一種無損傷式果蔬采摘裝置制造方法
【專利摘要】本實用新型是一種無損傷式果蔬采摘裝置，包括驅動裝置、保護裝置、抓取裝置和切割裝置，抓取裝置安裝在保護裝置內部，切割裝置固定在保護裝置外端，驅動裝置安裝在保護裝置末端，抓取裝置能夠自由的伸出保護裝置外部或收縮回保護裝置內部；抓取裝置包括四根兩指節的機械手指，可以實現包絡抓取，四根腱繩驅動四根手指運動，最后和成為一根，實現手指的均勻受力。切割制造簡單小巧，由一根腱繩帶動，輕便不占空間，可以實現安全的切割，不會對周圍果蔬或枝葉造成損壞。
【專利說明】
【技術領域】
[0001] 本實用新型涉及一種載有保護裝置的果蔬采摘機械裝置，屬于農業收獲設備領 域。 一種無損傷式果蔬采摘裝置
【背景技術】
[0002] 隨著農業領域的發展，農作物的年產量日益增多，由于收貨時間受到限制，致使 很多果蔬得不到安全的采摘，收貨方面所面臨的壓力越來越大，為了提高農作物的收貨效 率，減少農民的工作量，進入21世紀我國加快研究智能收貨機械的步伐，到目前為止，農作 物的收貨方式越來越多樣化，各種各樣的農業機器人應運而生，很多產品已經應用于實際 工作中，不過，同樣也存在著許多難以解決的問題，農業收貨并沒有實現真正的機械化，首 先就是采摘的單一性，由于果蔬的差異很大，造成采摘機械的使用受到限制，末端執行器的 成本通常都比較高，農民朋友承擔不了如此高昂的成本，因此不便于推廣，其次，現在的采 摘機械手在采摘過程中容易損傷果實，造成了大量的浪費，降低了農民的收入，因此，設計 一種采摘多樣性果蔬且采摘過程中保護果蔬的末端執行器具有很大的發展前景。
【發明內容】
[0003] 發明目的
[0004] 本實用新型提供一種無損傷式果蔬采摘裝置，其目的是解決農業采摘過程對果蔬 造成的大量損傷問題。
[0005] 技術方案
[0006] -種無損傷式果蔬采摘裝置，主要由驅動裝置、保護裝置、抓取裝置、切割裝置構 成，其特征在于：抓取裝置安裝在保護裝置內部，切割裝置固定在保護裝置外端，驅動裝置 安裝在保護裝置末端，抓取裝置能夠自由的伸出保護裝置外部或收縮回保護裝置內部。
[0007] 驅動裝置包括一個大電機和小電機，大電機固定在外端蓋上，大電機的輸出軸固 定在外螺紋小套筒的小套筒連接軸中，外螺紋小套筒外面套有內螺紋大套筒，內螺紋大套 筒底端固定在機械手掌底部，內螺紋大套筒外側面設有四個大套筒滑塊，保護裝置的外套 筒內側面設有四個與大套筒滑塊相適應的滑槽，大套筒滑塊能夠在滑槽中滑動，大套筒滑 塊與抓取裝置固定在一起，大電機轉動帶動大套筒滑塊滑動，使抓取裝置伸出保護裝置外 面。
[0008] 切割裝置包括刀片、刀架、第一滑動槽和第二滑動槽，刀架通過第一沉頭孔固定在 外套筒的端面，刀片通過連接孔固定在刀架的外側，使刀片能夠繞連接孔旋轉，滑柱同時穿 過第一滑動槽和第二滑動槽，滑柱的一側連接腱繩，腱繩的運動帶動滑柱沿著第一滑動槽 和第二滑動槽移動，滑柱帶動刀片旋轉。
[0009] 抓取裝置包括機械手掌、減速器、編碼器、四根手指、捏合齒輪、以及傳動系統；減 速器和編碼器固定于機械手掌底部，減速器與編碼器通過捏合齒輪連接在一起，四根手指 位于機械手掌上方；傳動系統位于機械手掌內部并將手指與減速器連接，傳動系統包括腱 繩、定滑輪架、大錐齒輪和橫軸，大錐齒輪套在橫軸上，腱繩繞過定滑輪架上的定滑輪纏繞 在橫軸的凹槽內。
