一种水果采摘机械臂

1.本技术设计机械技术领域，具体涉及一种水果采摘机械臂。


背景技术：

2.果蔬具有丰富的营养物质，是人类生活中的必需品。果蔬采摘属于劳动密集型工作，是整个果蔬生产链中最耗时和耗力的一个环节。现有的果蔬采摘作业主要依靠人工完成，存在效率低、成本高、劳动强度大等问题。现有的采摘机器人大多适用于冠状果树上水果的采摘，如苹果、梨等表面圆润且具有一定结构强度的水果。
3.现有技术的采摘机器人的机械手，采用机械抓取结构，采用复杂机械结构来实现夹持固定，成本较高，且容易损伤果实外皮，因此需要一种对水果外皮无损伤的采摘机械臂。


技术实现要素：

4.一种水果采摘机械臂，包括：
5.机械大臂，连接负压气源并产生负压；
6.负压固定装置，负压吸附固定待摘水果；
7.旋转总成，旋转待摘水果使其脱落。
8.进一步的，一种水果采摘机械臂：
9.所述机械大臂包括圆筒状的大臂本体，所述大臂本体后端通过连接管连接负压气源，所述大臂本体内壁前端成型有密封宽孔，所述大臂本体外壁前端成型有连接圆环；
10.所述旋转总成包括固定外筒、压力装置、o型密封圈、旋转内筒、动力装置；
11.所述固定外筒包括与连接圆环固定连接的外筒本体、成型于外筒本体内壁前端的环形基础、成型于外筒本体上方前端的前置凸板、设在所述前置凸板前端的微动开关；
12.所述压力装置周向均布在所述环形基础后端面，包括内置芯轴、可滑动的套设在内置芯轴上的外置套筒、成型于外置套筒前端的前窄后宽的锥形前部、成型于外置套筒后端的弹簧压板、绕接在所述外置套筒上的压缩弹簧，所述压缩弹簧前端与环形基础抵接后端与弹簧压板抵接；
13.所述o型密封圈设在所述密封宽孔内；
14.所述旋转内筒包括可转动的贯穿环形基础设置的内筒本体，所述内筒本体可转动的设在所述密封宽孔内，所述旋转内筒还包括成型于内筒本体外壁并抵靠在弹簧压板后端的弹簧挡圈；
15.所述动力装置包括设在所述内筒本体外壁前端的从动锥轮、设在所述前置凸板上的驱动电机、由所述驱动电机输出轴驱动并与从动锥轮啮合的主动锥轮；
16.所述负压固定装置包括复位套筒、调节螺管、铰接组件、密封吸盘；
17.所述复位套筒包括沿轴向设在所述内筒本体外壁的轴向滑道、可滑动的设在所述内筒本体上的外螺纹管、成型于外螺纹管内壁并与轴向滑道插接配合的止旋插头、成型于
外螺纹管后端上方并与微动开关配合的触发拨杆、绕接在所述内筒本体上位于从动锥轮和外螺纹管之间的复位压簧；
18.所述调节螺管包括螺接在所述外螺纹管上的内螺纹环，所述内螺纹环前端面成型有环形沉槽，所述内螺纹环圆周外壁成型有防脱环槽；
19.所述铰接组件周向均布在所述外螺纹管外壁前端，包括设在外螺纹管外壁的带孔凸耳、设在带孔凸耳后端的滑动芯轴、可滑动的套设在滑动芯轴上的铰接滑座、成型于铰接滑座上的第二插耳、成型于第二插耳后端并插入防脱环槽内的防脱插头，所述带孔凸耳上铰接有第一铰接臂，所述第二插耳上铰接有第二铰接臂，所述第二铰接臂前端铰接在第一铰接臂上；
20.所述密封吸盘为环形，所述密封吸盘设在所述第一铰接臂内壁。
21.作为进一步的实施方案，所述水果采摘机械臂的位置移动可以采用人工手持移动，也可以配合行走机器人：
22.一种实施方案如下：所述机械大臂上设有提手。
23.另一种实施方案如下：所述机械大臂设置于行走机器人上，所述行走机器人至少包括具有履带行走机构的底盘、沿纵向转轴可转动的设在底盘上的第一转轴、可转动设在第一转轴上的第二转轴，所述大臂本体可转动的设在第二转轴上。
24.有益效果：
25.本案所述的一种水果采摘机械臂，尤其适用于苹果、梨等表面圆滑且具有一定结构强度的水果，采用负压固定装置的密封吸盘实现对水果的固定：
26.所述负压吸附将水果通过负压吸附在密封吸盘上避免其脱落；且由于密封吸盘呈现前宽后窄的锥筒形状，所述水果向右挤压密封吸盘的挤压作用力f越大，其沿着密封吸盘边沿的分力f1和垂直于密封吸盘边沿的分力f2越大，所述f2产生对水果的机械夹持力，可以保证旋转水果时不脱落。
