一种电动果实采摘头的制作方法

本发明涉及农业机械设备技术领域，具体涉及一种电动果实采摘头。

背景技术：

目前，我国的果实采摘绝大部分还是以人工采摘为主，随着大面积的果树种植，丰收季节果实的采摘问题也凸显而出。人工采摘不仅劳动强度大、效率低，而且容易造成果实的损伤，如果人手不够不能及时采摘还会导致经济上的损失。同时，采摘工作受自然条件约束较多，对工作人员要求较高，采摘过程中稍有不慎就发生意外而受伤。使用自动化采摘机械不仅能提高采摘效率和果品质量，提高了经济效益，而且节省人工，降低劳动强度，对推动果园规模化发展和规范化管理，乃至林业发展具有重要的意义。

由于我国果园作业机械研究起步较晚，基础相对较差，因此，果园作业机械化程度和欧美等国家还是存在差距，但随着国家对农业的扶持，目前结合了农艺技术、机械技术、电子技术、信息技术的农业现代化正在大力推进。随着计算机技术和信息采集与处理技术的发展，人工智能、机器视觉等新技术在农业机械中的研究应用，特别是全景立体视觉技术的出现为农业机器人的自主导航和农作物的识别定位提供了极大的便利，因此设计出轻巧，灵便，适应性强的水果自动化采摘机械设备变得现实可行，必将给农业发展带来巨大的变革，具有重大价值。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种电动果实采摘头，可实现对果梗的精准剪断，完成自动采摘，采摘效率高。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种电动果实采摘头，包括采摘头；所述采摘头包括弧状切刀和驱动机构；两个所述切刀的头端弧状刀头相对设置；所述切刀的弧状结构外侧端部与所述驱动机构的输出转动轴连接，以此实现所述切刀通过驱动机构带动来实现绕轴转动；通过两个所述切刀的尾端相对旋转并对合形成容纳托盘结构，来实现对果实的托举；再通过两个所述切刀的刀头相对旋转运动，来实现对果梗的剪切。

进一步地，所述切刀为四分之一球壳形结构，且所述切刀的头端和尾端均为为半圆弧状结构；以此实现当两个切刀的尾端对合时，形成开口向上的半圆球壳状托盘结构。

进一步地，两个所述切刀的头端弧状刀头的刀口为相互啮合的锯齿状结构。

进一步地，还设有限位套筒；所述切刀的两侧转动轴分别平行穿设在所述限位套筒上，以此实现所述切刀的两侧转动轴的限位；所述限位套筒的下方连通有分体式的软体导果袋。

进一步地，所述驱动机构包括支撑板和转动电机一；所述支撑板为框架结构；所述限位套筒固定设在所述支撑板上；所述转动电机一固定设置在所述支撑板上，且所述转动电机一的转动输出轴与所述切刀的一侧边端部转动轴固定连接。

进一步地，还设有连接座和转动电机二；所述转动电机二固定设在所述连接座上一端；所述转动电机二的输出转动轴与所述支撑板的侧边固定连接，并带动所述支撑板旋转来实现整个采摘头的旋转。

进一步地，所述软体导果袋包括导果布袋和导果滑道；所述导果布袋的上端与所述限位套筒连通；所述导果布袋的下端开口与所述导果滑道的上端开口对应设置；所述导果滑道的下端开口与收集框的上端开口对应设置；所述导果滑道的上端通过连接部固定设在所述连接座上。

进一步地，所述限位套筒的顶部还固定设有弹性挡圈；所述弹性挡圈还设有向内侧延伸的导向部；所述导向部为一圈向内下倾斜设置的薄片结构，且所述导向部的内侧下端与所述切刀的尺寸匹配。

进一步地，所述切刀内壁贴附一层海绵。

进一步地，所述切刀内侧尾端还设有接触开关。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、快速分离设计：通过两相对刀头同时相对旋转运动，大大加大了切刀对果梗的剪切力，实现果实与果梗通过切刀快速分离。