[0010] 手指由小電機驅動，每根手指上有兩個指節：下指節與上指節，上指節與下指節之 間通過螺桿連接，并通過扭簧控制相對角度，機械手掌與果蔬接觸的端面設置為內凹的橢 球形。
[0011] 保護裝置最外面是外套筒，外套筒的一端由外端蓋封閉，大電機固定在外端蓋上， 切割裝置固定在外套筒的另一端。
[0012] 優點及效果
[0013] 本實用新型提出了一種無損傷式果蔬采摘裝置，具有如下優點及有益效果：
[0014] 本實用新型帶有的保護裝置可以避免采摘過程中果蔬的損壞，可以采摘不同種 類、不同尺寸的果蔬，解決了機械采摘果蔬成功率低的缺陷。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015] 圖1是本實用新型整體外觀示意圖；
[0016] 圖2是本實用新型整體示意圖；
[0017] 圖3是本實用新型抓取裝置內部示意圖；
[0018] 圖4是本實用新型抓取裝置內部示意圖；
[0019] 圖5是本實用新型抓取裝置整體示意圖；
[0020] 圖6是本實用新型抓取裝置整體示意圖；
[0021] 圖7是本實用新型單根手指示意圖；
[0022] 圖8是本實用新型單根手指示意圖；
[0023] 圖9是本實用新型切割裝置示意圖；
[0024] 圖10是本實用新型切割裝置示意圖；
[0025] 圖11是本實用新型整體示意圖；
[0026] 圖12是本實用新型整體剖視圖；
[0027] 圖13是本實用新型保護裝置內部端面圖；
[0028] 圖14是本實用新型保護裝置內部端面圖；
[0029] 圖15是本實用新型外螺紋大套筒內部圖；
[0030] 圖16是本實用新型外螺紋大套筒內部圖；
[0031] 圖17是本實用新型外套筒內部圖；
[0032] 圖18是本實用新型外套筒內部圖。
[0033] 附圖標記說明：
[0034] 1.大電機，2.外端蓋，3.外套筒，4.腱繩，5.外螺紋小套筒，6.刀架，7.內螺紋大 套筒，8.小電機，9.減速器，10.電機蓋11.捏合齒輪，12.大錐齒輪，13.定滑輪架，14.下 指節，15.上指節，16.刀片，17.第二刀片，18.滑柱，19.第一滑動槽，20.連接孔，21.第二 滑動槽，22.第一沉頭孔，23.扭簧卡槽，24.腱繩孔，25.扭簧插孔，26.編碼器，27.定位螺 釘，28.機械手掌，29.側蓋，30.第二沉頭孔，31.手指，35.橫軸，36.螺紋孔，37.大螺紋孔， 38.定位螺孔，39.小錐齒輪，40.軸承，41.定位凸塊，42.大套筒滑塊，43.小套筒連接軸， 44.滑槽，45.大扭簧，46.小扭簧。
【具體實施方式】
[0035] 下面結合附圖和具體的實施例對本實用新型做進一步的說明：
[0036] 如圖1-圖18中所示，本實用新型涉及一種無損傷式果蔬采摘裝置，是一種帶有保 護裝置的抓剪一體式果蔬采摘機械手，主要由驅動裝置、保護裝置、抓取裝置、切割裝置構 成；驅動裝置安裝在保護裝置的外套筒3的末端，固定在外端蓋2上，抓取裝置安裝在保護 裝置的外套筒3內部，能夠自由伸縮(抓取裝置能夠自由的伸出保護裝置外部，也能夠自由 收縮到保護裝置內部)，切割裝置安裝在保護裝置外套筒3的外端，通過螺釘固定住刀架6， 這樣設置的好處是切割裝置不會占用額外的工作空間。