27.本案所述的一种水果采摘机械臂，其旋转总成通过微动开关实现自动控制：
28.负压固定装置左、右侧产生压差，所述负压固定装置在负压作用下向右移动；所述复位套筒的触发拨杆触发微动开关，实现旋转总成转动：控制所述驱动电机、主动锥轮转动，带动从动锥轮、内筒本体、弹簧挡圈、负压固定装置转动，带动待摘水果转动，进而实现水果和果柄分离。
29.本案所述的一种水果采摘机械臂，转动内螺纹环使其沿外螺纹管旋转移动；所述防脱环槽带动防脱插头、铰接滑座、第二插耳沿着滑动芯轴前后移动；所述第二插耳前后移动进而调节第二铰接臂、第一铰接臂的角度，进而调节密封吸盘内壁的开合角度。
附图说明：
30.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
31.图1是所述水果采摘机器人一种实施例的示意图。
32.图2是图1中一种实施例的局部放大示意图。
33.图3是图1中第二种实施例的局部放大示意图。
34.图4是图1中第三种实施例的局部放大示意图。
35.图5是图1中第四种实施例的局部放大示意图。
36.图6是图4中a部放大示意图。
37.图7是旋转总成和负压固定装置一种实施例的示意图。
38.图8是7中b部放大示意图
39.图9是所述水果采摘机器人另一种实施例的示意图。
40.图中：
41.1.机械大臂，11.大臂本体，12.连接管，13.密封宽孔，14.连接圆环；
42.2.旋转总成，21.固定外筒，21a.外筒本体，21b.环形基础，21c.前置凸板，21d.微动开关，22.压力装置，22a.内置芯轴，22b.外置套筒，22c.锥形前部，22d.弹簧压板，22e.压缩弹簧，23.o型密封圈，24.旋转内筒，24a.内筒本体，24b.弹簧挡圈，25.动力装置，25a.从动锥轮，25b.驱动电机，25c.主动锥轮；
43.3.负压固定装置，31.复位套筒，31a.轴向滑道，31b.外螺纹管，31c.止旋插头，31d.触发拨杆，31e.复位压簧，32.调节螺管，32a.内螺纹环，32b.环形沉槽，32c.防脱环槽，33.铰接组件，33a.带孔凸耳，33b.滑动芯轴，33c.铰接滑座，33d.第二插耳，33e.防脱插头，33f.第一铰接臂，33g.第二铰接臂，34.密封吸盘；
44.4.行走机器人，41.底盘，42.第一转轴，43.第二转轴；
45.m.待摘水果，n.环形密封圈。
具体实施方式
46.一种水果采摘机械臂，包括：
47.机械大臂1，连接负压气源并产生负压；
48.负压固定装置3，负压吸附固定待摘水果m；
49.旋转总成2，旋转待摘水果m使其脱落。
50.进一步的，一种水果采摘机械臂：
51.所述机械大臂1包括圆筒状的大臂本体11，所述大臂本体11后端通过连接管12连接负压气源，所述大臂本体11内壁前端成型有密封宽孔13，所述大臂本体11外壁前端成型有连接圆环14；
52.所述旋转总成2包括固定外筒21、压力装置22、o型密封圈23、旋转内筒24、动力装置25；
53.所述固定外筒21包括与连接圆环14固定连接的外筒本体21a、成型于外筒本体21a内壁前端的环形基础21b、成型于外筒本体21a上方前端的前置凸板21c、设在所述前置凸板21c前端的微动开关21d；
54.所述压力装置22周向均布在所述环形基础21b后端面，包括内置芯轴22a、可滑动的套设在内置芯轴22a上的外置套筒22b、成型于外置套筒22b前端的前窄后宽的锥形前部22c、成型于外置套筒22b后端的弹簧压板22d、绕接在所述外置套筒22b上的压缩弹簧22e，所述压缩弹簧22e前端与环形基础21b抵接后端与弹簧压板22d抵接；
55.所述o型密封圈23设在所述密封宽孔13内；
56.所述旋转内筒24包括可转动的贯穿环形基础21b设置的内筒本体24a，所述内筒本体24a可转动的设在所述密封宽孔13内，所述旋转内筒24还包括成型于内筒本体24a外壁并抵靠在弹簧压板22d后端的弹簧挡圈24b；
