一种果蔬整枝打叶执行器及整枝机器人的制作方法

本发明涉及农业智能装备技术领域，尤其涉及一种果蔬整枝打叶执行器及整枝机器人。

背景技术：

整枝打叶是对番茄、黄瓜、辣椒等果蔬进行栽培管理的一个必要环节，且贯穿于果蔬的整个生产周期。通过合理地整枝打叶，可以调节植物营养和生殖生长的平衡，改善植株间的通风透光条件，并降低病虫害发生的风险，对于提高果蔬产量和品质具有重要的意义。

目前，在果蔬的温室生产中，普遍采用单杆整枝栽培方式，即只保留植株的主茎，将植株底部区域的枝叶全部摘除。在实地整枝操作中，通常采用剪切工具，将叶片或侧枝从植株主干上切除。由于在整枝时，剪切工具的切刀与不同植株上的切口存在反复接触的问题，从而容易造成病虫害在不同植株间传播的风险。与此同时，在整枝操作中，往往需要频繁地更换切刀，以适应于不同类型植株的整枝操作，并容易出现误伤操作人员手指的现象，不利于确保农业生产的安全性。

另外，由于每周需要对植株进行2-3次的整枝打叶操作，仅仅依靠人工通过剪切工具进行整枝操作，不仅劳动强度大、作业效率低下，而且还消耗了大量的种植管理成本。

技术实现要素：

本发明实施例的目的之一提供一种果蔬整枝打叶执行器，用以解决当前对植株的剪切式整枝方式，需频繁更换切刀，存在因切口接触感染导致植株间病虫害传播风险的问题。

本发明实施例的目的之二提供一种基于上述果蔬整枝打叶执行器的整枝机器人，用以解决现有的人工整枝操作存在劳动强度大、效率低下及人力成本高的问题。

本发明实施例提供一种果蔬整枝打叶执行器，包括：夹持机构，所述夹持机构包括第一夹持手指和第二夹持手指；限位件，所述限位件安装于所述夹持机构的一侧，具有用于贴附预整枝果蔬的主茎的贴附面；其中，所述第一夹持手指与所述第二夹持手指并排布置，用于沿相反的旋向旋转；所述第一夹持手指与所述第二夹持手指之间用于在所述夹持机构处于第一状态时形成第一间距，在所述夹持机构处于第二状态时形成第二间距；所述第二间距小于所述第一间距，以用于所述夹持机构从所述第一状态向所述第二状态切换的过程中，对所述预整枝果蔬的枝叶形成夹持并产生远离于所述主茎的一侧的拉力。

根据本发明一个实施例的果蔬整枝打叶执行器，所述第一夹持手指与所述第二夹持手指结构相同，并用于实现同步旋转。

根据本发明一个实施例的果蔬整枝打叶执行器，所述第一夹持手指与所述第二夹持手指均包括主轴及形成于所述主轴的侧壁上的第一结构、第二结构，所述第一结构为平面，所述第二结构为凸起的圆弧面。

根据本发明一个实施例的果蔬整枝打叶执行器，所述夹持机构还包括旋转驱动装置，所述旋转驱动装置具有两个输出端，其中一个输出端连接所述第一夹持手指的一端，另一个输出端连接所述第二夹持手指的一端。

根据本发明一个实施例的果蔬整枝打叶执行器，所述旋转驱动装置包括驱动电机和齿轮组件，所述驱动电机的输出端连接所述齿轮组件的输入端，所述齿轮组件的两个输出端对应连接所述第一夹持手指与所述第二夹持手指的一端。

根据本发明一个实施例的果蔬整枝打叶执行器，所述齿轮组件包括主动齿轮和从动齿轮，所述主动齿轮与所述从动齿轮相啮合，所述驱动电机的输出端同轴连接所述主动齿轮，所述主动齿轮、所述从动齿轮远离所述驱动电机一侧的端面对应连接所述第一夹持手指与所述第二夹持手指。

根据本发明一个实施例的果蔬整枝打叶执行器，所述限位件上开设有引导缺口，所述引导缺口沿着所述第一夹持手指与所述第二夹持手指之间的间隙排布。

根据本发明一个实施例的果蔬整枝打叶执行器，所述引导缺口的形状包括“v”形、长条形及梯形当中的任一种。

本发明实施例还提供一种整枝机器人，包括：机械臂、双目视觉机构及如上所述的果蔬整枝打叶执行器，所述果蔬整枝打叶执行器安装于所述机械臂的末端，并通讯连接所述双目视觉机构。