[0037] 驅動裝置包括一個大電機1和小電機8,大電機1固定在外端蓋2上，大電機1的 輸出軸固定在外螺紋小套筒5的小套筒連接軸43中，外螺紋小套筒5外面套有內螺紋大套 筒7,內螺紋大套筒7底端固定在機械手掌28底部，內螺紋大套筒7外側面設有四個大套筒 滑塊42,保護裝置的外套筒3內側面設有四個與大套筒滑塊42相適應的滑槽44,大套筒滑 塊42能夠在滑槽中滑動，大套筒滑塊42與抓取裝置固定在一起，大電機1轉動帶動大套筒 滑塊42滑動，從而實現抓取裝置伸出保護裝置外面。
[0038] 切割裝置包括刀片16、刀架6、第一滑動槽19和第二滑動槽21，刀架6通過第一沉 頭孔22固定在外套筒3的端面，刀片16通過連接孔20固定在刀架6的外側，使刀片能夠 繞連接孔旋轉，滑柱18同時穿過第一滑動槽19和第二滑動槽21，滑柱18的一側連接腱繩 4,腱繩4的運動帶動滑柱18沿著第一滑動槽19和第二滑動槽21移動，滑柱18帶動刀片 16旋轉，切斷果枝。
[0039] 抓取裝置包括機械手掌28、減速器9、編碼器26、四根手指31、捏合齒輪11、以及傳 動系統；減速器9和編碼器26固定于機械手掌28底部，減速器9與編碼器26通過捏合齒 輪11連接在一起，四根手指31位于機械手掌上方；傳動系統位于機械手掌內部并將手指與 減速器連接，傳動系統包括腱繩4、定滑輪架13、大錐齒輪12和橫軸35,大錐齒輪12套在橫 軸35上，腱繩4繞過定滑輪架13上的定滑輪纏繞在橫軸35的凹槽內。
[0040] 手指31由小電機8驅動，每根手指上有兩個指節：下指節14與上指節15,上指節 15與下指節14之間通過螺桿連接，并通過扭簧控制相對角度，腱繩拉動四根手指使手指彎 曲，機械手掌28與果蔬接觸的端面設置為內凹的橢球形。初始狀態時，手指31與機械手掌 28呈垂直狀態，手指的最大張角為90度，每根手指由一根腱繩驅動，四根腱繩在機械手掌 內部繞過定滑輪架13連接為一根腱繩，然后繞在橫軸35的繞線輪上面，小電機8與減速器 9配合拉動腱繩，捏合齒輪11將減速器9與編碼器26連接在一起，編碼器實時監測小電機 8所轉過的角度。
[0041] 保護裝置最外面是外套筒3,屬于小臂末端的一部分，外套筒3的一端由外端蓋2 封閉，大電機1固定在外端蓋2上，外套筒的內徑略大于四根手指伸直時抓取裝置的最大直 徑，切割裝置固定在外套筒3的另一端。
[0042] 在果蔬采摘過程中，本實用新型這種無損傷式果蔬采摘裝置主要完成四個步驟， 在采摘的初始時刻，抓取裝置是伸出在保護裝置的外面，在攝像頭檢測到果蔬后，該裝置移 動到果蔬旁邊，第一步，由抓取裝置接近果蔬，實現對果蔬的包絡抓取，待四根手指彎曲實 現穩定抓取后，第一步完成，接著進行第二步，保護裝置通過電機的轉動帶動抓取裝置向保 護裝置內移動，待抓取裝置完全移動到保護裝置內以后，第二步完成，緊接著第三步將果蔬 帶到果籃中，驅動裝置控制電機轉動使抓取裝置伸出保護裝置，第三步完成，最后第四步， 抓取裝置通過控制小電機的轉動，實現手指的張開。到此，完成了果蔬的完全采摘。
[0043] 具體采摘過程如下：
[0044] 第一步，實現手指對果蔬的包絡抓取。如圖3-圖8所示，在采摘的初始位置，四根 手指31是相互平行的，與機械手掌28成90度角，首先整個機械手掌向著果實的方向移動， 當果實碰到機械手掌28時，機械手掌28內側的力傳感器就會檢測到壓力，通過反饋系統控 制整個抓取裝置停止移動，然后，小電機8帶動減速器9轉動，減速器輸出軸與橫軸之間通 過一對嚙合錐齒輪(大錐齒輪12和小錐齒輪39)傳遞動力，通過小錐齒輪39的轉動帶動橫 軸35轉動。
