苹果采摘机械手的制作方法

本发明涉及，特别是指一种结构简单、使用方便，摘取方式合理及采摘效率高的苹果采摘机械手。

背景技术：

我国的苹果栽培有着悠久的历史，是世界第一大水果消费国。水果种植业的迅速发展提升了果园机械化的市场需求，中国的苹果种植面积随之增加。在我国，苹果的种植仍以家庭为单位，在种植过程中由于各种规划问题，导致采摘过程相当困难。在苹果种植方面，农业机械化程度非常低，各个环节都需要手工完成。传统的采摘方式效率低且容易对果树造成一定的伤害。

进入21世纪，随着工业化进程的发展，中国也面临着人口老龄化问题，随着城市化进程的发展农村人口逐渐向城市转移，农业劳动力逐渐向其他行业转移。从而导致农村劳动力的减少，劳动力短缺导致人工成本的增加，而苹果采摘工作是苹果种植过程中最费时，费力的一个环节。苹果种植属于劳动力密集型产业，传统的苹果采摘工作需要人们经常借助梯子登高摘取高处的苹果，费时费力且危险性比较高。不仅如此，采摘过程中经常会摩擦碰撞导致许多苹果损伤。随着社会的发展，人们生活水平的提高，人们都不愿从事这一艰辛的工作。

技术实现要素：

本发明提出一种苹果采摘机械手，解决了现有技术中苹果采摘方式不合理、效率低下的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：苹果采摘机械手，包括操作杆，所述操作杆的下部设有位于其内部的第一滑块，所述第一滑块沿操作杆的长度方向往复直线移动；

所述操作杆的上端设有夹持机构，包括对称的两个机械手，两个机械手均与操作杆之间铰接连接，两个机械手之间组成用于夹持果物的容纳腔；

所述操作杆的上端还设有位于其内部的拉杆，所述拉杆与操作杆的延伸方向相同，所述拉杆的上端通过两根第二连杆分别与两个机械手铰接连接，所述第一滑块与拉杆之间通过第一拉线连接，所述第一滑块通过第一拉线、拉杆、第二连杆实现两个机械手的夹持动作；

所述机械手内还设有切割机构，所述切割机构的动作位于所述夹持机构动作完成之后。

作为一种优选的实施方式，所述操作杆的顶端设有中空腔，所述中空腔的内壁上设有向内侧突出的凸块，所述凸块的上方设有与所述拉杆固定为一体的挡板，所述凸块对所述挡板起限位作用；

所述挡板的下表面上连接有第一压簧，所述第一拉线上设有拉簧，所述拉簧的弹性系数大于第一压簧的弹性系数；

所述第一滑块的下方还设有用于控制所述切割机构动作的第二滑块，所述挡板与凸块接触位于第一滑块与第二滑块接触之前。

作为另一种优选的实施方式，所述切割机构包括嵌入所述机械手内的刀片，两个所述的机械手内均设有外齿轮，所述外齿轮与第二滑块之间通过第二拉线连接，所述第二滑块通过第二拉线驱动外齿轮旋转；

所述机械手内还设有与外齿轮相啮合的一段内齿轮，所述刀片固定于所述内齿轮上，所述外齿轮驱动内齿轮移动，实现两个刀片的伸出，用于切断果物的果梗。

作为另一种优选的实施方式，两个所述的刀片伸出时上下错位布置。

作为另一种优选的实施方式，所述外齿轮上设有用于复位的扭簧，所述第二滑块的下表面上连接有第二压簧。

作为另一种优选的实施方式，所述操作杆的下端外表面上铰接有手柄，所述手柄与第一滑块之间通过第一连杆铰接连接。

作为另一种优选的实施方式，所述操作杆由上操作杆和下操作杆通过铰链连接组成，所述操作杆可以以铰链处为中心进行弯折；

所述铰链的下方还设有沿下操作杆往复滑动的收集袋。

作为另一种优选的实施方式，所述下操作杆上设有导轨，所述导轨上往复滑动有第三滑块，所述收集袋固定于第三滑块上，所述第三滑块的下表面上连接有第三压簧。

作为另一种优选的实施方式，所述第三滑块上均布有八个滚轮，所述滚轮均与导轨接触。

作为另一种优选的实施方式，所述机械手与收集袋的内表面上均设有弹性垫。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：该苹果采摘机械手利用第一滑块牵动第一拉线，然后利用第一拉线牵动拉杆移动，最后利用拉杆控制两根第二连杆动作，实现两个机械手的夹持动作，在夹持机构动作完成后，切割机构再进行动作，避免了对果物造成损伤。

