專(zhuān)利名稱(chēng)：果實(shí)采收末端執(zhí)行器及果實(shí)采收方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及針對(duì)小型果實(shí)采收操作的末端執(zhí)行器，及使用該末端執(zhí)行器對(duì)果實(shí)進(jìn)行采收的方法。
背景技術(shù)：
草莓、櫻桃、圣女果等小型果實(shí)具有高產(chǎn)、種植面積廣泛以及個(gè)體差異大等特點(diǎn)， 對(duì)其進(jìn)行采摘等工序如果人工作業(yè)完成，不僅需要大量人力，耗時(shí)費(fèi)力，而且效率低下，成本較高。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)器人技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用于小型果實(shí)的采摘、分選以及包裝的智能化設(shè)備陸續(xù)出現(xiàn)，這些智能化采摘設(shè)備均需要有末端執(zhí)行器，負(fù)責(zé)對(duì)果實(shí)進(jìn)行實(shí)際操作，完成相應(yīng)功能。由于小型果實(shí)表皮柔嫩，末端執(zhí)行器需要具有柔性?shī)A持的特點(diǎn)，以防止對(duì)果實(shí)表皮造成損傷。同時(shí)為保證果實(shí)食用衛(wèi)生要求，末端執(zhí)行器在對(duì)果實(shí)的操作過(guò)程中應(yīng)減少污染源引入。江蘇大學(xué)發(fā)明專(zhuān)利CN10238775A、CN101019484描述的果蔬采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器， 采用柔性材料手指夾持果實(shí)。中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)專(zhuān)利CN101317516A描述的草莓采摘末端執(zhí)行器采用手爪夾持果柄方式夾持草莓果實(shí)，同時(shí)帶動(dòng)手爪上的切刀對(duì)果柄進(jìn)行切割分離?，F(xiàn)有的末端執(zhí)行器多采用夾持果實(shí)方式，然而由于果實(shí)品種的不同和生長(zhǎng)環(huán)境的不同等因素，其耐受夾持壓力的差異性較大。末端執(zhí)行器對(duì)夾持手指力度控制的難度也較大，而且草莓等果實(shí)表皮非常柔嫩，采用手指夾持操作容易造成果實(shí)表皮損傷，直接影響果實(shí)品質(zhì)，以及后續(xù)加工和儲(chǔ)藏。末端執(zhí)行器采用切刀對(duì)果柄進(jìn)行切割分離，切口暴露于外界環(huán)境，容易引起作物病害。果實(shí)亦常因切口感染細(xì)菌而腐爛，造成損失。

發(fā)明內(nèi)容
(一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是如何高效、無(wú)損的對(duì)果實(shí)進(jìn)行采收，且不會(huì)對(duì)作物造成污染。( 二 )技術(shù)方案為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種果實(shí)采收末端執(zhí)行器，包括吸附件；螺桿，其一端與所述吸附件連接；固定塊，所述螺桿的另一端從固定塊中穿出；驅(qū)動(dòng)部件，位于所述固定塊的上方且與固定塊連接；兩個(gè)夾持手指，分別與所述驅(qū)動(dòng)部件連接，位于所述吸附件的上方，在所述驅(qū)動(dòng)部件的控制下開(kāi)合；切割部件，與兩個(gè)所述夾持手指連接其中，所述切割部件包括位于一個(gè)所述夾持手指上的固定架，與所述固定架連接的加熱件，位于另一個(gè)所述夾持手指上的切割墊板，所述切割墊板對(duì)應(yīng)于加熱件的部分開(kāi)
設(shè)有槽。
兩個(gè)夾持手指對(duì)合時(shí)，所述加熱件嵌合在切割墊板的槽中。所述加熱件為鎳鉻加熱絲。所述驅(qū)動(dòng)部件為氣爪，所述氣爪與電磁閥連接，兩個(gè)所述夾持手指分別與氣爪的活動(dòng)塊連接。所述氣爪通過(guò)螺釘與固定塊連接，所述氣爪與固定塊之間的距離可通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘調(diào)整。所述吸附件為風(fēng)琴式吸盤(pán)，其一端為吸盤(pán)，另一端為連接板，所述連接板與螺桿連接，所述吸附件與真空發(fā)生器組件連接。兩個(gè)所述夾持手指的對(duì)端分別設(shè)置有夾持墊片。為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明還提供了一種果實(shí)采收方法，包括步驟1、啟動(dòng)所述真空發(fā)生器組件為吸附件提供負(fù)壓，所述吸附件吸附住待采收的果實(shí)；步驟2、通過(guò)控制電磁閥控制氣門(mén)的活動(dòng)塊活動(dòng)，從而使得兩個(gè)夾持手指對(duì)合，加熱件與切割墊板的槽嵌合，將果柄夾??