[发明专利]基于非均布并联机构的水果采摘装置

说明书

技术领域

本发明属于农产品收获机械技术领域，尤其是涉及了一种基于非均布并联机构的水果采摘装置，用于采摘树果如苹果，橘子，甜橙等。

背景技术

水果的采摘作业环节是水果生产中最耗时、最费力的一个环节。以2013年为例，我国果园种植面积为1113.95万公顷，水果总产量为2亿吨，同种水果成熟季较为集中，如苹果的采摘期只有不到10天。目前我国的水果采摘工作基本还是人工作业，劳动强度大，生产效率低，工作环境恶劣。因此研发机械化采摘装置，对解决劳动生产力，提高水果生产自动化程度都有非常积极的意义。目前，水果采摘机械手的研发普遍采用串联机构带动末端采摘机构，专利：CN104663138A和US4663925分别为典型代表，串联机构惯性大，动作缓慢，有累计误差，精度低；为扭转摘取水果要在末端配合电机，使得末端采摘机构庞大，失去灵活性，这使得机械化水果采摘的效率始终不理想；并且目前采摘水果通过机械手直接摘取，通过力反馈确定夹持力，判断是否夹持住水果，这使得水果机械损伤率较大。

发明内容

本发明的目的是为解决目前水果采摘装置中采摘精度比较低，采摘效率比较低的问题，提出了一种基于非均布并联机构的水果采摘装置。

本发明为解决上述问题所采取的技术方案是：

本发明包括定平台、四台电机、四组控制臂、动平台、末端采摘机构和控制系统；定平台竖直放置，四台电机固定在定平台上，四台电机均经各自的控制臂与位于定平台前方的动平台相连接，动平台前部安装有用于采摘水果的末端采摘机构，四台电机和末端采摘机构均与控制系统连接。

所述的控制臂包括大臂、从动臂和球铰，大臂沿定平台径向安装，大臂一端连接电机的输出轴，大臂另一端的U型支架经球铰与从动臂一端铰接，从动臂另一端经球铰铰接到动平台，使得四组电机的输出轴以不同角度转动时可带动四个大臂摆动，从而带动动平台移动。

所述的定平台背面安装有四台电机，其中两台电机水平安装在定平台背面的上部，其中两台电机竖直安装在定平台背面的中部。

所述的动平台包括两块对称安装的连接板和连接在两块连接板之间的中心板，两块连接板通过导轨机构和齿轮轴结构与中心板连接。

所述的连接板至少具有三个侧部，其中两个侧部设有与所述控制臂铰接的U型支架，另一侧部边沿的上下面均设有导轨，并在边沿的侧壁设有齿条，中心板两侧侧面开有水平凹槽，水平凹槽的上下两面均固定有用于嵌入导轨配合的滑块，中心板通过滑块与两侧连接板的导轨连接滑动形成滑动副；中心板中部中空并装有可转动的齿轮轴，齿轮轴下部为与齿条啮合的齿轮，齿轮轴顶部有键槽，键槽通过平键与所述末端采摘机构中的套环配合以同轴转动。

所述的末端采摘机构包括套环、安装在套环两侧的两块活动卡板以及连接到活动卡板的固定卡板，套环一端内设有键槽，其通过平键与所述动平台中的齿轮轴同轴连接；套环另一端两侧分别与水平的活动卡板一端铰接，并另一端内装有气缸，活塞杆的两侧分别连接有侧向臂，侧向臂的外端嵌在活动卡板中部的第一条形槽中滑动；套环侧壁开有与气缸腔体连通的通气端头，通气端头与气压控制系统连接；活动卡板另一端与竖直的固定卡板固定连接，活动卡板另一端端部附近设有第二条形槽，横杆的两侧底部各有滑块，两个滑块分别嵌入到位于套环两侧的活动卡板的第二条形槽内滑动，两个推动杆分别铰接到横杆的两端，推动杆的另一端与活动安装在固定卡板中心的吸盘套件铰接，吸盘套件连接气压控制系统。

所述的吸盘套件包括吸盘，吸盘中部设有连接头作为吸盘气腔输出口，连接头上设有与推动杆铰接的铰接头以及与气压控制系统连接的通气端头。

所述的气压控制系统包括电磁阀、真空发生器和空气压缩机，气缸和两个吸盘套件经各自的电磁阀与真空发生器气路连接，真空发生器连接到空气压缩机。

所述的控制系统包括计算机、气压传感器和控制器，电机和电磁阀均经控制器连接到计算机，吸盘套件设有气压传感器，气压传感器连接到计算机。

本发明采用非均布并联机构带动末端采摘机构，并联机构相比于串联机构本身具有惯性小，速度快，无累积误差，精度高的优势，可以更加快速，更加精确的进行采摘操作。

末端采摘机构与并联机构的动平台相连接，利用并联机构动平台相对滑动带动齿轮轴转动的力进行扭转采摘，不需单独配合电机，减小末端采摘机构的惯性，使之更加灵活。

末端采摘机构采用柔性吸盘，可对球形、光滑表面的水果进行吸取，减少水果损伤，并且通过气压的反馈确定是否吸住水果。

本发明所具有的有益效果为：