57.得益于上述压力装置22的环形分布式布局，所述压力装置22可以给与弹簧挡圈24b在圆周方向上等压力的挤压应力，使得所述内筒本体24a与o型密封圈23之间能够在整个圆周方向上产生均匀的挤压应力，充分实现旋转密封效果；
58.所述动力装置25包括设在所述内筒本体24a外壁前端的从动锥轮25a、设在所述前置凸板21c上的驱动电机25b、由所述驱动电机25b输出轴驱动并与从动锥轮25a啮合的主动锥轮25c；
59.所述负压固定装置3包括复位套筒31、调节螺管32、铰接组件33、密封吸盘34；
60.所述复位套筒31包括沿轴向设在所述内筒本体24a外壁的轴向滑道31a、可滑动的设在所述内筒本体24a上的外螺纹管31b、成型于外螺纹管31b内壁并与轴向滑道31a插接配合的止旋插头31c、成型于外螺纹管31b后端上方并与微动开关21d配合的触发拨杆31d、绕接在所述内筒本体24a上位于从动锥轮25a和外螺纹管31b之间的复位压簧31e；
61.所述调节螺管32包括螺接在所述外螺纹管31b上的内螺纹环32a，所述内螺纹环32a前端面成型有环形沉槽32b，所述内螺纹环32a圆周外壁成型有防脱环槽32c；
62.所述铰接组件33周向均布在所述外螺纹管31b外壁前端，包括设在外螺纹管31b外壁的带孔凸耳33a、设在带孔凸耳33a后端的滑动芯轴33b、可滑动的套设在滑动芯轴33b上的铰接滑座33c、成型于铰接滑座33c上的第二插耳33d、成型于第二插耳33d后端并插入防脱环槽32c内的防脱插头33e，所述带孔凸耳33a上铰接有第一铰接臂33f，所述第二插耳33d上铰接有第二铰接臂33g，所述第二铰接臂33g前端铰接在第一铰接臂33f上；
63.得益于上述改进的技术方案，所述内螺纹环32a向左螺旋行走时，所述环形沉槽32b可以容许33b插入内螺纹环32a内而不会产生干涉，所述防脱环槽32c旋转过程中与防脱插头33e保持钩接固定而不会产生干涉。
64.所述密封吸盘34为环形，所述密封吸盘34设在所述第一铰接臂33f内壁。
65.作为进一步的实施方案，所述水果采摘机械臂的位置移动可以采用人工手持移动，也可以配合行走机器人：
66.一种实施方案如下：所述机械大臂1上设有提手5。
67.另一种实施方案如下：所述机械大臂1设置于行走机器人4上，所述行走机器人4至少包括具有履带行走机构的底盘41、沿纵向转轴可转动的设在底盘41上的第一转轴42、可转动设在第一转轴42上的第二转轴43，所述大臂本体11可转动的设在第二转轴43上。
68.本案还公开了一种水果采摘方法，包括以下步骤：
69.步骤1，靠近待摘水果m：
70.将密封吸盘34靠近待摘水果m；
71.所述负压气源持续产生负压，气流经由密封吸盘34、内筒本体24a、大臂本体11、连接管12快速流动；
72.步骤2，负压吸附待摘水果m：
73.所述密封吸盘34接触待摘水果m；
74.所述待摘水果m被负压吸引，初步固定在密封吸盘34上，所述待摘水果m挤压密封
吸盘34使其形变，最终实现密封吸盘34与待摘水果m之间的密封，待摘水果m被牢固固定在密封吸盘34上；
75.步骤3，扭转摘取待摘水果m：
76.负压固定装置3左、右侧产生压差，所述负压固定装置3在负压作用下向右移动；
77.所述复位套筒31的触发拨杆31d触发微动开关21d，实现旋转总成2转动：控制所述驱动电机25b、主动锥轮25c转动，带动从动锥轮25a、内筒本体24a、弹簧挡圈24b、负压固定装置3转动，带动待摘水果m转动，进而实现水果和果柄分离；
78.步骤4，释放待摘水果m：
79.断开负压气源，待摘水果m掉落，所述负压固定装置3在复位压簧31e作用下复位，所述微动开关21d断开，旋转总成2停转；
80.所述旋转总成2、负压固定装置3转动的同时，所述o型密封圈23有效实现所述机械大臂1和旋转总成2之间的密封，保证内筒本体24a内的负压。
81.一种水果采摘方法：
82.还包括步骤4，预调节抓手：
83.转动内螺纹环32使其沿外螺纹管31b旋转移动；