；步驟3、接通所述加熱件的電源，高溫的加熱件與切割墊板將果柄切斷。(三)有益效果上述技術(shù)方案具有如下優(yōu)點(diǎn)通過(guò)高效、無(wú)損的對(duì)小型果實(shí)進(jìn)行采收、分選以及包裝等作業(yè)，對(duì)果實(shí)進(jìn)行無(wú)損夾持、搬運(yùn)，以及采收時(shí)進(jìn)行果柄切割等。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例的果實(shí)采收末端執(zhí)行器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例的果實(shí)采收末端執(zhí)行器的局部結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例的果實(shí)采收方法的流程圖。其中，1 吸附件；11 吸盤(pán)；12 連接板；2 螺桿；3 固定塊；4 氣爪；5 夾持墊片； 6 夾持手指；7 加熱件；8 固定架；9 切割墊板；91 槽；10 調(diào)節(jié)螺釘；13 果實(shí)。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步詳細(xì)描述。以下實(shí)施例用于說(shuō)明本發(fā)明，但不用來(lái)限制本發(fā)明的范圍。如圖1、2所示，圖1是本發(fā)明實(shí)施例的果實(shí)采收末端執(zhí)行器包括果實(shí)吸附部分、果實(shí)夾持部分和果柄切割部分三部分。氣爪果實(shí)吸附部分用于吸住待采摘的果實(shí)13，包括吸附件1、螺桿2和固定塊3。果實(shí)夾持部分用于將待采摘的果實(shí)13夾住，包括作為驅(qū)動(dòng)部件的氣爪4、夾持墊片5和夾持手指6。果柄切割部件用于將待采摘果實(shí)13的果柄切斷，包括加熱件7，固定架8和切割墊板9。其中，吸附件1具體為風(fēng)琴式吸盤(pán)，其一端為吸附端，即吸盤(pán)11，另一端為連接板 12，連接板12與螺桿2連接，螺桿2穿過(guò)固定塊3并穿出，穿出的一端與真空發(fā)生器組件 (未示出)連接，通過(guò)調(diào)節(jié)螺桿2能夠調(diào)整吸附件1伸出固定塊3的長(zhǎng)度，以適應(yīng)大小不同的果實(shí)、不同果柄長(zhǎng)度的果實(shí)的采摘要求。氣爪4通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘10固定在固定塊3的上方，通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘10能夠調(diào)節(jié)吸附件1與夾持手指6之間的距離。本實(shí)施例的氣爪4具體為平行開(kāi)閉型氣爪，氣爪4的開(kāi)啟閉合由電磁閥(未示出)控制。在其對(duì)應(yīng)于吸附件1的一端，氣爪4的活動(dòng)塊(未示出) 通過(guò)螺釘或螺栓連接有兩個(gè)夾持手指6，當(dāng)兩個(gè)夾持手指6靠近時(shí)其端部對(duì)合，能夠組合成 U型，用于夾住待采摘果實(shí)13。一個(gè)夾持手指6的端部上方設(shè)置有固定架8，固定架8上設(shè)置有加熱件7。該固定架8可以為U型，其開(kāi)口端被作為加熱件7的鎳鉻電熱絲連接，另一個(gè)夾持手指6上設(shè)置有切割墊板9，切割墊板9上對(duì)應(yīng)于加熱件7的位置設(shè)置有槽91，該槽 91的形狀與加熱件7的形狀相適應(yīng)，當(dāng)兩個(gè)夾持手指6對(duì)合，加熱件7就嵌合在切割墊板9 的槽91中。固定架8和切割墊板9都伸出夾持手指6的端面，因此夾持手指6的端面還設(shè)置有夾持墊片5，用于縮短兩個(gè)夾持手指6端部的距離，以便更牢固的夾住果實(shí)13的果柄。本實(shí)施例中，鎳鉻電熱絲、電磁閥以及真空發(fā)生器組件均采用同一直流電源供電， 其各自狀態(tài)由控制器通過(guò)繼電器控制。如圖3所示，本發(fā)明還提供了一種果實(shí)采收方法，包括以下步驟步驟Si、啟動(dòng)真空發(fā)生器組件為吸附件提供負(fù)壓，吸附件吸附住待采收的果實(shí)；步驟S2、通過(guò)控制電磁閥控制氣門(mén)的活動(dòng)塊活動(dòng)，從而使得兩個(gè)夾持手指對(duì)合，加熱件與切割墊板的槽嵌合，將果柄夾??；步驟S3、接通加熱件的電源，高溫的加熱件與切割墊板將果柄切斷。