芒果自动采摘柔性收集一体机

申请号 CN202410231113.6 申请日 2024-02-29 公开(公告)号 CN117796232A 公开(公告)日 2024-04-02
申请人 海南大学; 发明人 刘世豪; 严宇晴; 林茂; 邓茜; 李静茹; 覃佳艺; 罗洪峰; 李劲松;
摘要 本 发明 提供的一种芒果自动采摘柔性收集一体机,属于 农业机械 的技术领域,包括采摘系统、输送与分类系统、控制系统和行驶系统。采摘系统可以实现多方位芒果的采摘,根据压 力 传感器 信号 控制芒果抓取力度,避免对芒果的 挤压 ,并在芒果枝干剪切后通过海绵与 水 清除果柄处漆液,防止漆液对芒果造成损害。输送与分类系统在芒果枝干剪切后快速通过管道收集,提升了采摘速度,便于实现连续采摘,并根据芒果 颜色 、重量对芒果进行分类,有利于提高芒果采摘的效率,促进芒果采摘产业机械化、自动化程度的提高。
权利要求

1.一种芒果自动采摘柔性收集一体机,包括采摘系统(1)、输送与分类系统(2)、控制系统(3)、行驶与储存系统(4);
采摘系统(1)安装在行驶与储存系统(4)上;
输送与分类系统(2)连接在采摘系统(1)上;
控制系统(3)设置在行驶与储存系统(4)上;
采摘系统(1)负责抓取芒果、剪切果柄并清理果柄处汁液;
输送与分类系统(2)负责将芒果从采摘系统(1)上输送至行驶与储存系统(4),并根据芒果的表皮颜色和重量进行分类;
控制系统(3)用于操纵控制采摘系统(1)、输送与分类系统(2)、行驶与储存系统(4)的运行;
行驶与储存系统(4)负责一体机在田间的行驶,并储存芒果。
2.根据权利要求1所述的一种芒果自动采摘柔性收集一体机,其特征在于:
采摘系统(1)包括伸缩与摆转机构(11)、抓取机构(12)、剪切机构(13)、清洁机构(14);
抓取机构(12)安装在伸缩与摆转机构(11)上,剪切机构(13)安装在抓取机构(12)上,清洁机构(14)设置在剪切机构(13)和伸缩与摆转机构(11)上;
伸缩与摆转机构(11)包括主柱(111)、子柱(112)、旋转台(113)、摆转电动液压缸(114);
旋转台(113)包括旋转电机(1131)、旋转电机支撑座(1132)、转盘(1133);
抓取机构(12)包括爪子(121)、六轴姿态传感器(122)、爪子固定支架(123)、爪子固定支架摆转电机(124);
爪子(121)包括上爪(1211)、薄膜传感器(1212)、下爪(1213)、上爪摆转电动液压缸(1214)、下爪摆转电机(1215)、下爪摆转电机支架(1216);
剪切机构(13)包括剪刀(131)、剪刀固定盒(132)、探测仪(133)、机A(134)、舵机B(135)、剪刀臂A(136)、剪刀臂B(137);
剪刀(131)包括剪刀体A(1311)、剪刀体B(1312);
剪刀固定盒(132)包括剪刀固定盒体(1321)、剪刀固定盒盖(1322)、齿轮驱动电机(1323)、滑槽(1324)、齿条(1325)、齿轮(1326);
清洁机构(14)包括喷头(141)、清洁海绵(142)、水管(143)、水管限位夹(144)、水一体箱(145);
输送与分类系统(2)包括空心管(21)、支撑盆(22)、柔性可伸缩输送管A(23)、换向支架(24)、柔性可伸缩输送管B(25)、柔性可伸缩输送管C(26)、隔板A(27)、隔板B(28);
换向支架(24)包括换向支架A(241)、换向支架B(242)、摆板(243)、缓冲海绵(244)、摆板摆转电机(245)、通孔B(246)、通孔C(247);
控制系统(3)包括控制面板(31)、控制面板固定支架(32)、锂电池(33);
控制面板(31)包括总开关(311)、自动模式开关(312)、旋钮(313)、切割按钮(314)、驱动电机开关(315)、显示屏(316)、故障提示灯(317);
旋钮(313)包括升降电动液压缸控制旋钮(3131)、旋转电机控制旋钮(3132)、摆转电动液压缸控制旋钮(3133)、下爪摆转电机控制旋钮(3134)、上爪摆转电动液压缸控制旋钮(3135);
控制面板固定支架(32)包括控制面板支撑杆A(321)、控制面板支撑杆B(322)、控制面板支撑杆C(323)、控制面板固定支架(324)、控制面板支撑杆固定支架(325);
行驶与储存系统(4)包括车体(41)、轮子安装支架A(42)、转向轮(43)、轮子安装支架B(44)、驱动轮(45)、驱动电机(46)、驱动电机支架(47)、把手(48)。
3.根据权利要求1所述的一种芒果自动采摘柔性收集一体机,其特征在于:
主柱(111)底部与车体(41)固定连接,主柱(111)内壁两侧通过滑槽与子柱(112)外壁两侧相配合,子柱(112)底部与升降电动液压缸(114)顶部固定连接,子柱(112)顶部安装有旋转电机支撑座(1132),升降电动液压缸(114)底部与车体(41)连接;
旋转电机支撑座(1132)上固定有旋转电机(1131),旋转电机(1131)转轴与转盘(1133)固定连接,转盘(1133)与支撑盆(22)连接;
