KR102367695B1 - The end effector for harvesting and how to use it - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은, 구동력으로 모터만을 이용하고, 구동캠으로 각도를 제어하는 것에 의하여, 대기, 개방, 고정, 절단 동작을 수행하고, 상기 절단 동작은 와이어소의 직선 왕복 운동에 의하여 이루어지는, 수확용 엔드 이펙터 및 그 사용 방법에 관한 것이다.The present invention uses only a motor as a driving force, and by controlling the angle with a driving cam, standby, opening, fixing, and cutting operations are performed, and the cutting operation is made by a linear reciprocating motion of a wire saw, harvesting end effector and methods of use thereof.
수확용 엔드 이펙터에 관한 선행기술로, 등록특허공보 제10-0667220호(2007. 01. 04. 등록)에는, 높은 곳에 위치한 과수의 전정 및 수확작업을 인간 수준의 작업 속도로 수행하기 위하여, 작업대; 상기 작업대에 실질적으로 수직한 방향으로 신장과 수축이 가능한 수직 암 및 상기 수직 암과 연결되고 상기 수직 암과 실질적으로 직각인 방향으로 신장과 수축이 가능한 수평 암을 구비하는 머니퓰레이터; 및 상기 수평 암의 일단에 배치되며, 수확 대상물의 가지를 유인하고 결속하며, 절단하는 장치를 구비하는 엔드 이펙터를 포함하는 전정 수확 시스템 및 전정 수확 방법에 관한 기술이 개시되어 있다.As a prior art related to the end effector for harvesting, Patent Publication No. 10-0667220 (registered on Jan. 04, 2007) discloses that in order to perform pruning and harvesting of fruit trees located in high places at human-level working speed, a workbench ; a manipulator comprising: a vertical arm capable of extending and contracting in a direction substantially perpendicular to the work table; and a horizontal arm connected to the vertical arm and capable of extending and contracting in a direction substantially perpendicular to the vertical arm; and an end effector disposed at one end of the horizontal arm, and an end effector having a device for attracting, binding, and cutting branches of a harvest object.
또한, 등록특허공보 제10-2133716호(2020. 07. 08. 등록)에는, 만곡된 형상의 하우징 만곡부를 형성하는 하우징; 상기 하우징에 결합되는 제1 헤드; 상기 하우징에 결합되며, 상기 하우징 만곡부를 기준으로 상기 제1 헤드의 맞은편에 위치하고, 상기 제1 헤드와 마주하는 제2 헤드; 그리고 상기 하우징에 설치되고, 상기 제1 헤드와 상기 제2 헤드 중 적어도 하나에 결합되어 동력을 제공하는 구동부를 포함하며, 제1 헤드와 제2 헤드 중 상기 구동부에 연결된 헤드는, 구동부에 의해 제1 헤드와 제2 헤드 중 다른(another) 헤드를 향해 접근하거나 후퇴하며, 상기 제1 헤드는, 제1 커팅부; 그리고 제1 홀더(holder)를 포함하고, 상기 제2 헤드는, 상기 제1 커팅부에 대응되어 형성되고, 상기 제1 헤드와 상기 제2 헤드가 서로 접근하면, 상기 제1 커팅부와 맞물리는 제2 커팅부; 그리고 상기 제1 홀더를 마주하는 제2 홀더를 포함하는, 엔드 이펙터에 관한 기술이 개시되어 있다,In addition, in Patent Publication No. 10-2133716 (registered on Jul. 08, 2020), a housing forming a curved housing having a curved shape; a first head coupled to the housing; a second head coupled to the housing, positioned opposite the first head with respect to the housing curved portion, and facing the first head; and a driving unit installed in the housing and coupled to at least one of the first head and the second head to provide power, wherein a head connected to the driving unit among the first head and the second head is operated by the driving unit Approaching or retreating toward the other of the first head and the second head, the first head includes: a first cutting part; and a first holder, wherein the second head is formed to correspond to the first cutting unit, and is engaged with the first cutting unit when the first head and the second head approach each other. a second cutting unit; and a second holder facing the first holder, there is disclosed a technology related to an end effector,
또한, 등록특허공보 제10-1999636호(2019. 07. 08. 등록)에는, 프레임 유닛; 상기 프레임 유닛에 위치하는 슬라이딩 바디 및 상기 슬라이딩 바디에 결합되는 블레이드(blade)를 구비하는 커팅 유닛; 상기 프레임 유닛에 위치하되 마주하는 제1 그립부와 제2 그립부를 구비하고, 상기 제1 그립부의 후단부와 상기 제2 그립부의 후단부 중 적어도 하나가 각각 상기 커팅 유닛에 결합되는 그립 유닛; 그리고 상기 프레임 유닛을 통해 상기 커팅 유닛에 결합되며, 상기 커팅 유닛에 구동력을 제공하여 상기 커팅 유닛을 전후로 이동시키는 구동부를 포함하고, 상기 제1 및 제2 그립부 중 상기 커팅 유닛에 결합되는 결합 그립부는, 상기 프레임 유닛에 힌지(hinge) 결합되며, 상기 제1 그립부의 전단부와 상기 제2 그립부의 전단부는, 상기 슬라이딩 바디가 전방으로 이동하면, 서로 접근하고, 상기 슬라이딩 바디가 후방으로 이동하면, 서로 멀어지는, 엔드이펙터(end-effector)에 관한 기술이 개시되어 있다.In addition, in Patent Publication No. 10-1999636 (registered on July 08, 2019), a frame unit; a cutting unit having a sliding body positioned on the frame unit and a blade coupled to the sliding body; a grip unit positioned on the frame unit, the grip unit having a first grip portion and a second grip portion facing each other, at least one of a rear end of the first grip portion and a rear end of the second grip portion being coupled to the cutting unit, respectively; and a driving unit coupled to the cutting unit through the frame unit and providing a driving force to the cutting unit to move the cutting unit back and forth; , is hinged to the frame unit, and the front end of the first grip part and the front end of the second grip part approach each other when the sliding body moves forward, and when the sliding body moves rearward, Disclosed is an end-effector that moves away from each other.
