基于非均布并聯(lián)機構(gòu)的水果采摘裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于農(nóng)產(chǎn)品收獲機械技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及了一種基于非均布并聯(lián)機構(gòu)的水果采摘裝置，用于采摘樹果如蘋果，橘子，甜橙等。
【背景技術(shù)】
[0002]水果的采摘作業(yè)環(huán)節(jié)是水果生產(chǎn)中最耗時、最費力的一個環(huán)節(jié)。以2013年為例，我國果園種植面積為1113.95萬公頃，水果總產(chǎn)量為2億噸，同種水果成熟季較為集中，如蘋果的采摘期只有不到10天。目前我國的水果采摘工作基本還是人工作業(yè)，勞動強度大，生產(chǎn)效率低，工作環(huán)境惡劣。因此研發(fā)機械化采摘裝置，對解決勞動生產(chǎn)力，提高水果生產(chǎn)自動化程度都有非常積極的意義。目前，水果采摘機械手的研發(fā)普遍采用串聯(lián)機構(gòu)帶動末端采摘機構(gòu)，專利:CN104663138A和US4663925分別為典型代表，串聯(lián)機構(gòu)慣性大，動作緩慢，有累計誤差，精度低；為扭轉(zhuǎn)摘取水果要在末端配合電機，使得末端采摘機構(gòu)龐大，失去靈活性，這使得機械化水果采摘的效率始終不理想；并且目前采摘水果通過機械手直接摘取，通過力反饋確定夾持力，判斷是否夾持住水果，這使得水果機械損傷率較大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的是為解決目前水果采摘裝置中采摘精度比較低，采摘效率比較低的問題，提出了一種基于非均布并聯(lián)機構(gòu)的水果采摘裝置。
[0004]本發(fā)明為解決上述問題所采取的技術(shù)方案是:
[0005]本發(fā)明包括定平臺、四臺電機、四組控制臂、動平臺、末端采摘機構(gòu)和控制系統(tǒng)；定平臺豎直放置，四臺電機固定在定平臺上，四臺電機均經(jīng)各自的控制臂與位于定平臺前方的動平臺相連接，動平臺前部安裝有用于采摘水果的末端采摘機構(gòu)，四臺電機和末端采摘機構(gòu)均與控制系統(tǒng)連接。
[0006]所述的控制臂包括大臂、從動臂和球鉸，大臂沿定平臺徑向安裝，大臂一端連接電機的輸出軸，大臂另一端的U型支架經(jīng)球鉸與從動臂一端鉸接，從動臂另一端經(jīng)球鉸鉸接到動平臺，使得四組電機的輸出軸以不同角度轉(zhuǎn)動時可帶動四個大臂擺動，從而帶動動平臺移動。
[0007]所述的定平臺背面安裝有四臺電機，其中兩臺電機水平安裝在定平臺背面的上部，其中兩臺電機豎直安裝在定平臺背面的中部。
[0008]所述的動平臺包括兩塊對稱安裝的連接板和連接在兩塊連接板之間的中心板，兩塊連接板通過導(dǎo)軌機構(gòu)和齒輪軸結(jié)構(gòu)與中心板連接。
[0009]所述的連接板至少具有三個側(cè)部，其中兩個側(cè)部設(shè)有與所述控制臂鉸接的U型支架，另一側(cè)部邊沿的上下面均設(shè)有導(dǎo)軌，并在邊沿的側(cè)壁設(shè)有齒條，中心板兩側(cè)側(cè)面開有水平凹槽，水平凹槽的上下兩面均固定有用于嵌入導(dǎo)軌配合的滑塊，中心板通過滑塊與兩側(cè)連接板的導(dǎo)軌連接滑動形成滑動副；中心板中部中空并裝有可轉(zhuǎn)動的齒輪軸，齒輪軸下部為與齒條嚙合的齒輪，齒輪軸頂部有鍵槽，鍵槽通過平鍵與所述末端采摘機構(gòu)中的套環(huán)配合以同軸轉(zhuǎn)動。
