[发明专利]用于水果收获的装置和方法

说明书

本发明涉及一种用于水果收获的装置和方法，本发明提供了具有基于真空的水果抓取器组件的收获装置/机器以及收获水果的方法，该水果抓取器组件包括用于接合水果的抓取吸力管嘴。本发明还涉及一种用于在水果采摘机器中使用的基于真空的水果抓取器组件、一种包括一个或多个该组件的水果采摘机器和一种吸力管嘴。

技术领域

本发明涉及农业技术的技术领域，具体地涉及自主收获。更具体地，本发明涉及用于收获水果(例如苹果、梨、杏、桃、柑橘类水果、小柑橘类水果、柠檬、鳄梨、葡萄藤、番茄、茄子、黄瓜和胡椒)的装置、系统和方法。

背景技术

人类采摘者通过同时拉动和旋转水果来采摘水果。拉动水果而不旋转水果可能会损坏水果或水果的壳，例如水果的壳完整性，从而使水果的内部暴露于周围环境，并缩短水果的保质期。此外，拉动而不旋转需要施加强大的拉力。值得注意的是，在旋转的同时拉动需要足够牢固地夹持水果以防止水果打滑。

常规的水果收获装置配备有抓取器，该抓取器被设计为抓住水果并将水果拉出。抓取器通常包括抓取水果的数个(例如3个)指状物。已知抓取器的一个主要缺点是抓取器的占用面积大，并且在试图接近水果时可能堆叠在树枝和树叶中。另一个缺点是抓取器的指状物可能会由于高挤压压力而损坏水果或水果的外皮。另一个问题是标准的水果抓取器头在抓取不规则形状的水果时显示出困难，并且因此倾向于施加可能导致瘀伤的过度压力。另一个问题是抓取器也可能将树叶和水果一起抓取：由于水果通常被树叶覆盖，因此用指状物抓取可能导致将水果和树叶一起夹持。这可能导致以下任何一种情况：施加更强的力以采摘带有树叶的水果；将树叶从树上撕扯下，这会损坏树并且不符合水果采摘要求(没有树叶的水果)；以及不能采摘水果。

因此，需要一种有效且无伤害的抓取器。

一些机器人公司使用吸力通过吸力管吸取水果，但是这种管实际上不能夹持水果。此外，这种吸力管大、笨拙、昂贵并且可能损坏水果。

在各种工业工厂中，例如水果分拣设施，使用机器人真空抓取装置。这种真空抓取器构成连接到柔性管嘴(例如硅树脂或橡胶)的真空发生器：抓取器被设计成将柔性管嘴附接到待提升的物体，并将该物体推靠到表面/支撑部(例如容器的底部、桌子或传送带)上，并产生真空以将该物体附接到管嘴。图1示出了具有标准柔性管嘴的这种抓取器及该抓取器的作用机理。

然而，这种真空抓取器需要将物体推靠到固体支撑部上，同时柔性管嘴被挤压并且根据物体的形状改变该柔性管嘴的形状。通常，抓取器本身不是软的(80shor)，因为该抓取器需要将管嘴推到物体上并抵靠固体表面。此外，如果管嘴太柔软，所产生的内部真空将挤压管嘴并导致管嘴在夹持物体的同时变形。

另外，当前真空抓取器的设计不能使该抓取器施加旋转动力，这意味着尝试扭转被吸取到抓取器的物体(该物体被锚定)将导致真空损失和物体的释放。

已经开发了各种其它的基于吸力的抓取器，但是没有一种抓取器证明当在抓取器上施加倾斜和旋转力时保持夹持被吸取的物体的能力。例如，被设计成吞没具有任意形状和变化尺寸的水果的具有不规则形状的麻省理工学院-哈佛大学折纸机器人抓取器(MIT-Harvard origami-robot-gripper)以及软机器人的海星状抓取器，两者均需要坚硬的支撑件以吞没水果，并且当水果仍然被锚定在树上时，如果扭转将会失去抓力。

因此，需要一种有效的真空抓取器，该真空抓取器可用于“浮动”物体(后面没有固体表面)以及可以承受施加在锚定的浮动物体上的旋转动力。

发明内容

本发明提供了一种吸力管嘴，该吸力管嘴包括互锁机构并具有两种构造：(i)当管嘴未附接到水果并且未产生真空时的第一打开构造，在该第一打开构造中，所述互锁机构打开并且该管嘴自由扭转；以及(ii)当管嘴附接到水果并且施加真空时的第二锁定/挤聚构造，在该第二锁定/挤聚构造中，所述互锁机构被锁定，从而防止管嘴的扭转。