또한, 공개특허공보 제10-2019-0122227호(2019. 10. 29. 공개)에는, 과일 클러스터 관련 데이터 관련 정보를 획득하도록 구성된 센서 유닛; 폐쇄형 운동 체인 메커니즘으로서, 폐쇄 구성에서 확장 구성으로 확장되고; 확장 구성에서 폐쇄 구성으로 폐쇄되도록 구성된, 상기 폐쇄형 운동 체인 메커니즘; 과일 줄기를 절단하도록 구성된 수확 전단기(harvesting shear)로서, 운동 폐쇄형 체인 메커니즘에 결합된, 상기 수확 전단기; 과일 줄기가 수확 전단기에 의해 절단된 후 과일 줄기를 캐치하도록 구성된 캐치 메커니즘; 및, 과일 줄기를 절단하기 위해 이펙터를 작동 시키도록 구성된 프로세서를 갖는 이펙터에 관한 기술이 개시되어 있다.In addition, in Patent Publication No. 10-2019-0122227 (published on October 29, 2019), a sensor unit configured to obtain information related to data related to a fruit cluster; A closed chain of motion mechanism, the mechanism extending from a closed configuration to an extended configuration; the closed movement chain mechanism configured to be closed from an extended configuration to a closed configuration; A harvesting shear configured to cut fruit stalks, the harvesting shear coupled to a kinetic closed chain mechanism; a catch mechanism configured to catch the fruit stem after the fruit stem has been cut by the harvest shear; and an effector having a processor configured to operate the effector to cut the fruit stem.
본 발명의 목적은, 수확할 작물과 접촉하며, 수확할 작물의 줄기 형태에 적합하게 고정(hold)을 하고 절단(cutting)을 할 수 있도록 하는 엔드 이펙터를 제공하고자 하는 것이다.An object of the present invention is to provide an end effector that can be in contact with a crop to be harvested, and can be properly held and cut according to the shape of the stem of the crop to be harvested.
또한 본 발명은, 다양한 작물 섬유의 절단에 필요한 구동력을 최소화할 수 있는 와이어소를 이용하여, 고정과 절단을 동시에 할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to enable fixing and cutting at the same time by using a wire saw that can minimize the driving force required for cutting various crop fibers.
또한 본 발명은, 서포트 암을 곡선 형태를 하는 것에 의하여, 고정력을 높이고, 서포트 암에 논슬립 패드를 부착하여 미끄럼을 방지하고자 하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to increase the fixing force by forming the support arm in a curved shape, and to prevent slippage by attaching a non-slip pad to the support arm.
또한 본 발명은, 동력원으로 서보모터를 사용하고, 구동캠과 기어를 사용하여, 대기, 개방, 고정, 절단의 정확한 위치 제어를 정확하게 하고자 하는 것을 목적으로 한다.Another object of the present invention is to use a servomotor as a power source, and to precisely control the position of standby, opening, fixing, and cutting by using a driving cam and a gear.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하고자 하는 것으로, [1] 대기(standby), 개방(open), 고정(hold) 및 절단(cutting)을 반복적으로 수행하면서, 작물을 수확하는 수확용 엔드 어펙터에 있어서, 작물을 수확하기 위한 절단을 수행하는 와이어소(200); 상기 와이어소(200)에 구동력을 공급 제어하는 구동부(100); 작물(P)의 줄기를 고정하기 위한 밴드 암(300) 및 서포트 암(400)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 수확용 엔드 이펙터에 관한 것이다.The present invention is to solve the above problems, [1] a harvesting end effector for harvesting crops while repeatedly performing standby, open, hold and cutting In the wire saw 200 for performing cutting for harvesting crops; a
또한, 본 발명은 [2] 상기 [1]에 있어서, 상기 구동부(100)는, 서보모터(110)와, 상기 서보모터(110)의 회전력을 전달받아, 회동하는 회전구동축(120)과, 상기 회전구동축(120)에 설치되어 회전 구동하는 구동캠 기어(150)와, 상기 구동캠 기어(150)에 장착되는 구동캠(140)과, 상기 회전구동축(120)에 설치되어 와이어소(200)를 구동하는 서보 암(130)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 수확용 엔드 이펙터에 관한 것이다.In addition, the present invention [2] in the above [1], the
또한, 본 발명은 [3] 상기 [1]에 있어서, 밴드 암(300)은, 선단부가 ㄷ자 형으로 이루어지며, 후단부는 밴드 암 기어축(340)에 고정되며, 상기 밴드 암 기어축(340)에는 밴드 암 기어(341)가 설치되고, 선단부의 ㄷ자 형의 개방부에는 밴드(310)를 고정 설치하고, 상기 ㄷ자 형의 후단부에는, 스프링 고정구(320)를 고정 설치하고, 상기 ㄷ자 형의 선단부에는, 밴드 암 시브(330)를 고정 설치하며, 상기 스프링 고정구(320)에 스프링(321)의 일측을 고정 지지하고, 상기 스프링(321)의 타측은 상기 와이어소(200)의 일측을 고정하여, 상기 와이어소(200)가 일측은 스프링(321)에 고정 지지되고, 타측은 상기 밴드 암 시브(330)을 거쳐 서보 암(130)의 끝단에 고정 설치되는 것을 특징으로 하는, 수확용 엔드 이펙터에 관한 것이다.In addition, the present invention is [3] in the above [1], the