[0045] 橫軸35繞有一根腱繩，該腱繩另一端連接四根同樣的腱繩，這四根腱繩分別向著 機械手掌28上側方向繞過定滑輪架13上的滑輪，穿過機械手掌28的側面到達四根手指 31，然后穿過下指節14上的腱繩孔24,最后固定在上指節15的內側。上指節15與下指節 14之間安裝大扭簧45,大扭簧的一端插在扭簧插孔25中，另一端卡在扭簧卡槽23中，下指 節14與機械手掌28之間安裝一個小扭簧46,大扭簧45的扭力大于小扭簧46的扭力，這樣 做的目的是在手指彎曲時首先彎曲的是下指節14。
[0046] 當小電機8帶動橫軸35轉動時，橫軸35拉動腱繩向下移動，手指31受到腱繩的 拉動，由下指節14開始向內彎曲，下指節接觸到果實并受到果實的反向阻力，當小扭簧46 彎曲后扭力大于大扭簧45的扭力時，上指節15開始彎曲，當上指節接觸到果實后，通過手 指末端的力傳感裝置檢測力的大小，達到所設定的壓力范圍后，控制電機停止轉動，到此， 實現了手指的包絡抓取。
[0047] 第二步，手指向保護裝置內移動。如圖11-圖18所示，當確認手指抓取完成后，大 電機1開始轉動，大電機1的輸出軸與外螺紋小套筒連接軸43固定在一起，外螺紋小套筒 5與內螺紋大套筒7通過螺紋嚙合在一起，內螺紋大套筒7的底端通過螺釘固定在手掌28 的下表面，內螺紋大套筒7的外圓柱面設有四個大套筒滑塊42,同樣的在外套筒3的內圓柱 面開有四個滑槽44,滑槽44與大套筒滑塊42配合，實現大套筒滑塊42在滑槽44內滑動。
[0048] 當大電機1帶動外螺紋小套筒5轉動，外螺紋小套筒不能移動，而內螺紋大套筒7 由于大套筒滑塊42的原因不能轉動，因此，外螺紋小套筒5的轉動帶動了內螺紋大套筒7 的移動，內螺紋大套筒7與抓取裝置固定在一起，從而帶動了抓取裝置沿著外套筒3的軸線 方向移動，最終使抓取裝置縮進了外套筒3里面。
[0049] 弟二步，將果蔬移動到保護裝直內后開始對果柄進彳丁切割。如圖1、圖2、圖9、圖 10所示，切割裝置主要由刀片16、滑柱18、第一滑動槽19、第二滑動槽21、連接孔20、第一 沉頭孔22、刀架6構成，刀架6通過第一沉頭孔22固定在外套筒3的一端，腱繩4的一端連 接一個獨立的電機，另一端固定在滑柱18上，滑柱18兩端分別插在第一滑動槽19與第二 滑動槽21中，第一滑動槽19位于刀片上，第二滑動槽21位于刀架6上，連接孔20將刀架 6與刀片16連接在一起，刀片16設置在刀架6的兩端，兩刀片平行放置。
[0050] 在切割開始階段，電機拉動腱繩4運動，腱繩4拉動滑柱18沿著第一滑動槽19與 第二滑動槽21共有的空間移動，刀片16以連接孔20為圓心轉動，兩把刀片相互旋轉實現 對整個圓筒的切割。
[0051 ] 第四步放置果實，切斷果柄之后，抓取裝置將果實放到指定位置。首先移動采摘裝 置到指定位置，大電機1逆時針轉動帶動外螺紋小套筒5轉動，進而帶動內螺紋大套筒7沿 著外套筒3的軸線方向向外移動，繼而帶動抓取裝置向外移動，當整個抓取裝置移動出去 后，大電機1停止轉動，驅動裝置開始運動，小電機8逆時針轉動，帶動減速器轉動，減速器 9輸出軸與編碼器26輸出軸上均設有捏合齒輪11，通過一對捏合齒輪11將減速器9與編 碼器26連接在一起，在抓取過程中，編碼器26已經記錄了電機8所轉過的角度，所以在放 下的過程中，通過編碼器26轉過相同的角度，四根手指最終轉成相互平行狀態，實現果實 的放置。
