采摘手爪的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種采摘手爪，用于自動采摘水果，屬于農(nóng)業(yè)智能裝備【技術領域】。該采摘手爪包括果實吸附器，用于吸附目標果實；果實夾持器，與所述果實吸附器連接并與所述果實吸附器配合，用于夾持所述目標果實；果實旋擰器，與所述果實夾持器連接，并與所述果實吸附器、果實夾持器配合，用于旋擰所述目標果實，使得所述目標果實與作物分離。本發(fā)明的采摘手爪采用旋擰式果實分離方法，有效解決了以番茄為代表的簇生短柄類果實果柄姿態(tài)各異無法準確定位，不能準確切割分離的問題。同時，本采摘手爪結構簡潔、制造成本低、控制簡單。
【專利說明】米?向手爪
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)智能裝備【技術領域】，尤其涉及一種用于自動采摘水果的采摘手爪。
【背景技術】
[0002]為了降低果蔬采摘勞動強度，提高生產(chǎn)效率，人們開始研究開發(fā)采摘機器人。采摘手爪作為采摘機器人的關鍵部件之一，功能在于將目標果實夾持后將其從果上與作物分離開來。然而由于采摘手爪操作對象為生長于作物莖桿的成熟果實，普遍具有姿態(tài)形狀各異、表皮柔嫩易損以及果實簇狀聚集等特點，要求采摘手爪需具備柔性夾持和可適應對不同大小和姿態(tài)果實操作的特征，在技術開發(fā)角度需要對采摘手爪構型設計、自動控制以及材料應用等方面進行綜合研究。
[0003]目前采摘機器人采用的采摘手爪從夾持方式區(qū)分主要有兩類:果實夾持和果柄夾持。果實夾持和主要通過一對可張合的手指對球形果實進行夾持，
[0004]手指內(nèi)側裝有橡膠墊以防止果實被夾傷。果柄夾持主要針對果實表皮柔嫩易損的果實(如草莓)采用夾持其果柄的方式，對果實進行操作，防止對果實的剛性損傷。還有采用橡膠手指在高壓氣源作用下彎曲的方式，實現(xiàn)對果實(如黃瓜)的果體夾持。果實分離方式多采用切割果柄，利用激光、電熱絲以及刀片等手段將果實與作物連接處的果柄切斷，實現(xiàn)將果實分離出來。
[0005]上述的采摘手爪只能采摘某一類果實，對于某些生長特性特殊的果實，便無法很好地使用上述采摘手爪，如番茄。
[0006]番茄果實具有簇生短柄的特征，主要表現(xiàn)為其多為2-5個大小不一的果實相互接觸、聚集成串，姿態(tài)各異，且其果柄較短容易被果實遮擋，無法對果柄精確定位。果實之間相互接觸，上述中手指型夾持方式，由于目標果實周圍沒有足夠空間容納手指，因此不適用于對番茄采摘。此外番茄果柄無法準確定位，果柄切割的分離方式也不適用于番茄采摘。然而成熟番茄果柄與果實結合處形成的離層組織，有利于通過旋擰的方式對其進行采摘。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明的目的在于提供一種用于自動采收番茄等果實的采摘手爪，以實現(xiàn)對簇狀生長果實的旋擰式采摘操作。
[0008]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的采摘手爪包括:
[0009]果實吸附器，用于吸附目標果實；
[0010]果實夾持器，與所述果實吸附器連接并與所述果實吸附器配合，用于夾持所述目標果實；
[0011]果實旋擰器，與所述果實夾持器連接，并與所述果實吸附器、果實夾持器配合，用于旋擰所述目標果實，使得所述目標果實與作物分離。
[0012]優(yōu)選地，所述果實夾持器包括:伸縮氣缸，所述伸縮氣缸的活塞桿自由端與一用于包覆所述目標果實的套筒連接。
[0013]優(yōu)選地，所述筒底部對稱安裝有一對軸承座，軸承座內(nèi)嵌入直線軸承。
