一种气动式苹果采摘器的制作方法

本实用新型涉及苹果采摘器技术领域，尤其涉及一种气动式苹果采摘器。

背景技术：

苹果是我国第一大水果，栽培面积和产量约占我国水果总量的20%和30%，在国民经济中占有重要地位。我国是世界第一苹果生产大国，栽培面积和产量占世界苹果总量的30%以上。水果种植业的迅速发展提升了果园机械的市场需求。随着种植面积的不断扩大，苹果园规模化发展和规范化管理的要求日益提高，从而果园机械化日益重要。采摘作业所用劳动力占整个生产过程所用劳动力的33%~50%，目前我国的水果采摘绝大部分还是以人工采摘为主。采摘作业比较复杂，季节性很强，若使用人工采摘，不仅效率低、劳动量大，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造成经济上的损失。使用采摘机械不仅可以提高采摘效率，降低了损伤率，还可以节省人工成本，提高果农的经济效益，因此提高采摘作业机械化程度有重要的意义。

国外对果园采摘机械的研究始于上世纪40年代初，以美国、法国、英国为首的西方国家较早开展此方面的研究。40年代中期美国开始研究振摇式采摘机械，用来采摘胡桃和杏等水果，到50年代中期，用振摇果树方式收获水果的采摘机械在欧美国家得到了发展和普遍应用，出现了拖拉机驱动的振摇采摘。60年代，振摇采摘机械的结构由单一的定冲程推摇机发展到惯性式振摇机、气力振摇机、使用动力驱动橡胶棒冲撞果枝振落果实的撞击式等多种类型的果园采摘机械。当时的机械采摘工作效率普遍较低，采摘的损伤率还较高，也不适用于采收易损伤、要求完好率高的新鲜食用水果和贮藏用水果。70代出现了各种动力切割式采摘机械，例如油锯、气动剪。日本京都大学noborukawamura等人在80年代中期研制了五自由度关节型机械手，但这种机械手的工作空间并没有包含所有果实的位置，而且机械手末端执行器的可操作度也低。

同时韩国研制的苹果采摘机器人采用了极坐标机械手，旋转关节可左右移动，丝杆关节可以上下移动，从而工作空间可达3m。20世纪90年代，日本岗山大学naoshikondo等人在番茄采摘机器人上设计出了具有7个自由度的能够指定采摘姿态的机械，自由度越高，其手部运动越灵活，控制越复杂。末端执行器类似于人的手指，其设计采用仿生学，即末端执行器结构取决于采摘对象的生物特性、理化特性。对于摘取方式，多数采摘机器人使用剪刀剪断果柄或直接用手爪拧断果柄，荷兰农业环境工程研究所（imag）发明了一种电极切割法，利用特殊电极产生高温（1000）切割，可防止断口的感染。20世纪90年代，日本岗山大学naoshikondo等人在番茄、草莓采摘机器人上用彩色摄像头和图像处理卡组成的视觉识别系统来寻找和识别成熟果实，利用双目视觉方法对目标进行定位。该系统从识别到采摘完成的速度大约是15秒/个，成功率在70%左右。日本国立农业研究中心的murakami等人在甘蓝、茄子采摘机器人中采用ccd视觉识别系统，工作中利用人工神经网络（nn算法）提取果实的二维图像，采用模板匹配的方法识别合格的果实。试验表明，采摘成功率为43-62.5%，工作速度为55-64.1。2007年美国加州柑橘研究委员会和华盛顿苹果委员会合作研发一种水果采摘机器人。设计出的机器人依靠先进的运算能力和液压技术，使机器手臂和手指具有近似于人手灵敏度的能力，应用现代成像技术使机器能够识别和挑选各种品质的水果和蔬菜。由于工作环境的复杂性和不确定性，目前采摘机器人的智能化水平还没有达到农业生产的要求，离实用化和商品化还有一定距离，主要问题在于其灵巧性有待提高，果实的平均采摘周期较长，果实识别率偏低，损伤率较高，制造成本过高。

