申请/专利权人：上海电力学院

申请日：2019-04-23

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN109937703B

主分类号：A01D46/253

分类号：A01D46/253;B65B5/04;B65B25/04

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2019.07.23#实质审查的生效;2019.06.28#公开

摘要：本发明涉及一种用于苹果采摘套袋装置，由机械爪、升降装置、剪切刃、测力装置以及撑袋联动装置组成，所述撑袋联动装置安装在撑袋装置支撑臂上端，机械爪安装在撑袋装置支撑臂下部，并且与撑袋联动装置中心相对应，升降装置和测力装置安装在撑袋装置支撑臂一侧，升降装置上端固定连接剪切刃，下端连接测力装置，测力装置通过联轴器和丝杆及升降螺母连接升降装置。本装置可实现苹果采摘过程中抓取、剪枝、套袋的所有功能。较现有的苹果采摘装置可降低人工成本、功能集成度高、生产环节缩短等优点。

主权项：1.一种用于苹果采摘套袋装置，由机械爪、升降装置、剪切刃、测力装置以及撑袋联动装置组成，其特征在于：所述撑袋联动装置安装在撑袋装置支撑臂上端，机械爪安装在撑袋装置支撑臂下部，并且与撑袋联动装置中心相对应，升降装置和测力装置安装在撑袋装置支撑臂一侧，升降装置上端固定连接剪切刃，下端连接测力装置，测力装置通过联轴器和丝杆及升降螺母连接升降装置；所述撑袋联动装置包括主动转盘、撑袋挂钩、连杆、定轮、叶片、转动轴、驱动轴，所述定轮与主动转盘配合连接，三个叶片均布在定轮上，每个叶片通过转动轴与定轮连接，叶片可绕转动轴转动，每个叶片上通过连杆连接驱动轴，驱动轴穿过定轮上开设有腰形槽后固定在主动转盘上，连杆与叶片之间通过销轴铰接；每个叶片的顶部设有撑袋挂钩；当转动主动转盘时，所述驱动轴在定轮的腰形槽内运动，通过连杆运动带动销轴运动，使叶片围绕转动轴进行转动，从而使三个叶片的转动实现开合；所述机械爪包括第一爪、第二爪，连杆一、连杆二、连杆三、连杆转轴、机械手主动杆、机械手支座，所述机械手支座上面分别通过连杆一转动连接两个第一爪和一个第二爪，且两个第一爪和一个第二爪均匀布置；两个第一爪和一个第二爪分别通过连杆二和连杆三与机械手支座中的机械手主动杆铰接，且连杆一与机械手支座和第一爪之间、连杆一与机械手支座和第二爪之间、连杆二与第一爪和连杆三之间以及连杆三与机械手主动杆之间均通过连杆转轴连接；所述第一爪长度大于第二爪长度，且第一爪、第二爪上分别套接有第一爪橡胶保护套、第二爪橡胶保护套。

