电动伸缩自感式树结果实采摘器的制作方法

本实用新型涉及农业机械，是一种电动伸缩自感式树结果实采摘器。

背景技术：

树结果实采摘从人工采摘到采摘器采摘是科技进步的结果。但是，现有技术的树结果实采摘器存在以下缺点：

①任意高度的采摘；目前的采摘器中能够实现高度可调，是通过计算机控制机器人手臂实现的，此种装置体积庞大，不便于携带，而且价格昂贵；

②任意位置的采摘；目前的采摘器中都是利用计算机、传感器控制机器人手臂实现，不但体积庞大、不便于携带、价格昂贵外，还容易损伤果树的枝干。

③抓取树结果实通过仿人手的机构直接抓和摘，采用的机构是夹持机构，容易损伤果实。

技术实现要素：

本实用新型所要解决的技术问题是，克服现有技术的缺点，提供一种电动伸缩自感式树结果实采摘器。

本实用新型解决技术问题所采取的技术方案是：一种电动伸缩自感式树结果实采摘器，它包括收集袋和缓冲器，其特征是：还包括伸缩杆、摆动杆和末端执行器，所述伸缩杆的顶端设置所述摆动杆，摆动杆的一端与伸缩杆固连、另一端与末端执行器固连，摆动杆的控制端置于伸缩杆的下部并固连，所述收集袋置于末端执行器的下方并固连，所述缓冲器置于收集袋内、末端执行器的下方。

所述伸缩杆的结构是：它包括前杆、后杆、伸缩导向部件和控制器，所述前杆为管状且顶端封堵，前杆的外表面设置至少一条轴向的第一凹槽；所述后杆为管状且底端封堵，后杆的顶端设置至少一个朝向圆心的第一凸块、内表面设置至少一条轴向的第二凹槽，前杆穿装在后杆内并滑动连接，第一凸块与前杆设置的第一凹槽相对应且滑动连接；所述伸缩导向部件置于后杆内，伸缩导向部件的下端与后杆固连、上端与前杆固连，所述控制器置于后杆的下部外侧，控制器与伸缩导向部件电连接。

所述伸缩导向部件的结构是：它包括轴套、丝杠和第一电机，所述轴套外表面设置至少一个第二凸块、内表面设置螺纹，轴套置于后杆内、前杆的底端，轴套与前杆固连、其外表面与后杆滑动连接，轴套的第二凸块与后杆设置的第二凹槽相对应且滑动连接，所述第一电机置于后杆的下部内并固连，所述丝杠置于轴套与第一电机之间，丝杠下端与第一电机的动力轴固连，丝杠与轴套内表面螺纹连接，第一电机与控制器电连接。

所述摆动杆的结构是：它包括摆杆和角度控制器，所述摆杆位于伸缩杆的顶端，所述角度控制器置于伸缩杆的前杆顶端内并固连，摆杆一端与角度控制器固连、另一端与末端执行器固连；

所述角度控制器包括蜗轮、蜗杆、第二电机、线路盒和遥控器，所述蜗轮、所述蜗杆和所述第二电机同时置于伸缩杆的前杆内并固连，蜗轮蜗杆相啮合，第二电机的动力轴与蜗杆固连，蜗轮与摆杆端头固连，所述线路盒置于伸缩杆的前杆外并固连，所述遥控器的接收端置于线路盒内并固连，遥控器的发射端置于伸缩杆的控制器上并固连，第一电机与线路盒电连接。

所述控制器为现有技术，其包括电源、开关、控制器件和连接电路，电源、开关、控制器件为现有技术的市售产品，连接电路采用现有技术设计。

所述末端执行器的结构是：它包括架体、抓取机构、剪摘机构、感应机构、复位机构和控制机构，所述架体包括底托、顶托和支柱，所述底托为环形，所述顶托置于环形的底托上方，立柱上端与顶托固连、下端与底托固连，支柱与摆动杆的摆杆另一端固连；所述抓取机构置于架体的底托上方、且与底托铰接；所述剪摘机构一端置于顶托上面并固连、另一端置于摆杆内并固连；所述感应机构置于顶托上面并固连，所述复位机构置于底托上方、套在抓取机构上，复位机构的下端与架体的底托固连、上端挂接在抓取机构上，所述控制机构置于架体的底托内，控制机构的执行端与复位机构固连、且与感应机构信号连接。