[0010]所述的末端采摘機構(gòu)包括套環(huán)、安裝在套環(huán)兩側(cè)的兩塊活動卡板以及連接到活動卡板的固定卡板，套環(huán)一端內(nèi)設(shè)有鍵槽，其通過平鍵與所述動平臺中的齒輪軸同軸連接；套環(huán)另一端兩側(cè)分別與水平的活動卡板一端鉸接，并另一端內(nèi)裝有氣缸，活塞桿的兩側(cè)分別連接有側(cè)向臂，側(cè)向臂的外端嵌在活動卡板中部的第一條形槽中滑動；套環(huán)側(cè)壁開有與氣缸腔體連通的通氣端頭，通氣端頭與氣壓控制系統(tǒng)連接；活動卡板另一端與豎直的固定卡板固定連接，活動卡板另一端端部附近設(shè)有第二條形槽，橫桿的兩側(cè)底部各有滑塊，兩個滑塊分別嵌入到位于套環(huán)兩側(cè)的活動卡板的第二條形槽內(nèi)滑動，兩個推動桿分別鉸接到橫桿的兩端，推動桿的另一端與活動安裝在固定卡板中心的吸盤套件鉸接，吸盤套件連接氣壓控制系統(tǒng)。
[0011]所述的吸盤套件包括吸盤，吸盤中部設(shè)有連接頭作為吸盤氣腔輸出口，連接頭上設(shè)有與推動桿鉸接的鉸接頭以及與氣壓控制系統(tǒng)連接的通氣端頭。
[0012]所述的氣壓控制系統(tǒng)包括電磁閥、真空發(fā)生器和空氣壓縮機，氣缸和兩個吸盤套件經(jīng)各自的電磁閥與真空發(fā)生器氣路連接，真空發(fā)生器連接到空氣壓縮機。
[0013]所述的控制系統(tǒng)包括計算機、氣壓傳感器和控制器，電機和電磁閥均經(jīng)控制器連接到計算機，吸盤套件設(shè)有氣壓傳感器，氣壓傳感器連接到計算機。
[0014]本發(fā)明采用非均布并聯(lián)機構(gòu)帶動末端采摘機構(gòu)，并聯(lián)機構(gòu)相比于串聯(lián)機構(gòu)本身具有慣性小，速度快，無累積誤差，精度高的優(yōu)勢，可以更加快速，更加精確的進行采摘操作。
[0015]末端采摘機構(gòu)與并聯(lián)機構(gòu)的動平臺相連接，利用并聯(lián)機構(gòu)動平臺相對滑動帶動齒輪軸轉(zhuǎn)動的力進行扭轉(zhuǎn)采摘，不需單獨配合電機，減小末端采摘機構(gòu)的慣性，使之更加靈活。
[0016]末端采摘機構(gòu)采用柔性吸盤，可對球形、光滑表面的水果進行吸取，減少水果損傷，并且通過氣壓的反饋確定是否吸住水果。
[0017]本發(fā)明所具有的有益效果為:
[0018]本發(fā)明裝置可任意角度控制末端采摘機構(gòu)對水果的位置定位，可以實現(xiàn)以任意角度摘果，并且由于并聯(lián)機構(gòu)自身的特性，可大大減小采摘機構(gòu)的慣性和增加采摘機構(gòu)的精確性，實現(xiàn)了更加靈活的、精確的、快速的水果采摘。
[0019]本發(fā)明的末端采摘機構(gòu)由雙吸盤夾持水果，吸盤由氣壓驅(qū)動，并連接氣壓傳感器，計算機可通過分析氣壓傳感器的數(shù)據(jù)來判斷末端采摘機構(gòu)是否有吸住的牢蘋果，從而提高摘果準(zhǔn)確率，減小水果機械損傷。
[0020]本發(fā)明由并聯(lián)機構(gòu)動平臺相對滑動帶動末端采摘機構(gòu)扭轉(zhuǎn)將水果摘下，不需添加額外電機，末端采摘機構(gòu)慣性較小，使得摘果更加靈活，摘果效率更高。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)示意圖；
[0022]圖2為本發(fā)明非均布并聯(lián)機構(gòu)爆炸圖；
[0023]圖3為本發(fā)明動平臺結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024]圖4為本發(fā)明末端采摘機構(gòu)示意圖；
[0025]圖5為本發(fā)明吸盤結(jié)構(gòu)示意圖；
[0026]圖6為本發(fā)明末端采摘機構(gòu)夾持不同尺寸水果狀態(tài)示意圖之一；
[0027]圖7為本發(fā)明末端采摘機構(gòu)夾持不同尺寸水果狀態(tài)示意圖之二 ；
[0028]圖8為本發(fā)明氣壓系統(tǒng)示意圖；
[0029]圖9為本發(fā)明控制系統(tǒng)方框圖。