摆转电动液压缸(114)下端通过转动副与支撑盆(22)相连,上端与空心管(21)通过转动副连接,升降电动液压缸(114)、旋转电机(1131)、摆转电动液压缸(114)与控制面板(31)电性连接。
4.根据权利要求1所述的一种芒果自动采摘柔性收集一体机,其特征在于:
爪子固定支架(123)上安装有三组结构尺寸相同的爪子(121),三组爪子均布于爪子固定支架(123)上;
爪子固定支架(123)与下爪(1213)构成转动副,爪子固定支架(123)上设有下爪摆转电机支架(1216)、六轴姿态传感器(122),爪子固定支架(123)中间是圆形通孔;
上爪(1211)通过转动副连接在下爪(1213)之上,上爪摆转电动液压缸(1214)分别与上爪(1211)、下爪(1213)以转动副连接,上爪(1211)上设有薄膜式压力传感器(1212),下爪摆转电机(1215)安装在下爪摆转电机支架(1216)上,下爪摆转电机(1215)带动下爪(1213)转动;
爪子固定支架摆转电机(124)固定安装在空心管(21)上,爪子固定支架摆转电机(124)带动爪子固定支架(123)摆转,六轴姿态传感器(122)、上爪摆转电动液压缸(1214)、薄膜式压力传感器(1212)、下爪摆转电机(1215)与控制面板(31)电性连接。
5.根据权利要求1所述的一种芒果自动采摘柔性收集一体机,其特征在于: 剪子臂B(137)安装在爪子固定支架(123)上,舵机B(135)固定安装在剪子臂B(137)上,舵机B(135)带动剪子臂A(136)摆转,剪子臂A(136)中部有一圆形通孔,探测头(133)穿过其中,并固定于剪子臂A(136)上,舵机A(134)固定安装在剪子臂A(136)上,舵机A(134)带动剪刀固定盒(132)摆转;
剪刀固定盒盖(1322)安装在剪刀固定盒体(1321)上,齿轮驱动电机(1323)设置在剪刀固定盒盖(1322)内部,齿轮驱动电机(1323)驱动齿轮(1326)正转或反转一定度,齿轮(1326)与剪刀固定盒体(1321)构成转动副连接,齿轮(1326)与齿条(1325)啮合,齿条(1325)与剪刀固定盒体(1321)构成移动副连接,齿条(1325)与滑槽(1324)固定连接,滑槽(1324)与剪刀体B(1312)构成槽销副连接,剪刀体B(1312)通过转动副与剪刀体A(1311)连接,剪刀体A(1311)固定安装在剪刀固定盒体(1321)上,舵机A(134)、舵机B(135)、摄像头(133)、齿轮驱动电机(1323)与控制面板(31)电性连接。
6.根据权利要求1所述的一种芒果自动采摘柔性收集一体机,其特征在于: 喷水头(141)设在剪刀固定盒盖(1322)上,喷水头(141)尾部与水管(143)相连,喷水头(141)内部有电磁
清洁海绵(142)设在剪刀(131)下方,水管(143)通过水管限位夹(144)固定在空心管(21)和剪子臂B(137)上,水泵一体箱(145)放置在支撑盆(22)上,水泵一体箱(145)上方的出水口与水管(143)相连,喷水头(141)、水泵一体箱(145)与控制面板(31)电性连接。
7.根据权利要求1所述的一种芒果自动采摘柔性收集一体机,其特征在于: 空心管(21)与支撑盆(22)通过转动副连接,空心管(21)外部为刚性材料,内部嵌套有柔性材料;
支撑盆(22)底部开有圆孔,圆孔处与柔性可伸缩输送管A(23)相连,支撑盆(22)上绕其圆孔设有弧状挡壁,且与空心管(21)相近处设有外凸的弧状延伸壁;
柔性可伸缩输送管A(23)安装在换向支架(24)上,换向支架(24)两侧分别设有柔性可伸缩输送管B(25)和柔性可伸缩输送管C(26),通孔B(246)与柔性可伸缩输送管B(25)相连,通孔C(247)与柔性可伸缩输送管C(26)相连,柔性可伸缩输送管A(23)、柔性可伸缩输送管B(25)和柔性可伸缩输送管C(26)为柔性材料,且可伸缩;
换向支架A(241)与换向支架B(242)相配合,套在主柱(111)上,换向支架A(241)主体为一异形框架,顶部为一大通孔,两侧开有通孔,该通孔下边界与换向支架A(241)底部较靠近;
摆板摆转电机(245)固定在换向支架A(241)内侧底部,驱动摆板(243)左右摆转一定角度,摆板摆转电机(245)与控制面板(31)电性连接,摆板(243)为椭圆形,大小可基本盖住换向支架A(241)两侧通孔,摆板(243)两侧各粘有圆形的缓冲海绵(244);
隔板A(27)与车体(41)上的凹槽相配合,构成移动副,隔板A(27)与主柱(111)上的凹槽相配合,构成移动副,隔板B(28)与车体(41)上的凹槽相配合,构成移动副,隔板B(28)与主柱(111)上的凹槽相配合,构成移动副。
8.根据权利要求1 7所述的一种芒果自动采摘柔性收集一体机,其特征在于: 控制面~
板(31)上设有总开关(311)、自动模式开关(312)、升降电动液压缸控制旋钮(3131)、旋转电机控制旋钮(3132)、摆转电动液压缸控制旋钮(3133)、下爪摆转电机控制旋钮(3134)、上爪摆转电动液压缸控制旋钮(3135)、切割按钮(314)、驱动电机开关(315)、显示屏(316)、故障提示灯(317);
