本實(shí)用新型屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于負(fù)壓吸力的便攜式蘋果采摘裝置。

背景技術(shù)：

在蘋果生產(chǎn)作業(yè)中，蘋果的采摘作業(yè)是最費(fèi)力、耗時(shí)的一個(gè)環(huán)節(jié)。采摘作業(yè)質(zhì)量的好壞，直接影響到蘋果的儲(chǔ)存、加工和銷售，最終影響市場(chǎng)價(jià)格和經(jīng)濟(jì)效益。由于采摘作業(yè)的復(fù)雜性，采摘自動(dòng)化程度很低，蘋果采摘作業(yè)基本上還是手工完成。隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人口老齡化的加劇，蘋果收獲成本不斷提高。因此，發(fā)展鮮食蘋果的機(jī)械化收獲技術(shù)，研究開發(fā)蘋果采摘機(jī)械，具有重要的意義。

有關(guān)蘋果機(jī)械化采摘的研究始于20世紀(jì)60年代的美國，采用的收獲方式主要是機(jī)械振搖式和氣動(dòng)振搖式，其缺點(diǎn)是果實(shí)易損，效率不高，特別是無法進(jìn)行選擇性的收獲。從20世紀(jì)80年代中期開始，隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，特別是工業(yè)機(jī)器人技術(shù)、計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)和人工智能技術(shù)的日益成熟，世界各國在收獲采摘機(jī)器人的研究上做了大量的工作，試驗(yàn)成功了多種具有人工智能的收獲采摘機(jī)器人。但在實(shí)際試驗(yàn)中，收獲采摘機(jī)器人的工作性能并不理想。如蘋果采摘機(jī)器人采摘時(shí)會(huì)出現(xiàn)爪形刀具劃傷果實(shí)表皮，影響果實(shí)保鮮效果和銷售品相。

目前蘋果采摘機(jī)器人的研發(fā)存在的主要挑戰(zhàn)是如何快速準(zhǔn)確地識(shí)別和定位果實(shí)。由于蘋果的果柄較短，與果枝形貌接近，不易識(shí)別和定位，機(jī)器視覺系統(tǒng)的工作量大。利用空氣負(fù)壓吸引前方一定范圍內(nèi)的蘋果，用“識(shí)別果實(shí)”替代“識(shí)別果柄”，目標(biāo)尺寸大，與環(huán)境區(qū)別明顯，降低識(shí)別和定位的難度，能有效減少機(jī)器視覺系統(tǒng)的工作量，提高效率。將空氣負(fù)壓應(yīng)用到采摘機(jī)器人末端執(zhí)行器上，用“識(shí)別果實(shí)”的方式識(shí)別和定位果實(shí)，將促進(jìn)果實(shí)和果枝的快速分離，提高采摘機(jī)器人采摘作業(yè)的效率和質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提出一種對(duì)蘋果的損傷更低、采摘效果更好的基于負(fù)壓吸力的便攜式蘋果采摘裝置。

本實(shí)用新型的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

基于負(fù)壓吸力的便攜式蘋果采摘裝置，其包括圓環(huán)刀盤1、弧形刀片2、環(huán)形轉(zhuǎn)盤3、殼體4、控制開關(guān)9、伸縮桿10、直流電機(jī)11和小齒輪12；