所述抓取机构包括仿生爪和第三电机，所述仿生爪呈弧形，若干个所述仿生爪凹相对置于架体的底托上面、且分别与底托铰接，所述第三电机置于架体的底托内并固连，弹性绳一端与复位机构的复位盘固连、另一端与第三电机的动力轴固连。

所述剪摘机构包括剪刀、第四电机和柔性索，所述剪刀置于架体的顶托上面，剪刀的剪刃端位于底托上方、施力端位于顶托外、铰接点与顶托固连，所述第四电机置于摆杆内并固连，所述柔性索一端与剪刀的施力端固连、另一端与第四电机的动力轴固连。

所述感应机构为红外发射器和红外接收器，所述红外发射器和所述红外接收器均分别置于架体的顶托上并固连。

所述复位机构的结构是：它包括复位盘、弹簧和U形扣，所述复位盘置于架体的底托上方、套在抓取机构上，若干个所述弹簧置于复位盘与底托之间、两端分别与复位盘和底托固连，所述U形扣一端与复位盘挂接、另一端与抓取机构的仿生爪挂接，U形扣与抓取机构仿生爪的挂接点位于仿生爪铰接点的内侧上方。

所述控制机构的结构是：它包括单片机、驱动模块和开关，所述单片机和所述驱动模块均置于架体的底托内，所述开关置于架体的底托内，操作端伸出底托外，开关与单片机信号连接，驱动模块与单片机信号连接的同时，驱动模块分别与抓取机构的第三电机、剪摘机构的第四电机和感应机构的红外接收器信号连接。

本实用新型的工作过程是：

1根据果树的高度粗略调整伸缩杆的高度

先打开末端执行器的开关，再由控制器控制，启动伸缩导向部件动作，第一电机转动，其动力轴带动丝杠转动，前杆及其固连的轴套沿丝杠定轴转动，使前杆上升，伸缩杆达到需要的高度；

2调整摆动杆使末端执行器达到果实的高度

按动控制器上的遥控器发射按钮，启动角度控制器，角度控制器的第二电机转动，带动固连的蜗杆转动，相啮合的蜗轮随之转动，转动的蜗轮带动固连的摆杆发生角度偏移而上下摆动，从而调整摆杆的摆动角度，使摆动杆固连的末端执行器达到果实的位置；

3抓取果实

末端执行器靠近果实时，其上设置的感应机构通过红外发射器和红外接收器准确感应果实位置，当果实进入抓取机构时，控制机构控制抓取机构的第三电机转动，转动的第三电机通过弹性绳拉动复位机构向下移动，复位机构的U形扣拉动若干个仿生爪同时绕铰接点相向转动抓住果实；

4摘取果实

抓取机构抓住果实后，控制机构控制剪摘机构的第四电机转动，转动的第四电机拉动柔性索、并通过柔性索带动剪刀的施力端移动，驱动剪刀剪下果实；

5复位

剪摘机构剪下果实后，控制机构控制抓取机构的第三电机反向转动松开弹性绳，复位机构的复位盘在弹簧的弹力作用下向上移动，复位机构的U形扣产生向上的作用力使抓取机构复位，抓取机构的仿生爪同时绕铰接点反向转动松开果实；