또한, 본 발명은 [4] 상기 [3]에 있어서, 상기 서포트 암(400)은, 선단부가 상기 밴드(310)와 마주하는 부분을 복록한 철(凸)부로 하여 밴드 접촉부(410)를 형성하며, 중후단부는 서포트 암 기어축(440)에 회동 회동 가능하게 설치되며, 상기 서포트 암 기어축(440)에는 서포트 암 기어(441)가 설치되고, 후단부는 상기 구동캠(140)과 접촉되어 연동되도록 설치되는 것을 특징으로 하는, 수확용 엔드 이펙터에 관한 것이다.In addition, the present invention [4] in the above [3], the
또한 본 발명은 [5] 상기 [1], [3], [4]의 어느 하나로 이루어지는 수확용 엔드 이펙터를 사용하는 사용 방법에 있어서,구동부(100)의 서보모터(110)에 의해 구동되는 구동캠(140)으로 서포트 암(400)을 지지하는 대기 단계(S-1); 상기 대기 단계(S-1)에서, 상기 구동캠(140)을 시계 방향으로 일정 각도(a) 회동시키는 것에 의해, 서보 암(130)이 밴드 암(300)을 시계 방향으로 회동시키는 것에 의하여, 상기 서포트 암(400)과 밴드 암(300)이 서로 멀어지도록 하는 개방 단계(S-2); 상기 개방 단계(S-2)에서, 상기 구동캠(140)을 반시계 방향으로 일정 각도(b) 회동시키는 것에 의해, 서보 암(130)이 밴드 암(300)을 반시계 방향으로 회동시키는 것에 의하여, 상기 서포트 암(400)과 밴드 암(300)이 서로 가까워지도록 하는 고정 단계(S-3); 상기 고정 단계(S-3)에서, 상기 구동캠(140)을 반시계 방향으로 일정 각도(c) 더 회동시키고, 시계 방향으로 일정 각도 (c) 회동시키는 것을 반복시키는 것에 의하여, 상기 서포트 암(400)과 밴드 암(300)이 고정 단계(S-3) 때의 거리를 유지하면서, 와이어소(200)가 서보 암(130)에 의해 상기 서포트 암(400)의 내측으로 직선 운동을 반복하는 것에 의하여 작물믈 절단하는 절단 단계(S-4)로 이루어지며, 상기 일정 각도(a) < 일정 각도(b)를 유지하며, 90도 < b + c < 120도를 유지하는 것을 특징으로 하는, 수확용 엔드 이펙터 사용 방법에 관한 것이다.In addition, the present invention [5] in the method of using the harvesting end effector made of any one of [1], [3], and [4], the drive driven by the
본 발명은, 상기와 같은 구성으로 이루어지는 것으로, 수확할 작물과 접촉하며, 수확할 작물의 줄기 형태에 적합하게 고정(hold)을 하고 절단(cutting)을 할 수 있도록 하는 엔드 이펙터를 제공할 수 있다.The present invention can provide an end effector that is configured as described above, is in contact with a crop to be harvested, and can be properly held and cut according to the shape of the stem of the crop to be harvested. .
또한 본 발명은, 다양한 작물 섬유의 절단에 필요한 구동력을 최소화할 수 있는 와이어소를 이용하여, 고정과 절단을 동시에 할 수 있다.In addition, according to the present invention, by using a wire saw that can minimize the driving force required for cutting various crop fibers, fixing and cutting can be performed at the same time.
또한 본 발명은, 서포트 암을 곡선 형태를 하는 것에 의하여, 고정력을 높이고, 서포트 암에 논슬립 패드를 부착하는 것에 의하여 미끄럼을 방지할 수 있다.In addition, in the present invention, by forming the support arm in a curved shape, it is possible to increase the fixing force, and to prevent slippage by attaching a non-slip pad to the support arm.
또한 본 발명은, 동력원으로 서보모터를 사용하고, 구동캠과 기어를 사용하여, 대기, 개방, 고정, 절단의 정확한 위치 제어를 할 수 있다.In addition, the present invention uses a servomotor as a power source, and uses a driving cam and a gear to perform precise position control of standby, opening, fixing, and cutting.
도 1은 본 발명의 일부 구성을 생략한 개념도
도 2는 본 발명의 전면도 및 일부가 개방된 후면도
도 3은 본 발명의 구동캠과 서포트 암의 관계를 나타내는 개념도
도 4는 본 발명의 대기(standby) 상태를 나타내는 개념도
도 5는 본 발명의 개방(open) 상태를 나타내는 개념도
도 6은 본 발명의 고정(hold) 상태를 나타내는 개념도
도 7은 본 발명의 절단(cutting) 상태를 나타내는 개념도1 is a conceptual diagram omitting some configurations of the present invention;
2 is a front view and a partially opened rear view of the present invention;
3 is a conceptual diagram showing the relationship between the drive cam and the support arm according to the present invention;
4 is a conceptual diagram showing a standby state of the present invention;
5 is a conceptual diagram showing an open state of the present invention;
6 is a conceptual diagram showing a holding state of the present invention;
7 is a conceptual diagram showing a cutting state of the present invention;