84.所述防脱环槽32c带动防脱插头33e、铰接滑座33c、第二插耳33d沿着滑动芯轴33b前后移动；
85.所述第二插耳33d前后移动进而调节第二铰接臂33g、第一铰接臂33f的角度，进而调节密封吸盘34内壁的开合角度。
86.根据前述水果采摘机械臂的位置移动方案，步骤1可以有如下采摘方法：
87.通过人工操作手持提手5实现位置移动；
88.通过行走机器人4的底盘41行进以及第一转轴42、第二转轴43的转动实现。
89.作为进一步的实施方案，所述内筒本体24a外壁前半部分与外螺纹管31b对应处环切成型有密封环槽，所述密封环槽内设有环形密封圈，用以实现所述外螺纹管31b内壁和内筒本体24a外壁之间的密封。
90.作为进一步的实施方案，所述环形基础21b内壁和内筒本体24a之间设有轴承，所述o型密封圈23前半部分与内筒本体24a之间也设有轴承，降低所述旋转内筒24转动时不必要的阻尼，使其转动更加顺滑。
91.作为进一步的技术方案，所述弹簧挡圈24b前端面设有润滑层，用以降低所述弹簧挡圈24b旋转时与弹簧压板22d之间的阻尼。

技术特征：
1.一种水果采摘机械臂，其特征在于：包括：机械大臂(1)，连接负压气源并产生负压；负压固定装置(3)，负压吸附固定待摘水果(m)；旋转总成(2)，旋转待摘水果(m)使其脱落。2.根据权利要求1所述的一种水果采摘机械臂，其特征在于：所述机械大臂(1)包括圆筒状的大臂本体(11)，所述大臂本体(11)后端通过连接管(12)连接负压气源，所述大臂本体(11)内壁前端成型有密封宽孔(13)，所述大臂本体(11)外壁前端成型有连接圆环(14)；所述旋转总成(2)包括固定外筒(21)、压力装置(22)、o型密封圈(23)、旋转内筒(24)、动力装置(25)；所述固定外筒(21)包括与连接圆环(14)固定连接的外筒本体(21a)、成型于外筒本体(21a)内壁前端的环形基础(21b)、成型于外筒本体(21a)上方前端的前置凸板(21c)、设在所述前置凸板(21c)前端的微动开关(21d)；所述压力装置(22)周向均布在所述环形基础(21b)后端面，包括内置芯轴(22a)、可滑动的套设在内置芯轴(22a)上的外置套筒(22b)、成型于外置套筒(22b)前端的前窄后宽的锥形前部(22c)、成型于外置套筒(22b)后端的弹簧压板(22d)、绕接在所述外置套筒(22b)上的压缩弹簧(22e)，所述压缩弹簧(22e)前端与环形基础(21b)抵接后端与弹簧压板(22d)抵接；所述o型密封圈(23)设在所述密封宽孔(13)内；所述旋转内筒(24)包括可转动的贯穿环形基础(21b)设置的内筒本体(24a)，所述内筒本体(24a)可转动的设在所述密封宽孔(13)内，所述旋转内筒(24)还包括成型于内筒本体(24a)外壁并抵靠在弹簧压板(22d)后端的弹簧挡圈(24b)；所述动力装置(25)包括设在所述内筒本体(24a)外壁前端的从动锥轮(25a)、设在所述前置凸板(21c)上的驱动电机(25b)、由所述驱动电机(25b)输出轴驱动并与从动锥轮(25a)啮合的主动锥轮(25c)；所述负压固定装置(3)包括复位套筒(31)、调节螺管(32)、铰接组件(33)、密封吸盘(34)；所述复位套筒(31)包括沿轴向设在所述内筒本体(24a)外壁的轴向滑道(31a)、可滑动的设在所述内筒本体(24a)上的外螺纹管(31b)、成型于外螺纹管(31b)内壁并与轴向滑道(31a)插接配合的止旋插头(31c)、成型于外螺纹管(31b)后端上方并与微动开关(21d)配合的触发拨杆(31d)、绕接在所述内筒本体(24a)上位于从动锥轮(25a)和外螺纹管(31b)之间的复位压簧(31e)；所述调节螺管(32)包括螺接在所述外螺纹管(31b)上的内螺纹环(32a)，所述内螺纹环(32a)前端面成型有环形沉槽(32b)，所述内螺纹环(32a)圆周外壁成型有防脱环槽(32c)；所述铰接组件(33)周向均布在所述外螺纹管(31b)外壁前端，包括设在外螺纹管(31b)外壁的带孔凸耳(33a)、设在带孔凸耳(33a)后端的滑动芯轴(33b)、可滑动的套设在滑动芯轴(33b)上的铰接滑座(33c)、成型于铰接滑座(33c)上的第二插耳(33d)、成型于第二插耳(33d)后端并插入防脱环槽(32c)内的防脱插头(33e)，所述带孔凸耳(33a)上铰接有第一铰接臂(33f)，所述第二插耳(33d)上铰接有第二铰接臂(33g)，所述第二铰接臂(33g)前端铰