為適應(yīng)不同品種的果實(shí)的外形特征，本實(shí)施例采用可調(diào)式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)螺桿可以調(diào)節(jié)吸盤(pán)伸出固定塊的伸出長(zhǎng)度，以適應(yīng)大小不同的果實(shí)、不同果柄長(zhǎng)度的果實(shí)的采摘要求；同時(shí)為保證產(chǎn)品的通用性，吸盤(pán)、氣爪以及電熱絲等部件均為可拆卸式裝配方式，可根據(jù)作業(yè)需要進(jìn)行拆卸安裝，以滿足采摘、分選、包裝等不同功能環(huán)境的要求。本發(fā)明提供的裝置和方法可以高效、無(wú)損的對(duì)小型果實(shí)進(jìn)行采收、分選以及包裝等作業(yè)，對(duì)果實(shí)進(jìn)行無(wú)損夾持、搬運(yùn)，以及采收時(shí)進(jìn)行果柄切割等。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，在不脫離本發(fā)明技術(shù)原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和變型，這些改進(jìn)和變型也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.果實(shí)采收末端執(zhí)行器，其特征在于，包括 吸附件；螺桿，其一端與所述吸附件連接； 固定塊，所述螺桿的另一端從固定塊中穿出； 驅(qū)動(dòng)部件，位于所述固定塊的上方且與固定塊連接；兩個(gè)夾持手指，分別與所述驅(qū)動(dòng)部件連接，位于所述吸附件的上方，在所述驅(qū)動(dòng)部件的控制下開(kāi)合；切割部件，與兩個(gè)所述夾持手指連接。
2.如權(quán)利要求1所述的果實(shí)采收末端執(zhí)行器，其特征在于，所述切割部件包括位于一個(gè)所述夾持手指上的固定架，與架設(shè)在所述固定架上的加熱件，位于另一個(gè)所述夾持手指上的切割墊板，所述切割墊板對(duì)應(yīng)于加熱件的部分開(kāi)設(shè)有槽。
3.如權(quán)利要求2所述的果實(shí)采收末端執(zhí)行器，其特征在于，兩個(gè)夾持手指對(duì)合時(shí)，所述加熱件嵌合在切割墊板的槽中。
4.如權(quán)利要求2所述的果實(shí)采收末端執(zhí)行器，其特征在于，所述加熱件為鎳鉻加熱絲。
5.如權(quán)利要求1所述的果實(shí)采收末端執(zhí)行器，其特征在于，所述驅(qū)動(dòng)部件為氣爪，所述氣爪與電磁閥連接，兩個(gè)所述夾持手指分別與氣爪的活動(dòng)塊連接。
6.如權(quán)利要求5所述的果實(shí)采收末端執(zhí)行器，其特征在于，所述氣爪通過(guò)螺釘與固定塊連接，所述氣爪與固定塊之間的距離可通過(guò)調(diào)節(jié)螺釘調(diào)整。
7.如權(quán)利要求1所述的果實(shí)采收末端執(zhí)行器，其特征在于，所述吸附件為風(fēng)琴式吸盤(pán)， 其一端為吸盤(pán)，另一端為連接板，所述連接板與螺桿連接，所述吸附件與真空發(fā)生器組件連接。
8.如權(quán)利要求1所述的果實(shí)采收末端執(zhí)行器，其特征在于，兩個(gè)所述夾持手指的對(duì)端分別設(shè)置有夾持墊片。
9.采用權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的果實(shí)采收末端執(zhí)行器的果實(shí)采收方法，其特征在于，包括步驟Si、啟動(dòng)所述真空發(fā)生器組件為吸附件提供負(fù)壓，所述吸附件吸附住待采收的果實(shí)；步驟S2、通過(guò)控制電磁閥控制氣門(mén)的活動(dòng)塊活動(dòng)，從而使得兩個(gè)夾持手指對(duì)合，加熱件與切割墊板的槽嵌合，將果柄夾?。徊襟ES3、接通所述加熱件的電源，高溫的加熱件與切割墊板將果柄切斷。
全文摘要
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域，具體公開(kāi)了一種果實(shí)采收末端執(zhí)行器，包括吸附件；螺桿，其一端與所述吸附件連接；固定塊，所述螺桿的另一端從固定塊中穿出；驅(qū)動(dòng)部件，位于所述固定塊的上方且與固定塊連接；兩個(gè)夾持手指，分別與所述驅(qū)動(dòng)部件連接，位于所述吸附件的上方，在所述驅(qū)動(dòng)部件的控制下開(kāi)合；切割部件，與兩個(gè)所述夾持手指連接。本發(fā)明能夠高效、無(wú)損的對(duì)小型果實(shí)進(jìn)行采收、分選以及包裝等作業(yè)。
文檔編號(hào)A01D46/00GK102187766SQ20111010905
公開(kāi)日2011年9月21日 申請(qǐng)日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者丘權(quán), 馮青春, 姜?jiǎng)P, 孫剛, 趙春江, 鄭文剛, 郭瑞 申請(qǐng)人:北京農(nóng)業(yè)智能裝備技術(shù)研究中心