全文数据：用于苹果采摘套袋装置技术领域本发明涉及一种苹果采摘装置，尤其是一种可以实现苹果茎的最短修剪以及在采摘同时实现辅助套袋的功能的苹果辅助采摘套袋装置。背景技术传统采摘也是目前市面上常见的苹果采摘方式主要是通过一个机械爪夹住苹果然后通过人力向下拖拽的方式进行采摘作业，这样的采摘方式较对苹果树健康有较大的影响。采摘下来也要进行苹果顶部残留的枝条进行二次修剪，部分还需要进行泡沫网的套袋工作，较为费时费力。而欧洲有自动识别苹果然后进行采摘等一整套动作自动进行，但成本过高，且对操作人员素质要求较高。我们希望做一款操作简便、结构紧凑、功能齐全、解决现有装置的实际问题的苹果采摘装置发明内容本发明是要提供一种用于苹果采摘套袋装置，实现集抓取、剪下枝条、套袋功能于一体，达到在不超过传统采摘方式成本太多的情况下方便果农采摘降低器械、人工、工艺成本。为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种用于苹果采摘套袋装置，由机械爪、升降装置、剪切刃、测力装置以及撑袋联动装置组成，所述撑袋联动装置安装在撑袋装置支撑臂上端，机械爪安装在撑袋装置支撑臂下部，并且与撑袋联动装置中心相对应，升降装置和测力装置安装在撑袋装置支撑臂一侧，升降装置上端固定连接剪切刃，下端连接测力装置，测力装置通过联轴器和丝杆及升降螺母连接升降装置。进一步，所述撑袋联动装置包括主动转盘、撑袋挂钩、连杆、定轮、叶片、转动轴，驱动轴，所述定轮与主动转盘配合连接，三个叶片均布在定轮上，每个叶片通过转动轴与定轮连接，叶片可绕转轴转动，每个叶片上通过连杆连接驱动轴，驱动轴穿过定轮上开设有腰形槽后固定在主动转盘上，连杆与叶片之间通过销轴铰接；每个叶片的顶部设有撑袋挂钩。进一步，当转动主动转盘时，所述驱动轴在定轮的腰形槽内运动，通过连杆运动带动销轴运动，使叶片围绕转动轴进行转动，从而使三个叶片的转动实现开合。进一步，所述机械爪包括第一爪、第二爪，连杆一、连杆二、连杆三、连杆转轴、机械手主动杆、机械手支座，所述机械手支座上面分别通过连杆一转动连接两个第一爪和一个第二爪，且两个第一爪和一个第二爪均匀布置；两个第一爪和一个第二爪分别通过连杆二和连杆三与机械手支座中的机械手主动杆铰接，且连杆一与机械手支座和第一爪之间、连杆一与机械手支座和第二爪之间、连杆二与第一爪和连杆三之间以及连杆三与机械手主动杆之间均通过连杆转轴连接。进一步，所述第一爪长度大于第二爪长度，且第一爪、第二爪上分别套接有第一爪橡胶保护套、第二爪橡胶保护套。进一步，所述剪切刃包括上剪刀板、下剪刀板、驱动电机，所述下剪刀板后端部下面固定连接驱动电机，驱动电机的驱动轴穿过下剪刀板后与上剪刀板连接。进一步，所述上剪刀板和下剪刀板为梳齿状剪刀板。进一步，所述升降装置包括剪刀升降支架、升降装置底座，所述剪刀升降支架插在升降装置底座内，并可沿升降装置底座上下移动；所述剪刀升降支架侧面设有凸筋，升降装置底座侧面设有导向槽，剪刀升降支架的凸筋与升降装置底座的导向槽配合连接。进一步，所述刀升降支架和升降装置底座与撑袋装置支撑臂成一定角度，避免苹果在通过联动撑袋装置时被剪刀阻碍，方便操作。进一步，所述测力装置包括螺旋杆、外棘轮、内棘轮、外壳、弹簧、电机、测量压力感应器，所述螺旋杆下部置于外壳内，外棘轮与内棘轮之间通过内齿连接，内棘轮固定在螺旋杆上，外棘轮底部与外壳底部之间连接有弹簧，外棘轮与电机连接，螺旋杆上装有测量压力感应器，测量压力感应器连接剪切刃的驱动电机。本发明的有益效果是：本装置由机械爪、升降装置、剪切刃、测力装置以及撑袋联动装置组成。可实现苹果采摘过程中抓取、剪枝、套袋的所有功能。较现有的苹果采摘装置可降低人工成本、功能集成度高、生产环节缩短等优点。