控制面板固定支架(324)固定在控制面板(31)上,控制面板固定支架(324)与控制面板支撑杆C(323)通过转动副连接,控制面板支撑杆C(323)与控制面板支撑杆A(321)、控制面板支撑杆B(322)通过转动副连接,控制面板支撑杆A(321)、控制面板支撑杆B(322)与控制面板支撑杆固定支架(325)构成转动副,控制面板支撑杆固定支架(325)固定在车体(41)上,锂电池固定安装在车体(41)上,与控制面板(31)电性连接;
轮子安装支架A(42)通过转动副连接在车体(41)上,轮子安装支架A(42)与转向轮(43)构成转动副,轮子安装支架B(44)固定安装在车体(41)上,轮子安装支架B(44)与驱动轮(45)构成转动副,驱动电机支架(47)固定在轮子安装支架B(44)上,驱动电机(46)设在驱动电机支架(47)上,驱动电机(46)带动驱动轮(46)旋转,车体(41)上设有把手(48),车体(41)下左右两前轮为转向轮(43),左右两后轮为驱动轮(46)。

说明书全文

芒果自动采摘柔性收集一体机

技术领域

[0001] 本发明所涉及一种热带果采收机械,具体涉及一种芒果自动采摘柔性收集一体机,属于农业机械的技术领域。

背景技术

[0002] 我国是芒果生产大国,当前芒果采摘主要依靠人工完成,采摘效率低、劳动强度大,且随着城镇化的推进,农村劳动人口越来越少,人工采摘成本越来越高,亟需芒果智能化、机械化采摘的实现。芒果属于漆树科植物,剪切芒果果柄时,果柄处会产生漆液,该漆液化学成分可能使人体过敏,也会造成芒果的褐变,使芒果的品相变差,影响储存时间。因此,发明一具有清理芒果漆液的芒果采摘机具有重要意义。传统的根据经验判断芒果熟度,再采摘芒果,或是采摘后根据芒果颜色、大小等对芒果进行分类,后再分级销售,需要消耗大量精,因此,能够识别成熟芒果、并能自动分类的采摘机器具有应用远大前景。目前,我国农业采摘机器视觉识别系统研究不断深入,为农业采摘机器视觉识别技术的应用奠定了基础

发明内容

[0003] 为了提高热带水果芒果的采摘效率,并降低劳动强度,本发明设计了一种芒果自动采摘柔性收集一体机,旨在提高全国芒果采摘与分类的机械化、智能化的水平。
[0004] 本发明提供一种芒果自动采摘柔性收集一体机,包括采摘系统(1)、输送与分类系统(2)、控制系统(3)、行驶与储存系统(4)。
[0005] 采摘系统(1)安装在行驶与储存系统(4)上。
[0006] 输送与分类系统(2)连接在采摘系统(1)上。
[0007] 控制系统(3)设置在行驶与储存系统(4)上。
[0008] 采摘系统(1)负责抓取芒果、剪切果柄并清理果柄处汁液。
[0009] 输送与分类系统(2)负责将芒果从采摘系统(1)上输送至行驶与储存系统(4),并根据芒果的表皮颜色和重量进行分类。
[0010] 控制系统(3)用于操纵控制采摘系统(1)、输送与分类系统(2)、行驶与储存系统(4)的运行。
[0011] 行驶与储存系统(4)负责一体机在田间的行驶,并储存芒果。
[0012] 采摘系统(1)包括伸缩与摆转机构(11)、抓取机构(12)、剪切机构(13)、清洁机构(14)。
[0013] 抓取机构(12)安装在伸缩与摆转机构(11)上,剪切机构(13)安装在抓取机构(12)上,清洁机构(14)固定在剪切机构(13)上。
[0014] 伸缩与摆转机构(11)包括主柱(111)、子柱(112)、旋转台(113)、摆转电动液压缸(114)。
[0015] 旋转台(113)包括旋转电机(1131)、旋转电机支撑座(1132)、转盘(1133)。
[0016] 抓取机构(12)包括爪子(121)、六轴姿态传感器(122)、爪子固定支架(123)、爪子固定支架摆转电机(124)。
[0017] 爪子(121)包括上爪(1211)、薄膜压力传感器(1212)、下爪(1213)、上爪摆转电动液压缸(1214)、下爪摆转电机(1215)、下爪摆转电机支架(1216)。
[0018] 剪切机构(13)包括剪刀(131)、剪刀固定盒(132)、探测仪(133)、机A(134)、舵机B(135)、剪刀臂A(136)、剪刀臂B(137)。
[0019] 剪刀(131)包括剪刀体A(1311)、剪刀体B(1312)。
[0020] 剪刀固定盒(132)包括剪刀固定盒体(1321)、剪刀固定盒盖(1322)、齿轮驱动电机(1323)、滑槽(1324)、齿条(1325)、齿轮(1326)。
[0021] 清洁机构(14)包括喷水头(141)、清洁海绵(142)、水管(143)、水管限位夹(144)、水一体箱(145)。
[0022] 输送与分类系统(2)包括空心管(21)、支撑盆(22)、柔性可伸缩输送管A(23)、换向支架(24)、柔性可伸缩输送管B(25)、柔性可伸缩输送管C(26)、隔板A(27)、隔板B(28)。
