一种草莓采摘器的制作方法

本发明属于果蔬采摘设备技术领域，具体涉及一种草莓采摘器。

背景技术：

果蔬采摘是农业生产链中最耗时的一个环节，其季节性强、需要大量的劳动力和高强度的工作。但是如今能够从事农业生产的劳动力越来越少，人工劳作已经不能满足当今由人口暴涨所带来的农业生产需要，此外，由于人工草莓采摘，需要弯腰操作，劳动强度大，工作效率低。现有的采摘机成本较高，不符合市场需求，若采用视觉识别，则误采率高，难以普及。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种草莓采摘器，用于克服现有技术的不足。

本发明的技术方案是：

一种草莓采摘器，包括操作杆，所述操作杆的中部设置有用于采摘草莓的机械手，所述机械手外围设置有防护用壳体，所述壳体上通过连杆装置连接有倾角可调的滑道，所述滑道用于将机械手采摘下来的草莓导入收集盆内，所述收集盆设置在操作杆下端且通过连接装置与操作杆连接，所述收集盆的下方设置有行走装置。

优选的，所述操作杆包括圆筒体，所述圆筒体的上端套装设置有握把一，所述握把一的长度方向与圆筒体的中心线垂直，所述圆筒体内套装有内杆，所述内杆的上端套装设置有握把二，所述握把二的长度方向与内杆的中心线平行，所述内杆的下端开设有与连接装置连接的安装孔一。

优选的，所述机械手包括套装在圆筒体下端的连接套，所述连接套通过连接件一与顶板固定连接，所述顶板上设置有提供动力的供电用电池，所述电池与直流减速电机电连接，所述直流减速电机通过连接件二与顶板上表面固定连接，所述直流减速电机的输出轴穿出顶板上的安装孔二后在其上依次套装固定主动齿轮、限位件、和齿轮三，所述直流减速电机的输出轴末端穿出底板上的安装孔三后在其末端偏心套装固定右臂曲柄，所述右臂曲柄背离直流减速电机的输出轴的一端通过连接件三与右机械臂铰接，所述右机械臂背离连接件三的一端通过连接件四固定连接有右臂夹头，所述右机械臂的中段通过连接件五与右臂连杆的一端铰接，所述右臂连杆的另一端通过连接件六与底板下表面铰接；所述底板与顶板之间设置有板间支撑壳一和板间支撑壳二，所述板间支撑壳一和板间支撑壳二分别位于底板与顶板的两侧，且板间支撑壳一和板间支撑壳二分别通过连接件七与底板和顶板固定连接；所述主动齿轮与齿轮一啮合，所述齿轮一套装固定在转轴一上，所述转轴一上端穿出顶板上的安装孔四后与滑块曲柄的一端套装固定，所述滑块曲柄的另一端从下往上依次套装固定有限位连接件和滑块连杆，所述滑块连杆背离连接件的另一端通过连接件八分别与抓茎钩和滑块固定连接，所述滑块与导轨滑动连接，所述导轨通过连接件九与顶板上的延伸端固定连接；所述齿轮三与齿轮二啮合，所述齿轮二套装固定在转轴二上，所述转轴二上的齿轮二上方设置有左臂曲柄，所述左臂曲柄与转轴二套装固定，所述左臂曲柄背离转轴二的一端通过连接件九与左机械臂的一端铰接，所述左机械臂背离连接件九的一端通过连接件十固定连接有左臂夹头，所述左机械臂的中段通过连接件十一与左臂连杆的一端铰接，所述左臂连杆的另一端通过连接件十二与底板上表面铰接。

优选的，所述左臂夹头和右臂夹头的相对面分别固定连接有弹性材料制作的夹持部，所述夹持部中间开有槽缝，槽缝内嵌有刀片，所述刀片的刃部相对且刃部低于夹持部外轮廓。

优选的，所述壳体包括设置在机械手外围形成对机械手的整体防护结构的外壳一和外壳二，所述外壳一和外壳二卡扣式连接。

优选的，所述连杆装置包括结构相同的两组调节杆，每组调节杆均包括一个长杆和一个短杆，两组调节杆分别设置在壳体的两侧，所述调节杆的一端与壳体可拆卸式连接，所述调节杆的另一端与滑道固定连接。

