一种苹果模糊采摘装置的制作方法

本发明涉及采摘机器人技术和应用领域，特别是涉及一种苹果模糊采摘装置。

背景技术：

现有的苹果采摘装置主要包括机械手爪采摘装置和真空吸附采摘装置。机械手爪采摘装置通过扭转或拉扯苹果使苹果脱落，真空吸附采摘装置通过吸附拉扯苹果使苹果脱落。针对现有苹果采摘装置容易导致苹果果梗脱落，不利于苹果的长期保存的问题，本发明提出一种苹果模糊采摘装置。采用真空吸附组件、抓取组件、腕部转动组件一体化结构，解决了原有苹果采摘装置中无法对不同大小苹果在果梗相同部位掰断，以及扭转和拉扯导致苹果果梗脱落的问题。该装置能够在模糊识别的情况下，模拟人手抵住果梗掰取的方式进行准确摘取，提高了苹果的采摘无损率。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提供了一种苹果模糊采摘装置。

本发明至少通过如下技术方案之一实现。

一种苹果模糊采摘装置，包括真空吸附组件、抓取组件、腕部转动组件；

所述真空吸附组件包括吸附盘、位于吸附盘内的泄气海绵、与所述吸附盘同轴配合连接的吸附管道以及与所述吸附管道的侧向孔连接的抽气管道；

所述抓取组件包括两个对称的短橡胶爪、长橡胶爪、三根连杆、与所述吸附管道同轴连接的定位环、与所述吸附管道同轴连接的丝杆步进电机机座、与所述丝杆步进电机机座同轴滑动配合连接的浮动盖、安装在所述丝杆步进电机机座上的丝杆步进电机以及与所述丝杆步进电机同轴配合的丝杆螺母；所述长橡胶爪位于两个对称的短橡胶爪所在面的垂直面；一根连杆一端的孔与长橡胶爪连接，其余两根连杆分别与两个对称的短橡胶爪连接，三根连杆的另一端分别连接在所述浮动盖侧面的安装孔上；所述丝杆螺母与所述浮动盖通过螺钉连接；

所述腕部转动组件包括固定于所述长橡胶爪顶端的抵梗件、钢丝绳环、底座、安装在所述底座上的旋转电机和与所述旋转电机的输出端驱动连接的线轮；所述钢丝绳环一端与所述吸附管道侧面凸起轴连接，另一端与所述线轮连接。

优选的，所述吸附盘为空心圆锥体，其大端内径为80~110mm，小端内径为75~95mm。

优选的，所述吸附管道为空心圆柱，圆柱的一端与吸附盘连接，另一端与丝杆步进电机机座连接。

优选的，所述泄气海绵为圆锥体，其内孔直径为20~40mm，圆锥体的大端表面中心弧形海绵切口深度为8~12mm，弧形直径为100~120mm，弧形表面的泄气孔宽度为3~7mm。

优选的，每个短橡胶爪内弧度直径为120~140mm，弧长为60~80mm。

优选的，所述长橡胶爪内弧度直径为140~160mm，弧长为100~120mm。

优选的，所述抵梗件为等腰三角形平板，长边朝外，长边的宽度为20~40mm；所述长橡胶爪合拢时，抵梗件与水平面夹角为8~12度。

优选的，所述吸附管道的侧面凸轴安装在底座上。

优选的，所述两个对称的短橡胶爪和长橡胶爪的一端均设有一个底端孔，各底端孔上方均设置有一个侧端孔，各底端孔分别连接在所述定位环的安装孔上，各侧端孔分别连接在三根连杆上。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

通过采用真空吸附组件、抓取组件、腕部转动组件一体化结构，结合了机械手爪采摘装置牢固抓取和真空吸附采摘装置可调整抓取方向的优点，能够在模糊识别的情况下，模拟人手抵住果梗掰取的方式进行准确摘取。减小了苹果大小的变化对抵住果梗这一操作的影响，解决了机械手爪采摘装置和真空吸附采摘装置中扭转和拉扯导致苹果果梗脱落问题。本发明适用于现阶段大多数果园中的苹果采摘，本采摘装置简单轻便易于实现，且容错性高可控制。

