扭转抓取苹果的采摘器及其采摘方法技术

公开了一种扭转抓取苹果的采摘器及其采摘方法，采摘器包括摇杆滑块机构(1)、线传动机构(2)、扭转机构(3)、分选机构(4)和处理模块(5)，固定在内筒(6)外壁上的套环(7)经由线传动机构(2)致动以沿着内筒(6)外壁往复移动；上指(8)和下指(11)同步地开合以抓取苹果，一对传动线(19)一端分别连接套环(7)，另一端分别卷绕滑轮组(15)后穿出滑轮架(14)后分别卷绕卷轮(18)，卷轮(18)在电机(17)的驱动下旋转使得卷绕滑轮组(15)的传动线(19)致动套环(7)进行往复移动，内筒(6)在大齿轮(24)驱动下转动以扭转分离苹果，旋转盘(27)基于重量数据向预定方向的收集单元翻转。

【技术实现步骤摘要】
扭转抓取苹果的采摘器及其采摘方法
本专利技术涉及一种农业机械
，特别是一种扭转抓取苹果的采摘器及其采摘方法。
技术介绍
现阶段，我国苹果市场需求量巨大，苹果种植的规模也越来越大。然而，由于目前我国农业机械化、智能化水平较低，苹果采摘基本都是靠人工采摘。苹果采摘作业是苹果生产中最耗时、最费力的环节，苹果收获期间需投入的劳力约占整个生产过程的50％～70％，而且在采摘作业中经常需要借助梯子登高，长时间作业不仅劳动强度大而且具有一定的危险性。庞大的苹果产量对劳动力数量和强度的要求都是极其苛刻的。这也导致采摘作业成本提高，效率下降。评估苹果采摘作业质量的好坏会对产品的后续加工储存产生直接影响，从而最终影响到市场价格和经济效益。由于苹果种植特点的复杂性和机器人工作环境的苛刻性，市场上仍没有成熟、商品化的采摘机器人。尽管各种采摘装置已然存在，但其存在体型巨大、成本高昂、实用性较低的弊端，不是果农良好的采摘助手。以上众多因素给水果的收获带来了极大的困难，因此在果实收获中，研究开发一种解放人力、提高采摘效率且成本较低的水果采摘辅助装置迫在眉睫。苹果采摘辅助装置不仅能够降低果农的劳动强度、提高劳动生产率、降低生产成本、保证果实及时采收、保证果品质量，而且对于促进我国农业科技进步，跟踪世界农业新技术、加速我国农业现代化进程有着重大的现实意义。综上所述，苹果采摘是苹果的整个生产流程中最重要，也是最繁琐的一部分，目前苹果的采摘和收集主要由人站在高处完成，不仅劳动强度大，安全性也得不到保障。同时，市场上也出现了一些简易苹果采摘装置，但都无法有效解决上述问题。所以一款能安全准确地采摘中高处的苹果、并且保证采摘时苹果不受损坏辅助装置应运而生。在
技术介绍
部分中公开的上述信息仅仅用于增强对本专利技术背景的理解，因此可能包含不构成在本国中本领域普通技术人员公知的现有技术的信息。
技术实现思路
为解决上述现有技术的不足之处，本专利技术提供一种扭转抓取苹果的采摘器及其采摘方法，采用了构造较为简单的结构，降低了装置的成本；又优化了采摘的处理模块，使得装置具有较高的智能化程度并提高了采摘和收集效率，能进一步为苹果的采摘、种植和售卖提供依据。本专利技术的目的是通过以下技术方案予以实现。本专利技术的一个方面，一种扭转抓取苹果的采摘器包括摇杆滑块机构、线传动机构、扭转机构、分选机构和处理模块，摇杆滑块机构包括：内筒，其用于支承摇杆滑块机构；套环，固定在内筒外壁上的套环经由线传动机构致动以沿着内筒外壁往复移动；上指，用于抓取苹果的上指的中部可转动地连接在内筒一侧上，上指远离上抓取端的上固定端连接所述套环的一侧，所述上抓取端随着套环的往复移动而开合，下指，用于抓取苹果的下指的中部可转动地连接在内筒另一侧上，下指远离下抓取端的下固定端连接所述套环另一侧，所述下抓取端随着套环的往复移动而开合，其中，所述上指和下指同步地开合以抓取苹果，线传动机构包括，滑轮架，其连接在所述内筒下方，一对滑轮组，分别对应上指和下指的一对滑轮组固定在滑轮架上，电机，其固定在所述滑轮架上，卷轮，连接电机的卷轮经由电机驱动旋转，一对传动线，其一端分别连接套环，另一端分别卷绕滑轮组后穿出滑轮架后分别卷绕所述卷轮，卷轮在电机的驱动下旋转使得卷绕滑轮组的传动线致动所述套环进行往复移动，扭转机构包括：套筒，其经由卡箍连接到内筒，直流电机，提供扭转动力的直流电机固定在套筒上，小齿轮，经由齿轮架固定在套筒上的小齿轮连接并经由直流电机驱动，大齿轮，设在内筒上的大齿轮啮合所述小齿轮形成齿轮副，内筒在大齿轮驱动下转动以扭转分离苹果；分选机构包括：承载盘，其用于承载从内筒扭转分离的苹果，称重计，测量苹果重量数据的称重计布置在承载盘底部，旋转盘，其基于重量数据向预定方向的收集单元翻转以分类苹果，处理模块，其包括控制单元，连接摇杆滑块机构、线传动机构、扭转机构和分选机构的控制单元基于控制指令控制上指和下指同步地开合、扭转机构的扭转运动以及分选机构的分类，信息采集单元，其采集采摘的苹果的产地数据，所述产地数据包括苹果尺寸信息、苹果重量数据、苹果品种信息、苹果产地位置信息、采摘时间和/或采摘人员信息，无线通信单元，连接信息采集单元的无线通信单元无线连接上位机和/或互联网。