[0023] 换向支架(24)包括换向支架A(241)、换向支架B(242)、摆板(243)、缓冲海绵(244)、摆板摆转电机(245)、通孔B(246)、通孔C(247)。
[0024] 控制系统(3)包括控制面板(31)、控制面板固定支架(32)、锂电池(33)。
[0025] 控制面板(31)包括总开关(311)、自动模式开关(312)、旋钮(313)、切割按钮(314)、驱动电机开关(315)、显示屏(316)、故障提示灯(317)。
[0026] 旋钮(313)包括升降电动液压缸控制旋钮(3131)、旋转电机控制旋钮(3132)、摆转电动液压缸控制旋钮(3133)、下爪摆转电机控制旋钮(3134)、上爪摆转电动液压缸控制旋钮(3135)。
[0027] 控制面板固定支架(32)包括控制面板支撑杆A(321)、控制面板支撑杆B(322)、控制面板支撑杆C(323)、控制面板固定支架(324)、控制面板支撑杆固定支架(325)。
[0028] 行驶与储存系统(4)包括车体(41)、轮子安装支架A(42)、转向轮(43)、轮子安装支架B(44)、驱动轮(45)、驱动电机(46)、驱动电机支架(47)、把手(48)。
[0029] 主柱(111)底部与车体(41)固定连接,主柱(111)内壁两侧通过滑槽与子柱(112)外壁两侧相配合,子柱(112)底部与升降电动液压缸(114)顶部固定连接,子柱(112)顶部安装有旋转电机支撑座(1132),升降电动液压缸(114)底部与车体(41)连接。
[0030] 旋转电机支撑座(1132)上固定有旋转电机(1131),旋转电机(1131)转轴与转盘(1133)固定连接,转盘(1133)与支撑盆(22)连接。
[0031] 摆转电动液压缸(114)下端通过转动副与支撑盆(22)相连,上端与空心管(21)通过转动副连接,升降电动液压缸(114)、旋转电机(1131)、摆转电动液压缸(114)与控制面板(31)电性连接。
[0032] 爪子上安装有三组结构尺寸相同的爪子(121),三组爪子均布于爪子固定支架(123)上。
[0033] 爪子固定支架(123)与下爪(1213)构成转动副,爪子固定支架(123)上设有下爪摆转电机支架(1216)、六轴姿态传感器(122),爪子固定支架(123)中间是圆形通孔。
[0034] 上爪(1211)通过转动副连接在下爪(1213)之上,上爪摆转电动液压缸(1214)分别与上爪(1211)、下爪(1213)以转动副连接,上爪(1211)上设有薄膜式压力传感器(1212),下爪摆转电机(1215)安装在下爪摆转电机支架(1216)上,下爪摆转电机(1215)带动下爪(1213)转动。
[0035] 爪子固定支架摆转电机(124)固定安装在空心管(21)上,爪子固定支架摆转电机(124)带动爪子固定支架(123)摆转,六轴姿态传感器(122)、上爪摆转电动液压缸(1214)、薄膜式压力传感器(1212)、下爪摆转电机(1215)与控制面板(31)电性连接。
[0036] 剪子臂B(137)安装在爪子固定支架(123)上,舵机B(135)固定安装在剪子臂B(137)上,舵机B(135)带动剪子臂A(136)摆转,剪子臂A(136)中部有一圆形通孔,探测头(133)穿过其中,并固定于剪子臂A(136)上,舵机A(134)固定安装在剪子臂A(136)上,舵机A(134)带动剪刀固定盒(132)摆转。
[0037] 剪刀固定盒盖(1322)安装在剪刀固定盒体(1321)上,齿轮驱动电机(1323)设置在剪刀固定盒盖(1322)内部,齿轮驱动电机(1323)驱动齿轮(1326)正转或反转一定度,齿轮(1326)与剪刀固定盒体(1321)构成转动副连接,齿轮(1326)与齿条(1325)啮合,齿条(1325)与剪刀固定盒体(1321)构成移动副连接,齿条(1325)与滑槽(1324)固定连接,滑槽(1324)与剪刀体B(1312)构成槽销副连接,剪刀体B(1312)通过转动副与剪刀体A(1311)连接,剪刀体A(1311)固定安装在剪刀固定盒体(1321)上,舵机A(134)、舵机B(135)、摄像头(133)、齿轮驱动电机(1323)与控制面板(31)电性连接。
[0038] 喷水头(141)设在剪刀固定盒盖(1322)上,喷水头(141)尾部与水管(143)相连,喷水头(141)内部有电磁
[0039] 清洁海绵(142)设在剪刀(131)下方,水管(143)通过水管限位夹(144)固定在空心管(21)和剪子臂B(137)上,水泵一体箱(145)放置在支撑盆(22)上,水泵一体箱(145)上方的出水口与水管(143)相连,喷水头(141)、水泵一体箱(145)与控制面板(31)电性连接。
[0040] 空心管(21)与支撑盆(22)通过转动副连接,空心管(21)外部为刚性材料,例如7075,内部嵌套有柔性材料,例如橡胶
[0041] 支撑盆(22)底部开有圆孔,圆孔处与柔性可伸缩输送管A(23)相连,支撑盆(22)上绕其圆孔设有弧状挡壁,且与空心管(21)相近处设有外凸的弧状延伸壁。