由于拉杆与挡板固定为一体，同时挡板受到凸块对其的限位作用，因此，挡板的极限位置即是夹持机构(两个机械手)的极限位置，当挡板向下移动至与凸块接触时，夹持机构即完成夹持动作，此时，第一压簧被压缩至最短，而且第一滑块与第二滑块之间还没有接触，由于第一拉线上有拉簧的存在，因此，第一滑块还可继续向下移动，当第一滑块向下移动至接触到第二滑块时，第二滑块才控制切割机构动作，对果物的果梗进行切断，保证了切割动作在夹持动作完成后才进行。

第二滑块向下移动时，通过第二拉线实现外齿轮的旋转，进而外齿轮驱动与其啮合的内齿轮旋转，内齿轮带动各自的刀片从机械手内伸出，实现对果梗的切断。

将两个刀片伸出时设置为上下错位的结构形式可以保证将果物的果梗彻底切断。

外齿轮上设置扭簧，以及第二滑块的下表面上连接第二压簧，可以在切割完成后确保刀片的及时复位。

将操作杆设置为上、下铰接的形式可以在切断果梗时，在果物自身重力的作用下，操作杆以铰链处为中心进行弯折，机械手内的果物可以自由落体落入下方的收集袋内，收集袋在重力作用下沿下操作杆滑动，方便工人取出果物，继续进行下一步的操作。

在第三滑块的下表面上连接第三压簧，可以在从收集袋中取出果物后，第三压簧将第三滑块、收集袋复位，方便对下一个果物进行收集。

在机械手和收集袋的内表面上设置弹性垫可以有效保证不对果物的表面造成损伤。

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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种实施例的结构示意图；

图2为该实施例中机械手部分的结构示意图；

图3为手柄部分的结构示意图；

图4为第三滑块处的结构示意图；

图5为操作杆弯折状态的结构示意图；

图中：1-操作杆；2-机械手；3-容纳腔；4-刀片；5-手柄；6-第一滑块；7-第一连杆；8-中空腔；9-拉杆；10-第二连杆；11-第一拉线；12-拉簧；13-外齿轮；14-内齿轮；15-第二滑块；16-第二拉线；17-凸块；18-挡板；19-第一压簧；20-第二压簧；21-上操作杆；22-下操作杆；23-铰链；24-收集袋；25-导轨；26-第三滑块；27-第三压簧；28-弹性垫；29-滚轮。

具体实施方式

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，所描述的实施例仅仅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，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动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。

实施例：

如图1所示，为本发明苹果采摘机械手的一种实施例，该实施例首先包括一根操作杆1，操作杆1上设有几个主要的机构：控制机构、夹持机构、切割机构和收集机构，下面就这几个主要的机构做详细说明。

如图2所示，为操作杆1顶端的结构示意图，图中示出的主要有夹持机构和切割机构，夹持机构包括在操作杆1顶端设置的对称的两个机械手2，这两个机械手2均以铰接的方式连接在操作杆1上，两个机械手2之间形成用于夹持果物的容纳腔3，初始状态下，两个机械手2是完全张开的，能够保证体积较大的果物进入容纳腔3内，而在果物进入后，工人通过控制机构的控制，即可实现两个机械手2分别以各自的铰接点转动，两个机械手2合并起来，实现对果物的夹持。

在操作杆1的上端开有中空腔8，中空腔8内设置与操作杆1延伸方向相同的拉杆9，该拉杆9的上端分别通过两根第二连杆10铰接在两个机械手2上，因此，当拉杆9向下运动时，两根第二连杆10之间的夹角就会变小，两个机械手2就会进行合拢，实现夹持动作，当拉杆9向上运动时，两根第二连杆10之间的夹角就会变大，两个机械手2就会分开，为下一次夹持动作做准备。

