一种苹果采摘机械手

技术领域

本发明涉及机械手领域，具体涉及一种苹果采摘机械手。

背景技术

如今，我国的农业生产方面已经迈入机械化、智能化时代。我国农业生产行业的规模越来越大，种类也越来越多，不仅在农业种植时采用机械化，同时在农业收货和水果采摘中也用到了机械化操作，在目前的苹果采摘中，也陆陆续续出现了苹果采摘机械手，为采摘人员提供了便利。

经检索，申请号为201711104689.2的中国发明专利公开了“一种苹果采摘装置”该设备的通过采摘人员举起本装置后，通过套环测量可以采摘的苹果后，采摘机构向上伸长使苹果进入采摘筒，之后在采摘筒上三个扇形刀片的作用下，苹果的果把被稳定夹切从而脱离树枝。

但是此装置在使用时，存在一些问题，当摘完一个苹果后，继续摘下一个苹果，需要采摘人员带动装置进行移动和调节位置，对一棵树的苹果采摘就需要采摘人员多次移动位置，面对大量苹果树采摘或在劳动力缺乏、工资较高的地区时，使用受限。

有鉴于此，特提出本发明。

发明内容

本发明针对上述问题，提供一种苹果采摘机械手解决了对一棵树的苹果采摘就需要采摘人员多次移动位置的问题。

本发明采用的技术方案为：一种苹果采摘机械手，包括球体、转动杆；

所述第一直线驱动装置的第一端连接有球体，所述第一直线驱动装置的第二端外接车体，所述球体上转动连接有转动杆的第一端，所述转动杆的第二端连接有角度调节装置的第一端，所述角度调节装置的第二端连接有第二直线驱动装置的第一端，所述第二直线驱动装置的第二端连接有采摘装置；

所述角度调节装置的侧壁设有驱动其角度调节的第一驱动件，所述采摘装置的侧壁设有驱动其运动的第二驱动件，所述第一驱动件和第二驱动件均外接机器人控制系统。

进一步地，所述第一直线驱动装置和第二直线驱动装置可以为电动伸缩杆、液压缸或者气缸。

更进一步地，所述球体内设有第三驱动件，所述第三驱动件的输出端和转动杆的第一端连接。

更进一步地，所述第一驱动件为第一电机，所述第二驱动件为第二电机，所述第三驱动件为第三电机。

更进一步地，所述角度调节装置包括U型连接板、固定块、凸起、第一连接杆、第二连接杆、第三连接杆、第四连接杆、第一固定板、第一转动杆、第一转动轴；

所述转动杆的第二端连接有U型连接板，且转动杆的第二端贯穿U型连接板的U型底部至内部，所述转动杆的第二端头部连接有固定块的第一端，所述固定块的第二端对称设有两个凸起，其中一个所述凸起上连接有第一转动轴的第一端，第一转动轴上套设有第一连接杆的第一端，所述第一转动轴的第二端贯穿U型连接板至外部，且第一转动轴的第二端头部和第一驱动件的输出端连接；

另一个所述凸起铰接有第二连接杆的第一端，所述第一连接杆的第二端铰接有第三连接杆的第一端，所述第三连接杆的第二端铰接有第四连接杆的第一端，所述第二连接杆的第二端铰接有第四连接杆的第二端，所述第四连接杆的第一端和第二端之间的部分连接有第一固定板的第一端，所述第一固定板的第二端和第二直线驱动装置的第一端连接，所述第一固定板的第一端设有第一转动杆，且第一转动杆贯穿第一固定板和U型连接板的一个U型壁连接。

更进一步地，所述采摘装置包括第二固定板、第二齿轮、第三齿轮、第二转动轴、第三转动轴、第一活动杆、第二活动杆、第三活动杆、第四活动杆、第四转动轴、第五活动杆、第六活动杆、第一弧形夹持块、第五转动轴、第二弧形夹持块、第一齿轮、第六转动轴；

所述第二直线驱动装置的第二端连接有第二固定板，所述第二固定板上转动连接有第二转动轴的第一端，所述第二转动轴的第二端套设有第二齿轮，第二转动轴一侧的所述第二固定板上对称且转动连接有第三转动轴的第一端，所述第三转动轴的第二端套设有第三齿轮，所述第二齿轮和第三齿轮啮合；