본 발명은 대기(standby), 개방(open), 고정(hold) 및 절단(cutting)을 반복적으로 수행하면서, 작물(P)을 수확하는 수확용 엔드 어펙터에 있어서, 작물(P)을 수확하기 위한 절단을 수행하는 와이어소(200); 상기 와이어소(200)에 구동력을 공급 제어하는 구동부(100); 작물(P)의 줄기를 고정하기 위한 밴드 암(300) 및 서포트 암(400)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 수확용 엔드 이펙터.에 관한 것으로, 아래에서는 상기 각각의 구성들에 대해서 도면을 살펴보면서 구체적으로 설명한다.The present invention is a harvesting end effector for harvesting a crop (P) while repeatedly performing standby, open, hold and cutting, to harvest the crop (P) Wire saw 200 for performing cutting; a
[구동부(100)][Driver (100)]
본 발명의 구동부(100)는, 도 1 및 도 2에 나타내고 있는 것과 같이, 서보모터(110)와, 상기 서보모터(110)의 회전력을 전달받아, 회동하는 회전구동축(120)과, 상기 회전구동축(120)에 설치되어 회전 구동하는 구동캠 기어(150)와, 상기 구동캠 기어(150)에 장착되는 구동캠(140)과, 상기 회전구동축(120)에 설치되어 와이어소(200)를 구동하는 서보 암(130)으로 이루어진다.As shown in FIGS. 1 and 2 , the
상기 서보모터(110)의 회전 구동력을 전달받은 구동캠 기어(150)는, 회전구동축(120)과 함께 회전하는 것에 의하여 구동캠(140)의 정확한 위치 제어를 하게 된다.The
또한, 상기 구동캠(140)에는 상기 서보 암(130)이 장착되어, 사용자가 서보모터(110)를 제어하는 것에 의하여 서보 암(130)의 회전 구동을 제어하게 된다.In addition, the
즉, 상기 서보 암(130)을 회전 구동시키는 것에 의하여, 대기(standby), 개방(open), 고정(hold) 및 절단(cutting)을 반복적으로 수행시킬 수 있다.That is, by rotating the
먼저, 상기 대기(standby) 상태는, 작물(P)의 줄기가 아래에서 설명하는 밴드 암(300)과 서포트 암(400) 사이에 들어오기 전의 상태로, 서보모터(110)가 전력을 소비하지 않으면서, 진동이나 충격에 밴드 암(300)과 서포트 암(400)이 흔들리지 않도록 지지된 상태를 나타낸다.First, the standby state is a state before the stem of the crop P enters between the
도 3 및 도 4에 나타낸 대기(standby) 상태를 살펴보면, 상기 서보 암(130)의 후단부가 회전구동축(120)에 의해 지지된 상태에서, 선단부가 아래에서 설명하는 서포트 암(400)의 서포트 암 시브(430) 측으로 기울어진 것을 알 수 있다. Looking at the standby state shown in FIGS. 3 and 4 , in a state in which the rear end of the
개방(open) 상태를 살펴보면, 수확할 작물이 결정되어 작물(P)의 줄기를 고정하기 위해 밴드 암(300)과 서포트 암(400) 사이를 넓게 벌린 상태로, 서보 암(130)이 대기(standby) 상태의 밴드 암(300)의 위치보다 바깥쪽 시계 방향으로 회전하면서 아래에서 설명하는 스프링(321)의 장력을 발생시키고, 그로 인해서 밴드 암(300)을 시계 방향으로 회전시켜 벌려주고, 밴드 암(300)이 시계 방향으로 회전하며 벌려지는 것에 의하여, 서포트 암(400)이 반시계 방향으로 회전하며 벌어지게 되는 것이다.Looking at the open state, a crop to be harvested is determined and the
도 3 및 도 5에 나타낸 개방(open) 상태를 살펴보면, 상기 서보 암(130)의 후단부가 회전구동축(120)에 의해 지지된 상태에서, 선단부가 밴드 암(300)의 후단부 바깥쪽 시계 방향으로 이동하게 되면, 아래에서 설명하는 밴드 암(300)의 스프링 고정구(320)를 바깥쪽 시계 방향으로 이동시키게 되며, 따라서 밴드 암(300)이 개방된다. 또한 아래에서 설명하는 밴드 암 기어(341)는 서포트 암 기어(441)와 기어 결합되어 있으므로, 상기 밴드 암(300)이 시계 방향으로 벌어지면, 서포트 암(400)도 반시계 방향으로 벌어지게 된다.Looking at the open state shown in FIGS. 3 and 5 , in a state in which the rear end of the
고정(hold) 상태를 살펴보면, 수확할 작물(P) 줄기가 밴드 암(300)과 서포트 암(400) 사이에 위치하면, 서보모터(110)의 회전에 의해, 서포트 암(400) 및 밴드 암(300)이 서로 인접하여 평행하게 되는 고정 상태로 전환되며, 아래에서 설명하는 밴드(310)와 밴드 접촉부(410) 사이에 작물(P)의 줄기 굵기만큼 밴드(310)가 늘어나며 동시에 발생되는 밴드(310)의 장력에 의해 강한 고정력으로 작물(P) 줄기를 고정한 상태를 나타낸다. 이때는, 도 3에 나타나 있는 것과 같이, 상기 구동캠(140)과 서포트 암(400)의 후단부의 마찰판(420)이 항상 수직 상태의 접촉을 유지하여 작물(P)의 줄기를 고정하기 위한 서보모터(110)의 부하는 밴드(310) 장력에 의한 구동캠(140)과 마찰판(420) 사이의 마찰력만 필요하므로, 최소한의 전력 소모로 고정력을 유지하게 된다.Looking at the hold state, when the stem of the crop (P) to be harvested is located between the
도 3 및 도 6에 나타낸 고정(hold) 상태를 살펴보면, 상기 서보 암(130)의 후단부가 회전구동축(120)에 의해 지지된 상태에서, 선단부가 밴드 암(300)의 스프링 고정구(320) 측에서 반시계 방향으로 이동하게 되면, 아래에서 설명하는 밴드 암(300)의 스프링(321)이 이완되면서, 밴드 암(300)을 안쪽 반시계 방향으로 이동시키게 된다. 또한 상기 밴드 암(300)이 반시계 방향으로 회동하게 되면, 아래에서 설명하는 밴드 암 기어(341)와 서포트 암 기어(441)가 기어 결합되어 있으므로, 서포트 암(400)이 시계 방향으로 회동하게 된다. 이렇게 되면, 작물(P)의 줄기가 밴드(310)와 밴드 접촉부(410)에 의하여 강한 고정력으로 고정된 상태가 된다.Looking at the holding state shown in FIGS. 3 and 6 , in a state in which the rear end of the