另外，在中空腔8内还设有向内侧突出的凸块17，凸块17的上方设有挡板18，而且凸块17能够对挡板18的移动位置进行限位，也即挡板18只能够在凸块17与中空腔8顶面之间进行移动。该挡板18与拉杆9固定为一体，两者同步移动。也就是说，当拉杆9向下移动时，挡板18也同时向下移动，两个机械手2开始合拢，当挡板18接触到凸块17时，挡板18与拉杆9即不能再继续向下移动，此时，两个机械手2运动到极限位置，完全合拢，完成夹持动作。当拉杆9和挡板18向上运动时，两个机械手2开始张开，直至挡板18接触到中空腔8的顶面时，挡板18与拉杆9不能再继续向上移动，此时，两个机械手2运动到另一个极限位置，完全张开。另外，在挡板18的下表面上还连接有第一压簧19，挡板18向下移动时会压缩第一压簧19，一个夹持动作结束后，在第一压簧19的弹力作用下，第一压簧19会将挡板18与拉杆9向上顶起，使两个机械手2再次张开，便于取出其内部的果物，为下一次夹持做准备。如图2、图3所示，为了实现该夹持机构的一系列动作，该实施例在操作杆1的下部设置了铰接与其外表面上的手柄5，同时在操作杆1的内部设置了可上下往复直线移动的第一滑块6，手柄5与第一滑块6之间通过第一连杆7铰接连接起来，同时第一滑块6与拉杆9之间通过第一拉线11连接起来，当工人按压手柄5时，手柄5通过第一连杆7、第一滑块6、第一拉线11实现拉杆9的向下移动，从而实现两个机械手2的夹持。

在完成对果物的夹持动作后，接下来就需要对果梗进行切断，为此，该实施例在机械手2内设置了切割机构，而且为了保证不对果物造成损伤，切割机构的动作必须在夹持动作完成以后才能进行。为了方便工人的控制，切割机构的动作也是通过手柄5控制的，为此，该实施例在第一拉线11上设置了拉簧12，使得两个机械手2完成夹持动作后(也即挡板18接触到凸块17时)，手柄5还能够按压第一滑块6向下移动，此时，拉簧12被拉长，当然，拉簧12的弹性系数要大于第一压簧19的弹性系数，以保证在第一压簧19被压缩至最短后，拉簧12再被拉长。在第一滑块6的下方还设置有第二滑块15，第二滑块15是直接控制切割机构动作的，因此，在挡板18与凸块17接触之后，第一滑块6才能够与第二滑块15接触，这样才能够保证切割机构的动作在夹持动作完成之后进行，有效保护了果物不受损伤。

下面对该实施例中的切割机构做详细说明，切割机构包括嵌入机械手2内部的刀片4，而且两个机械手2的结构是完全对称的，初始状态下，刀片4完全嵌入机械手2的内部，避免对果物造成损伤。在机械手2内还设置有外齿轮13，外齿轮13只能以自身中心轴线进行旋转，外齿轮13上啮合有一段内齿轮14，刀片4即固定于对应的内齿轮14上，当外齿轮13旋转时，内齿轮14即在机械手2内发生位移，当然，在机械手2内需开设供内齿轮14移动的通道，两个内齿轮14移动时是相对移动的，这样即将两个刀片4从机械手2中伸出，当两个刀片4对接时，实现对果梗的切割。外齿轮13的旋转是通过第二拉线16将其与第二滑块15连接实现的，当然，第二拉线16由第二滑块15处向上延伸，一直穿过第一滑块6、拉簧12、拉杆9、第一压簧19、挡板18，通过布置在机械手2内部的多个滚轮连接到外齿轮13上，第二拉线16与第一拉线11之间平行并且相互不会干涉，而且第二拉线16与第一拉线11始终处于伸直状态。