所述第二齿轮的同平面一侧啮合有第一齿轮，所述第一齿轮的轴心处连接有第六转动轴的第一端，所述第六转动轴的第二端贯穿第二固定板和第二驱动件的输出端连接，第二驱动件一侧的所述第二固定板上设有摄像头；

所述第二转动轴的第二端头部连接有第一活动杆的第一端，所述第一活动杆的第二端铰接有第三活动杆的第一端，所述第三活动杆的第一端和第二端之间铰接有第五活动杆的第一端，所述第五活动杆的第二端铰接有第四转动轴的第一端，所述第四转动轴的第二端和第二固定板连接，所述第三活动杆的第二端设有第一弧形夹持块；

所述第三转动轴的第二端头部连接有第二活动杆的第一端，所述第二活动杆的第二端铰接有第四活动杆的第一端，所述第四活动杆的第一端和第二端之间铰接有第六活动杆的第一端，所述第六活动杆的第二端铰接有第五转动轴的第一端，所述第五转动轴的第二端和第二固定板连接，所述第四活动杆的第二端设有第二弧形夹持块，所述第一弧形夹持块和第二弧形夹持块开口相对设置。

更进一步地，所述第一弧形夹持块和第二弧形夹持块为柔性材质。

本发明的优点：

1.本发明通过通过PLC控制结构控制第一直线驱动装置调节高度，然后通过PLC控制结构控制第一驱动件转动，第一驱动件转动带动了角度调节装置，当转动到合适位置时，再通过PLC控制结构控制第二直线驱动装置伸缩，最后通过PLC控制结构控制第二驱动件转动，以此实现对苹果摘取，当摘完一个苹果后，继续摘下一个苹果时，只需要通过PLC控制结构控制第三驱动件转动，第三驱动件转动带动了转动杆转动，换到下一个位置，避免了对一颗苹果树的采摘时需要采摘人员带动装置多次进行移动和调节位置，当对一颗苹果树采摘时，可以采摘一侧之后再移动另一侧采摘，大大减少了移动次数，并且本装置可以不间断工作，在劳动力缺乏、工资较高的地区可以很好的使用，本装置整体结构简单，实用性强；

2.本发明通过采用连杆机构组成角度调节装置，具有连杆机构的磨损小、安装简单、维修更换成本低的好处，并且第一连接杆、第二连接杆、第三连接杆和第四连接杆组成的连杆机构，可以保证第二直线驱动装置和采摘装置转动的角度在0-90之间，刚好可以实现摘取整个苹果树上的苹果。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的角度调节装置结构示意图；

图3是本发明的采摘装置结构示意图；

图4是本发明的第二驱动件安装示意图；

图5是本发明的第一驱动件安装示意图；

图6是本发明的第三驱动件安装示意图。

附图标记：

1为第一直线驱动装置；2为球体；21为第三驱动件；3为转动杆；4为角度调节装置；41为U型连接板；42为固定块；43为凸起；44为第一连接杆；45为第二连接杆；46为第三连接杆；47为第四连接杆；48为第一固定板；49为第一转动杆；410为第一转动轴；5为第一驱动件；6为第二直线驱动装置；7为采摘装置；71为第二固定板；72为第二齿轮；73为第三齿轮；74为第二转动轴；75为第三转动轴；76为第一活动杆；77为第二活动杆；78为第三活动杆；79为第四活动杆；710为第四转动轴；711为第五活动杆；712为第六活动杆；713为第一弧形夹持块；714为第五转动轴；715为第二弧形夹持块；716为第一齿轮；717为第六转动轴；8为第二驱动件；9为摄像头。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

参考图1至图6所示，一种苹果采摘机械手，包括球体2、转动杆3；

第一直线驱动装置1的第一端连接有球体2，第一直线驱动装置1的第二端外接车体，球体2上转动连接有转动杆3的第一端，转动杆3的第二端连接有角度调节装置4的第一端，角度调节装置4的第二端连接有第二直线驱动装置6的第一端，第二直线驱动装置6的第二端连接有采摘装置7，角度调节装置4的侧壁设有驱动其角度调节的第一驱动件5，采摘装置7的侧壁设有驱动其运动的第二驱动件8，第一驱动件5和第二驱动件8均外接机器人控制系统；球体2内安装有第三驱动件21，第三驱动件21的输出端和转动杆3的第一端连接；