本发明实施例提供的一种果蔬整枝打叶执行器及整枝机器人，通过将第一夹持手指与第二夹持手指并排布置，并设置以沿相反的旋向旋转，在夹持机构依次处于第一状态与第二状态时，两个夹持手指之间对应形成第一间距与第二间距，由于第二间距小于第一间距，则在将预整枝果蔬的枝叶放置于两个夹持手指之间时，夹持机构在从第一状态向第二状态切换的过程中，两个夹持手指之间的间距会逐渐减小，对预整枝的枝叶形成夹持，同时，由于两个夹持手指是以沿相反的旋向旋转，两个夹持手指在夹持的过程中，还会共同对预整枝的枝叶产生远离于预整枝果蔬主茎的一侧的拉力，则在通过限位件对预整枝果蔬的主茎进行限位时，该拉力会驱动预整枝果蔬的枝叶与其主茎分离，从而实现对预整枝果蔬进行非剪切式整枝打叶，避免了剪切式整枝方式需频繁更换切刀，存在因切口接触感染导致植株间病虫害传播风险的问题，同时可将其应用于整枝机器人，以大幅度提升整枝打叶的作业效率，并降低人力成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种果蔬整枝打叶执行器的结构示意图；

图2是本发明实施例所示的夹持机构的结构示意图；

图3是本发明实施例所示的果蔬整枝打叶执行器在第一状态下相对于预整枝果蔬的结构示意图；

图4是本发明实施例所示的果蔬整枝打叶执行器在第一状态与第二状态之间的其中一个中间状态下相对于预整枝果蔬的结构示意图；

图5是本发明实施例所示的果蔬整枝打叶执行器在第二状态下相对于预整枝果蔬的结构示意图。

图中，1、夹持机构；11、第一夹持手指；12、第二夹持手指；13、驱动电机；14、齿轮组件；141、主动齿轮；142、从动齿轮；2、限位件；21、引导缺口；3、支撑板；4、壳罩；5、预整枝果蔬。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参见图1与图2，本实施例提供了一种果蔬整枝打叶执行器，包括：夹持机构1，夹持机构1包括第一夹持手指11和第二夹持手指12；限位件2，限位件2安装于夹持机构1的一侧，具有用于贴附预整枝果蔬的主茎的贴附面；其中，第一夹持手指11与第二夹持手指12并排布置，并用于沿相反的旋向旋转；第一夹持手指11与第二夹持手指12之间用于在夹持机构1处于第一状态时形成第一间距，并在夹持机构1处于第二状态时形成第二间距；第二间距小于第一间距，以用于夹持机构1从第一状态向第二状态切换的过程中，对预整枝果蔬的枝叶形成夹持并产生远离于主茎的一侧的拉力。

具体的，本实施例所示的执行器通过将第一夹持手指11与第二夹持手指12并排布置，设置以沿相反的旋向旋转，在夹持机构1依次处于第一状态与第二状态时，两个夹持手指之间对应形成第一间距与第二间距，由于第二间距小于第一间距，则在将预整枝的枝叶放置于两个夹持手指之间时，夹持机构1在从第一状态向第二状态切换的过程中，两个夹持手指之间的间距会逐渐减小，以对预整枝果蔬的枝叶形成夹持，同时，由于两个夹持手指是以沿相反的旋向旋转，从而两个夹持手指在夹持的过程中，还会共同对预整枝果蔬的枝叶产生远离于预整枝果蔬主茎的一侧的拉力，则在通过限位件2对预整枝果蔬的主茎进行限位时，该拉力会驱动预整枝果蔬的枝叶与其主茎分离，从而实现对果蔬进行非剪切式整枝打叶，避免了剪切式整枝方式需频繁更换切刀及存在因切口接触感染导致植株间病虫害传播风险的问题。

在此应指出的是，本实施例通过在夹持机构1的一侧设置限位件2，在对预整枝果蔬的枝叶进行整枝时，可将限位件2贴附于预整枝果蔬的主茎的一侧，在夹持机构1夹持住预整枝果蔬的枝叶的叶柄，并在叶柄与主茎的结合部位形成拉力时，可基于限位件2阻止主茎移动，以将叶柄从主茎上分离下来；当然，在整枝打叶的过程中，也可采用手工操作的方式，由人工一只手扶持着本实施例所示的执行器，另一只手扶持着预整枝果蔬的主茎，基于夹持机构1对预整枝果蔬的枝叶形成的夹持与远离于主茎的一侧的拉力，也可实现枝叶与主茎的分离。

与此同时，本实施例所示的第一夹持手指11和第二夹持手指12的结构可设置相同，也可设置不同，对此不作具体限定。其中，在两个夹持手指(第一夹持手指11和第二夹持手指12)结构不相同时，可将其中一个夹持手指设计为第一圆形轴，将另一个夹持手指设计为第二圆形轴，并在第二圆形轴上设置曲颈或在第二圆形轴的侧壁上焊装一个夹持块，从而在两个夹持手指以沿相反的旋向旋转时，夹持机构1可从第一状态切换至第二状态，并使得两个夹持手指之间的间距相应地从第一间距切换至第二间距，其中，第一状态可设置为夹持机构1的初始状态，此时两个夹持手指之间的间距达到最大值，以形成第一间距，第二状态可设置为夹持机构1对预整枝果蔬的枝叶形成最佳的一个夹持状态，此时两个夹持手指之间的间距达到最小值，以形成第二间距。

