[发明专利]一种可剪切果柄的苹果采摘机械手及其苹果采摘方法

说明书

本发明公开了一种可剪切果柄的苹果采摘机械手及其苹果采摘方法。本发明包括三指夹持机构和果柄剪切机构；采摘时，夹持机构的三个手指合拢夹持住苹果，果柄剪切机构的两个电机等速反向转动，使球面刀片一和球面刀片二反向转动合拢，切断苹果果柄，苹果被采摘；然后，两个电机驱动两个刀片复位，三个手指张开，苹果被收集。本发明中果柄剪切机构中的刀片是圆弧形的，能更大范围的剪切果柄，在任何苹果姿态下均可实现快速剪切苹果果柄，且果柄较粗难以剪断时，两个刀片还能夹持住果柄，通过机械臂旋转扯断果柄，实现带果柄苹果的采摘。因此，本发明能较好地采摘带果柄的苹果，避免果柄的脱落影响果实的储藏。

技术领域

本发明属于农业机械领域，具体涉及一种可剪切果柄的苹果采摘机械手及其苹果采摘方法。

背景技术

作为世界上最大的苹果生产国和消费国，我国苹果产业的发展潜力是巨大的，但在苹果生产过程中，机械化的程度并不高，大部分还需要人工采摘。针对人工采摘劳动强度大、果树高处不宜摘取等缺点，国内外都对苹果采摘机械手进行了一系列的研究。

如日本的二指夹持机械手，采摘速度快，但采摘质量一般；美国的七自由度采摘机器人，尽管很灵活，但控制难度较高。而且，这些机械都只能抓取苹果后通过拽拉或扭转的方式使苹果与树枝分离。

发明内容

发明的目的在于提供一种可剪切果柄的苹果采摘末端执行器，来解决目前机械化采摘苹果时果柄易脱落的问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明一种可剪切果柄的苹果采摘机械手，包括机械臂和末端执行器；末端执行器由机械臂驱动；所述的末端执行器包括三指夹持机构、果柄剪切机构和支撑机构；所述的三指夹持机构包括手指、手指安装架、绳子连接板、法兰螺母、导杆、丝杆和步进电机；所述的手指安装架固定在支撑机构上；三个手指沿手指安装架周向均布；所述手指的中部与手指安装架通过销轴铰接，并通过扭簧连接；手指尾部与绳子连接板通过钢丝绳连接；所述的绳子连接板与法兰螺母固定，并与导杆构成滑动副；法兰螺母与丝杆构成螺旋副；导杆固定在支撑机构上；所述的丝杆与步进电机的输出轴通过联轴器连接；步进电机的底座固定在支撑机构上；所述的果柄剪切机构包括传动轴二、球面刀片二、球面刀片一、蜗轮蜗杆副一、传动轴一、蜗轮蜗杆副二和驱动电机；所述的传动轴二与支撑机构构成转动副；轴套一固定在传动轴二上；所述球面刀片一的一端空套在传动轴二上，并与轴套一固定；蜗轮蜗杆副一的蜗轮固定在传动轴二上，且位于轴套一内端；所述球面刀片二的一端与定位套筒固定；定位套筒空套在传动轴二上，且位于轴套一外端；传动轴二外端的外螺纹与紧固螺母一连接；所述的紧固螺母一压紧定位套筒；蜗轮蜗杆副一的蜗杆与蜗轮蜗杆副一的蜗轮啮合，并与支撑机构构成转动副；所述的传动轴一与支撑机构构成转动副；所述球面刀片一的另一端与套筒一固定；所述的套筒一空套在传动轴一上；轴套二固定在传动轴一上，且位于套筒一外端；所述球面刀片二的另一端空套在传动轴一上，并与轴套二固定；蜗轮蜗杆副二的蜗轮固定在传动轴一上，且位于套筒一内端；传动轴一外端的外螺纹与紧固螺母二连接；所述的紧固螺母二压紧轴套二；蜗轮蜗杆副二的蜗杆与蜗轮蜗杆副二的蜗轮啮合，并与支撑机构构成转动副；蜗轮蜗杆副一和蜗轮蜗杆副二的蜗杆分别由一个驱动电机驱动；所述球面刀片一和球面刀片二的两侧都设有刀刃。

优选地，所述的扭簧套置在销轴上，一端与手指固定，另一端与手指安装架固定。

优选地，所述的钢丝绳穿过手指安装架和支撑机构上对应位置的通孔。

优选地，所述的传动轴二上空套有垫片，垫片置于球面刀片二和球面刀片一之间。

优选地，所述的传动轴二上空套有套筒二，套筒二置于轴套一和蜗轮之间。

优选地，所述的蜗杆与驱动电机的输出轴通过联轴器连接；驱动电机的底座固定在支撑机构上。

优选地，所述的蜗杆与盖板构成转动副；所述的盖板与支撑机构通过螺钉连接。