其中，殼體4為一中空腔體；

圓環(huán)刀盤1固接在殼體4前端；

直流電機(jī)11固定在殼體4內(nèi)，直流電機(jī)11的輸出軸上套有小齒輪12；

所述環(huán)形轉(zhuǎn)盤3的外緣設(shè)有槽體，所述槽體底部設(shè)有輪齒，該輪齒與小齒輪12嚙合；

環(huán)形轉(zhuǎn)盤3和圓環(huán)刀盤1之間設(shè)置有弧形刀片組；

該弧形刀片組包括三個(gè)弧形刀片2，弧形刀片2的刀刃設(shè)置在弧形內(nèi)緣，弧形刀片2兩端設(shè)有銷軸；

圓環(huán)刀盤1沿其圓周上開有三個(gè)孔，相鄰孔之間夾角為120°；環(huán)形轉(zhuǎn)盤3的內(nèi)側(cè)沿徑向設(shè)有三個(gè)徑向槽，相鄰徑向槽之間夾角為120°；三個(gè)弧形刀片2的一端的銷軸與圓環(huán)刀盤1上的一個(gè)孔轉(zhuǎn)動(dòng)連接，另一端的銷軸位于環(huán)形轉(zhuǎn)盤3的一個(gè)徑向槽內(nèi)；使得三個(gè)弧形刀片2的刀刃相對(duì)，三個(gè)弧形刀片2形成一個(gè)大小隨其運(yùn)動(dòng)變化的開口；

殼體4下方開有與蘋果收集袋8開口大小相等、且不小于三個(gè)弧形刀片2形成最大開口的內(nèi)切圓面積的開口，該開口處設(shè)置蘋果收集袋8；

伸縮桿10與殼體4連接，伸縮桿10上設(shè)有控制開關(guān)9；

離心風(fēng)機(jī)7通過大口徑空氣管6與殼體4后端連通。

弧形刀片2兩端設(shè)有不同高度的凸臺(tái)，使得三個(gè)弧形刀片2分層布置。

在殼體4后端與大口徑空氣管6連接處設(shè)置有防護(hù)片5，防護(hù)片5上開有均勻分布的小孔。

伸縮桿10軸線與殼體4的軸線垂直，與殼體4下方的開口同側(cè)且在同一平面上。

環(huán)形轉(zhuǎn)盤3的外緣上設(shè)置的槽體的長(zhǎng)度為環(huán)形轉(zhuǎn)盤3圓周長(zhǎng)度的20％～25％。

弧形刀片2的半徑大于環(huán)形轉(zhuǎn)盤3的半徑，弧形刀片2的弧度為92°～98°。

所述弧形刀片2的弧度為94°。

本實(shí)用新型的有益效果在于：

(1)與人工采摘相比，該采摘裝置的采摘高度更高，采摘范圍更大；

(2)該裝置利用空氣負(fù)壓吸引蘋果，降低了蘋果的定位難度，能顯著降低自動(dòng)化采摘蘋果過程中機(jī)器視覺系統(tǒng)的工作量；

(3)該裝置可以根據(jù)不同的蘋果種類，選用不同尺寸的刀盤，能夠更好地適應(yīng)不同環(huán)境下的蘋果采摘，便于產(chǎn)品的推廣；

(4)跟爪形采摘刀具相比，該采摘裝置對(duì)蘋果的損傷更低，采摘效果更好。

附圖說明

圖1為本實(shí)用新型的基于負(fù)壓吸力的便攜式蘋果采摘裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型的基于負(fù)壓吸力的便攜式蘋果采摘裝置結(jié)構(gòu)分解圖；

圖3為本實(shí)用新型的基于負(fù)壓吸力的便攜式蘋果采摘裝置主要部件(省略離心風(fēng)機(jī)7、蘋果收集袋8和大口徑空氣管6)示意圖；

圖4為本實(shí)用新型的基于負(fù)壓吸力的便攜式蘋果采摘裝置主要部件(省略離心風(fēng)機(jī)7、蘋果收集袋8和大口徑空氣管6)分解圖；

圖5a為本實(shí)用新型的基于負(fù)壓吸力的便攜式蘋果采摘裝置中的弧形刀片的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5b為本實(shí)用新型的基于負(fù)壓吸力的便攜式蘋果采摘裝置中的弧形刀片的側(cè)視圖(各弧形刀片具有不同高度凸臺(tái)的示意圖)；

圖6a為本實(shí)用新型的弧形刀片組處于第一極限位置，即三個(gè)弧形刀片2形成的開口為最大時(shí)，圓環(huán)刀盤1、弧形刀片2和環(huán)形轉(zhuǎn)盤3安裝關(guān)系的正視圖；

圖6b為本實(shí)用新型的弧形刀片組處于第一極限位置，即三個(gè)弧形刀片2形成的開口為最大時(shí)，圓環(huán)刀盤1、弧形刀片2和環(huán)形轉(zhuǎn)盤3安裝關(guān)系的后視圖；