在其中一个优选实施例中，为了便于操作控制，确保对预整枝果蔬的枝叶形成可靠的夹持，本实施例将两个夹持手指设计为相同的结构，并在以相反的旋向旋转的同时，还实现同步旋转。如图2所示，本实施例所示的第一夹持手指11与第二夹持手指12均包括主轴，主轴的侧壁上形成有第一结构与第二结构；在夹持机构1处于第一状态时，第一夹持手指11与第二夹持手指12上的第一结构相对应；在夹持机构1处于第二状态时，第一夹持手指11与第二夹持手指12上的第二结构相对应。

如图2所示，本实施例所示的第一结构为形成于主轴的侧壁上的平面，第二结构为形成于主轴的侧壁上凸起的圆弧面。由此，可具体将第一夹持手指11与第二夹持手指12均设计为横截面为半圆形的主轴，从而在夹持机构1处于第一状态时，两个夹持手指上的平面相对应，而在夹持机构1处于第二状态时，两个夹持手指上的圆弧面相对应。

如图2所示，在进一步的优选实施例中，夹持机构1还包括旋转驱动装置，旋转驱动装置具有两个输出端，其中一个输出端连接第一夹持手指11的一端，另一个输出端连接第二夹持手指12的一端。

具体的，本实施例所示的旋转驱动装置包括驱动电机13和齿轮组件14，驱动电机13的输出端连接齿轮组件14的输入端，齿轮组件14的两个输出端对应连接第一夹持手指11与第二夹持手指12的一端。

其中，齿轮组件14包括主动齿轮141和从动齿轮142，主动齿轮141和从动齿轮142均转动安装于支撑板3上，主动齿轮141与从动齿轮142相啮合，驱动电机13的输出端同轴连接主动齿轮141，主动齿轮141、从动齿轮142远离驱动电机13一侧的端面对应连接第一夹持手指11与第二夹持手指12。

在此应指出的是，可将本实施例所示的夹持机构1安装于壳罩4内，以对驱动电机13及齿轮组件14形成较好的防护，并可确保夹持机构1整体的美观性。

如图1所示，基于上述实施例的改进，本实施例所示限位件2优选为限位挡板，可在限位挡板上开设引导缺口21，引导缺口21沿着第一夹持手指11与第二夹持手指12之间的间隙排布，从而可通过引导缺口21将叶柄引导至两个夹持手指之间，以便对预整枝果蔬进行整枝操作，其中，引导缺口21的形状包括“v”形、长条形及梯形当中的任一种，本实施例所示的引导缺口21的形状优选为如图1所示的“v”形。

下面结合附图3至图5，对预整枝果蔬5的枝叶进行整枝处理的过程进行具体描述。

如图3所示，在两个夹持手指的平面相对时，夹持机构1处于初始状态，此时限位件2的贴附面与预整枝果蔬5的主茎相贴近，预整枝果蔬5上枝叶的叶柄在引导缺口21的引导下置于两个夹持手指的平面之间。

在启动夹持机构1上的驱动电机13后，两个夹持手指以沿相反的旋向同步旋转，两个夹持手指上的平面朝向远离预整枝果蔬5的主茎的一侧旋转，而两个夹持手指上的圆弧面则不断靠近。在两个夹持手指旋转至如图4所示的状态时，两个夹持手指上相应的平面处于共面状态。

如图5所示，随着两个夹持手指的继续旋转，两个夹持手指上的圆弧面在相互靠近的过程中，逐步实现对叶柄的夹持。在夹持叶柄后，随着两个夹持手指的继续旋转，可带动叶柄远离主茎移动，由于主茎受到限位件2的限位作用而无法移动，从而在叶柄与主茎的结合部位形成拉力，当拉力大于二者的结合力时，则叶柄从主茎上分离下来，如此实现了对预整枝果蔬5的非剪切式整枝打叶操作。

优选地，本实施例还提供一种整枝机器人，包括：机械臂、双目视觉机构及如上所述的果蔬整枝打叶执行器，果蔬整枝打叶执行器安装于机械臂的末端，并通讯连接双目视觉机构，其中，双目视觉机构可选用本领域所公知的双目相机。

具体的，本实施例可通过双目视觉机构对预整枝果蔬的枝叶进行定位，并将检测到的定位信息传输至整枝机器人的控制系统，控制系统可以此发送控制指令，控制机械臂将本实施例所示的果蔬整枝打叶执行器送到目标位置，并对果蔬整枝打叶执行器的姿态进行相应地调整，以在预整枝果蔬上枝叶的叶柄置于两个夹持手指之间时，可对预整枝果蔬进行非剪切式整枝打叶操作。由此，基于本实施例所示的整枝机器人，可大幅度提升整枝打叶的作业效率，并降低人力成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。