[0014]優(yōu)選地，所述果實夾持器還包括導向桿，所述導向桿一端穿過所述套筒底部與一用于固定所述果實吸附器的支撐件連接，另一端與一大齒輪連接，所述導向桿與所述直線軸承配合，用于引導所述套筒在所述導向桿上滑動。
[0015]優(yōu)選地，所述套筒內(nèi)設置有多組氣囊結構，所述氣囊結構均勻分布在所述套筒的內(nèi)壁上。
[0016]優(yōu)選地,所述果實旋抒器包括旋抒電機，所述旋抒電機的輸出軸端部設有一小齒輪，所述小齒輪與所述大齒輪嚙合，所述大齒輪設置在所述伸縮氣缸上。
[0017]優(yōu)選地，所述大齒輪與所述伸縮氣缸之間設置有一軸承。
[0018]優(yōu)選地，所述軸承上靠近所述伸縮氣缸的一面設置有軸承端蓋，背離所述伸縮氣缸的一面設置有壓蓋，所述軸承端蓋與所述壓蓋通過螺釘連接，實現(xiàn)對所述大齒輪和所述軸承的軸向定位，所述伸縮氣缸通過其自身前段安裝螺紋與所述軸承端蓋固定。
[0019]優(yōu)選地，還包括一安裝法蘭結構，所述安裝法蘭結構用于固定該采摘手爪。
[0020]本發(fā)明的采摘手爪采用旋擰式果實分離方法，有效解決了以番茄為代表的簇生短柄類果實果柄姿態(tài)各異無法準確定位，不能準確切割分離的問題。通過氣囊包覆方式實現(xiàn)對果實表面的柔性夾持，既可以防止剛性夾持對果實表皮的損傷，同時氣囊可以對不同外形的果實充分施加相同的擠壓力，提高了采摘手爪的通用性和安全性。本發(fā)明的采摘手爪結構簡潔、制造成本低、控制簡單。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明實施例的采摘手爪的套筒伸出狀態(tài)圖；
[0022]圖2為本發(fā)明實施例的采摘手爪軸向剖視圖；
[0023]圖3為本發(fā)明實施例的采摘手爪的套筒收縮狀態(tài)圖。
【具體實施方式】
[0024]為使發(fā)明型的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合發(fā)明型實施例中的附圖，對發(fā)明型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述。
[0025]以下以采摘番茄為例，來具體介紹本發(fā)明的采摘手爪的結構及工作原理。針對番茄等果實簇生、短柄的特征，本發(fā)明采用套筒旋擰式采摘方式，實現(xiàn)對番茄果實柔性夾持和分離。本發(fā)明的采摘手爪主要包括果實吸附器、果實夾持器和果實旋擰器三個部件。其中，果實吸附器，用于吸附目標果實；果實夾持器，與所述果實吸附器連接并與所述果實吸附器配合，用于夾持所述目標果實；果實旋擰器，與所述果實夾持器連接，并與所述果實吸附器、果實夾持器配合，用于旋擰所述目標果實，使得所述目標果實與作物分離。
[0026]圖1為本發(fā)明實 施例的采摘手爪的套筒伸出狀態(tài)圖；圖2為本發(fā)明實施例的采摘手爪軸向剖視圖；圖3為本發(fā)明實施例的采摘手爪的套筒收縮狀態(tài)圖。參照圖1至圖3，所述果實吸附器包括真空吸盤14，真空吸盤14固定在一支撐件16上，該支撐件16為一橫梁結構。真空吸盤14通過一氣管9與遠端真空發(fā)生器連通。
[0027]果實夾持器包括伸縮氣缸I及導向桿8。其中，伸縮氣缸I的活塞桿10的自由端與一用于包覆目標果實18的套筒13連接。真空吸盤14置于該套筒13內(nèi)。套筒13內(nèi)設置有氣囊17，氣囊17貼合在套筒14的內(nèi)壁上。套筒13底部對稱安裝有一對軸承座12，軸承座12內(nèi)嵌入直線軸承11。
[0028]導向桿8 一端穿過套筒13底部后與支撐件16連接，另一端與大齒輪6連接，所述導向桿8用于引導套筒13在導向桿8上滑動。