本实施例中，第一直线驱动装置1和第二直线驱动装置6可以为电动伸缩杆、液压缸或者气缸，在此选择第一直线驱动装置1和第二直线驱动装置6为电动伸缩杆，机器人控制系统中电性连接有PLC控制结构，此处的电动伸缩杆、第一电机、第二电机和第三电机均由PLC控制结构控制，使用时，根据苹果树的高低，通过PLC控制结构控制第一直线驱动装置1调节高度，调节到第一直线驱动装置1的最高点不高于最低处待摘苹果即可，然后通过PLC控制结构控制第一驱动件5转动，第一驱动件5转动带动了角度调节装置4，角度调节装置4转动带动了第二直线驱动装置6和采摘装置7一起转动，当转动到合适位置时，再通过PLC控制结构控制第二直线驱动装置6伸缩，第二直线驱动装置6带动了采摘装置7伸缩到合适位置，最后通过PLC控制结构控制第二驱动件8转动，以此实现对苹果摘取，当摘完一个苹果收集后，继续摘下一个苹果时，只需要通过PLC控制结构控制第三驱动件21转动，第三驱动件21转动带动了转动杆3转动，换到下一个位置，不需要采摘人员带动装置进行移动和调节位置，当对大量苹果树采摘时，可以使得本装置不间断工作，在劳动力缺乏、工资较高的地区，使用方便，如图1。

角度调节装置4包括U型连接板41、固定块42、凸起43、第一连接杆44、第二连接杆45、第三连接杆46、第四连接杆47、第一固定板48、第一转动杆49、第一转动轴410；转动杆3的第二端连接有U型连接板41，转动杆3的第二端贯穿U型连接板41的U型底部至内部，转动杆3的第二端头部连接有固定块42的第一端，固定块42的第二端对称安装有两个凸起43，其中一个凸起43上转动连接有第一转动轴410的第一端，第一转动轴410上套有第一连接杆44的第一端，第一连接杆44的第一端和第一转动轴410固定连接，第一转动轴410的第二端可转动的贯穿U型连接板41至外部，第一转动轴410的第二端头部和第一驱动件5的输出端连接；另一个凸起43铰接有第二连接杆45的第一端，第一连接杆44的第二端铰接有第三连接杆46的第一端，第三连接杆46的第二端铰接有第四连接杆47的第一端，第二连接杆45的第二端铰接有第四连接杆47的第二端，第四连接杆47的第一端和第二端之间的部分连接有第一固定板48的第一端，第一固定板48的第二端和第二直线驱动装置6的第一端固定连接，第一固定板48的第一端安装有第一转动杆49，第一转动杆49贯穿第一固定板48和U型连接板41的一个U型壁连接，第一转动杆49和第一固定板48的第一端转动连接；本实施例中，当通过PLC控制结构控制第一驱动件5顺时针转动时，第一驱动件5带动了第一连接杆44顺时针转动，第一连接杆44的第二端则带动了第三连接杆46的第一端向下转动，第三连接杆46的第二拉着端第四连接杆47的第一端逆时针转动，第四连接杆47带着第一固定板48绕第一转动杆49逆时针转动，从而使得第二连接杆45的第二端向右运动，同时带动了第二直线驱动装置6和采摘装置7逆时针转动，在上述过程中，第三连接杆46相对进行逆时针转动，第二连接杆45相对进行顺时针转动，此过程选取的顺时针为图2中正对观看的，并且此处的第一连接杆44、第二连接杆45、第三连接杆46和第四连接杆47组成的连杆机构，可以保证第二直线驱动装置6和采摘装置7转动的角度在0-90之间，刚好可以实现摘取整个苹果树上的苹果，另外此处采用连杆机构可以利用连杆机构的磨损小、安装简单、维修更换成本低的好处，如图2。

