[发明专利]一种用于菠萝采摘机械手臂末端的采摘执行装置

说明书

技术领域

本发明涉及水果采摘机械技术，具体来说是一种用于菠萝采摘机械手臂末端的采摘执行装置。

背景技术

目前国内外菠萝采收作业以人工方式为主，仅利用运送机械实现辅助搬送和运输。菠萝采摘季节性很强，每造果收获的高峰期通常只有半个月左右，人工采摘短时期内需要大量人力。采收时果农戴上手套，根据果实大小与颜色选准果实后，用果刀切取，或是用手握紧果实中部，往复扭动折断果梗。菠萝果重一般1-3Kg，大者可达4-5Kg，果农需要按其成熟度分批采收，人工采收劳动强度大，生产效率低。采收作业约占到整个菠萝生产成本的40%。近年随着我国农村城镇化建设的发展，以及农村劳动力逐渐向社会其它行业转移，农业劳动力减少的问题日益严重。研究开发菠萝自动化采摘设备，对于缓解劳动力短缺，稳定采摘作业质量，减轻劳动强度，提高采摘生产效率有重要意义。

根据文献检索，国内外针对菠萝采摘设备的研制报导很少。美国K.J.JACKSON的菠萝收获机（pineapple harvester）专利，采取手工摘取方式，通过拖拉机驱动传送带实现辅助运输。广州仲恺农业工程学院施俊侠等设计了一种安装在拖拉机前端的菠萝自动采摘机，通过各种齿轮传动方案把动力输送到采摘机构和输果机构，拖拉机向前行走时，采摘机的圆盘式切刀在动力的驱动下进行菠萝采摘，一次采摘4排，采摘后的菠萝落在运输皮带上，通过皮带输送到拖拉机的车箱内。该设计虽然采摘效率高，但未能实现按成熟度采摘，且在收集输运过程中对果实损伤大。

为降低人工采摘劳动强度，同时实现按成熟度精准采摘，国内外目前主要采用机器人相关技术研制开发果蔬自动化采摘设备。末端执行器是采摘机器人的关键部件。在菠萝采摘末端执行器方面，中国农业大学徐丽明等的“一种菠萝采摘机械手爪（200920246396.2）”通过一个旋转电机带动整个机构旋转,实现手爪拧断果实,由一个丝杠电机驱动手爪夹持果实的末端执行机构。机械手爪采用丝杆电机驱动夹持手爪，果实夹持中心与手臂固定板距离远，手爪结构尺寸大，菠萝采后输送过程中弯矩大，功耗大；两个驱动电机和机械结构部分都安装在末端执行机构上，整体质量大，动力性能差。

发明内容

本发明的目的在于克服以上现有技术存在的不足，提供了一种结构简单紧凑、实现果实夹持和扭转分离、采摘效率高及经济耐用的用于菠萝采摘机械手臂末端的采摘执行装置。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：一种用于菠萝采摘机械手臂末端的采摘执行装置，包括用于夹持菠萝的夹持机构、用于将菠萝扭转分离的扭转分离机构及用于将夹持机构和扭转分离机构固定连接的法兰组件。

为了更好的夹持菠萝及作为一种优选的结构，所述夹持机构包括机架连接板、夹持电机、卷线器、钢丝绳、拉杆、弹簧、手爪支撑板、两个横杆和两个手爪；其中，机架连接板与采摘机器人机架固定连接，夹持电机固定安装在机架连接板上，卷线器固定安装在夹持电机输出轴上，卷线器上绕有钢丝绳，钢丝绳伸出端与拉杆一端固定连接，拉杆套设弹簧，拉杆穿过手爪支撑板，拉杆另一端与两个横杆一端铰接，两个横杆另一端与两个手爪铰接，两个手爪的端部与手爪支撑板两端铰接。夹持机构工作原理：夹持电机驱动卷线器卷绕钢丝绳，带动拉杆移动，通过铰接的横杆将两侧的手爪拉近，实现夹紧菠萝的目的。夹持电机反向转动，松开钢丝绳，拉杆在弹簧力作用下反向移动，横杆将两侧的手爪撑开，实现松开菠萝的目的。

为了更好的扭转菠萝及作为一种优选的结构，所述扭转分离机构包括连接支座、扭转电机、电机固定板、联轴器、第一齿轮、第一齿轮轴、第一齿轮轴承组件、旋转轴、第二齿轮、旋转轴输入端轴承组件和旋转轴输出端轴承组件；其中，扭转电机与电机固定板底部固接，电机固定板的顶部与连接支座的垂直端面固定连接，连接支座的水平端面固定安装在采摘机器人手臂末端，扭转电机的输出轴通过联轴器与穿过连接支座垂直端面的第一齿轮轴固定连接，第一齿轮轴的一端由固定安装在连接支座垂直端面的第一齿轮轴承组件支撑，第一齿轮轴的另一端与第一齿轮固定连接，旋转轴的一端由固定安装在连接支座的垂直端面的旋转轴输入端轴承组件支撑，旋转轴的另一端由固定安装在连接支座水平端面的旋转轴输出端轴承组件支撑，第二齿轮固定安装在旋转轴上，第二齿轮与第一齿轮配对啮合。扭转分离机构工作原理：扭转电机的往复转动，扭矩经第一齿轮、第二齿轮传递到旋转轴上，通过法兰盘连接部分传递给手爪，被手爪夹持的菠萝果实绕夹持中心往复摆动，脆弱的果梗部分被拧断，实现果实摘取目的。