[0042] 柔性可伸缩输送管A(23)安装在换向支架(24)上,换向支架(24)两侧分别设有柔性可伸缩输送管B(25)和柔性可伸缩输送管C(26),通孔B(246)与柔性可伸缩输送管B(25)相连,通孔C(247)与柔性可伸缩输送管C(26)相连,柔性可伸缩输送管A(23)、柔性可伸缩输送管B(25)和柔性可伸缩输送管C(26)为柔性材料,例如橡胶。
[0043] 换向支架A(241)与换向支架B(242)相配合,套在主柱(111)上,换向支架A(241)主体为一异形框架,顶部为一大通孔,两侧开有通孔,该通孔下边界与换向支架A(241)底部较靠近。
[0044] 摆板摆转电机(245)固定在换向支架A(241)内侧底部,驱动摆板(243)左右摆转一定角度,摆板摆转电机(245)与控制面板(31)电性连接,摆板(243)为椭圆形,大小可基本盖住换向支架A(241)两侧通孔,摆板(243)两侧各粘有圆形的缓冲海绵(244)。
[0045] 隔板A(27)与车体(41)上的凹槽相配合,构成移动副,隔板A(27)与主柱(111)上的凹槽相配合,构成移动副,隔板B(28)与车体(41)上的凹槽相配合,构成移动副,隔板B(28)与主柱(111)上的凹槽相配合,构成移动副。
[0046] 控制面板(31)上设有总开关(311)、自动模式开关(312)、升降电动液压缸控制旋钮(3131)、旋转电机控制旋钮(3132)、摆转电动液压缸控制旋钮(3133)、下爪摆转电机控制旋钮(3134)、上爪摆转电动液压缸控制旋钮(3135)、切割按钮(314)、驱动电机开关(315)、显示屏(316)、故障提示灯(317)。
[0047] 控制面板固定支架(324)固定在控制面板(31)上,控制面板固定支架(324)与控制面板支撑杆C(323)通过转动副连接,控制面板支撑杆C(323)与控制面板支撑杆A(321)、控制面板支撑杆B(322)通过转动副连接,控制面板支撑杆A(321)、控制面板支撑杆B(322)与控制面板支撑杆固定支架(325)构成转动副,控制面板支撑杆固定支架(325)固定在车体(41)上,锂电池固定安装在车体(41)上,与控制面板(31)电性连接。
[0048] 轮子安装支架A(42)通过转动副连接在车体(41)上,轮子安装支架A(42)与转向轮(43)构成转动副,轮子安装支架B(44)固定安装在车体(41)上,轮子安装支架B(44)与驱动轮(45)构成转动副,驱动电机支架(47)固定在轮子安装支架B(44)上,驱动电机(46)设在驱动电机支架(47)上,驱动电机(46)带动驱动轮(46)旋转,车体(41)上设有把手(48),车体(41)下左右两前轮为转向轮(43),左右两后轮为驱动轮(46)。附图说明
[0049] 图1为本发明的整体机构。
[0050] 图2为本发明的采摘系统和输送与分类系统。
[0051] 图3为本发明的部分伸缩与摆转机构的剖视图;图4为本发明的抓取机构。
[0052] 图5为本发明的剪切机构和清洁机构。
[0053] 图6为本发明的剪刀和剪刀固定盒的爆炸视图。
[0054] 图7为本发明的换向支架的细节图。
[0055] 图8为本发明的控制面板的细节图。
[0056] 图9为本发明的控制系统。
[0057] 图10为本发明的行驶与储存系统。
[0058] 附图各序号的含义为: 采摘系统(1)、输送与分类系统(2)、控制系统(3)、行驶与储存系统(4)、伸缩与摆转机构(11)、抓取机构(12)、剪切机构(13)、清洁机构(14)、主柱(111)、子柱(112)、旋转台(113)、摆转电动液压缸(114)、旋转电机(1131)、旋转电机支撑座(1132)、转盘(1133)、爪子(121)、六轴姿态传感器(122)、爪子固定支架(123)、爪子固定支架摆转电机(124)、上爪(1211)、薄膜式压力传感器(1212)、下爪(1213)、上爪摆转电动液压缸(1214)、下爪摆转电机(1215)、下爪摆转电机支架(1216)、剪刀(131)、剪刀固定盒(132)、探测仪(133)、舵机A(134)、舵机B(135)、剪刀臂A(136)、剪刀臂B(137)、剪刀体A(1311)、剪刀体B(1312)、剪刀固定盒体(1321)、剪刀固定盒盖(1322)、齿轮驱动电机(1323)、滑槽(1324)、齿条(1325)、齿轮(1326)、喷水头(141)、清洁海绵(142)、水管(143)、水管限位夹(144)、水泵一体箱(145)、空心管(21)、支撑盆(22)、柔性可伸缩输送管A(23)、换向支架(24)、柔性可伸缩输送管B(25)、柔性可伸缩输送管C(26)、隔板A(27)、隔板B(28)、换向支架A(241)、换向支架B(242)、摆板(243)、缓冲海绵(244)、摆板摆转电机(245)、通孔B(246)、通孔C(247)、控制面板(31)、控制面板固定支架(32)、锂电池(33)、总开关(311)、自动模式开关(312)、旋钮(313)、切割按钮(314)、驱动电机开关(315)、显示屏(316)、故障提示灯(317)、升降电动液压缸控制旋钮(3131)、旋转电机控制旋钮(3132)、摆转电动液压缸控制旋钮(3133)、下爪摆转电机控制旋钮(3134)、上爪摆转电动液压缸控制旋钮(3135)、控制面板支撑杆A(321)、控制面板支撑杆B(322)、控制面板支撑杆C(323)、控制面板固定支架(324)、控制面板支撑杆固定支架(325)、车体(41)、轮子安装支架A(42)、转向轮(43)、轮子安装支架B(44)、驱动轮(45)、驱动电机(46)、驱动电机支架(47)、把手(48)。