在所述的扭转抓取苹果的采摘器中，所述上指和/或下指限制苹果5个自由度。在所述的扭转抓取苹果的采摘器中，所述上抓取端和/或下抓取端包括多个夹持部。在所述的扭转抓取苹果的采摘器中，所述卷轮将两侧滑轮组绕出来的一对传动线组合在一起。在所述的扭转抓取苹果的采摘器中，扭转机构包括齿轮齿圈部件，齿圈与内筒固定，直流电机带动小齿轮转动，小齿轮啮合齿圈以带动内筒转动。在所述的扭转抓取苹果的采摘器中，承载盘经由采摘通道连接内筒，所述采摘通道内设有计数器。在所述的扭转抓取苹果的采摘器中，所述扭转机构经由电刷结构连接电源，所述电源与扭转机构分离布置，所述旋转盘通过弹簧作用实现左右翻转并恢复原状。在所述的扭转抓取苹果的采摘器中，摇杆滑块机构、线传动机构和扭转机构布置在穿戴式背带上，其经由采摘通道连接分选机构，所述分选机构和处理模块布置在可移动单元上。在所述的扭转抓取苹果的采摘器中，所述处理模块包括数字信号处理器、专用集成电路ASIC或现场可编程门阵列FPGA，处理模块包括存储器，所述存储器可以包括一个或多个只读存储器ROM、随机存取存储器RAM、快闪存储器或电子可擦除可编程只读存储器EEPROM。根据本专利技术的另一方面，一种利用所述的扭转抓取苹果的采摘器的采摘方法步骤包括：第一步骤中，收到采摘指令，卷轮在电机的驱动下旋转使得卷绕滑轮组的传动线致动所述套环进行往复移动，所述上抓取端和下抓取端随着套环的往复移动而同步开合以夹持苹果，第二步骤中，直流电机驱动小齿轮，小齿轮啮合大齿轮使得内筒转动，上指和下指随着内筒转动而从苹果树上分离苹果，第三步骤中，从内筒扭转分离的苹果落入承载盘并称重，旋转盘基于重量向预定方向的收集单元翻转以分类苹果，信息采集单元采集采摘的苹果的产地数据并经由无线通信单元发送，控制单元再次发出采摘指令，实现持续采摘。本专利技术具有以下有益效果：一、结构轻量设计，采用滑轮组传动，电刷结构连接电路。二、六指节抓取，限制五个自由度，抓取更稳定。三、采摘收集一体化，采摘手通过管道直接连接收集器，独立的运动模块设计、抓取动作和扭转动作互不干扰，提高了运动可靠性，苹果采摘、分类和收集效率较高，实用性强。四、缓冲装置保护苹果，收集管及缓冲材料减小苹果掉落受力。五、在线实时数据收集系统，实时监测生产状况。六、研发成本以及生产成本较低，便于普及，相较于已有产品，体积小，适合果园使用，适应我国多数果农用户的需求。上述说明仅是本专利技术技术方案的概述，为了能够使得本专利技术的技术手段更加清楚明白，达到本领域技术人员可依照说明书的内容予以实施的程度，并且为了能够让本专利技术的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，下面以本专利技术的具体实施方式进行举例说明。附图说明通过阅读下文优选的具体实施方式中的详细描述，本专利技术各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。说明书附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种扭转抓取苹果的采摘器，其包括摇杆滑块机构(1)、线传动机构(2)、扭转机构(3)、分选机构(4)和处理模块(5)，其特征在于，摇杆滑块机构(1)包括：内筒(6)，其用于支承摇杆滑块机构(1)；套环(7)，固定在内筒(6)外壁上的套环(7)经由线传动机构(2)致动以沿着内筒(6)外壁往复移动；上指(8)，用于抓取苹果的上指(8)的中部可转动地连接在内筒(6)一侧上，上指(8)远离上抓取端(9)的上固定端(10)连接所述套环(7)的一侧，所述上抓取端(9)随着套环(7)的往复移动而开合，下指(11)，用于抓取苹果的下指(11)的中部可转动地连接在内筒(6)另一侧上，下指(11)远离下抓取端(12)的下固定端(13)连接所述套环(7)另一侧，所述下抓取端(12)随着套环(7)的往复移动而开合，其中，所述上指(8)和下指(11)同步地开合以抓取苹果，线传动机构(2)包括，滑轮架(14)，其连接在所述内筒(6)下方，一对滑轮组(15)，分别对应上指(8)和下指(11)的一对滑轮组(15)固定在滑轮架(14)上，电机(17)，其固定在所述滑轮架(