圖7a為本實(shí)用新型的設(shè)有凸臺(tái)的弧形刀片2布置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖7b為本實(shí)用新型的未設(shè)置凸臺(tái)的弧形刀片2布置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖8a為本實(shí)用新型的弧形刀片組旋合到第二極限位置，即三個(gè)弧形刀片2形成的開口縮至最小時(shí)的正視圖；

圖8b為本實(shí)用新型的弧形刀片組旋合到第二極限位置，即三個(gè)弧形刀片2形成的開口縮至最小時(shí)的后視圖。

附圖標(biāo)記：

1圓環(huán)刀盤 2弧形刀片 3環(huán)形轉(zhuǎn)盤

4殼體 5防護(hù)片 6大口徑空氣管

7離心風(fēng)機(jī) 8蘋果收集袋 9控制開關(guān)

10伸縮桿 11直流電機(jī) 12小齒輪

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本實(shí)用新型的具體實(shí)施方式作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

如圖1～圖4、圖5a所示，基于負(fù)壓吸力的便攜式蘋果采摘裝置，包括圓環(huán)刀盤1、弧形刀片2、環(huán)形轉(zhuǎn)盤3、殼體4、防護(hù)片5、控制開關(guān)9、伸縮桿10、直流電機(jī)11和小齒輪12。

其中，殼體4為一中空腔體。

圓環(huán)刀盤1固接在殼體4前端。

直流電機(jī)11固定在殼體4內(nèi)，直流電機(jī)11的輸出軸固接有小齒輪12。

所述環(huán)形轉(zhuǎn)盤3的外緣設(shè)有槽體，所述槽體底部設(shè)有輪齒，該輪齒與小齒輪12嚙合。優(yōu)選地，該槽體的長(zhǎng)度為環(huán)形轉(zhuǎn)盤3圓周長(zhǎng)度的20％～25％。

環(huán)形轉(zhuǎn)盤3和圓環(huán)刀盤1之間設(shè)置有弧形刀片組。

優(yōu)選地，該弧形刀片組包括三個(gè)弧形刀片2，弧形刀片2的半徑大于環(huán)形轉(zhuǎn)盤3的半徑，弧形刀片2的弧度為92°～98°，本實(shí)施例中，優(yōu)選地，弧形刀片2的弧度為94°，弧形刀片2的刀刃設(shè)置在弧形內(nèi)緣，弧形刀片2兩端設(shè)有銷軸。

如圖6a～圖6b所示，圓環(huán)刀盤1沿其圓周上設(shè)有三個(gè)孔，相鄰孔之間夾角為120°，環(huán)形轉(zhuǎn)盤3的內(nèi)側(cè)沿徑向設(shè)有三個(gè)徑向槽，相鄰徑向槽之間夾角為120°。三個(gè)弧形刀片2的一端的銷軸與圓環(huán)刀盤1上的一個(gè)孔轉(zhuǎn)動(dòng)連接，另一端的銷軸位于環(huán)形轉(zhuǎn)盤3的一個(gè)徑向槽內(nèi)，使得三個(gè)弧形刀片2的刀刃相對(duì)，由于弧形刀片2一端的銷軸可繞圓環(huán)刀盤1上的孔轉(zhuǎn)動(dòng)，另一端的銷軸可隨環(huán)形轉(zhuǎn)盤3的往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)而往復(fù)轉(zhuǎn)動(dòng)，并可在環(huán)形轉(zhuǎn)盤3的徑向槽中進(jìn)行往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，使得三個(gè)弧形刀片2形成一個(gè)大小隨其運(yùn)動(dòng)變化的開口。如圖8a～圖8b所示，為本實(shí)用新型的弧形刀片組旋合到第二極限位置，即三個(gè)弧形刀片2形成的開口縮至最小時(shí)的狀態(tài)。