具体实施方式

[0059] 为了使本发明实现的构造原理、技术手段、工作过程和机构功能便于了解,下面结合附图1~10进一步说明具体的实施方式。
[0060] 本发明提供一种芒果自动采摘柔性收集一体机,包括采摘系统(1)、输送与分类系统(2)、控制系统(3)、行驶与储存系统(4)。
[0061] 采摘系统(1)安装在行驶与储存系统(4)上。
[0062] 输送与分类系统(2)连接在采摘系统(1)上。
[0063] 控制系统(3)设置在行驶与储存系统(4)上。
[0064] 采摘系统(1)负责抓取芒果、剪切果柄并清理果柄处汁液。
[0065] 输送与分类系统(2)负责将芒果从采摘系统(1)上输送至行驶与储存系统(4),并根据芒果的表皮颜色和重量进行分类。
[0066] 控制系统(3)用于操纵控制采摘系统(1)、输送与分类系统(2)、行驶与储存系统(4)的运行。
[0067] 行驶与储存系统(4)负责一体机在田间的行驶,并储存芒果。
[0068] 采摘系统(1)包括伸缩与摆转机构(11)、抓取机构(12)、剪切机构(13)、清洁机构(14)。
[0069] 抓取机构(12)安装在伸缩与摆转机构(11)上,剪切机构(13)安装在抓取机构(12)上,清洁机构(14)固定在剪切机构(13)上。
[0070] 伸缩与摆转机构(11)包括主柱(111)、子柱(112)、旋转台(113)、摆转电动液压缸(114)。
[0071] 旋转台(113)包括旋转电机(1131)、旋转电机支撑座(1132)、转盘(1133)。
[0072] 抓取机构(12)包括爪子(121)、六轴姿态传感器(122)、爪子固定支架(123)、爪子固定支架摆转电机(124)。
[0073] 爪子(121)包括上爪(1211)、薄膜式压力传感器(1212)、下爪(1213)、上爪摆转电动液压缸(1214)、下爪摆转电机(1215)、下爪摆转电机支架(1216)。
[0074] 剪切机构(13)包括剪刀(131)、剪刀固定盒(132)、探测仪(133)、舵机A(134)、舵机B(135)、剪刀臂A(136)、剪刀臂B(137)。
[0075] 剪刀(131)包括剪刀体A(1311)、剪刀体B(1312)。
[0076] 剪刀固定盒(132)包括剪刀固定盒体(1321)、剪刀固定盒盖(1322)、齿轮驱动电机(1323)、滑槽(1324)、齿条(1325)、齿轮(1326)。
[0077] 清洁机构(14)包括喷水头(141)、清洁海绵(142)、水管(143)、水管限位夹(144)、水泵一体箱(145)。
[0078] 输送与分类系统(2)包括空心管(21)、支撑盆(22)、柔性可伸缩输送管A(23)、换向支架(24)、柔性可伸缩输送管B(25)、柔性可伸缩输送管C(26)、隔板A(27)、隔板B(28)。
[0079] 换向支架(24)包括换向支架A(241)、换向支架B(242)、摆板(243)、缓冲海绵(244)、摆板摆转电机(245)、通孔B(246)、通孔C(247)。
[0080] 控制系统(3)包括控制面板(31)、控制面板固定支架(32)、锂电池(33)。
[0081] 控制面板(31)包括总开关(311)、自动模式开关(312)、旋钮(313)、切割按钮(314)、驱动电机开关(315)、显示屏(316)、故障提示灯(317)。
[0082] 旋钮(313)包括升降电动液压缸控制旋钮(3131)、旋转电机控制旋钮(3132)、摆转电动液压缸控制旋钮(3133)、下爪摆转电机控制旋钮(3134)、上爪摆转电动液压缸控制旋钮(3135)。
[0083] 控制面板固定支架(32)包括控制面板支撑杆A(321)、控制面板支撑杆B(322)、控制面板支撑杆C(323)、控制面板固定支架(324)、控制面板支撑杆固定支架(325)。
[0084] 行驶与储存系统(4)包括车体(41)、轮子安装支架A(42)、转向轮(43)、轮子安装支架B(44)、驱动轮(45)、驱动电机(46)、驱动电机支架(47)、把手(48)。
[0085] 主柱(111)底部与车体(41)固定连接,主柱(111)内壁两侧通过滑槽与子柱(112)外壁两侧相配合,子柱(112)底部与升降电动液压缸(114)顶部固定连接,子柱(112)顶部安装有旋转电机支撑座(1132),升降电动液压缸(114)底部与车体(41)连接。
[0086] 旋转电机支撑座(1132)上固定有旋转电机(1131),旋转电机(1131)转轴与转盘(1133)固定连接,转盘(1133)与支撑盆(22)连接。