2、圆弧形件设计：采用圆弧形件，可以实现在剪断果梗之前先将果实包覆固定，即对果实实现定位，避免夹持果梗位置不准确不可靠的情况发生，并通过电机驱动切刀实现了对果梗的精准剪断，完成自动采摘。

3、锯齿形刀片设计：采用锯齿形刀片设计可以实现渐进式的剪断，大大减少了平口式刀片在剪断时可能出现的剪不动、卡住等现象；且可通过v形齿的齿尖卡住果梗，可有效对果梗径向限位，从而避免果梗的滑脱。

4、分体导果袋设计：通过分体的软体导果袋减少了采摘头在采摘过程中由于果实滞留引起过大的重力和幅度较大的抖动，大大提高了采摘头定位的精确度，大大提高了采摘头的使用寿命。

5、防护性设计：通过限位套筒的顶部设有弹性挡圈，且弹性挡圈还设有与切刀尺寸匹配的导向部，避免果实进入两个切刀的尾端对合的托盘结构时切刀损伤果实，且导向部还可用于实现对果实的阻挡缓冲，减少果实进入托盘结构的磕碰；通过圆弧形件内壁贴附一层海绵，可有效防止在果实剪切的过程中采摘头与果实的干性挤压，减少果实与切刀的摩擦，同时还可实现对不同果型果实的运动缓冲和柔性支撑；通过收集通道采用柔性设计，大大减少果实在输送至收集装置过程中的损伤。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

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，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为本发明的采摘头立体结构示意图；

图2为本发明的采摘头俯视结构示意图；

图3为本发明的图2的剖视结构示意图；

图4为本发明的切刀尾端对合结构示意图；

图5为本发明的4的剖视结构示意图；

图6为本发明的果实切割示意图；

图7为本发明的果实切割示意图；

图8为本发明的实施例一结构示意图；

图9为本发明实施例二的立体机构示意图；

图10为本发明实施例二的图9的剖视图；

图11为本发明实施例二的局部爆炸结构示意图；

图中标号说明：

1、采摘头；11、切刀；111、刀头；12、驱动机构；121、支撑板；122、转动电机一；2、定位机构；21、采摘头姿态调节机构；211、连接座；212、转动电机二；22、采摘头空间定位调节机构；221、采摘头高度调节机构；2211、气动升降杆；222、采摘头轴向转动机构；2221、转动电机三；2222、主动齿轮；2223、从动齿轮；223、采摘头周向调节机构；2231、气缸一；2232、气缸二；3、收集机构；31、限位套筒；32、软体导果袋；321、导果布袋；322导果滑道；33、收集框；4、移动机构；41、基座；42、从动轮；43、驱动轮；5、气泵；6、电池；7、弹性挡圈；71、导向部；8、弹性减速环带；9、弹性拉绳。

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，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。

结合附图1至图11，对本发明作进一步地说明：

实施例一：结合附图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7和图8，一种电动果实采摘头，包括采摘头1；所述采摘头1包括弧状切刀11和驱动机构12；两个所述切刀11的头端弧状刀头111相对设置；所述切刀11的弧状结构外侧端部与所述驱动机构12的输出转动轴连接，以此实现所述切刀11通过驱动机构12带动来实现绕轴转动；通过两个所述切刀11的尾端相对旋转并对合形成容纳托盘结构，来实现对果实的托举；再通过两个所述切刀11的刀头111相对旋转运动，来实现对果梗的剪切。本方案通过采用圆弧形切刀11，可以实现在剪断果梗之前先将果实包覆固定，即对果实进行定位，实现了对果梗的精准剪断，且两相对刀头旋转运动实现快速分离剪切。