机械爪由三个机械爪构成，其运动是基于四杆机构的原理。将三个机械爪的驱动端固定在升降杆上，通过升降杆的升降实现爪的张合。升降装置使用丝杆结构，通过限制上升管的绕Z轴方向的自由度实现将转动运动转化为直线运动的功能。剪切刃采用梳状齿刃的形式，不再局限于单一刀刃剪切，每一齿刃均可独立完成枝条的剪切，减少工人的操作难度。测力装置固定在升降装置的丝杠上，由步进电机直接驱动旋转同时带动丝杠旋转。采用双棘轮的测力装置，内部有弹力回复装置，当作用在测力装置上的扭矩达到一定的限度即刀刃紧贴苹果的时候，棘轮空转，刀刃不再下降，起到了保护苹果的功能。撑袋联动装置采用四杆机构，由上下两层圆环构成，下层圆环起到将机构固定的作用，上层圆环为活动部件，叶片和杆件固定在上下两层圆环中间，由活动圆环带动杆件转动实现叶片的开合，叶片上有倒刺钩住苹果网兜将其撑开。附图说明图1为本发明的用于苹果采摘套袋装置结构示意图；图2为撑袋联动装置结构示意图；其中：a主视图，b左视图，c后视图；图3为机械爪结构立体示意图；图4为机械爪结构主视图；图5为机械爪结构左视图；图6为剪切刃结构示意图；图7为升降装置结构示意图；其中：a主视图，b左视图，c俯视图，d仰视图；图8为测力保护装置结构示意图；其中：a主剖视图，b俯视图。具体实施方式下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。如图1所示，一种用于苹果采摘套袋装置，由机械爪2、升降装置5、剪切刃4、测力装置9以及撑袋联动装置1组成。撑袋联动装置1安装在撑袋装置支撑臂3上端，机械爪2安装在撑袋装置支撑臂3下部，并且与撑袋联动装置1中心相对应，升降装置5和测力装置6安装在撑袋装置支撑臂3一侧，升降装置5上端固定连接剪切刃4，下端连接测力装置9，测力装置9通过联轴器8和丝杆6及升降螺母7连接升降装置5。如图2a，b，c所示，撑袋联动装置1包括主动转盘1-1、撑袋挂钩1-2、连杆1-3、定轮1-4、叶片1-5、转动轴1-6，驱动轴1-7。定轮1-4与主动转盘1-1配合连接，三个叶片1-5均布在定轮1-4上，每个叶片1-5通过转动轴1-6与定轮1-4连接，叶片1-5可绕转动轴1-6转动，每个叶片1-5上通过连杆1-3连接驱动轴1-7，驱动轴1-7穿过定轮1-4上开设有腰形槽后固定在主动转盘1-1上，连杆1-3与叶片1-5之间通过销轴铰接。当转动主动转盘1-1的时候，驱动轴1-7在定轮1-4的腰形槽内运动，通过连杆1-3运动带动销轴运动，同时由于驱动轴1-7限制了叶片1-5的水平和垂直方向上的自由度，使得叶片1-5仅能围绕转动轴1-6进行转动，通过三个叶片1-5的转动实现了叶片的开合。每个叶片1-5的顶部设有撑袋挂钩1-2。使用时，首先根据苹果的尺寸范围设定定轮的直径，套袋装置中的叶片张开空间足够普通苹果通过。机构上的三个叶片均拥有撑袋挂钩，能够钩住袋子的边缘部分，再利用连杆机构的运动，带动叶片开合将袋子撑开。撑袋联动装置初始状态是闭合的，操作工人需要将一个新的束紧的网兜钩在叶片上的撑袋挂钩上，然后驱动主动转盘，随着主动转盘叶片张开，撑袋挂钩把袋子沿着三个方向撑开，苹果可以较为方便的从中间的预留空间中通过进入撑开的袋子中，被在下方的机械爪抓紧，并被梳齿状的剪刀降下剪断茎。如图3，4，5所示，机械爪2包括第一爪2-2、第二爪2-10、第一爪橡胶保护套2-1、第二爪橡胶保护套2-9、连杆一2-3、连杆二2-4、连杆三2-5、连杆转轴2-6、机械手主动杆2-7、机械手支座2-8。机械手支座2-8上面分别通过连杆一2-3转动连接两个第一爪2-2和一个第二爪2-10，且两个第一爪2-2和一个第二爪2-10均匀布置。