[0087] 摆转电动液压缸(114)下端通过转动副与支撑盆(22)相连,上端与空心管(21)通过转动副连接,升降电动液压缸(114)、旋转电机(1131)、摆转电动液压缸(114)与控制面板(31)电性连接。
[0088] 爪子上安装有三组结构尺寸相同的爪子(121),三组爪子均布于爪子固定支架(123)上。
[0089] 爪子固定支架(123)与下爪(1213)构成转动副,爪子固定支架(123)上设有下爪摆转电机支架(1216)、六轴姿态传感器(122),爪子固定支架(123)中间是圆形通孔。
[0090] 上爪(1211)通过转动副连接在下爪(1213)之上,上爪摆转电动液压缸(1214)分别与上爪(1211)、下爪(1213)以转动副连接,上爪(1211)上设有薄膜式压力传感器(1212),下爪摆转电机(1215)安装在下爪摆转电机支架(1216)上,下爪摆转电机(1215)带动下爪(1213)转动。
[0091] 爪子固定支架摆转电机(124)固定安装在空心管(21)上,爪子固定支架摆转电机(124)带动爪子固定支架(123)摆转,六轴姿态传感器(122)、上爪摆转电动液压缸(1214)、薄膜式压力传感器(1212)、下爪摆转电机(1215)与控制面板(31)电性连接。
[0092] 剪子臂B(137)安装在爪子固定支架(123)上,舵机B(135)固定安装在剪子臂B(137)上,舵机B(135)带动剪子臂A(136)摆转,剪子臂A(136)中部有一圆形通孔,探测头(133)穿过其中,并固定于剪子臂A(136)上,舵机A(134)固定安装在剪子臂A(136)上,舵机A(134)带动剪刀固定盒(132)摆转。
[0093] 剪刀固定盒盖(1322)安装在剪刀固定盒体(1321)上,齿轮驱动电机(1323)设置在剪刀固定盒盖(1322)内部,齿轮驱动电机(1323)驱动齿轮(1326)正转或反转一定角度,齿轮(1326)与剪刀固定盒体(1321)构成转动副连接,齿轮(1326)与齿条(1325)啮合,齿条(1325)与剪刀固定盒体(1321)构成移动副连接,齿条(1325)与滑槽(1324)固定连接,滑槽(1324)与剪刀体B(1312)构成槽销副连接,剪刀体B(1312)通过转动副与剪刀体A(1311)连接,剪刀体A(1311)固定安装在剪刀固定盒体(1321)上,舵机A(134)、舵机B(135)、摄像头(133)、齿轮驱动电机(1323)与控制面板(31)电性连接。
[0094] 喷水头(141)设在剪刀固定盒盖(1322)上,喷水头(141)尾部与水管(143)相连,喷水头(141)内部有电磁阀
[0095] 清洁海绵(142)设在剪刀(131)下方,水管(143)通过水管限位夹(144)固定在空心管(21)和剪子臂B(137)上,水泵一体箱(145)放置在支撑盆(22)上,水泵一体箱(145)上方的出水口与水管(143)相连,喷水头(141)、水泵一体箱(145)与控制面板(31)电性连接。
[0096] 空心管(21)与支撑盆(22)通过转动副连接,空心管(21)外部为刚性材料7075铝,内部嵌套有柔性材料橡胶。
[0097] 支撑盆(22)底部开有圆孔,圆孔处与柔性可伸缩输送管A(23)相连,支撑盆(22)上绕其圆孔设有弧状挡壁,且与空心管(21)相近处设有外凸的弧状延伸壁。
[0098] 柔性可伸缩输送管A(23)安装在换向支架(24)上,换向支架(24)两侧分别设有柔性可伸缩输送管B(25)和柔性可伸缩输送管C(26),通孔B(246)与柔性可伸缩输送管B(25)相连,通孔C(247)与柔性可伸缩输送管C(26)相连,柔性可伸缩输送管A(23)、柔性可伸缩输送管B(25)和柔性可伸缩输送管C(26)为柔性材料橡胶。
[0099] 换向支架A(241)与换向支架B(242)相配合,套在主柱(111)上,换向支架A(241)主体为一异形框架,顶部为一大通孔,两侧开有通孔,该通孔下边界与换向支架A(241)底部较靠近。
[0100] 摆板摆转电机(245)固定在换向支架A(241)内侧底部,驱动摆板(243)左右摆转一定角度,摆板摆转电机(245)与控制面板(31)电性连接,摆板(243)为椭圆形,大小可基本盖住换向支架A(241)两侧通孔,摆板(243)两侧各粘有圆形的缓冲海绵(244)。
[0101] 隔板A(27)与车体(41)上的凹槽相配合,构成移动副,隔板A(27)与主柱(111)上的凹槽相配合,构成移动副,隔板B(28)与车体(41)上的凹槽相配合,构成移动副,隔板B(28)与主柱(111)上的凹槽相配合,构成移动副。
[0102] 控制面板(31)上设有总开关(311)、自动模式开关(312)、升降电动液压缸控制旋钮(3131)、旋转电机控制旋钮(3132)、摆转电动液压缸控制旋钮(3133)、下爪摆转电机控制旋钮(3134)、上爪摆转电动液压缸控制旋钮(3135)、切割按钮(314)、驱动电机开关(315)、显示屏(316)、故障提示灯(317)。