我国从20世纪70代开始研究果园采摘机械，先后研制出与手扶拖拉机配套的机械振动式山楂采果机、气囊式采果器和手持电动采果器。后两者实际上还是人工作业用的辅助机械，虽然在保护果实不受损伤方面做得较好，但是其效率还是太低。80年代后，开始研究和制造切割型采摘器，果园采摘也从人工使用剪刀采摘发展到使用机械装置采摘，例如一种人工剪枝采摘器，它夹口上方有切刀，下方有夹钳可以将果柄先钳住后剪断。电机式采摘器利用果柄引导突片将果柄引向切刀，再用微型电机带动的切刀作往复运动把果柄切断。还有一种振摇式采摘器，用拨叉伸入果枝用电机摆动拨叉而振落果实。切割式采摘的优点是省时省力，对果实的损伤也小。此后有了更多的辅助工具如液压剪枝升降平台，可用来提高工作位置，利于采摘作业。我国还曾经研制出吹气式采摘机，由于其风机功率要求大，气流易损伤果枝果实，虽然分选效果较好，但采摘效果不佳，使之很快就被市场淘汰。90年代开始，市场的因素带动了果树种植的热潮，众多中小种植户的需求带动了简易采摘器的市场。其后气动剪枝机、辅助升降平台等机具相继进入了市场。2007年新疆机械研究院研制了我国第一台多功能果园作业机，即lg-1型多功能果园作业机。这是一种集采摘、修剪、喷药、运输、动力发电等功能的自走式作业机。我国台湾省为了在坡地果园上实施机械化省工经营，改良发展了适合坡地作业特性的农机具,研制成功了一种自走式牵引振动采果机。该机以坡地搬运车为机体，在振动机的下方装一个可作360旋转的旋转盘，采果时转动圆盘，使牵引推杆对准采收树枝干，牵引推杆上装有自动调整推杆角度的四连杆，可以使推杆处在最有效的作业角度，当拉紧套住树枝干与推杆头间的绳索时，果实受拉力即可掉落。

目前，苹果采摘机械的智能水平还很有限，不管是国内还是国外的苹果采摘机械，离商品化和实用化还有一定的差距。差距如下：

1）末端执行器大多采用剪式设计，对于果梗较短的苹果不太适用，易使苹果在采摘过程中受到损伤。

2）对于简易机械来说人的劳动强度依然较大，而大型采摘机器人的控制系统复杂不适合果农使用。

3）采摘效率不高，误差大。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是克服现有的缺陷，提供一种气动式苹果采摘器，在采摘果实的时候，农户在采摘过程中可拉动活塞使轴带动密封球移动，使挡块移动，挡块带动顶杆移动，顶杆移动，使压块压在锥形顶块和第一凸起的一端，使第一机械手爪和第二机械手爪外向中心轴方向聚拢；然后通过抓握摇杆驱动连杆带动大皮带轮转动，大皮带轮并通过皮带将此旋转运动传递到支架顶端的小皮带轮处，进而使处于收紧状态的第一机械手爪和第二机械手爪绕轴转动，将苹果从树上摘下来，此时再驱动活塞使机械爪处于放松状态，苹果落到采摘筐中，完成一次采摘，可以有效解决背景技术中的问题。