采摘装置7包括第二固定板71、第二齿轮72、第三齿轮73、第二转动轴74、第三转动轴75、第一活动杆76、第二活动杆77、第三活动杆78、第四活动杆79、第四转动轴710、第五活动杆711、第六活动杆712、第一弧形夹持块713、第五转动轴714、第二弧形夹持块715、第一齿轮716、第六转动轴717；第二直线驱动装置6的第二端连接有第二固定板71，第二固定板71上转动连接有第二转动轴74的第一端，第二转动轴74的第二端套有第二齿轮72，第二齿轮72和第二转动轴74固定连接，第二转动轴74一侧的第二固定板71上对称且转动连接有第三转动轴75的第一端，第三转动轴75的第二端套有第三齿轮73，第三齿轮73和第三转动轴75固定连接，第二齿轮72和第三齿轮73啮合；第二齿轮72的同平面一侧啮合有第一齿轮716，第一齿轮716的轴心处连接有第六转动轴717的第一端，第六转动轴717的第二端贯穿第二固定板71和第二驱动件8的输出端连接，第二驱动件8一侧的第二固定板71上安装有摄像头9；本实施例中，摄像头9和机器人控制系统电性连接，本装置通过使用摄像头9和深度学习算法的组合来扫描苹果树上的苹果和叶子进行图像采集，在盖摄像头的视野内和大约1.2米距离内可以识别90％以上的苹果，而且它还可以全天候运行，并且经过摄像头9拍摄后传输到机器人控制系统，再经过算法处理一个苹果的图像所需时间不到200毫秒，每个苹果的采摘时间仅需要7秒；

第二转动轴74的第二端头部固定连接有第一活动杆76的第一端，第一活动杆76的第二端铰接有第三活动杆78的第一端，第三活动杆78的第一端和第二端之间铰接有第五活动杆711的第一端，第五活动杆711的第二端铰接有第四转动轴710的第一端，第四转动轴710的第二端和第二固定板71连接，第三活动杆78的第二端安装有第一弧形夹持块713；第三转动轴75的第二端头部固定连接有第二活动杆77的第一端，第二活动杆77的第二端铰接有第四活动杆79的第一端，第四活动杆79的第一端和第二端之间铰接有第六活动杆712的第一端，第六活动杆712的第二端铰接有第五转动轴714的第一端，第五转动轴714的第二端和第二固定板71连接，第四活动杆79的第二端安装有第二弧形夹持块715，第一弧形夹持块713和第二弧形夹持块715开口相对设置，第一弧形夹持块713和第二弧形夹持块715为柔性材质；本实施例中第一弧形夹持块713和第二弧形夹持块715内部均安装有压力传感器，用来感应压力，保证不会因为挤压导致苹果破碎，也不会因为夹持力太小导致苹果掉落，PLC控制结构连接有红外探测器，压力传感器将信号传递给红外探测器，第四活动杆79和第三活动杆78靠近两个弧形夹持块处的部分为平行的，并且第六活动杆712和第二活动杆77运动过程中始终保持平行且相等，同样的，第五活动杆711和第一活动杆76运动过程中也始终保持平行且相等；

使用时，当第一固定板48带动了第二直线驱动装置6和第二固定板71转动时，此时摄像头9会对苹果树上的苹果和叶子进行图像采集，将采集的图像传递到机器人控制系统中，经过控制系统中的算法进行计算，然后通过PLC控制结构控制第二直线驱动装置6伸缩到合适距离，此时PLC控制结构控制第二直线驱动装置6不动，再控制第二驱动件8顺时针转动，第二驱动件8转动带动了第一齿轮716顺时针转动，第一齿轮716转动带动了第二齿轮72逆时针转动，第二齿轮72带动了第三齿轮73顺时针转动，同时第二齿轮72带动了第一活动杆76逆时针转动，第一活动杆76带动了第三活动杆78的第一端逆时针转动，第五活动杆711和第一活动杆76始终同步运动，第三齿轮73则带动了第二活动杆77顺时针转动，第二活动杆77带动了第四活动杆79的第一端顺时针转动，第六活动杆712和第二活动杆77始终同步运动，第四活动杆79和第三活动杆78则带动了第二弧形夹持块715和第一弧形夹持块713相互靠近运动，当第二弧形夹持块715和第一弧形夹持块713将苹果夹持在弧形内时，此时第二弧形夹持块715和第一弧形夹持块713内部的压力传感器将压力信号传递给红外探测器，通过机器人控制系统中设定的压力值大小，当挤压苹果到一定压力时，使得PLC控制结构控制第二驱动件8停止转动，然后PLC控制结构控制第二直线驱动装置6收缩，收缩到一定距离后，通过PLC控制结构控制第一驱动件5顺时针转动，直到转动到第一固定板48位于最低点时，通过PLC控制结构第二驱动件8反向转动，直到苹果掉落，在实际操作过程中，本装置在车上，车上放置有收集装置配合使用；在上述过程中，第一驱动件5的转动角度是由摄像头9拍摄后，传到机器人控制系统中之后决定的，如图3。