[0103] 控制面板固定支架(324)固定在控制面板(31)上,控制面板固定支架(324)与控制面板支撑杆C(323)通过转动副连接,控制面板支撑杆C(323)与控制面板支撑杆A(321)、控制面板支撑杆B(322)通过转动副连接,控制面板支撑杆A(321)、控制面板支撑杆B(322)与控制面板支撑杆固定支架(325)构成转动副,控制面板支撑杆固定支架(325)固定在车体(41)上,锂电池固定安装在车体(41)上,与控制面板(31)电性连接。
[0104] 轮子安装支架A(42)通过转动副连接在车体(41)上,轮子安装支架A(42)与转向轮(43)构成转动副,轮子安装支架B(44)固定安装在车体(41)上,轮子安装支架B(44)与驱动轮(45)构成转动副,驱动电机支架(47)固定在轮子安装支架B(44)上,驱动电机(46)设在驱动电机支架(47)上,驱动电机(46)带动驱动轮(46)旋转,车体(41)上设有把手(48),车体(41)下左右两前轮为转向轮(43),左右两后轮为驱动轮(46)。
[0105] 参见图1~10,本发明提供的芒果自动采摘柔性收集一体机的工作原理及使用方法如下。
[0106] 按下总开关(311),启动机器,按下驱动电机开关(315),让机器在田间行驶,通过把手(48)改变机器行驶方向,使机器到达想要采摘的芒果树旁,再次按下驱动电机开关(315),机器停止行驶。
[0107] 按下自动模式开关(312),控制面板(31)根据探测仪(133)探测得芒果的分布情况,分析采摘路径,选择当前所要采摘的芒果,分析得各电机与液压缸所需的采摘指令,向升降电动液压缸、旋转电机、摆转电动液压缸、下爪摆转电机、上爪摆转电动液压缸发出指令,使爪子(121)抓取到芒果,当检测到薄膜式压力传感器所测得的值达到设定值,上爪摆转电动液压缸(1214)与下爪摆转电机(1215)停止工作。
[0108] 若不按下自动模式开关(312),可以通过操纵旋钮(313)来控制升降电动液压缸、旋转电机、摆转电动液压缸、下爪摆转电机、上爪摆转电动液压缸,使爪子抓取到芒果(121)。
[0109] 抓取的同时,控制面板(31)根据探测仪(133)分析芒果位置,向舵机A(134)和舵机B(135)发出指令,使剪子臂A(136)和剪刀固定盒(132)移动,从而使剪刀(131)远离芒果,防止戳伤芒果。
[0110] 控制面板(31)根据探测仪(133)分析合适的剪切点,向舵机A(134)和舵机B(135)发出指令,使剪子臂A(136)和剪刀固定盒(132)到达合适位置,在齿轮驱动电机的带动下,齿轮(1326)旋转一定角度,齿条(1325)直线移动,剪刀体B(1312)在滑槽(1324)的带动下,绕销钉转动,剪刀(131)闭合,实现剪切。
[0111] 剪切后,剪刀(131)上的清洁海绵(142)可以吸附芒果果柄上的漆液,控制面板(31)向喷水头(141)内的电磁阀发出指令,使得喷水头开启,喷出高压细线状水对果柄处的残余漆液进一步清理,使得芒果更干净。
[0112] 控制面板(31)根据六轴姿态传感器(123)测得的数据,向爪子固定支架摆转电机(124)发出指令,使爪子固定支架(123)摆转一定角度,从而使爪子固定支架(123)的上表面处于水平位置,此时松开爪子(121),芒果竖直落入爪子固定支架(123)中间的通孔,沿空心管(21)、支撑盆(22)底部通孔、柔性可伸缩输送管A(23)落入换向支架(24)内。
[0113] 芒果掉入爪子固定支架(123)中间的通孔后可迅速进行下一次采摘。
[0114] 控制面板(31)根据探测仪(133)拍摄的芒果图片,通过图像处理技术,分析芒果颜色分布,当象征成熟的颜色达到设定面积比例,且根据薄膜式压力传感器(1212)分析得的芒果重量达到设定值,记该芒果为优质芒果,其他芒果则为普通芒果,象征成熟的颜色为黄色,设定面积比例为70%,设定重量值为500g。
[0115] 沿通孔B(246)输送的为优质芒果,沿通孔C(247)输送的为普通芒果,若识别出芒果为优质芒果,控制面板(31)控制摆板摆转电机(245),使之带动摆板向换向支架A(241)的通孔C(247)方向摆转,摆板遮住通孔C(247),芒果在下落趋势和摆板(243)倾斜位置的导向作用下沿通孔B(246)滑出,后经柔性可伸缩输送管B(45)输出到由隔板A(27)和隔板B(28)隔开的一侧车体(41)内。
[0116] 若识别出芒果为普通芒果,控制面板(31)控制摆板摆转电机(245),使之带动摆板向换向支架A(241)的通孔B(246)方向摆转,摆板遮住通孔B(246),芒果在下落趋势和摆板(243)倾斜位置的导向作用下沿通孔C(247)滑出,后经柔性可伸缩输送管C(46)输出到由隔板A(27)和隔板B(28)隔开的另一侧车体(41)内。
[0117] 经过以上工序,就完成了芒果的采摘、清洁、分类等。
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