[发明专利]一种压力可控的扭转式自动果蔬采摘机械手

说明书

本发明公开了一种压力可控的扭转式自动果蔬采摘机械手，包括抓取单元、旋转驱动单元、扭矩控制单元以及自动识别单元。所述抓取单元包括上限位盘、导向圆盘、推进圆盘、下限位盘以及机械手；所述扭矩控制单元包括球形销、弹簧、弹簧支撑座以及旋转螺母；所述自动识别单元包括控制器、红外传感器、电机驱动模块以及电源模块。本发明通过齿轮传动以及红外传感器的判断，推动推进圆盘旋转，驱动机械爪压紧果蔬后，扭矩控制单元控制抓取单元扭转，分离果蔬，而后电机反转收回机械爪，果蔬落入下落管道。该机械手可通过预设压力控制抓紧力，结构紧凑，简化采摘流程，提升采摘效率，解决了机械手采摘过程中易损伤果蔬和采摘效率低下的问题。

技术领域

本发明属于农业机械技术领域，具体涉及一种压力可控的扭转式自动果蔬采摘机械手。

背景技术

目前，我国拥有大面积的果蔬种植园，有繁重的果蔬采摘任务。随着人口老龄化的趋势日渐加重以及农业劳动力成本的逐渐上升，农业生产的成本日益增加，果蔬的自动化采摘成为现代农业机械技术发展的需要。近年来，社会各界在农业采摘机器人方面均做了研究，一些高校和研究所在研究果蔬采摘方面取得了一些成果，但这类机器人与辅助人工采摘的装置始终无法在市场上广泛应用，实现自动化采摘作业。究其原因：(1)该类机械手在每个果蔬的采摘过程中都避免不了往复运输水果的过程，大大增加了水果采摘的时间周期，从而浪费了大量的时间和人力资源；(2)同一种采摘机械手无法同时满足人工采摘和机器人自动化采摘的需要；(3)实际生产生活中的果蔬的生长分布状态充满众多不确定性，自动化机器人的判别算法仍无法解决所有的采摘问题；(4)采摘机器人均存在动作迟缓、采摘成功率低以及结构庞大等问题，因此这类机械装置无法满足精准、高效、稳定的采摘要求。

发明内容

本发明目的是针对现有机械需要重复水果采摘与水果安置的过程导致采摘效率低下，采摘机器人动作缓慢，采摘成功率低下，果蔬容易受伤以及果树密集部位大型采摘装置无法进入等问题，提供一种压力可控的扭转式自动果蔬采摘机械手。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种压力可控的扭转式自动果蔬采摘机械手，包括抓取单元、旋转驱动单元、扭矩控制单元以及自动识别单元；

所述抓取单元包括上限位盘、导向圆盘、推进圆盘、下限位盘以及机械手；所述导向圆盘、推进圆盘以及上、下限位盘呈中空状，中部设有直径相同的通孔；导向圆盘设有两个，沿所述推进圆盘的上下端面对称设置，导向圆盘的上下两侧对应设有上限位盘和下限位盘；所述上限位盘、导向圆盘、推进圆盘以及下限位盘由上至下叠加组合后，中心的通孔形成用于采摘果蔬的通道；所述推进圆盘侧面设有外圈齿轮，表面开设多个贯穿的导向槽，所述导向槽呈螺旋状均匀分布于推进圆盘内；所述导向圆盘侧面设有波浪形支撑槽，导向圆盘与推进圆盘相接的端面上设置有与导向槽对应的径向槽，沿导向圆盘的表面均匀分布；所述机械手通过导向槽固定设于导向圆盘与推进圆盘之间，所述推进圆盘旋转时，机械手的夹持面可在通道内做径向往复运动；

所述旋转驱动单元包括直流电机、主动齿轮以及电机固定座，所述主动齿轮通过平键与直流电机连接，主动齿轮与推进圆盘的外圈齿轮相啮合；主动齿轮与直流电机之间设有电机固定座，所述直流电机通过螺栓固定连接于电机固定座下部；所述电机固定座的一侧通过调节螺栓与下限位盘的外侧固定连接，所述调节螺栓用于调节主动齿轮与外圈齿轮啮合的松紧度；

所述扭矩控制单元固定设于限位盘侧面用于限制导向圆盘的旋转，包括球形销、弹簧、弹簧支撑座以及旋转螺母；所述上、下限位盘的侧面设有安装孔，旋转螺母穿过弹簧支撑座并嵌入所述安装孔中，所述球形销一侧的球面与导向圆盘的波浪形支撑槽接触，另一侧与弹簧连接；所述弹簧套接于旋转螺母的旋转轴上，所述旋转螺母向内旋转时，弹簧向内压缩并控制球形销向波浪形支撑槽的端面压紧；