优选的，所述切刀11内侧尾端还设有接触开关，所述接触开关为用于落入容纳托盘结构中果实触发切刀11上的驱动机构12的开关，来实现切刀11旋转并切断果梗。

所述切刀11为四分之一球壳形结构，且所述切刀11的头端和尾端均为为半圆弧状结构；以此实现当两个切刀11的尾端对合时，形成开口向上的半圆球壳状托盘结构，果实由于重力作用，会自然落入半球壳状的底部，同于对果实的托举更加稳定，特别是对一些匹配的底部是半圆状的果实的托举如苹果、柑橘类等果实；同时，刀头111的刀口对合时，形成开口向下的半圆球状剪切刀结构，180度的刀口可实现对果梗的有效剪切，且在运动过程中，运动的轨迹为包裹果实的半圆球状结构，可大大减少对果实的伤害；

优选的，所述切刀11内壁贴附一层海绵(珍珠棉)，可有效防止在果实剪切的过程中采摘头与果实的干性挤压，减少果实与切刀的摩擦，同时还可实现对不同果型果实的运动缓冲和柔性支撑。

两个所述切刀11的头端弧状刀头的刀口为相互啮合的锯齿状结构；通过锯齿状的刀口结构可以实现渐进式的剪断，大大减少了平口式刀片在剪断时可能出现的剪不动、卡住等现象；同时可通过v形齿的齿尖卡住果梗，可有效对果梗径向限位，从而避免果梗的滑脱。

还设有限位套筒31；两个所述切刀11内嵌于所述限位套筒31内；所述限位套筒31的下方连通有分体式的软体导果袋32，以此实现剪切后的果实沿着软体导果袋32下落并进行果实的收集；

优选的，所述限位套筒31的顶部还固定设有弹性挡圈7；所述弹性挡圈7采用塑料材料制成；所述弹性挡圈7还设有向内侧延伸的导向部71，所述导向部71为一圈向内下倾斜设置的薄片结构；且所述导向部71的内侧下端与所述切刀11的尺寸匹配，用于对刀口的隔挡，避免果实进入两个切刀11的尾端对合的托盘结构时切刀损伤果实，且导向部71还可用于实现对果实的阻挡缓冲，减少果实进入托盘结构的磕碰；通过设置弹性挡圈7，大大提高了对果实的防护，有效提高了果实的果皮的完整，同时还可通过导向部71对切刀11的刀头111进行刮刷，以此实现对刀头上的切屑的清理。

所述软体导果袋32包括导果布袋321和导果滑道322；所述导果布袋321的上端与所述限位套筒31连通；所述导果布袋321的下端开口与所述导果滑道322的上端开口对应设置；所述导果滑道322的下端开口与所述收集框33的上端开口对应设置，以此实现对导果滑道322内的果实的承接；通过设置分体式的软体导果袋32，果实在经过采摘头剪切采摘后通过导向带一导向进入导果滑道322后进入收集框中收集；所述导果滑道322的上端通过绳索固定设在所述连接座211上；

由于采摘头采用电机驱动直接连接并驱动，承力的强度较低；而本方案避免了整体式的导果带在果实滞留时果实的重力对采摘头和导果袋的拉拽情况；同时减少了采摘头在采摘过程中由于果实滞留引起的幅度较大抖动，大大提高了采摘头定位的精确度，大大提高了采摘头的使用寿命。

优选的，采摘头1切割完后的果实会落入软体导果袋32中；软体导果袋32是缓冲布袋，呈圆柱形，当果实在顺着布袋滑落时经过多次缓冲而安全落入收集框33；通过收集通道的柔性设计，减少果实在输送至收集装置的过程中表皮的损伤。

优选的，软体导果袋32的导果滑道采用双层布袋结构，由外层布袋与多个内层布袋两者嵌套、上端缝合而成吗，内层布袋是由柔性抗拉弹性布料制成；果实在下落过程中，利用各节内层布袋弹性挤压摩擦作用，有效地控制果实的下降速度，逐节逐层下落，可平稳的落入收集框中，减少果实坠落的损伤；且当内层布袋中的果实堆积时，可通过抖动整个软体导果袋32来促使果实下滑。