如圖7b所示，為本實(shí)用新型未設(shè)置凸臺(tái)的弧形刀片2布置結(jié)構(gòu)示意圖，為了克服無凸臺(tái)的弧形刀片2在運(yùn)動(dòng)時(shí)易上下躥動(dòng)的問題，本實(shí)用新型實(shí)施例中的弧形刀片2兩端設(shè)有不同高度的凸臺(tái)，如圖5b及圖7a所示，使得三個(gè)弧形刀片2分層布置，三片刀片分層排布，通過設(shè)置不同高度的凸臺(tái)，消除弧形刀片2兩端的銷軸與圓環(huán)刀盤1的孔或者環(huán)形轉(zhuǎn)盤3上的徑向槽轉(zhuǎn)動(dòng)連接時(shí)的間隙，避免運(yùn)動(dòng)時(shí)弧形刀片2的躥動(dòng)。

殼體4下方開有與蘋果收集袋8開口大小相等、且不小于三個(gè)弧形刀片2形成最大開口的內(nèi)切圓面積的開口，該開口處設(shè)置蘋果收集袋8，用于收集采摘下的蘋果。蘋果下落過程中，蘋果收集袋8對(duì)蘋果產(chǎn)生阻力，降低蘋果下落速度，減小蘋果碰撞損傷。

伸縮桿10與殼體4連接。伸縮桿10長(zhǎng)度能夠調(diào)節(jié)，用于采摘高處的蘋果，增大采摘范圍。優(yōu)選地，伸縮桿10的軸線與殼體4的軸線垂直，與殼體4下方的開口同側(cè)且在同一平面上，增大采摘范圍，使操作便捷。

伸縮桿10上設(shè)有控制開關(guān)9。控制開關(guān)9上優(yōu)選設(shè)有閉合、張開和停止三個(gè)按鍵，用于控制直流電機(jī)11的運(yùn)轉(zhuǎn)，其中，閉合、張開按鍵控制直流電機(jī)11的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)，帶動(dòng)弧形刀片2開口的縮小、擴(kuò)大，實(shí)現(xiàn)對(duì)果柄的切割和弧形刀片2的復(fù)位功能；按下停止按鍵，直流電機(jī)11立即停止，用于緊急情況下的制動(dòng)。

離心風(fēng)機(jī)7通過大口徑空氣管6與殼體4后端連通，用于將殼體4內(nèi)的空氣抽離，使殼體4內(nèi)與外界環(huán)境形成氣壓差，對(duì)蘋果產(chǎn)生吸力。

在殼體4后端與大口徑空氣管6連接處設(shè)置有防護(hù)片5，防護(hù)片5上開有均勻分布的小孔，在保證空氣流通順暢情況下，防止蘋果的葉片受負(fù)壓進(jìn)入離心風(fēng)機(jī)7，影響離心風(fēng)機(jī)7的正常工作。

本實(shí)用新型作業(yè)時(shí)，基于負(fù)壓吸力的便攜式蘋果采摘放置，通過伸縮桿10調(diào)節(jié)采摘高度。開啟離心風(fēng)機(jī)7，使殼體4內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓。殼體4前端朝向目標(biāo)蘋果，由于負(fù)壓吸引蘋果進(jìn)入殼體4。按下控制開關(guān)9中的閉合按鍵，直流電機(jī)11正轉(zhuǎn)，通過小齒輪12帶動(dòng)環(huán)形轉(zhuǎn)盤3旋轉(zhuǎn)，三個(gè)弧形刀片2形成的開口不斷縮小，完全閉合后切斷果柄；按下控制開關(guān)9中的張開按鈕，直流電機(jī)11反轉(zhuǎn)，通過小齒輪12帶動(dòng)環(huán)形轉(zhuǎn)盤3旋轉(zhuǎn)，三個(gè)弧形刀片2形成的開口不斷擴(kuò)大直至復(fù)位。收獲的蘋果通過殼體4下方開口落入蘋果收集袋8，完成對(duì)蘋果的采摘和收集。

上述各實(shí)施例僅用于說明本實(shí)用新型，其中各部件的結(jié)構(gòu)、連接方式等都是可以有所變化，凡是在本實(shí)用新型技術(shù)方案的基礎(chǔ)上進(jìn)行的等同變換和改進(jìn)，均不應(yīng)排出在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之外。