[0029]果實旋抒器包括旋抒電機2,旋抒電機2的輸出軸端部設有一小齒輪19,小齒輪19與大齒輪6哨合,大齒輪6設置在伸縮氣缸I上。
[0030]該采摘手爪接近果實后，在真空發(fā)生器的作用下，果實吸附器上的真空吸盤14吸附果實表面將其從簇狀果實串中分離出來，然后活塞桿10驅(qū)動套筒13伸出，直至果實整體容納套筒13內(nèi)部，接通氣囊12的高壓氣源，使氣囊17膨脹對果實表面施加壓力，從而將果實夾緊。此時果實旋擰器中的旋擰電機2旋轉(zhuǎn)，通過小齒輪19與大齒輪6的嚙合，帶動套筒13旋轉(zhuǎn)以實現(xiàn)對果實的旋擰，使其果柄與果體分離完成采摘。
[0031]本發(fā)明的采摘手爪采用旋擰式果實分離方法，有效解決了以番茄為代表的簇生短柄類果實果柄姿態(tài)各異無法準確定位，不能準確切割分離的問題。同時通過氣囊包覆方式實現(xiàn)對果實表面的柔性夾持，既可以防止剛性夾持對果實表皮的損傷，同時氣囊可以對不同外形的果實充分施加相同的擠壓力，提高了采摘手爪的通用性和安全性。
[0032]優(yōu)選地，真空吸盤14通過氣管9與遠端真空發(fā)生器聯(lián)接，真空發(fā)生器上設置有電磁閥，真空發(fā)生器壓力氣源聯(lián)接受電磁閥控制。電磁閥閉合時，真空發(fā)生器產(chǎn)生負壓氣流，使得真空吸盤14的吸口具有負壓吸附力產(chǎn)生。其中真空發(fā)生器與電磁閥在圖中未體現(xiàn)。
[0033]真空吸盤14氣管穿過支撐件16中心通孔，兩側由螺釘擠壓氣管，從而實現(xiàn)對支撐件16的安裝定位。支撐件16通過軟質(zhì)氣管9定位的優(yōu)點在于，其可以通過氣管彎曲，調(diào)整自身姿態(tài)以適應果實表面形態(tài)，從而真空吸盤14的吸口可以與果實表面充分貼合，有效提高對果實的吸附能力。
[0034]如圖1、圖2所示，果實夾持器包括伸縮氣缸1、套筒13、直線軸承11、導向桿8以及氣囊17等。真空吸盤14及支撐件16設置于該套筒13內(nèi)。套筒與活塞桿10的桿端由螺母固定連接，可隨活塞桿10的伸縮而運動。
[0035]伸縮氣缸I驅(qū)動活塞桿10伸縮，進而帶動套筒13伸縮。隨著套筒13伸縮，直線軸承11在導向桿8上滑動，從而實現(xiàn)對套筒13伸縮運動的導向約束。套筒13的內(nèi)壁有三組相同的氣囊17，均勻分布在套筒13的內(nèi)壁上。氣囊17為聚氨酯橡膠(TPU)軟質(zhì)薄膜，通過氣囊管171聯(lián)接減壓閥與高壓氣源聯(lián)接，充氣后氣囊膨脹擠壓果實表面，同時調(diào)節(jié)加壓閥輸出壓力可以改變氣囊對果實表面的擠壓力。
[0036]結合圖2，果實旋擰器包括旋擰電機2、大齒輪6、小齒輪19以及軸承4等。小齒輪19中心軸孔與旋抒電機2的輸出軸配合安裝。大、小齒輪相互哨合，大齒輪6上固定連接有導向桿8，導向桿8通過定位螺栓5固定在大齒輪6上。大齒輪6的中心孔容納所述活塞桿10。當旋擰電機2旋轉(zhuǎn)時通過小齒輪19驅(qū)動大齒輪6旋轉(zhuǎn)，并由一對導向桿8帶動套筒13旋轉(zhuǎn)。
[0037]大齒輪6與伸縮氣缸I之間設置有軸承4。在軸承4上靠近伸縮氣缸I的一面設置有軸承端蓋3，背離伸縮氣缸I的一面設置有壓蓋7。軸承端蓋3以及壓蓋7通過螺釘連接，實現(xiàn)對大齒輪6和軸承4的軸向定位。伸縮氣缸I通過其自身前段安裝螺紋與軸承端蓋3固定。
[0038]本發(fā)明的采摘手爪還包括安裝法蘭結構15，安裝法蘭結構15用于固定該采摘手爪，其上設置有多個用于固定安裝法蘭結構15的安裝孔151。其中，軸承端蓋3、壓蓋7以及安裝法蘭結構15通過螺釘連接彼此貼合。