优选的，所述导果布袋321和导果滑道322之间通过弹性拉绳9连接；所述弹性拉绳9的一端与导果布袋321的下端固定连接，另一端与所述导果滑道322的上端固定连接；多个弹性拉绳9均匀地周向分布在所述导果布袋321和导果滑道之间322；以此实现采摘头上的导果布袋321在随着活塞头运动时候，保证导果布袋的出口与导果滑道的接口始终相对设置。

所述切刀11的两侧转动轴分别平行穿设在所述限位套筒31上，以此实现所述切刀11的两侧转动轴的限位，使得切刀11转动时更加平稳。

所述驱动机构12包括支撑板121和转动电机一122；所述支撑板121为框架结构；所述限位套筒31固定设在所述支撑板121上；所述转动电机一122固定设置在所述支撑板121上，且所述转动电机一122的转动输出轴与所述切刀11的一侧边端部转动轴固定连接，以此实现所述转动电机一122带动所述切刀11转动；两个所述切刀11分别与所述转动电机一122连接，并相对设置；

优选的，结合附图8，所述支撑板121固定连接一手握杆，操作人员只需要通过手持手握杆来使本装置来人工调整位置，并通过采摘头1来采摘。

实施例二：结合附图1、图2、图3、图4、图5、图7、图9、图10和图11，一种行走式果实自动采摘收集机器人，包括采摘头1、定位机构2、收集机构3、移动机构4；所述采摘头1包括弧状切刀11和驱动机构12；两个所述切刀11的头端弧状刀头111相对设置；所述切刀11的弧状结构外侧端部与所述驱动机构12的输出转动轴连接，以此实现所述切刀11通过驱动机构12带动来实现绕轴转动；通过两个所述切刀11的尾端相对旋转并对合形成容纳托盘结构，来实现对果实的托举；再通过两个所述切刀11的刀头111相对旋转运动，来实现对果梗的剪切；所述采摘头1设在所述定位机构2上，并通过所述定位机构2来实现空间定位；所述收集机构3与所述采摘头1连接；所述定位机构2和收集机构3均设在所述移动机构4上；

所述采摘头1的具体构造与实施例一中的相同。

所述定位机构2包括采摘头姿态调节机构21和采摘头空间定位调节机构22；

所述采摘头姿态调节机构21包括连接座211和转动电机二212；所述转动电机二212固定设在所述连接座211上一端；所述转动电机二212的输出转动轴与所述支撑板121的侧边固定连接，并带动所述支撑板121旋转来实现整个采摘头1的旋转。

所述采摘头空间定位调节机构22包括采摘头高度调节机构221、采摘头轴向转动机构222和采摘头周向调节机构223；

所述采摘头高度调节机构221包括气动升降杆2211；所述气动升降杆2211包括三(两)节长形空心杆，其初始高度为1.3米，升高到最高为2.9米，从而实现到达采摘水果位置；所述气动升降杆2211的底部固定设在移动机构4上，并通过气泵5提供动力。

所述采摘头轴向转动机构222包括转动电机三2221、主动齿轮2222和从动齿轮2223；所述转动电机三2221固定设在移动机构4上；所述转动电机三2221的输出传动轴与所述主动齿轮2222连接，并带动所述主动齿轮2222轴向旋转；所述从动齿轮2223固定设在所述气动升降杆2211上，并与所述气动升降杆2211同轴转动连接如可采用升降杆的底部套接在固定设置在移动机构4上的定位杆的方式来实现同轴转动连接；所述主动齿轮2222与从动齿轮2223为齿轮传动结构，以此实现通过转动电机三2221带动所述气动升降杆2211在移动机构4上绕轴自转；

所述采摘头周向调节机构223包括气缸一2231和气缸二2232；所述气缸一2231的底部支撑座与所述气动升降杆2211的活塞升降杆顶部侧边铰接；所述气缸一2231的前部活塞杆与所述气缸二2232的下部铰接；所述气缸二2232的底部支撑座与所述气动升降杆2211的活塞升降杆顶部铰接；所述气缸二2232的前部活塞杆端部与所述连接座211的另一端铰接；