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了如下的技术方案：

本实用新型提供一种气动式苹果采摘器，包括：

支架；

气道，所述气道设置于所述支架的内部，所述气道的一端设有密封球，密封球的一侧与轴的一端固定，轴的另一端与活塞固定；

摇杆，所述摇杆位于所述支架的一端，并且所述摇杆与所述支架通过螺栓连接；

连杆，所述连杆的一端与所述摇杆的一端通过螺栓铰接；

大皮带轮，所述大皮带轮通过螺栓固定在所述支架的上部，所述连杆的另一端通过螺栓与所述大皮带轮的边缘连接；

皮带，所述皮带的一端套设在所述大皮带轮的上部，所述皮带的另一端套设在小皮带轮的上部；

轴承，所述轴承设置在所述小皮带轮的中部，并且所述轴承的一端与所述支架的另一端固定，以实现大皮带轮通过皮带带动小皮带轮围绕轴承旋转；

挡块，所述挡块设置于所述气道的内部，位于所述气道的另一端，并用于密封气道的另一端；

顶杆，所述顶杆的顶端与所述挡块固定；

锥形顶块，所述锥形顶块的一侧与所述顶杆的另一端焊接，并且在所述锥形顶块的另一侧与压块焊接，以实现锥形顶块与压块之间形成一限位槽；

第二机械手爪，所述第二机械手爪通过第一铰链与所述小皮带轮铰接；

第一机械手爪，所述第一机械手爪通过第二铰链与所述小皮带轮铰接，并且在所述第一机械手爪的一端，并接近于与第二铰链的连接处设有第二凸起，所述第二凸起的一端延伸至所述限位槽的内部；

第一凸起，所述第一凸起焊接于所述第二机械手爪的一端，并且所述第二机械手爪与所述第二机械手爪之间形成一凹槽，所述第一凸起的一端延伸至所述限位槽的内部。

作为本实用新型的一种优选技术方案，搬动所述摇杆的一端，摇杆可围绕螺栓旋转，摇杆的一端通过连杆带动大皮带轮旋转。

作为本实用新型的一种优选技术方案，拉动活塞，使其在气道的一端内部滑动，可使挡块的气道的另一端移动，以实现带动顶杆位移。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述顶块和压块均用于挤压第一凸起和第二凸起。

作为本实用新型的一种优选技术方案，所述第二机械手爪和第一机械手爪的外部粘接有硅胶。

本实用新型中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或者优点：

1、在采摘果实的时候，农户在采摘过程中可拉动活塞使轴带动密封球移动，使挡块移动，挡块带动顶杆移动，顶杆移动，使压块压在锥形顶块和第一凸起的一端，使第一机械手爪和第二机械手爪外向中心轴方向聚拢；然后通过抓握摇杆驱动连杆带动大皮带轮转动，大皮带轮并通过皮带将此旋转运动传递到支架顶端的小皮带轮处，进而使处于收紧状态的第一机械手爪和第二机械手爪绕轴转动，将苹果从树上摘下来，此时再驱动活塞使机械爪处于放松状态，苹果落到采摘筐中，完成一次采摘。

附图说明

附图用来提供对本实用新型的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本实用新型的实施例一起用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的限制。

在附图中：

图1是本实用新型实施例所述的一种气动式苹果采摘器整体结构图；

图2是本实用新型实施例所述的一种气动式苹果采摘器第一机械手爪和第二机械手爪连接示意图；

图3是本实用新型实施例所述的一种气动式苹果采摘器第一机械手爪和第二机械手爪与小皮带轮连接示意图；

图4是本实用新型实施例所述的一种气动式苹果采摘器侧视图；

图中标号：1、摇杆；2、连杆；3、螺栓；4、大皮带轮；5、密封球；6、活塞；7、气道；8、轴；9、第一机械手爪；10、小皮带轮；11、轴承；12、挡块；13、第一铰链；14、第二机械手爪；15、压块；16、锥形顶块；17、顶杆；18、第一凸起；19、凹槽；20、第二凸起；21、皮带；22、支架；23、第二铰链。

具体实施方式

本申请实施例通过一种气动式苹果采摘器解决了现有技术中存在的问题。

为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

实施例一：

请参阅图1-4，本实用新型一种气动式苹果采摘器，包括：

支架22；

气道7，所述气道7设置于所述支架22的内部，所述气道7的一端设有密封球5，密封球5的一侧与轴8的一端固定，轴8的另一端与活塞6固定；

摇杆1，所述摇杆1位于所述支架22的一端，并且所述摇杆1与所述支架22通过螺栓3连接；

连杆2，所述连杆2的一端与所述摇杆1的一端通过螺栓3铰接；

大皮带轮4，所述大皮带轮4通过螺栓固定在所述支架22的上部，所述连杆2的另一端通过螺栓3与所述大皮带轮4的边缘连接；

皮带21，所述皮带21的一端套设在所述大皮带轮4的上部，所述皮带21的另一端套设在小皮带轮10的上部；

轴承11，所述轴承11设置在所述小皮带轮10的中部，并且所述轴承11的一端与所述支架22的另一端固定，以实现大皮带轮4通过皮带21带动小皮带轮10围绕轴承11旋转；