[0030]圖中:定平臺10 ;電機20 ;控制臂30、大臂31、從動臂32、球鉸33 ;動平臺40、連接板41、中心板42、滑塊43、導(dǎo)軌44、齒條45、齒輪軸46 ;末端采摘機構(gòu)50、套環(huán)51、活塞52、側(cè)向臂521、活動卡板53、第一條形槽531、第二條形槽532、固定卡板54、橫桿55、推動桿56、吸盤套件57、吸盤571、連接頭572、氣壓控制系統(tǒng)58、橡膠管581、電磁閥582、真空發(fā)生器583、空氣壓縮機58 ;控制系統(tǒng)60、計算機61、氣壓傳感器62、控制器63。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖及具體實施例對本發(fā)明做進一步詳細(xì)說明。
[0032]如圖1所示，本發(fā)明包括定平臺10、四臺電機20、四組控制臂30、動平臺40、末端采摘機構(gòu)50和控制系統(tǒng)60 ;定平臺10豎直放置，四臺電機20非均勻布置固定在定平臺10上，四臺電機20均經(jīng)各自的控制臂30與位于定平臺10前方的動平臺40相連接，動平臺40前部安裝有用于采摘水果的末端采摘機構(gòu)50，四臺電機20和末端采摘機構(gòu)50均與控制系統(tǒng)60連接。
[0033]定平臺10可安裝在水果采摘車的前部，控制系統(tǒng)60判斷水果是否抓牢并實施摘果操作。
[0034]如圖2所示，電機20非均勻布置固定在定平臺10上，控制臂30包括大臂31、從動臂32和球鉸33，大臂31沿定平臺10徑向安裝，大臂31 —端連接電機20的輸出軸，大臂31隨電機20輸出軸轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動。大臂31另一端的U型支架經(jīng)球鉸33與從動臂32 —端鉸接，從動臂32另一端經(jīng)球鉸33鉸接到動平臺40，使得四組電機20的輸出軸以不同角度轉(zhuǎn)動時可帶動四個大臂31擺動，從而帶動動平臺40移動。從動臂32呈弧形，兩端有可與球鉸33連接的孔洞，使得球鉸33可在從動臂32的孔洞內(nèi)轉(zhuǎn)動也可在一定角度內(nèi)擺動。
[0035]定平臺10背面安裝有四臺電機20，其中兩臺電機20水平安裝在定平臺10背面的上部，其中兩臺電機20豎直安裝在定平臺10背面的中部。定平臺10背面上部的兩臺電機20分別連接兩個豎直平行并排的控制臂30連接，這兩個控制臂30控制動平臺40的上下運動；定平臺10背面中部的兩臺電機20分別連接兩側(cè)的兩個水平對稱安裝的控制臂30連接，這兩個控制臂30分別連接到動平臺40兩側(cè)，以控制動平臺40的水平運動。
[0036]如圖3所示，動平臺40包括兩塊對稱安裝的連接板41和連接在兩塊連接板41之間的中心板42，兩塊連接板41通過導(dǎo)軌機構(gòu)和齒輪結(jié)構(gòu)與中心板42連接。連接板41至少具有三個側(cè)部，其中兩個側(cè)部設(shè)有與所述控制臂30的球鉸33鉸接的U型支架，另一側(cè)部邊沿的上下面均設(shè)有導(dǎo)軌44，并在邊沿的側(cè)壁設(shè)有齒條45，中心板42兩側(cè)側(cè)面開有水平凹槽，水平凹槽的上下兩面均固定有用于嵌入導(dǎo)軌44配合的滑塊43，中心板42通過滑塊43與兩側(cè)連接板41的導(dǎo)軌44連接滑動形成滑動副；中心板42中部中空并裝有可轉(zhuǎn)動的齒輪軸46，齒輪軸46下部的齒輪與兩側(cè)連接板41上的齒條45嚙合，使得當(dāng)兩塊連接板41相對滑動時可帶動齒輪軸46轉(zhuǎn)動，齒輪軸46與齒條45嚙合，齒輪軸頂部有鍵槽，通過平鍵與所述末端采摘機構(gòu)50中的套環(huán)51配合以同軸轉(zhuǎn)動。
[0037]如圖4所示，末端采摘機構(gòu)50包括套環(huán)51、安裝在套環(huán)51兩側(cè)的兩塊活動卡板53以及連接到活動