为了保证切割的效果，可将两个刀片4伸出时设置为上下错位的形式，甚至两个刀片4完全伸出时可以相互重叠，以保证对果梗的彻底切断。在切割完成后，为了实现刀片4的复位，方便果物的取出，在外齿轮13上还设置有扭簧，同时第二滑块15的下表面上还设置第二压簧20，当工人的操作力消失时，在扭簧和第二压簧20的作用下，刀片4可以迅速收回至机械手2内，完成复位。

在切割动作完成后，需要将果物从容纳腔3内取出，如图1和图5所示，为此，该实施例将操作杆1设置为由上操作杆21和下操作杆22通过铰链23连接组成的结构形式，操作杆1可以以铰链23处为中心进行弯折，当切割动作完成后，果物即完全掉入到容纳腔3内，此时，在果物自身重力的作用下，上操作杆21会弯折一定角度(如图5所示状态)，此时，工人施加于手柄5上的力消失，切割机构和夹持机构已经复位，机械手2已经完全张开，果物在自身重力作用下会自然掉落。为此，在铰链23的下方还设有收集袋24，果物自由落体掉入收集袋24内。另外，如图4所示，在下操作杆22上还设有导轨25，所述导轨25上往复滑动有第三滑块26，所述收集袋24固定于第三滑块26上，在第三滑块26的下表面上连接有第三压簧27。当果物掉入收集袋24内后，收集袋24的重力增加，收集袋24与第三滑块26同时向下移动，压缩第三压簧27。当收集袋24移动至最低位置时，工人将果物从收集袋24中取出，收集袋24的重力又减小，在第三压簧27的作用下，收集袋24与第三滑块26上升至初始位置，为下一次的果物掉落做好准备。

为了保证第三滑块26移动时的稳定性，该实施例在第三滑块26上设置了八个均布的滚轮29，这些滚轮29与导轨25之间相接触，保证了第三滑块26能够稳定的下降与上升。

最后，为了进一步保证果物的表皮不受损伤，该实施例在机械手2和收集袋24的内表面上均设置了弹性垫28。

下面就该苹果采摘机械手的动作过程做详细说明：

首先，各个部件处于初始状态，包括，挡板18与拉杆9处于最高位置，两个机械手2处于完全张开状态，两个刀片4完全隐藏在机械手2内部，收集袋24处于最高位置，第一压簧19处于最长状态，第二压簧20处于最长状态，第三压簧27处于最长状态，上操作杆21和下操作杆22呈平行状态；

工人移动操作杆，使得要夹取的果物位于两个机械手2之间，按压手柄5，手柄5通过第一连杆7带动第一滑块6向下移动，第一滑块6通过第一拉线11带动挡板18与拉杆9向下移动，由于拉簧12的弹性系数大于第一压簧19的弹性系数，因此，此时的拉簧12不会发生形变，而第一压簧19会被压缩，两个机械手2开始合拢，直至挡板18接触到凸块17，两个机械手2完全合拢，完成对果物的夹持；

工人继续下压手柄5，第一滑块6继续向下移动，此时的拉簧12被拉伸，第一滑块6接触到第二滑块15后下压第二滑块15，第二滑块15通过第二拉线16带动外齿轮13旋转，外齿轮13驱动内齿轮14产生位移，刀片4伸出完成对果梗的切断；

工人松开手柄5，在各个弹簧的弹力作用下，第一滑块6和第二滑块15上升，刀片4在扭簧的作用力下首先复位，完全嵌入到机械手2的内部，然后第一压簧19将挡板18和拉杆9向上顶起，两个机械手2张开；

由于果物在机械手2中呈自由状态，在其自身重力作用下，上操作杆21会弯折一定角度(如图5所示状态)，果物自由掉入收集袋24内，在重力作用下，收集袋24下降，压缩第三压簧27，当收集袋24到达最低位置时，工人取出其内的果物，第三压簧27将收集袋24复位；

至此，完成一个完整的采摘过程。

本发明的苹果采摘机械手结构简单、使用方便，采摘效率高，能够大大降低工人的劳动强度，不会对果物造成损伤，具有很好的实用性。

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。