优选的，所述连接装置包括与收集盆内底面中部固定连接的铰接座，所述铰接座上架设有铰接轴，所述铰接轴穿过内杆的下端开设的安装孔一实现内杆与铰接座的铰接，所述铰接座上还套装限位壳，所述限位壳与收集盆内底面固定连接。

优选的，所述行走装置是万向底盘，所述万向底盘通过连接件与收集盆固定连接。

与现有技术相比，本发明提供的一种草莓采摘器，主要包括采摘草莓的机械手、操作杆与行走装置组成，草莓的采摘由机器一键完成，抓取位置识别由人工完成，由抓茎钩作为定位以及分离机构，夹头完成剪切以及运送储存功能，操作者只需使用操作把手便可以完成机器的移动，实现对草莓的一键式抓取采摘，整个过程定位精准，高效快速，极大地提高了草莓田地果农的采摘效率，操作在站立中完成，消除了传统草莓采中低头弯腰的劳累感和不适感，最大限度地简化了操作难度，极大地提高了果农在草莓采摘过程中的操作舒适性，在材料选取上，本发明在高效的前提下最大程度降低了经济成本，满足了草莓农“人人用的起”的设计要求，实现了对各种环境条件下草莓的便捷，精准，零损坏高效采摘，同时可普及型高，具有良好的实用性与经济性和极大的社会推广性。

附图说明

图1为为本发明的整体结构的示意图；

图2为本发明的采摘结构的三维视图；

图3本发明的采摘结构上部的爆炸视图；

图4为本发明的采摘结构下部的爆炸视图；

图5为本发明的采摘结构的连接示意图；

图6为本发明的采摘结构的外壳安装图；

图7为本发明的抓茎钩的主视图；

图8为本发明的抓茎钩的俯视图；

图9为本发明的抓茎钩的左视图；

图10为本发明的机械臂的主视图；

图11为本发明的顶板的主视图；

图12为本发明的底板的主视图；

图13为本发明的移动平台的爆炸视图；

图14为本发明的操作杆的爆炸视图。

附图标记：

1、电池；2、直流减速电机；3、抓茎钩；4、左机械臂；5、右机械臂；6、滑道；7、操作杆；8、收集盆；9、万向底盘；201、垫片一；202、垫片二；203、垫片三；204、垫片四；205、主动齿轮；206、限位件；207、顶板；208、底板；209、板间支撑壳一；210、板间支撑壳二；301、滑块连杆；302、限位连接件；303、滑块曲柄；304、垫片五；305、垫片六；306、垫片七；307、齿轮一；308、滑块；309、导轨；401、垫片八；402、左臂曲柄；403、垫片九；404、齿轮二；405、垫片十；406、垫片十一；407、垫片十二；408、垫片十三；409、左臂连杆；410、左臂夹头；411、垫片十四；412、垫片十五；413、垫片十六；414、垫片十七；501、垫片十八；502、垫片十九；503、右臂曲柄；504、垫片二十；505、垫片二十一；506、齿轮三；507、右臂夹头；508、右臂连杆；509、垫片二十二；510、垫片二十三；511、垫片二十四；601、滑道定位短杆一；602、滑道定位长杆一；603、外壳一；604、外壳二；605、滑道定位长杆二；606、滑道定位短杆二；701、内杆；702、握把二；703、握把一；704、连接套；705、弹簧；706、限位壳；707、铰接座；708、铰接轴。

具体实施方式

本发明提供了一种草莓采摘器，下面结合图1到图14的结构示意图，对本发明进行说明。

如图1所示，一种草莓采摘器，包括操作杆7，所述操作杆7的中部设置有用于采摘草莓的机械手，所述机械手外围设置有防护用壳体，所述壳体上通过连杆装置连接有倾角可调的滑道6，所述滑道6用于将机械手采摘下来的草莓导入收集盆8内，所述收集盆8设置在操作杆7下端且通过连接装置与操作杆7连接，所述收集盆8的下方设置有行走装置。