절단(cutting) 상태를 살펴보면, 작물(P) 줄기를 고정한 후, 절단을 시작하는 것으로, 아래에서 설명하는 서보 암(130)의 선단부와 밴드 암(300)의 스프링(321)에 고정된 와이어소(200)가 작물(P) 줄기에 접촉되며, 서포트 암(400)에 작물(P) 줄기를 밀착시키며 캠이 고정(hold) 상태 위치로부터, 와이어소(200)가 연결된 밴드 암(300)의 스프링(321)이 최대 인장 위치와 고정(hold) 상태 위치를 반복 이동하면서 와이어소(200)가 작물(P) 줄기에 강한 마찰력을 발생시켜 작물(P) 줄기를 절단하는 상태가 된다.Looking at the cutting state, after fixing the crop (P) stem, cutting is started, and the wire saw fixed to the front end of the
도 3 및 도 7에 나타낸 절단(cutting) 상태를 살펴보면, 고정(hold) 상태에서, 상기 서보 암(130)을 반시계 방향으로 일정 각도(c) 더 회전시킨다. 그리고 상기 서보 암(130)이 반시계 방향으로 회전된 상태에서, 다시 서보 암(130)을 시계 방향으로 회동시킨다. 이와 같이, 서보 암(130)을 일정 각도(C)로 반시계 방향과 시계 방향으로 반복적으로 이동시키면, 와이어소(200)가 작물(P) 줄기에 접촉되면서, 왕복 직선 운동을 하는 것에 의하여, 작물(P) 줄기에 강한 마찰력을 발생시켜 작물(P) 줄기를 절단하게 된다.Looking at the cutting state shown in FIGS. 3 and 7 , in the hold state, the
또한, 상기 대기(standby), 개방(open), 고정(hold) 및 절단(cutting) 단계를 거친 후에 작물(P) 줄기의 절단이 완료되면, 다시 고정 상태로 전환하여 작물(P) 수확물을 적재함 등으로 이송하는 동안 고정 상태를 유지한다. 또한 작물(P) 수확물을 적재함 등으로 이송한 후에는 개방 상태로 전환하여, 작물(P) 수확물의 고정 상태를 해제한다. 그리고, 다음 작물(P) 수확물을 수확하기 위해 대기 상태로 전환시킨다.In addition, when the cutting of the crop (P) stem is completed after going through the standby, open, hold, and cutting steps, it is switched back to the stationary state and the crop (P) crop is loaded. It remains stationary during transport, etc. In addition, after transferring the crop (P) crop to the loading box, etc., it is switched to an open state to release the fixed state of the crop (P) crop. Then, the next crop (P) is converted to a standby state to harvest the crop.
상기 서보모터(110)는 상기 회전구동축(120)을 일정 각도로 회전하도록 제어한다. 도 3은 상기 서보모터(110)에 의한 구동캠(140)의 회전 각도를 나타내는 것으로, 전체 회전 각도는 대략 90-120도 정도의 범위 내에서 반시계 방향과 시계 방향으로 회전하도록 제어한다.The
본 발명의 서보 암(130)의 일측은, 도 1, 2에 나타나 있는 것과 같이, 상기 회전구동축(120)에 고정되어 회동하는 것이다.One side of the
또한, 상기 서보 암(130)의 타측은, 도 3 내지 도 7에 나타나 있는 것과 같이, 상기 밴드 암(300)과 상기 서포트 암(400)을 거쳐 상기 서포트 암(400)의 반시계 방향쪽까지 대략 90도 내지 120도의 범위에서 회동하게 한다.In addition, as shown in FIGS. 3 to 7 , the other side of the
즉, 상기 서보 암(130)의 회동 범위는, 개방(open) 상태에서 상기 스프링 고정구(320)의 우측 바깥쪽으로는 벗어나지 않으며, 상기 서포트 암 시브(430)의 좌측 바깥쪽으로는 상기 서포트 암 시브(430) 직경의 1 내지 3 배 정도를 벗어나도록 하는 것이 바람직하다. That is, the rotation range of the
상기와 같이 회동 범위를 정하는 것에 의하여, 상기 서보 암(130)의 회동 각도는 도 3에 나타나 있는 (b + c)의 각도를 가지며, 90도 내지 120도를 이루게 하는 것이 바람직하다.By determining the rotation range as described above, the rotation angle of the
[와이어소(200)][Wire So (200)]
도 2에 나타나 있는 것과 같이, 본 발명의 와이어소(200)의 일측은, 아래에서 설명하는 밴드 암(300)의 중간 부분에 고정 설치되는 스프링 고정구(320)에 고정 지지되는 스프링(321)에 고정된다. As shown in FIG. 2 , one side of the wire saw 200 of the present invention is fixed to a
또한, 상기 와이어소(200)의 타측은, 아래에서 설명하는 밴드 암(300)의 선단에 고정 설치되는 밴드 암 시브(330)를 감은 상태에서 서보 암(130)의 선단부에 고정된다.In addition, the other side of the wire saw 200 is fixed to the front end of the
상기와 같이 설치된 와이어소(200)는, 도 7에 나타나 있는 것과 같이, 아래에서 설명하는 밴드 암(300)과 서포트 암(400)이 고정된 상태에서, 상기 서보 암(130)이 좌, 우 회동하는 것에 의하여, 서포트 암(400)을 따라 직선 왕복 운동하면서 작물(P) 줄기를 커팅하게 된다. 따라서 작물(P) 수확물을 수확할 수 있게 된다. In the wire saw 200 installed as described above, as shown in FIG. 7 , in a state in which the
[밴드 암(300)][Band Arm (300)]
도 1, 2에 나타나 있는 것과 같이, 본 발명의 밴드 암(300)은, 선단부가 ㄷ자 형으로 이루어지며, 후단부는 상기 밴드 암 기어축(340)에 지지된다.As shown in FIGS. 1 and 2 , the
상기 선단부의 ㄷ자 형의 개방부에는, 밴드(310)를 형성하여 밴드 암(300)에 고정시킨다. 또한, 상기 ㄷ자 형의 후단측에는, 스프링 고정구(320)를 고정 설치하고, 상기 ㄷ자 형의 선단측에는, 밴드 암 시브(330)를 고정 설치하며, 상기 스프링 고정구(320)에 스프링(321)의 일측을 고정 지지하고, 상기 스프링(321)의 타측은 상기 와이어소(200)의 일측을 고정한다.A
상기 밴드 암 기어축(340)에는, 밴드 암 기어(341)가 설치되고, 상기 밴드 암 기어(341)는, 아래에서 설명하는 서포트 암 기어(441)와 기어 결합하는 것에 의하여, 상기 밴드 암(300)과 서포트 암(400)이 연동하여 개방(open)과 고정(hold)을반복할 수 있게 된다.A
[서포트 암(400)][support arm (400)]