附图说明

图1为本实施例的苹果模糊采摘装置的结构示意图；

图2为实施例的苹果模糊采摘装置中的真空吸附组件的局部结构示意图；

图3为实施例的苹果模糊采摘装置的剖视图；

图4为实施例的苹果模糊采摘装置的另一剖视图；

图5为实施例的苹果模糊采摘过程中收拢状态的示意图；

图6为实施例的苹果模糊采摘过程中张开状态示意图；

图7为实施例的苹果模糊采摘过程中抵住果梗状态示意图；

其中：1-抵梗件；2-短橡胶爪；3-长橡胶爪；4-泄气海绵；5-吸附盘；6-定位环；7-连杆；8-吸附管道；9-丝杆步进电机机座；10-浮动盖；11-抽气管道；12-底座；13-旋转电机；14-丝杆步进电机；15-钢丝绳环；16-线轮；17丝杆螺母。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述，实施例不能在此一一赘述，但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。除非特别说明，本发明采用的材料和加工方法为本技术领域常规材料和加工方法。

如图1和图3所示，一种苹果模糊采摘装置，包括真空吸附组件、抓取组件、腕部转动组件。

如图1所示，所述真空吸附组件包括泄气海绵4、与所述泄气海棉4同轴配合安装的吸附盘5、与所述吸附盘5同轴配合连接的吸附管道8、与所述吸附管道8的侧向孔连接的抽气管道11。通过抽气管道11抽取空气，在吸附管道8中形成负压，在吸附盘5处形成吸力吸附苹果。泄气海绵4对苹果的吸附摘取有缓冲作用。大体积苹果与泄气海绵4接触面积大，泄气孔被堵住，吸附盘5中真空度大，苹果所受吸力大，苹果挤压泄气海绵4的程度大。小体积苹果与泄气海绵4接触面积小，泄气孔未被完全堵住，吸附盘5内真空度小，苹果所受吸力小，苹果挤压泄气海绵4的程度小，从而实现在抓取时，使不同大小苹果果梗底端与长橡胶爪3顶端的抵梗件位置距离拉近。

如图2所示，所述吸附盘5为空心圆锥体，其大端内径为80~110mm，小端内径为75~95mm，适用于直径范围在80mm~100mm的苹果的吸附过程。

所述泄气海绵4的内孔直径为20~40mm，可以保证对不同大小的苹果提供足够的吸附力。所述泄气海绵4为圆锥体，圆锥体的大端表面的中心弧形海绵切口深度为8~12mm，弧形直径为100~120mm，可以保证较大程度吻合苹果形状，增强吸附效果。所述泄气海绵4表面的泄气孔宽度为3~7mm，可以保证泄气海绵4在被苹果挤压时不会产生变形。

如图3所示，所述抓取组件包括两个对称的短橡胶爪2、位于两个对称的短橡胶爪2所在面的垂直面的长橡胶爪3、三根连杆7、与吸附管道8同轴连接的定位环6、与吸附管道8同轴连接的丝杆步进电机机座9、以丝杆步进电机机座9为滑动轨道，同轴滑动配合的浮动盖10、安装在所述丝杆步进电机机座9上的丝杆步进电机14和丝杆螺母17。所述丝杆螺母17与丝杆步进电机14丝杆输出端同轴配合连接；所述两个对称的短橡胶爪2和长橡胶爪3的一端均设有一个底端孔，各底端孔上方均设置有一个侧端孔，各底端孔分别连接在所述定位环6的安装孔上，各侧端孔分别连接在三根连杆7一端的孔上，三根连杆7另一端的孔分别连接在所述浮动盖10侧面的安装孔上，所述丝杆螺母17与所述浮动盖10通过螺钉连接。所述丝杆步进电机14输出端带动丝杆螺母17同轴滑动，从而带动浮动盖10沿丝杆步进电机机座9同轴滑动，进而通过连杆7带动两个对称的短橡胶爪2和长橡胶爪3实现张开收拢操作。