6收集果实

抓取机构松开剪下的果实后，果实由架体的环形底托通过缓冲器进入收集袋，完成采摘；

7采摘完毕，通过控制器收回伸缩杆，关闭控制器的开关，再关闭末端执行器的开关即可。

本实用新型的一种电动伸缩自感式树结果实采摘器具有以下有益效果：

1本实用新型的采摘器能够适应任意高度和任意位置的果实的采摘，能够满足采摘果实的需要；

2本实用新型的采摘器，其伸缩杆的伸缩结构既能够满足采摘任意高度果实的需要，又能够收缩利于收藏和携带，其伸缩导向部件采用定轴转动的丝杠结构，其结构简单、易于制造，并且减小了伸缩杆的体积和重量，降低了成本；其前杆与后杆的导向和轴套与后杆的导向能够防止前杆与后杆之间发生相互转动，利于准确抓取果实；

3本实用新型的采摘器，其摆动杆的角度控制器能够控制摆杆的摆动角度，补偿末端执行器与果实之间的高度差，使末端执行器达到果实的位置，满足抓取果实的需要；其角度控制器采用蜗轮蜗杆结构，能够可靠控制摆杆的摆动角度，而角度控制器采用的遥控器及其设置在后杆控制面板上的发射按钮，能够在低处控制摆杆的摆动，利于操作；

4本实用新型的采摘器，其末端执行器的结构将采摘果实分解为“抓”和“摘”，并且采用仿生爪用于“抓”，能够防止采摘果实时损伤果实；而采用感应机构和复位机构、并且以单片机和驱动模块作为控制机构，能够实现任意位置果实的采摘；

5本实用新型的采摘器，其伸缩杆和摆动杆采用控制器、末端执行器采用控制机构的分别控制的结构，简化了设计，降低了设计、制造和操作难度，适用于更多的操作群体。

具有结构简单、成本低廉、体积小巧、易于携带、操作方便、美观实用的优点。

附图说明

图1为本实用新型的电动伸缩自感式树结果实采摘器拆去收集袋和缓冲器的三维示意图；

图2为本实用新型的电动伸缩自感式树结果实采摘器的三维局部放大示意图；

图3为本实用新型的电动伸缩自感式树结果实采摘器的末端执行器三维示意图；

图4为本实用新型的电动伸缩自感式树结果实采摘器拆去收集袋和缓冲器的二维示意图；

图5为本实用新型的电动伸缩自感式树结果实采摘器的角度控制器的结构示意图；

图6为本实用新型的电动伸缩自感式树结果实采摘器的末端执行器二维示意图；

图7为本实用新型的电动伸缩自感式树结果实采摘器的复位盘和仿生爪的连接结构示意图。

图中：1末端执行器，2摆动杆，3伸缩杆，4后杆，5前杆，6摆杆，7剪刀，8支柱，9顶托，10仿生爪，11底托，12复位盘，13第一凹槽，14U形扣，15铰接点，16挂接点，17第一电机，18控制器，19丝杠，20轴套，21第二电机，23蜗杆，24蜗轮，25弹性绳，26第三电机，27第四电机，28柔性索，29单片机，30驱动模块。

具体实施方式

下面利用附图和实施例对本实用新型一种电动伸缩自感式树结果实采摘器进一步说明。

参见图1-7，实施例1，本实施例一种电动伸缩自感式树结果实采摘器，用于苹果采摘，它包括伸缩杆3、摆动杆2、末端执行器1、收集袋和缓冲器，所述伸缩杆3的顶端设置所述摆动杆2，摆动杆2的一端与伸缩杆3固连、另一端与末端执行器1固连，摆动杆2的控制端置于伸缩杆3的下部并固连，所述收集袋置于末端执行器1的下方并固连，所述缓冲器置于收集袋内、末端执行器1的下方。