[0039]本發(fā)明提供的采摘手爪作為自動采摘機器人的重要組成部分，其安裝于機器人采摘機械臂末端，由機械臂對其進行空間定位以接近目標果實，并通過吸附、夾持以及旋擰等操作實現(xiàn)對目標果實的自動采摘。
[0040]綜上所述，本發(fā)明的采摘手爪采用旋擰式果實分離方法，有效解決了以番茄為代表的簇生短柄類果實果柄姿態(tài)各異無法準確定位，不能準確切割分離的問題。
[0041]通過氣囊包覆方式實現(xiàn)對果實表面的柔性夾持，既可以防止剛性夾持對果實表皮的損傷，同時氣囊可以對不同外形的果實充分施加相同的擠壓力，提高了采摘手爪的通用性和安全性。
[0042]本發(fā)明的采摘手爪結構簡潔、制造成本低、控制簡單，有利于實際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)推廣應用。
[0043]最后應說明的是:以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領域的普通技術人員應當理解:其依然可以對前述各實施 例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應技術方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術方案的范圍。
【權利要求】
1.一種采摘手爪，用于自動采摘水果，其特征在于，包括: 果實吸附器，用于吸附目標果實； 果實夾持器，與所述果實吸附器連接并與所述果實吸附器配合，用于夾持所述目標果實； 果實旋擰器，與所述果實夾持器連接，并與所述果實吸附器、果實夾持器配合，用于旋擰所述目標果實，使得所述目標果實與作物分離。
2.根據(jù)權利要求1所述的采摘手爪，其特征在于，所述果實夾持器包括:伸縮氣缸，所述伸縮氣缸的活塞桿自由端與一用于包覆所述目標果實的套筒連接。
3.根據(jù)權利要求1所述的采摘手爪，其特征在于，所述筒底部對稱安裝有一對軸承座，軸承座內(nèi)嵌入直線軸承。
4.根據(jù)權利要求3所述的采摘手爪，其特征在于，所述果實夾持器還包括導向桿，所述導向桿一端穿過所 述套筒底部與一用于固定所述果實吸附器的支撐件連接，另一端與一大齒輪連接，所述導向桿與所述直線軸承配合，用于引導所述套筒在所述導向桿上滑動。
5.根據(jù)權利要求2所述的采摘手爪，其特征在于，所述套筒內(nèi)設置有多組氣囊結構，所述氣囊結構均勻分布在所述套筒的內(nèi)壁上。
6.根據(jù)權利要求1至5所述的采摘手爪，其特征在于，所述果實旋擰器包括旋擰電機，所述旋擰電機的輸出軸端部設有一小齒輪，所述小齒輪與所述大齒輪嚙合，所述大齒輪設置在所述伸縮氣缸上。
7.根據(jù)權利要求6所述的采摘手爪，其特征在于，所述大齒輪與所述伸縮氣缸之間設置有一軸承。
8.根據(jù)權利要求7所述的采摘手爪，其特征在于，所述軸承上靠近所述伸縮氣缸的一面設置有軸承端蓋，背離所述伸縮氣缸的一面設置有壓蓋，所述軸承端蓋與所述壓蓋通過螺釘連接，實現(xiàn)對所述大齒輪和所述軸承的軸向定位，所述伸縮氣缸通過其自身前段安裝螺紋與所述軸承端蓋固定。
9.根據(jù)權利要求1所述的采摘手爪，其特征在于，還包括一安裝法蘭結構，所述安裝法蘭結構用于固定該采摘手爪。
【文檔編號】A01D46/30GK103782725SQ201410028409
【公開日】2014年5月14日 申請日期:2014年1月21日 優(yōu)先權日:2014年1月21日
【發(fā)明者】馮青春, 王秀, 馬偉, 鄒偉, 范鵬飛 申請人:北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術研究中心