도 1, 2에 나타나 있는 것과 같이, 본 발명의 서포트 암(400)은, 선단부가 상기 밴드(310)와 마주하는 부분을 둥글고 완만한 복록한 철(凸)부로 하여 밴드 접촉부(410)를 형성한다.As shown in Figures 1 and 2, the
서포트 암(400)의 중후단부는, 서포트 암 기어축(440)에 지지되며, 서포트 암(400)의 후단부는, 상기 구동캠(140)과 접촉되는 부분까지 연장되도록 한다.The middle and rear end of the
또한, 상기 밴드 접촉부(410)에는, 작물(P) 줄기가 상기 밴드(310)와 밴드 접촉부(410) 사이에서 미끄러지지 않도록 하기 위하여, 논슬립 패드(non-slip pad, 미도시)를 부착하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to attach a non-slip pad (not shown) to the
또한, 상기 서포트 암(400)의 후단부의 구동캠(140)과 접촉되는 부분에는, 구동캠(140)과의 마찰을 줄여주기 위해 마찰판(420)을 부착하는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable to attach a
또한, 상기 밴드 접촉부(410)의 후단에는, 도 1, 2에 나타나 있는 것과 같이, 서포트 암 시브(430)를 고정 설치한다. 상기 서포트 암 시브(430)는, 도 6 및 도 7에 나타나 있는 것과 같이, 작물(P) 줄기를 고정하고, 절단하는 경우에 상기 와이어소(200)가 긴장 상태를 유지할 수 있도록 가이드하기 위한 것이다.In addition, at the rear end of the
또한, 상기 서포트 암 기어축(440)에는 서포트 암 기어(441)가 설치되고, 상기 서포트 암 기어(441)는, 앞에서 설명한 밴드 암 기어(341)와 기어 결합하는 것에 의하여, 상기 밴드 암(300)과 서포트 암(400)이 연동하여 개방(open)과 고정(hold)을 반복할 수 있게 된다.In addition, the
아래에서는 상기와 같은 구성으로 이루어지는 엔드 이펙터의 사용 방법에 대해서 도면을 살펴보면서 구체적으로 설명한다.Hereinafter, a method of using the end effector configured as described above will be described in detail with reference to the drawings.
본 발명의 엔드 이펙터는 작물(P) 줄기를 고정하고 절단하기 위하여, 대기 단계, 개방 단계, 고정 단계 및 절단 단계를 반복하는 것이므로, 아래에서는 상기 각각의 단계들에 대해서 구체적으로 설명한다.Since the end effector of the present invention repeats the waiting step, the opening step, the fixing step, and the cutting step in order to fix and cut the crop (P) stem, each of the steps will be described in detail below.
[대기 단계(S-1)][Standby phase (S-1)]
본 발명에서 대기 단계(S-1)는, 도 3의 Standby 상태를 나타내는 것이다. 또한 도 4에 나타나 있는 것과 같이, 구동캠(140)이 상기 서포트 암(400)을 단순히 지지하는 상태를 나타낸다, In the present invention, the standby step (S-1) represents the standby state of FIG. 3 . Also, as shown in FIG. 4, the
이때는, 도 4에 나타나 있는 것과 같이, 서포트 암(400)의 밴드 접촉부(410)가 상기 밴드(310)를 강하게 누르지 않는 상태인 평형 상태를 유지하는 것으로, 구동캠(140)이 서포트 암(400)을 지지하는 상태에서, 서보 암(130)의 선단부가 서포트 암(400)측에 위치하게 된다. At this time, as shown in FIG. 4 , the
[개방 단계(S-2)][Opening Phase (S-2)]
본 발명에서 개방 단계(S-2)는, 도 3의 Open 상태를 나타내는 것이다. 즉, 대기 단계(S-1)에서 서보모터(110)에 의해, 서보 암(130)이 시계 방향으로 회동하는 단계이다. 즉 구동캠(140)이 시계 방향으로 일정 각도(a) 회동하는 단계이다.In the present invention, the open step (S-2) represents the Open state of FIG. 3 . That is, in the standby step ( S-1 ), the
이때, 도 5에 나타나 있는 것과 같이, 밴드 암(300)과 서포트 암(400)은 서로 벌어지는 상태로 개방된다,At this time, as shown in Fig. 5, the
상기 밴드 암(300)과 서포트 암(400)이 개방되면, 상기 스프링(321)이 약간 늘어난 상태에서 상기 서보 암(130)이 와이어소(200)를 약간 잡아당기게 된다.When the
즉, 도 3에 나타나 있는 것과 같이, 대기 단계(S-1)에서 개방 단계(S-2)로의 전환은, 상기 구동캠(140)이 시계 방향으로 회동하는 것에 의하여, 서보 암(130)이 개방 단계 위치에서 시계 방향으로 회동하게 되고, 따라서 밴드 암(300)이 대기 단계 위치에서 시계 방향으로 회동하게 되는 것이다.That is, as shown in FIG. 3 , in the transition from the waiting step (S-1) to the opening step (S-2), the
따라서, 상기 스프링(321)은 상기 서보 암(130)이 와이어소(200)를 잡아당기는 만큼 늘어난 상태를 유지하게 된다.Accordingly, the
[고정 단계(S-3)][Fixing step (S-3)]
본 발명에서 고정 단계(S-3)는, 도 3의 Hold 상태를 나타내는 것이다. 즉, 상기 개방 단계(S-2)에서 서보모터(110)에 의해 구동캠(140)이 반시계 방향으로 일정 각도(b) 회동하는 단계이다.In the present invention, the fixing step (S-3) shows the Hold state of FIG. 3 . That is, in the opening step (S-2), the
이때, 도 6에 나타나 있는 것과 같이, 상기 밴드 암(300)과 서포트 암(400)은 개방 단계(S-2)에 비하여 상대적으로 폐쇄된 상태를 나타낸다,At this time, as shown in Figure 6, the
이때는 상기 스프링(321)이 늘어난 상태에서 상기 서보 암(130)이 와이어소(200)를 잡아당기게 된다.In this case, the