所述伸缩杆3的结构是：它包括前杆5、后杆4、伸缩导向部件和控制器18，所述前杆5为管状，前杆5的外表面设置二条轴向的第一凹槽13；所述后杆4为管状且底端封堵，后杆4的顶端设置二个朝向圆心的第一凸块、内表面设置二条轴向的第二凹槽，前杆5穿装在后杆4内并滑动连接，第一凸块与前杆5设置的第一凹槽13相对应且滑动连接；所述伸缩导向部件置于后杆4内，伸缩导向部件的下端与后杆4固连、上端与前杆5固连，所述控制器18置于后杆4的下部外侧，控制器18与伸缩导向部件电连接。

所述伸缩导向部件的结构是：它包括轴套20、丝杠19和第一电机17，所述轴套20外表面设置二个第二凸块、内表面设置螺纹，轴套20置于后杆4内、前杆5的底端，轴套20与前杆5固连、其外表面与后杆4滑动连接，轴套20的第二凸块与后杆4设置的第二凹槽相对应且滑动连接，所述第一电机17置于后杆4的下部内并固连，所述丝杠19置于轴套20与第一电机17之间，丝杠19下端与第一电机17的动力轴固连，丝杠19与轴套20内表面螺纹连接，第一电机17与控制器18电连接。

所述摆动杆2的结构是：它包括摆杆6和角度控制器，所述摆杆6位于伸缩杆3的顶端，所述角度控制器置于伸缩杆3的前杆5顶端内并固连，摆杆6一端与角度控制器固连、另一端与末端执行器1固连。

所述角度控制器包括蜗轮24、蜗杆23、第二电机21、线路盒22和遥控器，所述蜗轮24、所述蜗杆23和所述第二电机21同时置于伸缩杆3的前杆5内并固连，蜗轮24与蜗杆23相啮合，第二电机21的动力轴与蜗杆23固连，蜗轮24与摆杆6端头固连，所述线路盒22置于伸缩杆3的前杆5外并固连，所述遥控器的接收端置于线路盒22内并固连，遥控器的发射端置于伸缩杆3的控制器18上并固连，第一电机17与线路盒22电连接。

所述控制器18为现有技术，其包括电源、开关、控制器件和连接电路，电源、开关、控制器件为现有技术的市售产品，连接电路采用现有技术设计，所述电源为24V锂电池。

所述末端执行器1的结构是：它包括架体、抓取机构、剪摘机构、感应机构、复位机构和控制机构，所述架体包括底托11、顶托9和支柱8，所述底托11为环形，所述顶托9置于环形的底托11上方，所述立柱上端与顶托9固连、下端与底托11固连，支柱8与摆动杆2的摆杆6另一端固连；所述抓取机构置于架体的底托11上方、且与底托11铰接；所述剪摘机构一端置于顶托9上面并固连、另一端置于摆杆6内并固连；所述感应机构置于顶托9上面并固连，所述复位机构置于底托11上方、套在抓取机构上，复位机构的下端与架体的底托11固连、上端挂接在抓取机构上，所述控制机构置于架体的底托11内，控制机构的执行端与复位机构固连、且与感应机构信号连接。

所述抓取机构包括仿生爪10和第三电机26，所述仿生爪10呈弧形，三个所述仿生爪10凹相对置于架体的底托11上面、且分别与底托11铰接，三个所述第三电机26置于架体的底托11内并固连，弹性绳25一端与复位机构的复位盘12固连、另一端与第三电机26的动力轴固连。

所述剪摘机构包括剪刀7、第四电机27和柔性索28，所述剪刀7置于架体的顶托9上面，剪刀7的剪刃端位于底托11上方、施力端位于顶托9外、铰接点与顶托9固连，所述第四电机27置于摆杆6内并固连，所述柔性索28一端与剪刀7的施力端固连、另一端与第四电机27的动力轴固连。

所述感应机构为红外发射器和红外接收器，所述红外发射器和所述红外接收器均分别置于架体的顶托9上并固连。

所述复位机构的结构是：它包括复位盘12、弹簧和U形扣14，所述复位盘12置于架体的底托11上方、套在抓取机构上，三个所述弹簧置于复位盘12与底托11之间、两端分别与复位盘12和底托11固连，所述U形扣14一端与复位盘12挂接、另一端与抓取机构的仿生爪10挂接，U形扣14与抓取机构仿生爪10的挂接点16位于仿生爪10铰接点15的内侧上方。