进一步的，所述操作杆7包括圆筒体，所述圆筒体的上端套装设置有握把一703，所述握把一703的长度方向与圆筒体的中心线垂直，所述圆筒体内套装有内杆701，所述内杆701的上端套装设置有握把二702，所述握把二702的长度方向与内杆701的中心线平行，所述内杆701的下端开设有与连接装置连接的安装孔一。

进一步的，所述机械手包括套装在圆筒体下端的连接套704，所述连接套704通过连接件一与顶板207固定连接，所述顶板207上设置有提供动力的供电用电池1，所述电池1与直流减速电机2电连接，所述直流减速电机2通过连接件二与顶板207上表面固定连接，所述直流减速电机2的输出轴穿出顶板207上的安装孔二后在其上依次套装固定主动齿轮205、限位件206、和齿轮三506，所述直流减速电机2的输出轴末端穿出底板208上的安装孔三后在其末端偏心套装固定右臂曲柄503，所述右臂曲柄503背离直流减速电机2的输出轴的一端通过连接件三与右机械臂5铰接，所述右机械臂5背离连接件三的一端通过连接件四固定连接有右臂夹头507，所述右机械臂5的中段通过连接件五与右臂连杆508的一端铰接，所述右臂连杆508的另一端通过连接件六与底板208下表面铰接；所述底板208与顶板207之间设置有板间支撑壳一209和板间支撑壳二210，所述板间支撑壳一209和板间支撑壳二210分别位于底板208与顶板207的两侧，且板间支撑壳一209和板间支撑壳二210分别通过连接件七与底板208和顶板207固定连接；所述主动齿轮205与齿轮一307啮合，所述齿轮一307套装固定在转轴一上，所述转轴一上端穿出顶板207上的安装孔四后与滑块曲柄303的一端套装固定，所述滑块曲柄303的另一端从下往上依次套装固定有限位连接件302和滑块连杆301，所述滑块连杆301背离连接件302的另一端通过连接件八分别与抓茎钩3和滑块308固定连接，所述滑块308与导轨309滑动连接，所述导轨309通过连接件九与顶板207上的延伸端固定连接；所述齿轮三506与齿轮二404啮合，所述齿轮二404套装固定在转轴二上，所述转轴二上的齿轮二404上方设置有左臂曲柄402，所述左臂曲柄402与转轴二套装固定，所述左臂曲柄402背离转轴二的一端通过连接件九与左机械臂4的一端铰接，所述左机械臂4背离连接件九的一端通过连接件十固定连接有左臂夹头410，所述左机械臂4的中段通过连接件十一与左臂连杆409的一端铰接，所述左臂连杆409的另一端通过连接件十二与底板208上表面铰接。

进一步的，所述左臂夹头410和右臂夹头507的相对面分别固定连接有弹性材料制作的夹持部，所述夹持部中间开有槽缝，槽缝内嵌有刀片，所述刀片的刃部相对且刃部低于夹持部外轮廓。

其中，刀片为锯齿状。

进一步的，所述壳体包括设置在机械手外围形成对机械手的整体防护结构的外壳一603和外壳二604，所述外壳一603和外壳二604卡扣式连接。

进一步的，所述连杆装置包括结构相同的两组调节杆，每组调节杆均包括一个长杆和一个短杆，两组调节杆分别设置在壳体的两侧，所述调节杆的一端与壳体可拆卸式连接，所述调节杆的另一端与滑道6固定连接。

进一步的，所述连接装置包括与收集盆8内底面中部固定连接的铰接座707，所述铰接座707上架设有铰接轴708，所述铰接轴708穿过内杆701的下端开设的安装孔一实现内杆701与铰接座707的铰接，所述铰接座707上还套装限位壳706，所述限位壳706与收集盆8内底面固定连接。

进一步的，所述行走装置是万向底盘9，所述万向底盘9通过连接件与收集盆8固定连接。

如图2所示，草莓的采摘过程分为三个阶段，第一个是对草莓的抓取，第二个是草莓茎杆的折断，第三个阶段是将草莓运输至采集盆中。本发明中，首先将抓茎钩3勾住目标草莓的茎，随后按下开关，由电池1带动直流减速电机2，通过传动使得抓茎钩3将草莓拉近，同时左机械臂4和右机械臂5也在直流减速电机2带动下完成抱合运动，通过各自夹头上的刀片将草莓茎剪断。草莓茎剪断后，草莓掉落进滑道6中，通过滑道6最终进入收集盆，从而完成一次采摘过程。

