置包括固设在基座下表面上三个竖置的中空基座，固联在升降台上表面上移动设置在基座内的导柱，设置在基座和升降台之间与第五气源相通的气囊；在升降台上沿升降台的周向均布三个穿越孔，第一手指、第二手指、第三手指分别对应设置在三个穿越孔内。

3.根据权利要求2所述的林果柔性采摘机械手，其特征是，在升降台下面设置有用于检测第一手指、第二手指、第三手指间林果存在状态的红外传感器。

4.根据权利要求1或2所述的林果柔性采摘机械手，其特征是，还包括设置在基座上具有分别与第一气源、第二气源、第三气源、第四气源、第五气源相通的第一气孔、第二气孔、第三气孔、第四气孔、第五气孔的阀岛；第一气室Ⅰ、第二气室Ⅰ和第三气室Ⅰ皆通过第一气孔与第一气源相通，第二气室Ⅱ、第三气室Ⅱ皆通过第二气孔与第二气源相通，第一气室Ⅱ、第二气室Ⅲ和第三气室Ⅲ皆通过第三气孔与第三气源相通，第二气室Ⅳ和第三气室Ⅳ皆通过第四气孔与第四气源相通，气囊通过第五气孔与第五气源相通。

5.根据权利要求1所述的林果柔性采摘机械手，其特征是，在第一手指、第二手指、第三手指的内侧皆设置有用于分别检测第一手指、第二手指、第三手指施加于林果压力的压力感受器。

6.根据权利要求1所述的林果柔性采摘机械手，其特征是，第一气室内部由密封设置在第一气室内的第一隔板分隔为第一气室Ⅰ和第一气室Ⅱ；第二气室和第三气室内部均分别由密封设置在第二气室和第三气室内的交叉隔板分隔为两个相同的较小气室和两个相同的较大气室。

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