接在第一铰接臂(33f)上；所述密封吸盘(34)为环形，所述密封吸盘(34)设在所述第一铰接臂(33f)内壁。3.一种水果采摘机械臂，其特征在于：所述机械大臂(1)上设有提手(5)。4.一种水果采摘机械臂，其特征在于：所述机械大臂(1)设置于行走机器人(4)上，所述行走机器人(4)至少包括具有履带行走机构的底盘(41)、沿纵向转轴可转动的设在底盘(41)上的第一转轴(42)、可转动设在第一转轴(42)上的第二转轴(43)，所述大臂本体(11)可转动的设在第二转轴(43)上。5.一种水果采摘方法，采用权利要求2－4中任一所述的水果采摘机械臂，其特征在于：包括以下步骤：步骤1，靠近待摘水果(m)：将密封吸盘(34)靠近待摘水果(m)；所述负压气源持续产生负压，气流经由密封吸盘(34)、内筒本体(24a)、大臂本体(11)、连接管(12)快速流动；步骤2，负压吸附待摘水果(m)：所述密封吸盘(34)接触待摘水果(m)；所述待摘水果(m)被负压吸引，初步固定在密封吸盘(34)上，所述待摘水果(m)挤压密封吸盘(34)使其形变，最终实现密封吸盘(34)与待摘水果(m)之间的密封，待摘水果(m)被牢固固定在密封吸盘(34)上；步骤3，扭转摘取待摘水果(m)：负压固定装置(3)左、右侧产生压差，所述负压固定装置(3)在负压作用下向右移动；所述复位套筒(31)的触发拨杆(31d)触发微动开关(21d)，实现旋转总成(2)转动：控制所述驱动电机(25b)、主动锥轮(25c)转动，带动从动锥轮(25a)、内筒本体(24a)、弹簧挡圈(24b)、负压固定装置(3)转动，带动待摘水果(m)转动，进而实现水果和果柄分离；步骤4，释放待摘水果(m)：断开负压气源，待摘水果(m)掉落，所述负压固定装置(3)在复位压簧(31e)作用下复位，所述微动开关(21d)断开，旋转总成(2)停转；所述旋转总成(2)、负压固定装置(3)转动的同时，所述o型密封圈(23)有效实现所述机械大臂(1)和旋转总成(2)之间的密封，保证内筒本体(24a)内的负压。6.根据权利要求5所述的一种水果采摘方法，其特征在于：还包括步骤4，预调节抓手：转动内螺纹环(32)使其沿外螺纹管(31b)旋转移动；所述防脱环槽(32c)带动防脱插头(33e)、铰接滑座(33c)、第二插耳(33d)沿着滑动芯轴(33b)前后移动；所述第二插耳(33d)前后移动进而调节第二铰接臂(33g)、第一铰接臂(33f)的角度，进而调节密封吸盘(34)内壁的开合角度。7.根据权利要求6所述的一种水果采摘方法，其特征在于：所述步骤1通过人工操作手持提手(5)实现。8.根据权利要求6所述的一种水果采摘方法，其特征在于：
所述步骤1通过行走机器人(4)的底盘(41)行进以及第一转轴(42)、第二转轴(43)的转动实现。

技术总结
本发明公开了一种水果采摘机械臂，包括机械大臂，连接负压气源并产生负压；负压固定装置，负压吸附固定待摘水果；旋转总成，旋转待摘水果使其脱落。所述机械大臂包括大臂本体，所述大臂本体后端通过连接管连接负压气源，所述大臂本体内壁前端成型有密封宽孔，所述大臂本体外壁前端成型有连接圆环；所述旋转总成包括固定外筒、压力装置、O型密封圈、旋转内筒、动力装置；所述负压固定装置包括复位套筒、调节螺管、铰接组件、密封吸盘。密封吸盘。密封吸盘。


技术研发人员：张建化 邹庆晓 杜雨馨 王树臣 张晓辉 王鑫 程朋飞
受保护的技术使用者：徐州工程学院
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/8/9