【權利要求】
1. 一種無損傷式果蔬采摘裝置，主要由驅動裝置、保護裝置、抓取裝置、切割裝置構成， 其特征在于：抓取裝置安裝在保護裝置內部，切割裝置固定在保護裝置外端，驅動裝置安裝 在保護裝置末端，抓取裝置能夠自由的伸出保護裝置外部或收縮回保護裝置內部。
2. 根據權利要求1所述的無損傷式果蔬采摘裝置，其特征在于：驅動裝置包括一個大 電機（1)和小電機（8)，大電機（1)固定在外端蓋（2)上，大電機（1)的輸出軸固定在外螺紋 小套筒（5)的小套筒連接軸（43)中，外螺紋小套筒（5)外面套有內螺紋大套筒（7)，內螺紋 大套筒（7 )底端固定在機械手掌（28 )底部，內螺紋大套筒（7 )外側面設有四個大套筒滑塊 (42)，保護裝置的外套筒（3)內側面設有四個與大套筒滑塊（42)相適應的滑槽（44)，大套 筒滑塊（42)能夠在滑槽中滑動，大套筒滑塊（42)與抓取裝置固定在一起，大電機（1)轉動 帶動大套筒滑塊（42 )滑動，使抓取裝置伸出保護裝置外面。
3. 根據權利要求1所述的無損傷式果蔬采摘裝置，其特征在于：切割裝置包括刀片 (16)、刀架（6)、第一滑動槽（19)和第二滑動槽（21)，刀架（6)通過第一沉頭孔（22)固定在 外套筒（3)的端面，刀片（16)通過連接孔（20)固定在刀架（6)的外側，使刀片能夠繞連接 孔旋轉，滑柱（18)同時穿過第一滑動槽（19)和第二滑動槽（21)，滑柱（18)的一側連接腱 繩（4)，腱繩（4)的運動帶動滑柱（18)沿著第一滑動槽（19)和第二滑動槽（21)移動，滑柱 (18)帶動刀片（16)旋轉。
4. 根據權利要求1所述的無損傷式果蔬采摘裝置，其特征在于：抓取裝置包括機械 手掌（28)、減速器（9)、編碼器（26)、四根手指（31)、捏合齒輪（11)、以及傳動系統；減速器 (9 )和編碼器（26 )固定于機械手掌（28 )底部，減速器（9 )與編碼器（26 )通過捏合齒輪（11) 連接在一起，四根手指（31)位于機械手掌上方；傳動系統位于機械手掌內部并將手指與 減速器連接，傳動系統包括腱繩（4)、定滑輪架（13)、大錐齒輪（12)和橫軸（35)，大錐齒輪 (12 )套在橫軸（35 )上，腱繩（4)繞過定滑輪架（13 )上的定滑輪纏繞在橫軸（35 )的凹槽內。
5. 根據權利要求4所述的無損傷式果蔬采摘裝置，其特征在于：手指（31)由小電機 (8)驅動，每根手指上有兩個指節：下指節（14)與上指節（15)，上指節（15)與下指節（14) 之間通過螺桿連接，并通過扭簧控制相對角度，機械手掌（28)與果蔬接觸的端面設置為內 凹的橢球形。
6. 根據權利要求1所述的無損傷式果蔬采摘裝置，其特征在于：保護裝置最外面是外 套筒（3)，外套筒（3)的一端由外端蓋（2)封閉，大電機（1)固定在外端蓋（2)上，切割裝置 固定在外套筒（3)的另一端。
【文檔編號】A01D46/30GK203896767SQ201420331169
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年6月20日 優先權日:2014年6月20日
【發明者】李歡, 張禹, 劉慧芳 申請人:沈陽工業大學