14)上，卷轮(18)，连接电机(17)的卷轮(18)经由电机(17)驱动旋转，一对传动线(19)，其一端分别连接套环(7)，另一端分别卷绕滑轮组(15)后穿出滑轮架(14)后分别卷绕所述卷轮(18)，卷轮(18)在电机(17)的驱动下旋转使得卷绕滑轮组(15)的传动线(19)致动所述套环(7)进行往复移动，扭转机构(3)包括：套筒(20)，其经由卡箍(21)连接到内筒(6)，直流电机(22)，提供扭转动力的直流电机(22)固定在套筒(20)上，小齿轮(23)，经由齿轮架(24)固定在套筒(20)上的小齿轮(23)连接并经由直流电机(22)驱动，大齿轮(24)，设在内筒(6)上的大齿轮(24)啮合所述小齿轮(23)形成齿轮副，内筒(6)在大齿轮(24)驱动下转动以扭转分离苹果；分选机构(4)包括：承载盘(25)，其用于承载从内筒(6)扭转分离的苹果，称重计(26)，测量苹果重量数据的称重计(26)布置在承载盘(25)底部，旋转盘(27)，其基于重量数据向预定方向的收集单元翻转以分类苹果，处理模块(5)，其包括控制单元(28)，连接摇杆滑块机构(1)、线传动机构(2)、扭转机构(3)和分选机构(4)的控制单元(28)基于控制指令控制上指(8)和下指(11)同步地开合、扭转机构(3)的扭转运动以及分选机构(4)的分类，信息采集单元(29)，其采集采摘的苹果的产地数据，所述产地数据包括苹果尺寸信息、苹果重量数据、苹果品种信息、苹果产地位置信息、采摘时间和/或采摘人员信息，无线通信单元(30)，连接信息采集单元(29)的无线通信单元无线连接上位机和/或互联网。...

【技术特征摘要】
1.一种扭转抓取苹果的采摘器，其包括摇杆滑块机构(1)、线传动机构(2)、扭转机构(3)、分选机构(4)和处理模块(5)，其特征在于，摇杆滑块机构(1)包括：内筒(6)，其用于支承摇杆滑块机构(1)；套环(7)，固定在内筒(6)外壁上的套环(7)经由线传动机构(2)致动以沿着内筒(6)外壁往复移动；上指(8)，用于抓取苹果的上指(8)的中部可转动地连接在内筒(6)一侧上，上指(8)远离上抓取端(9)的上固定端(10)连接所述套环(7)的一侧，所述上抓取端(9)随着套环(7)的往复移动而开合，下指(11)，用于抓取苹果的下指(11)的中部可转动地连接在内筒(6)另一侧上，下指(11)远离下抓取端(12)的下固定端(13)连接所述套环(7)另一侧，所述下抓取端(12)随着套环(7)的往复移动而开合，其中，所述上指(8)和下指(11)同步地开合以抓取苹果，线传动机构(2)包括，滑轮架(14)，其连接在所述内筒(6)下方，一对滑轮组(15)，分别对应上指(8)和下指(11)的一对滑轮组(15)固定在滑轮架(14)上，电机(17)，其固定在所述滑轮架(14)上，卷轮(18)，连接电机(17)的卷轮(18)经由电机(17)驱动旋转，一对传动线(19)，其一端分别连接套环(7)，另一端分别卷绕滑轮组(15)后穿出滑轮架(14)后分别卷绕所述卷轮(18)，卷轮(18)在电机(17)的驱动下旋转使得卷绕滑轮组(15)的传动线(19)致动所述套环(7)进行往复移动，扭转机构(3)包括：套筒(20)，其经由卡箍(21)连接到内筒(6)，直流电机(22)，提供扭转动力的直流电机(22)固定在套筒(20)上，小齿轮(23)，经由齿轮架(24)固定在套筒(20)上的小齿轮(23)连接并经由直流电机(22)驱动，大齿轮(24)，设在内筒(6)上的大齿轮(24)啮合所述小齿轮(23)形成齿轮副，内筒(6)在大齿轮(24)驱动下转动以扭转分离苹果；分选机构(4)包括：承载盘(25)，其用于承载从内筒(6)扭转分离的苹果，称重计(26)，测量苹果重量数据的称重计(26)布置在承载盘(25)底部，旋转盘(27)，其基于重量数据向预定方向的收集单元翻转以分类苹果，处理模块(5)，其包括控制单元(28)，连接摇杆滑块机构(1)、线传动机构(2)、扭转机构(3)和分选机构(4)的控制单元(28)基于控制指令控制上指(8)和下指(11)同步地开合、扭转机构(3)的扭转运动以及分选机构(4)的分类，信息采集单元(29)，其采集采摘的苹果的产地数据，所述产地数据包括苹果尺寸信息、苹果重量数据、苹果品种信息、苹果产地...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭婷，李熹伟，张多鹏，孙亚超，贠菁，李铮儒，陈钢，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61