通过采摘头高度调节机构221实现对采摘头周向调节机构223的上下高度调整；通过采摘头轴向转动机构222实现对采摘头周向调节机构223的绕升降杆轴向360度的旋转调整；通过气缸一2231实现对气缸二2232在升降杆顶部绕铰接轴旋转，同时通过气缸二2232的活塞杆来实现向外侧延伸；且通过快速伸缩气缸二2232前端的活塞杆，可实现对采摘头周向调节机构223上的收集机构3的相对振动，以此实现对软体导果袋32的抖动，便于果实从软体导果袋中的顺畅下落，同时也利于对采摘头上夹持的果实的果梗的拉拽采摘；整个定位机构2在实现三轴运动的同时，大大增加采摘头1的采摘空间范围。

所述收集机构3包括限位套筒31、软体导果袋32和收集框33；两个所述切刀11内嵌于所述限位套筒31内；所述限位套筒31的下方连通有分体式的软体导果袋32；所述软体导果袋32的输出端与所述收集框33对应设置；所述收集框33设在所述移动机构4上。

优选的，所述导果滑道322的上端通过连接部固定在连接座211上，以此实现对导果滑道的支撑，减少对整个采摘头的负重。

优选的，所述收集框33的底部还设有称重传感器。

所述移动机构4包括基座41、从动轮42和驱动轮43；所述基座41为上部开口的盒体结构，所述基座41的一侧还设有门体，所述门体用于收集框33在基座41上的推拉来实现收集框33的取放；所述基座41的底部设有所述从动轮42和驱动轮43；前端两轮为为从动轮42(万向轮)，后端两轮为驱动轮43，采用步进电机驱动；通过控制模块的控制步进电机来实现对驱动轮的分别控制，以此实现整个装置的整体运动。

装置的动力部分由高压气泵与电池两部分组成，高压气泵为气动元件提供推力，电池为电气设备提供电力。采用这样的设计可以在一定程度上节能减排，减少浪费，减少污染，使装置更加绿色环保，并且气动元件结构简单，控制方便，易于达到要求的功能。

优选的，气源可采用高压气罐；通过高压气罐为动力源，并为气动元件提供动力源；相对体积较大的空气压缩机提供气源，采用可更换的高压气罐，结构更加小巧，节省电源电力且能无振动、无噪音工作。

本装置在使用时，可通过采摘机器人的自主导航和人机协同采摘作业系统来实现本采摘机器人的自主行走，控制移动结构并寻找路径和寻找果实；在确定果实的位置后，通过调节定位机构采摘头的具体位置，先将控制转动电机一带动切刀的尾端相对旋转并对合形成容纳托盘结构；调节定位机构将容纳托盘结构移动到待采摘果实的下方，调整定位机构来继续托举果实；当果实进入后并触发切刀内侧尾端还设有接触开关后，来驱动转动电机一带动切刀的刀头相对旋转来对果实的果梗进行剪切，实现自动摘果；同时果实掉落并通过导果布袋进入导果滑道后落入收集框中，反复进行上述采摘工作；同时通过收集框上的称重传感器向控制系统传输信号，当收集到需要的重量时，控制系统控制移动机构寻找路径返回仓库，完成单次采摘，采摘效率高，收集方式简单方便，快速分离、收集一体化设计，以此实现对果实的采摘，如此循环工作。本装置结构简单，本装置在地面即可完成高空采摘，采摘省时省力，非常方便，采摘效率高，经济实用，使用灵活，设计合理，结构紧凑，适用于多种果实采摘，具有很好的市场前景。

需要说明的是，其中电机、气缸、称重传感器和气动升降杆的具体构造均为现有技术，可直接从市场上采购获得，且在我们的日常生活中有着极其广泛的应用，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可获得；且通过控制模块(单片机控制器)预设重量范围值，控制模块根据接收到的重量信息所落入的重量范围值来驱动电机等装置，其结构和技术均为本领域技术人员熟知，本领域技术人员完全可以理解；此处不再详述。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。