挡块12，所述挡块12设置于所述气道7的内部，位于所述气道7的另一端，并用于密封气道7的另一端；

顶杆17，所述顶杆17的顶端与所述挡块12固定；

锥形顶块16，所述锥形顶块16的一侧与所述顶杆17的另一端焊接，并且在所述锥形顶块16的另一侧与压块15焊接，以实现锥形顶块16与压块15之间形成一限位槽；

第二机械手爪14，所述第二机械手爪14通过第一铰链13与所述小皮带轮10铰接；

第一机械手爪9，所述第一机械手爪9通过第二铰链23与所述小皮带轮10铰接，并且在所述第一机械手爪9的一端，并接近于与第二铰链23的连接处设有第二凸起20，所述第二凸起20的一端延伸至所述限位槽的内部；

第一凸起18，所述第一凸起18焊接于所述第二机械手爪14的一端，并且所述第二机械手爪14与所述第二机械手爪14之间形成一凹槽19，所述第一凸起18的一端延伸至所述限位槽的内部。

搬动所述摇杆1的一端，摇杆1可围绕螺栓3旋转，摇杆1的一端通过连杆2带动大皮带轮4旋转；

拉动活塞6，使其在气道7的一端内部滑动，可使挡块12的气道7的另一端移动，以实现带动顶杆17位移；

所述顶块16和压块15均用于挤压第一凸起18和第二凸起20，所述第二机械手爪14和第一机械手爪9的外部粘接有硅胶；

第一机械手爪和第二机械手爪的底部都设有一处小凸起，凸起向中心轴方向聚拢，第一机械手爪和第二机械手爪指尖围成一个圆形，第一机械手爪和第二机械手爪外包有硅胶，其硬度不会随着气温的变化而变化，使整体采摘性能更加稳定。

拉动底部活塞6，活塞6带动轴8移动，轴8带动密封球在气道7的内部移动，由于挡块12设置在气道7的另一端，挡块12沿着气道7移动，挡块12与顶杆17连接，从而带动顶杆17随着挡块12往上移动，顶杆17的一端与压块15和锥形顶块16连接，当顶杆17随着挡块12往上移动时，压块15的两侧分别压紧第一凸起18和第二凸起20，从而实现第一机械手爪9和第二机械手爪14闭合，然后将第一机械手爪9和第二机械手爪14上部的苹果夹紧；

此时，摇杆1小角度的往复运动使摇杆1以螺栓3为圆心，带动连杆2旋转，连杆2的一端带动大皮带轮4旋转，大皮带轮4通过皮带21带动小皮带轮10旋转，小皮带轮10带动第一机械手爪9和第二机械手爪14转动旋转，从而克服果梗与树枝间的作用力，将苹果扭下，采用扭转的方式不会使苹果受到伤害；

当采摘之后，推动活塞6，活塞6通过轴8带动密封球5往气道7的内部滑动，在气压的作用下，推动挡块12往前移动，挡块12推动顶杆17移动，此时，顶杆17一端的锥形顶块16的两侧分别推动第一凸起18和第二凸起20，从而将第一机械手爪9和第二机械手爪14张开，即可完成采摘。

上述气道7中的气压是以压缩气体为工作介质，靠气体的压力传递动力或信息的流体传动。传递动力的系统是将压缩气体经由管道和控制阀输送给气动执行元件，把压缩气体的压力能转换为机械能而作功；传递信息的系统是利用气动逻辑元件或射流元件以实现逻辑运算等功能，亦称气动控制系统。气压传动的特点是:工作压力低,一般为0.3～0.8兆帕，气体粘度小，管道阻力损失小，便于中远距离传输，还有过载保护能力；而且气动控制动作迅速，反应快；维护简单，工作介质清洁，不存在介质变质和更换等问题。以空气作为工作介质，取之不尽，处理方便，用过以后直接排入大气，不会污染环境，且可少设置或不必设置回气管道。

最后应说明的是：以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。