즉, 도 3에 나타나 있는 것과 같이, 개방 단계(S-2)에서 고정 단계(S-3)로의 전환은, 상기 구동캠(140)이 반시계 방향으로 각도 (b)만큼 회동하는 것에 의하여, 서보 암(130)이 개방 단계 위치에서 반시계 방향으로 회동하게 됨에 따라, 상기 스프링(160)이 늘어난 상태를 유지하는 단계이다.That is, as shown in Figure 3, the transition from the opening step (S-2) to the fixing step (S-3) is by rotating the driving
또한, 이때는 도 6에 나타나 있는 것과 같이, 상기 밴드(310)와 상기 밴드 접촉부(410) 사이에서 작물(P) 줄기를 고정하게 된다. 또한, 상기 밴드 접촉부(410)에는 논슬립 패드(non-slip pad, 미도시)를 부착하하여, 밴드(410)와 논슬립 패드 사이에서 작물(P) 줄기를 고정하게 된다.In addition, at this time, as shown in FIG. 6 , the crop (P) stem is fixed between the
[절단 단계(S-4)] [Cutting Step (S-4)]
본 발명에서 절단 단계(S-4)는, 도 3의 Cutting 상태를 나타내는 것이다. 즉, 고정 단계(S-3)에서 서보모터(110)에 의해 구동캠(140)을 반시계-시계 방향으로 반복 회동시키는 것이다.In the present invention, the cutting step (S-4) shows the cutting state of FIG. 3 . That is, the driving
이때, 도 7에 나타나 있는 것과 같이, 상기 밴드 암(300)과 서포트 암(400)은 상기 고정 단계(S-3)와 같은 상태를 유지하게 된다, 즉 도 3에 나타나 있는 것과 같이, 구동캠(140)이 회동한다고 해도, 서포트 암(400)이 회동하지 않게 되므로, 서포트 암(400)이 고정된 상태를 유지한다.At this time, as shown in FIG. 7 , the
상기와 같이 서포트 암(400)이 고정된 상태에서, 상기 스프링(321)이 최대로 이완되면서, 상기 서보 암(130)이 와이어소(200)를 잡아당기고, 상기 스프링(321)이 어느 정도 압축되면서, 상기 서보 암(130)이 와이어소(200)를 풀어주는 과정을 반복하게 된다.In the state in which the
즉, 도 3에 나타나 있는 것과 같이, 고정 단계(S-3)에서 절단 단계(S-4)로의 전환은, 상기 구동캠(140)이 반시계 방향과 시계 방향으로 반복적으로 회동하는 것에 의하여, 서보 암(130)이 우측에서 좌측으로, 좌측에서 우측으로 회동하게 됨에 따라, 상기 스프링(321)은 압축과 이완 상태를 반복하게 되며, 이때 와이어소(200)가 직선 왕복 운동을 하는 것에 의하여 작물(P) 줄기의 절단이 이루어지는 것이다.That is, as shown in Fig. 3, the transition from the fixing step (S-3) to the cutting step (S-4) is by repeatedly rotating the
다시말하면, 도 7에 나타나 있는 것과 같이, 상기 밴드(310)와 상기 밴드 접촉부(410) 사이에서 작물(P) 줄기가 고정된 상태에서, 와이어소(200)가 직선 왕복 운동하면서 작물(P) 줄기을 절단하게 된다.In other words, as shown in FIG. 7 , in a state in which the crop (P) stem is fixed between the
P : 작물
100 : 구동부
110 : 서보모터
120 : 회전구동축
130 : 서보 암
140 : 구동캠
150 : 구동캠 기어
200 : 와이어소
300 : 밴드 암
310 : 밴드
320 : 스프링 고정구
321 : 스프링
330 : 밴드 암 시브
340 : 밴드 암 기어축
341 : 밴드 암 기어
400 : 서포트 암
410 : 밴드 접촉부
420 : 마찰판
430 : 서포트 암 시브
440 : 서포트 암 기어축
441 : 서포트 암 기어P: crop
100: drive unit
110: servo motor
120: rotation drive shaft
130: servo arm
140: drive cam
150: drive cam gear
200: wire saw
300: band arm
310: band
320: spring fixture
321: spring
330: band arm sheave
340: band arm gear shaft
341 : band arm gear
400: support arm
410: band contact
420: friction plate
430: support arm sheave
440: support arm gear shaft
441: support arm gear
Claims (5)
작물을 수확하기 위한 절단을 수행하는 와이어소(200);
상기 와이어소(200)에 구동력을 공급 제어하는 구동부(100);
작물(P)의 줄기를 고정하기 위한 밴드 암(300) 및 서포트 암(400)으로 이루어지며,
상기 구동부(100)는,
서보모터(110)와,
상기 서보모터(110)의 회전력을 전달받아, 회동하는 회전구동축(120)과,
상기 회전구동축(120)에 설치되어 회전 구동하는 구동캠 기어(150)와,
상기 구동캠 기어(150)에 장착되는 구동캠(140)과,
상기 회전구동축(120)에 설치되어 와이어소(200)를 구동하는 서보 암(130)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 수확용 엔드 이펙터.
In the harvesting end effector for harvesting crops while repeatedly performing standby, open, hold and cutting,
Wire saw 200 for performing cutting to harvest crops;
a driving unit 100 for supplying and controlling driving force to the wire saw 200;
It consists of a band arm 300 and a support arm 400 for fixing the stem of the crop (P),
The driving unit 100,
Servo motor 110 and
A rotational drive shaft 120 that rotates by receiving the rotational force of the servomotor 110, and
A drive cam gear 150 installed on the rotary drive shaft 120 to rotate and drive;
a driving cam 140 mounted on the driving cam gear 150;
End effector for harvesting, characterized in that it is installed on the rotary drive shaft (120) and comprises a servo arm (130) for driving the wire saw (200).