本发明的工作过程：

使用时，先将本装置放入车体内，在本装置周围放好苹果收集装置或者直接用车来收集苹果，然后根据苹果树的高低，通过PLC控制结构控制第一直线驱动装置1调节高度，调节到第一直线驱动装置1的最高点不高于最低处待摘苹果即可，再通过PLC控制结构控制第一驱动件5顺时针转动，第一驱动件5带动了第一连接杆44顺时针转动，第一连接杆44的第二端则带动了第三连接杆46的第一端向下转动，第三连接杆46的第二拉着端第四连接杆47的第一端逆时针转动，第四连接杆47带着第一固定板48绕第一转动杆49逆时针转动，从而使得第二连接杆45的第二端向右运动，同时带动了第二直线驱动装置6和采摘装置7逆时针转动，在上述过程中，第三连接杆46相对进行逆时针转动，第二连接杆45相对进行顺时针转动；

与此同时，第一固定板48带动了第二直线驱动装置6和第二固定板71转动时，此时摄像头9会对苹果树上的苹果和叶子进行图像采集，将采集的图像传递到机器人控制系统中，经过控制系统中的算法进行计算，然后通过PLC控制结构控制第二直线驱动装置6伸缩到合适距离，此时PLC控制结构控制第二直线驱动装置6不动，再控制第二驱动件8顺时针转动，第二驱动件8转动带动了第一齿轮716顺时针转动，第一齿轮716转动带动了第二齿轮72逆时针转动，第二齿轮72带动了第三齿轮73顺时针转动，同时第二齿轮72带动了第一活动杆76逆时针转动，第一活动杆76带动了第三活动杆78的第一端逆时针转动，第五活动杆711和第一活动杆76始终同步运动，第三齿轮73则带动了第二活动杆77顺时针转动，第二活动杆77带动了第四活动杆79的第一端顺时针转动，第六活动杆712和第二活动杆77始终同步运动，第四活动杆79和第三活动杆78则带动了第二弧形夹持块715和第一弧形夹持块713相互靠近运动，当第二弧形夹持块715和第一弧形夹持块713将苹果夹持在弧形内时，此时第二弧形夹持块715和第一弧形夹持块713内部的压力传感器将压力信号传递给红外探测器，通过机器人控制系统中设定的压力值大小，当挤压苹果到一定压力时，使得PLC控制结构控制第二驱动件8停止转动，然后PLC控制结构控制第二直线驱动装置6收缩，收缩到一定距离后，通过PLC控制结构控制第一驱动件5顺时针转动，直到转动到第一固定板48位于最低点时，通过PLC控制结构第二驱动件8反向转动，直到苹果掉落到苹果收集装置或者车内；

当摘完一个苹果后，继续摘下一个苹果时，只需要通过PLC控制结构控制第三驱动件21转动，第三驱动件21转动带动了转动杆3转动，当对一颗苹果树采摘时，可以采摘一侧之后再移动另一侧采摘，大大减少了移动次数，不需要采摘人员多次带动装置进行移动和调节位置，并且可以使得本装置不间断工作，直到完成整个采摘，至此完成整个工作过程。

本发明通过通过PLC控制结构控制第一直线驱动装置调节高度，然后通过PLC控制结构控制第一驱动件转动，第一驱动件转动带动了角度调节装置，当转动到合适位置时，再通过PLC控制结构控制第二直线驱动装置伸缩，最后通过PLC控制结构控制第二驱动件转动，以此实现对苹果摘取，当摘完一个苹果后，继续摘下一个苹果时，只需要通过PLC控制结构控制第三驱动件转动，第三驱动件转动带动了转动杆转动，换到下一个位置，避免了对一颗苹果树的采摘时需要采摘人员带动装置多次进行移动和调节位置，当对一颗苹果树采摘时，可以采摘一侧之后再移动另一侧采摘，大大减少了移动次数，并且本装置可以不间断工作，在劳动力缺乏、工资较高的地区可以很好的使用，本装置整体结构简单，实用性强；通过采用连杆机构组成角度调节装置，具有连杆机构的磨损小、安装简单、维修更换成本低的好处，并且第一连接杆、第二连接杆、第三连接杆和第四连接杆组成的连杆机构，可以保证第二直线驱动装置和采摘装置转动的角度在0-90之间，刚好可以实现摘取整个苹果树上的苹果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。