每个短橡胶爪2内弧度直径为130mm，弧长为70mm，所述长橡胶爪3内弧度直径为150mm，弧长为110mm，可以保证两个对称的短橡胶爪2抓取苹果时，长橡胶爪3仅起到保护缓冲作用，不触碰苹果从而对苹果抓取效果产生影响。

如图4所示，所述腕部转动组件包括通过螺钉固定于所述长橡胶爪3顶端的抵梗件1、钢丝绳环15、与所述吸附管道8侧面凸起轴同轴旋转配合的底座12、安装在所述底座12上的旋转电机13以及与所述旋转电机13的输出端驱动连接的线轮16。所述钢丝绳环15一端与所述吸附管道8侧面凸起轴连接，另一端与所述线轮16连接。当所述旋转电机13带动线轮16旋转时，带动钢丝绳环15沿轨迹运动，从而带动吸附管道8绕侧面凸起轴相对底座12同轴旋转，具体结构示意图如图4所示，截面阴影部位即为吸附管道8的侧面旋转轴。所述长橡胶爪3在收拢状态下，顶端的抵梗件1可实现抵住苹果果梗的操作，随着旋转电机13带动吸附管道8，即带动整个采摘装置旋转，可以模拟人手抵住果梗实现掰取。

所述的抵梗件宽度为30mm，所述长橡胶爪3合拢时抵梗件与水平面夹角为10度，可以对不同采摘角度下的不同生长方位苹果实现模糊采摘，提供抵梗操作的成功率。

上述实施例提供的苹果模糊采摘装置的采摘方法，包括以下步骤：

1.靠近目标苹果。丝杆步进电机14输出端带动丝杆螺母17同轴向下运动，从而带动浮动盖10沿丝杆步进电机机座9同轴滑动，进而通过连杆7带动两个对称的短橡胶爪2和长橡胶爪3实现收拢操作，如图5所示。缩小苹果模糊采摘装置的占位空间，减少枝叶的干涉影响，避免碰触非目标苹果。

2.准备抓取苹果。丝杆步进电机14输出端带动丝杆螺母17同轴向上运动，从而带动浮动盖10沿丝杆步进电机机座9同轴滑动，进而通过连杆7带动两个对称的短橡胶爪2和长橡胶爪3实现张开操作，如图6所示。

3.抓取苹果并抵住苹果果梗。通过抽气管道11抽取空气，在吸附管道8中形成负压，在吸附盘5处形成吸力吸附苹果。丝杆步进电机14输出端带动丝杆螺母17同轴向下运动，从而带动浮动盖10沿丝杆步进电机机座9同轴滑动，进而通过连杆7带动两个对称的短橡胶爪2和长橡胶爪3实现收拢操作。长橡胶爪3顶端抵梗件实现抵住果梗操作。

4.抵梗掰取苹果。旋转电机13带动线轮16旋转，从而带动钢丝绳环15沿轨迹运动，进而带动吸附管道8旋转，使抓取组件在水平面实现旋转，模拟人手抵住果梗实现掰取，如图7所示。

综上所述，上述实施例提供的一种苹果模糊采摘装置适用于现阶段大多数果园种的苹果采摘，本采摘装置简单轻便易于实现，且容错性高可控制。

本装置能够在模糊识别的情况下，模拟人手抵住果梗掰取的方式进行准确摘取，通过采用真空吸附组件、抓取组件、腕部转动组件、一体化结构，结合了机械手爪采摘装置牢固抓取和真空吸附采摘装置可调整抓取方向的优点，减小了苹果大小的变化对抵住果梗这一操作的影响，解决了机械手爪采摘装置和真空吸附采摘装置中扭转和拉扯导致苹果果梗脱落问题，提高了苹果的采摘无损率。

本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。