밴드 암(300)은,
선단부가 ㄷ자 형으로 이루어지며, 후단부는 밴드 암 기어축(340)에 고정되며,
상기 밴드 암 기어축(340)에는 밴드 암 기어(341)가 설치되고,
선단부의 ㄷ자 형의 개방부에는 밴드(310)를 고정 설치하고, 상기 ㄷ자 형의 후단부에는, 스프링 고정구(320)를 고정 설치하고, 상기 ㄷ자 형의 선단부에는, 밴드 암 시브(330)를 고정 설치하며, 상기 스프링 고정구(320)에 스프링(321)의 일측을 고정 지지하고, 상기 스프링(321)의 타측은 상기 와이어소(200)의 일측을 고정하여,
상기 와이어소(200)가 일측은 스프링(321)에 고정 지지되고, 타측은 상기 밴드 암 시브(330)을 거쳐 서보 암(130)의 끝단에 고정 설치되는 것을 특징으로 하는, 수확용 엔드 이펙터.
The method of claim 1,
The band arm 300 is
The front end is made in a U-shape, and the rear end is fixed to the band arm gear shaft 340,
A band arm gear 341 is installed on the band arm gear shaft 340,
A band 310 is fixedly installed on the U-shaped opening of the front end, a spring fixture 320 is fixedly installed on the rear end of the U-shaped, and a band arm sheave 330 is fixed on the U-shaped front end. installed, and fixedly supporting one side of the spring 321 to the spring fixture 320, and the other side of the spring 321 fixing one side of the wire saw 200,
One side of the wire saw 200 is fixedly supported by the spring 321, and the other side is fixedly installed at the end of the servo arm 130 via the band arm sheave 330. End effector for harvesting.
상기 서포트 암(400)은,
선단부가 상기 밴드(310)와 마주하는 부분을 복록한 철(凸)부로 하여 밴드 접촉부(410)를 형성하며,
중후단부는 서포트 암 기어축(440)에 회동 회동 가능하게 설치되며, 상기 서포트 암 기어축(440)에는 서포트 암 기어(441)가 설치되고,
후단부는 상기 구동캠(140)과 접촉되어 연동되도록 설치되는 것을 특징으로 하는, 수확용 엔드 이펙터.
4. The method of claim 3,
The support arm 400 is
A band contact portion 410 is formed by using the front end of the portion facing the band 310 as a concave convex portion,
The middle and rear end is rotatably installed on the support arm gear shaft 440 , and the support arm gear 441 is installed on the support arm gear shaft 440 ,
End effector for harvesting, characterized in that the rear end is installed so as to be in contact with the driving cam 140 and interlock.
구동부(100)의 서보모터(110)에 의해 구동되는 구동캠(140)으로 서포트 암(400)을 지지하는 대기 단계(S-1);
상기 대기 단계(S-1)에서, 상기 구동캠(140)을 시계 방향으로 일정 각도(a) 회동시키는 것에 의해, 서보 암(130)이 밴드 암(300)을 시계 방향으로 회동시키는 것에 의하여, 상기 서포트 암(400)과 밴드 암(300)이 서로 멀어지도록 하는 개방 단계(S-2);
상기 개방 단계(S-2)에서, 상기 구동캠(140)을 반시계 방향으로 일정 각도(b) 회동시키는 것에 의해, 서보 암(130)이 밴드 암(300)을 반시계 방향으로 회동시키는 것에 의하여, 상기 서포트 암(400)과 밴드 암(300)이 서로 가까워지도록 하는 고정 단계(S-3);
상기 고정 단계(S-3)에서, 상기 구동캠(140)을 반시계 방향으로 일정 각도(c) 더 회동시키고, 시계 방향으로 일정 각도(c) 회동시키는 것을 반복시키는 것에 의하여, 상기 서포트 암(400)과 밴드 암(300)이 고정 단계(S-3) 때의 거리를 유지하면서, 와이어소(200)가 서보 암(130)에 의해 상기 서포트 암(400)의 내측으로 직선 운동을 반복하는 것에 의하여 작물믈 절단하는 절단 단계(S-4)로 이루어지며,
상기 일정 각도(a) < 일정 각도(b)를 유지하며, 90도 < b + c < 120도를 유지하는 것을 특징으로 하는, 수확용 엔드 이펙터 사용 방법.
In the method of use using the end effector for harvesting of any one of claims 1, 3, and 4,
A standby step of supporting the support arm 400 with the drive cam 140 driven by the servo motor 110 of the drive unit 100 (S-1);
In the waiting step (S-1), by rotating the drive cam 140 clockwise by a predetermined angle (a), the servo arm 130 rotates the band arm 300 clockwise, an opening step (S-2) of moving the support arm 400 and the band arm 300 away from each other;
In the opening step (S-2), the servo arm 130 rotates the band arm 300 counterclockwise by rotating the drive cam 140 in the counterclockwise direction by a predetermined angle (b). a fixing step (S-3) of bringing the support arm 400 and the band arm 300 closer to each other;
In the fixing step (S-3), by repeating the rotation of the driving cam 140 by a predetermined angle (c) in the counterclockwise direction and rotating it by a predetermined angle (c) in the clockwise direction, the support arm ( 400) and the band arm 300, while maintaining the distance at the time of the fixing step (S-3), the wire saw 200 repeats a linear motion to the inside of the support arm 400 by the servo arm 130 It consists of a cutting step (S-4) of cutting crops by
Maintaining the constant angle (a) < constant angle (b), characterized in that to maintain 90 degrees < b + c < 120 degrees, harvesting end effector using method.
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KR1020210171857A KR102367695B1 (en) | 2021-12-03 | 2021-12-03 | The end effector for harvesting and how to use it |
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KR (1) | KR102367695B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115152426A (en) * | 2022-06-01 | 2022-10-11 | 九江庐山山南凌霄茶叶有限公司 | Mechanical picking device for famous tea and pruning method thereof |
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-
2021
- 2021-12-03 KR KR1020210171857A patent/KR102367695B1/en active IP Right Grant
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