两个第一爪2-2和一个第二爪2-10分别通过连杆二2-4和连杆三2-5与机械手支座2-8中的机械手主动杆2-7铰接，且连杆一2-3与机械手支座2-8和第一爪2-2之间、连杆一2-3与机械手支座2-8和第二爪2-10之间、连杆二2-4与第一爪2-2和连杆三2-5之间以及连杆三2-5与机械手主动杆2-7之间均通过连杆转轴2-6连接。第一爪2-2长度大于第二爪2-10长度。第一爪2-2、第二爪2-10上分别套接有第一爪橡胶保护套2-1、第二爪橡胶保护套2-9。该机械爪为苹果采摘器的夹持部分，具有两个活动关节的机械爪可以模拟人手对苹果的抓取动作。该机械爪具有一个自由度，可以通过活动杆的运动来带动机械爪的张合。这种机械爪的结构的优点是能够较大程度模仿人手抓取苹果的姿态，而且具有弧度的爪也能够很好的贴合苹果的表面。在实体机械爪上还装有弹性橡胶爪套，可以提高爪的柔韧性和弹性，并可使手爪不会伤害苹果。同时，具有较大摩擦系数的橡胶也可以增大机械爪和苹果表面的摩擦力，让机械爪的夹持更加牢固和稳定。机械爪为两边长一边短的设计，短边靠近升降装置。目的是为了在获得足够的抓取力的同时不会干扰到升降装置的正常工作。如图6所示，剪切刃4包括上剪刀板4-1、下剪刀板4-2、驱动电机4-3。下剪刀板4-2后端部下面固定连接驱动电机4-3，驱动电机4-3的驱动轴穿过下剪刀板4-2后与上剪刀板4-1连接。上剪刀板4-1、下剪刀板4-2为梳齿状剪刀板。考虑到苹果采摘过程中的实际情况不可能像实验室中那样理想，同时苹果树枝较高，将枝条恰好对齐刀刃较为困难。为此设计了一种多齿结构，可保证枝条在任意情况下均能可靠剪断。上剪刀板由驱动电机驱动，切断方式为旋转切断。可工作空间比传统剪切结构大很多，可以实现可靠剪断。梳齿状剪刀的下方设计有隔离垫，起到保护苹果的作用。初始位置的上剪刀板、下剪刀板的梳齿之间具有空隙，可以方便苹果茎的进入。驱动轴与上剪刀板固定，通过驱动电机的转动带动上剪刀板转动，错齿以实现苹果茎的剪切作业。如图7a，b，c，d所示，升降装置5包括剪刀升降支架、升降装置底座。剪刀升降支架插在升降装置底座，并可沿升降装置底座上下移动。剪刀升降支架侧面设有凸筋，升降装置底座侧面设有导向槽，剪刀升降支架的凸筋与升降装置底座的导向槽配合连接。刀升降支架和升降装置底座与撑袋装置支撑臂成一定角度，避免苹果在通过联动撑袋装置时被剪刀阻碍，方便操作。如图8a，b所示，测力装置9包括螺旋杆9-1、外棘轮、内棘轮9-2、外壳9-3、弹簧9-4、固定螺钉9-5、步进电机、测量压力感应器。螺旋杆9-1下部置于外壳9-3内，外棘轮与内棘轮9-2之间通过内齿连接，内棘轮9-2固定在螺旋杆9-1上，外棘轮底部与外壳9-3底部之间连接有弹簧9-4，外棘轮与步进电机连接，螺旋杆9-1上装有测量压力感应器，测量压力感应器连接剪切刃的驱动电机。该测量装置，可实现对苹果茎进行最短的剪断，并且不会伤害到苹果本身。为实现此项功能，借鉴棘轮机构的工作原理，设计了一种具有内部弹力回复功能的测力保护装置。该装置内部有弹力回复装置，在一定弹力限度下，外棘轮依靠内齿带动着内棘轮，内棘轮转动带动与内棘轮配合的螺旋杆上下运动。当上下运动的螺旋杆碰到苹果的果肩部位时，便会使外棘轮的弹性内齿超过弹力值，外棘轮和内棘轮之间会打滑，从而使螺旋杆不再运动。这时的螺旋杆上的测量压力感应器会使受控驱动电机运动，实行剪切运动。这个测量装置通过螺旋杆将旋转转化为直线运动，又通过棘轮机构将这种传动变更可反馈传递，能够实现将剪刀部位送达到苹果茎最短处。并且还能够控制苹果外部的受力，达到保护苹果的目的。该本发明利用丝杠升降机构原理，丝杠和该测量保护装置相连，步进电机与测力装置相连，当扭矩达到一定的阈值时，意味着剪刀与苹果接触，测力装置使步进电机空转，保护苹果。剪刀固定在升降装置上端，随升降装置一同升降。