所述控制机构的结构是：它包括单片机29、驱动模块30和开关，所述单片机29和所述驱动模块30均置于架体的底托11内，所述开关置于架体的底托11内，操作端伸出底托外，开关与单片机29信号连接，驱动模块30与单片机29信号连接的同时，驱动模块30分别与抓取机构的第三电机26、剪摘机构的第四电机27和感应机构的红外接收器信号连接。

所述单片机29和驱动模块30的控制程序、角度控制器的控制电路均为现有技术。

所述单片机29为51最小系统，所述驱动模块30为L298N直线减速电机启动模块，所述第一电机17、第二电机21和第三电机26为37GB520直线减速电机，第四电机27为CA12-N20直线减速电机，所述遥控器为两通学习型RF无线遥控开关接收模块和控制器315M，所述红外发射器和红外接收器为HD-DS25cm—3mm红外线对射式传感器，所述伸缩杆控制器开关为直流电机倒顺开关，所述末端执行器控制机构开关为MTS102钮子开关，第一电机17、第二电机21、第三电机26、第四电机27、单片机29、遥控器、驱动模块30、红外发射器、红外接收器和控制器18均采用24V锂电池供电。

本实施例采用现有技术制造，所述第一电机17、第二电机21、第三电机26、第四电机27、单片机29、遥控器、开关、驱动模块30、红外发射器、红外接收器、收集袋和缓冲器均为现有技术的市售产品。

本实施例的工作过程是：

1根据苹果树的高度粗略调整伸缩杆3的高度

先打开末端执行器1的开关，再由控制器18控制，启动伸缩导向部件动作，第一电机17转动，其动力轴带动丝杠19转动，前杆5及其固连的轴套20沿丝杠19定轴转动，使前杆5上升，伸缩杆3达到需要的高度；

2调整摆动杆2使末端执行器1达到苹果的高度

按动控制器18上的遥控器发射按钮，启动角度控制器，角度控制器的第二电机21转动，带动固连的蜗杆23转动，相啮合的蜗轮24随之转动，转动的蜗轮24带动固连的摆杆6发生角度偏移而上下摆动，从而调整摆杆6的摆动角度，使摆动杆2固连的末端执行器1达到苹果的位置；

3抓取苹果

末端执行器1靠近苹果时，其上设置的感应机构通过红外发射器和红外接收器准确感应苹果位置，当苹果进入抓取机构时，控制机构控制抓取机构的第三电机26转动，转动的第三电机26通过弹性绳25拉动复位机构向下移动，复位机构的U形扣14拉动若干个仿生爪10同时绕铰接点15相向转动抓住苹果；

4摘取苹果

抓取机构抓住苹果后，控制机构控制剪摘机构的第四电机27转动，转动的第四电机27拉动柔性索28、并通过柔性索28带动剪刀7的施力端移动，驱动剪刀7剪下苹果；

5复位

剪摘机构剪下苹果后，控制机构控制抓取机构的第三电机26反向转动松开弹性绳25，复位机构的复位盘12在弹簧的弹力作用下向上移动，复位机构的U形扣14产生向上的作用力使抓取机构复位，抓取机构的仿生爪10同时绕铰接点15反向转动松开苹果；

6收集苹果

抓取机构松开剪下的苹果后，苹果由架体的环形底托11通过缓冲器进入收集袋，完成采摘；

7采摘完毕，通过控制器收回伸缩杆，关闭控制器的开关，再关闭末端执行器的开关即可。

本实用新型并非穷举，并不构成对权利要求保护范围的限定，本领域技术人员根据本实用新型实施例获得的启示，不经过创造性劳动就能够想到其它实质上等同的替代，均在本实用新型保护范围内。