如图3-12所示，整个装置的采摘结构为：电池1为直流减速电机2提供动力，电池1和直流减速电机2固定在顶板207上，其中，垫片四204和垫片二十一505用作直流减速电机2的上下螺钉垫片。直流减速电机2的输出轴穿过垫片一201、垫片二202(与顶板207安装孔重合)、垫片三204(与垫片四204安装孔重合)、主动齿轮205、限位件206、齿轮三506、垫片二十504、右臂曲柄503带动其运动。

其中，直流减速电机2是fb775s直流减速电机。

主动齿轮205和齿轮一307啮合，齿轮一307穿过垫片七306、垫片六305、垫片五304带动滑块曲柄303，在滑块曲柄303末端，通过连接件302与滑块连杆301相连，滑块连杆301末端穿过抓茎钩3与滑块308，滑块308可沿导轨309运动，导轨309则固定在顶板207上。

右臂曲柄503的末端穿过垫片十八501和垫片十九502与右臂5相连，右臂5中间孔与右臂连杆508相连，其末端穿过垫片二十二509,垫片二十三510,垫片二十四511固定在底板208上，右臂5末端与右臂夹头507连接。

齿轮三506与齿轮二404啮合，齿轮二404通过垫片十405、垫片十一406、垫片十二407、垫片十三408固定在底板208上，向上穿过垫片九403带动左臂曲柄402，左臂曲柄402末端穿过垫片八401与左臂4相连，左臂4中间孔与左臂连杆409相连，左臂连杆409末端穿过垫片十四411,垫片十五412,垫片十六413、垫片十七414固定在底板208上，左臂4末端与左臂夹头410相连。

顶板207和底板208通过四角的孔连接起来，板间支撑壳一209和板间支撑壳二210分别位于两侧进行连接与支撑，连接套704固定在顶板207后安装孔，外壳一603和外壳二604通过其背部的榫卯结构扣在顶板207和底板208两侧形成保护，在两外壳的侧面，滑道固定短杆一601、滑道固定长杆一602、滑道固定长杆二605、滑道固定短杆二606的一侧通过螺钉在其通槽处固定，另一侧则对滑道6两边进行固定，并可调节其角度。

在工作过程中，当抓茎钩3勾住目标草莓茎时，通过按动开关使得电池1向直流减速电机2供电，直流减速电机2带动主动齿轮205，齿轮四506，右臂曲柄503运动，主动齿轮205以1:1传动比带动齿轮一307运动，齿轮一307带动滑块曲柄303运动，滑块曲柄303通过曲柄滑块机构，带动滑块308与抓茎钩3在导轨9上进行往复运动；齿轮三506以1:1的传动比带动齿轮二404运动，齿轮二404则通过长螺钉带动左臂曲柄402运动，右臂曲柄503和左臂曲柄402通过两个对称的曲柄连杆机构分别带动右臂夹头507和左臂夹头410完成抱合运动，通过控制夹头和抓钩的相对位置，使抓钩将草莓茎拉至较近距离时完成抱合，使得剪断的草莓可成功落入滑道6中，最后进入采集盆，在操作前，可按下开关使得抓茎钩3调整至方便操作的区域，不仅便于抓取同时也利于对草莓的筛选和精确采摘。由于草莓抓取部分采用的是两个对称的曲柄连杆机构，因此在设计上除了保证其连杆部分的严格对称以外，所有齿轮均使用了1：1的传动比，从而保证整个机构能够严格在一个工作周期内同步进行。

该采摘机构还具有如下特色设计：

其一，在右臂夹头507和左臂夹头410处各固定一个刀片，刀片外用弹性材料包裹，当两个夹头接触时首先用弹性材料夹住茎部，继续运行，接触更加紧密时隐藏的刀片会接触夹断茎部。夹断后，被夹断的下部分茎会在弹性材料包裹下将草莓运送至滑道6上方，滑入果篮。用两个四连杆机构巧妙实现了切断草莓茎部并运送的功能。整个过程中人体不会与刀片等锐器接触完全安全，其次与草莓接触部位简单，弹性材料和机械刀片经过酒精擦拭不会对水果产生污染，保证了其采摘后的洁净程度。