权利要求：1.一种用于苹果采摘套袋装置，由机械爪、升降装置、剪切刃、测力装置以及撑袋联动装置组成，其特征在于：所述撑袋联动装置安装在撑袋装置支撑臂上端，机械爪安装在撑袋装置支撑臂下部，并且与撑袋联动装置中心相对应，升降装置和测力装置安装在撑袋装置支撑臂一侧，升降装置上端固定连接剪切刃，下端连接测力装置，测力装置通过联轴器和丝杆及升降螺母连接升降装置。2.根据权利要求1所述的用于苹果采摘套袋装置，其特征在于：所述撑袋联动装置包括主动转盘、撑袋挂钩、连杆、定轮、叶片、转动轴，驱动轴，所述定轮与主动转盘配合连接，三个叶片均布在定轮上，每个叶片通过转动轴与定轮连接，叶片可绕转动轴转动，每个叶片上通过连杆连接驱动轴，驱动轴穿过定轮上开设有腰形槽后固定在主动转盘上，连杆与叶片之间通过销轴铰接；每个叶片的顶部设有撑袋挂钩。3.根据权利要求2所述的用于苹果采摘套袋装置，其特征在于：当转动主动转盘时，所述驱动轴在定轮的腰形槽内运动，通过连杆运动带动销轴运动，使叶片围绕转动轴进行转动，从而使三个叶片的转动实现开合。4.根据权利要求1所述的用于苹果采摘套袋装置，其特征在于：所述机械爪包括第一爪、第二爪，连杆一、连杆二、连杆三、连杆转轴、机械手主动杆、机械手支座，所述机械手支座上面分别通过连杆一转动连接两个第一爪和一个第二爪，且两个第一爪和一个第二爪均匀布置；两个第一爪和一个第二爪分别通过连杆二和连杆三与机械手支座中的机械手主动杆铰接，且连杆一与机械手支座和第一爪之间、连杆一与机械手支座和第二爪之间、连杆二与第一爪和连杆三之间以及连杆三与机械手主动杆之间均通过连杆转轴连接。5.根据权利要求4所述的用于苹果采摘套袋装置，其特征在于：所述第一爪长度大于第二爪长度，且第一爪、第二爪上分别套接有第一爪橡胶保护套、第二爪橡胶保护套。6.根据权利要求1所述的用于苹果采摘套袋装置，其特征在于：所述剪切刃包括上剪刀板、下剪刀板、驱动电机，所述下剪刀板后端部下面固定连接驱动电机，驱动电机的驱动轴穿过下剪刀板后与上剪刀板连接。7.根据权利要求6所述的用于苹果采摘套袋装置，其特征在于：所述上剪刀板和下剪刀板为梳齿状剪刀板。8.根据权利要求1所述的用于苹果采摘套袋装置，其特征在于：所述升降装置包括剪刀升降支架、升降装置底座，所述剪刀升降支架插在升降装置底座内，并可沿升降装置底座上下移动；所述剪刀升降支架侧面设有凸筋，升降装置底座侧面设有导向槽，剪刀升降支架的凸筋与升降装置底座的导向槽配合连接。9.根据权利要求8所述的用于苹果采摘套袋装置，其特征在于：所述剪刀升降支架和升降装置底座与撑袋装置支撑臂成一定角度，避免苹果在通过联动撑袋装置时被剪刀阻碍，方便操作。10.根据权利要求1所述的用于苹果采摘套袋装置，其特征在于：所述测力装置包括螺旋杆、外棘轮、内棘轮、外壳、弹簧、电机、测量压力感应器，所述螺旋杆下部置于外壳内，外棘轮与内棘轮之间通过内齿连接，内棘轮固定在螺旋杆上，外棘轮底部与外壳底部之间连接有弹簧，外棘轮与电机连接，螺旋杆上装有测量压力感应器，测量压力感应器连接剪切刃的驱动电机。

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