其二，锯齿状刀片形状在设计时，为能够从多个角度采摘到草莓，同时增大抓时抓取的摩擦力，在设计时特将草莓刀片设计为锯齿状刀片，单刀片上有8个齿，两刀片齿可以完美啮合，剪切时避免了草莓剪切时受力不均的问题，同时也具有一定的美观性，此刀片设计使得降低刀片锋利程度时也能达到剪切的要求，进而使得安全性得到了很大提升。

如图13所示，采摘机的移动平台主要有万向底盘9，采集盆8及其上的铰接座707，铰接轴708，以及限位器706组成。万向底盘9和采集盆8固连，铰接座707则固定在采集盆708上，铰接轴708穿过铰接座707与内杆701，限位器706扣在铰接支座707上。万向底盘9装有五个全向轮，具有极高的灵活性，能够实现360°底盘旋转，使得采摘抓能够实现全向作业，同时该底盘能够适应草莓陇崎岖不平的地面，具有良好的避震效果，五个轮子同时支撑也使前进过程更为平稳。

如图14所示，对于操作杆部分，主要有操作杆7，内杆701，纵向把手702，横向把手703，操作杆支撑壳704，弹簧705，铰接支座707组成。内杆701比操作杆7长，置于操作杆7内部，纵向把手702套在内杆701上，横向把手703套在操作杆7上，操作杆7和操作杆支撑壳704固连，操作杆支撑壳704固定在顶板207上，使得图5采摘机构与操作杆7固连；在操作杆7底端，内杆701上套有弹簧705用来支撑和限位图6所示采摘机构，内杆701底部则通过铰接轴708贯穿内杆701,使得内杆701与铰接座707形成铰接。该图展示了整个装置的套合双杆机构，内杆701与铰接座707形成铰接，使得内杆701可以进行绕铰接轴708的旋转运动，利用图13中的限位器706可以对内杆的旋转角度进行限制，避免旋转角度过大使得机器损坏，操作杆7为外杆，外杆7可以绕内杆701进行旋转，此外还可以沿内杆701进行上下运动，并通过弹簧705控制操作杆7及其所固连的采摘机构的默认位置，由此组成的操作机构增强了采摘机构的灵活性，增大了草莓采摘范围，同时内外双杆的操作机构在结构上简单高效，同时简单可靠的机械结构也很难出现运行故障，增加了草莓采摘机的工作可靠性同时也降低了维护成本。

如图1所示，整个草莓采摘机中，将图6的采摘机构，通过操作杆支撑壳704和操作杆7固连，操作杆7穿过顶板207与底板208，利用套在内杆701的弹簧705控制图5所示采摘机构和操作杆7的默认位置，图13的移动平台则通过内杆701和铰接座707形成铰接并扣上限位器706，从而得到了草莓采摘机总装配体。

本发明提供的一种草莓采摘器，主要包括采摘草莓的机械手、操作杆与行走装置组成，草莓的采摘由机器一键完成，抓取位置识别由人工完成，由抓茎钩作为定位以及分离机构，夹头完成剪切以及运送储存功能，操作者只需使用操作把手便可以完成机器的移动，实现对草莓的一键式抓取采摘，整个过程定位精准，高效快速，极大地提高了草莓田地果农的采摘效率，操作在站立中完成，消除了传统草莓采中低头弯腰的劳累感和不适感，最大限度地简化了操作难度，极大地提高了果农在草莓采摘过程中的操作舒适性，在材料选取上，本发明在高效的前提下最大程度降低了经济成本，满足了草莓农“人人用的起”的设计要求，实现了对各种环境条件下草莓的便捷，精准，零损坏高效采摘，同时可普及型高，具有良好的实用性与经济性和极大的社会推广性。

以上公开的仅为本发明的较佳的具体实施例，但是，本发明实施例并非局限于此，任何本领域技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。