CN110063137A - 一种梳理式锯齿型机械手臂及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种梳理式锯齿型机械手臂，包括：外壳；多个梳齿，其一体连接所述外壳，阵列分布在所述外壳一侧；可动锯齿，其与所述梳齿平行设置；滑动连接机构，其可拆卸设置在所述外壳内，并连接所述可动锯齿；其中，所述滑动连接机构能够带动所述可动锯齿沿所述梳齿阵列方向滑动，本发明设计开发了一种梳理式锯齿型机械手臂，前端具有梳齿能够准确定位采摘高度，再采用滑动连接机构带动可动锯齿相对于梳齿滑动，剪切荔枝根部，二者结合能够精准剪切采摘，对果实和枝条伤害小，本发明还提供了一种梳理式锯齿型机械手臂控制方法。

Description

一种梳理式锯齿型机械手臂及其控制方法

技术领域

本发明涉及水果采摘工具技术领域，特别涉及一种采摘机械手臂及其控制方法。

背景技术

近年来，随着全国经济的持续发展，人们对果蔬的需求越来越大。荔枝是我国南方的特产佳果，经济价值较高，其栽培面积及产量均居世界之冠，在我国荔枝的生产与加工已形成了一个产业。采摘是农业生产链中最耗时最耗力的一个环节，其成本高、季节性强、需要大量劳动力高强度的工作。

由于荔枝果实形态、颜色及生长环境的复杂性，当前，荔枝的采摘大多采用手工完成，劳动量大且费用高。从长远看，自动化采摘具有很大的经济、社会效益和广阔的市场前景。因此，荔枝的自动化采摘研究具有理论意义与现实意义。

目前为解决水果采摘难题，国内外均研发了多种关于水果采摘的机械，大致可分为吸附式、抓拉式、剪切式三类，吸附式需配备真空形成装置，抓拉式对果实及枝条伤害大，剪切式定位要求高。

发明内容

本发明设计开发了一种梳理式锯齿型机械手臂，前端具有梳齿能够准确定位采摘高度，再采用滑动连接机构带动可动锯齿相对于梳齿滑动，剪切荔枝根部，二者结合能够精准剪切采摘，对果实和枝条伤害小。

本发明还有一个目的是在梳齿下方设置梳理器，并在梳理器下方连通软管，采摘到的果实经过梳理器落入软管中，防止荔枝掉下来时弹出。

本发明还提供了一种梳理式锯齿型机械手臂控制方法，给出可动锯齿相对于梳齿的运动频率，通过调整运动频率，保证切割效果，防止割伤枝条。

本发明提供的技术方案为：

一种梳理式锯齿型机械手臂，包括：

外壳；

多个梳齿，其一体连接所述外壳，阵列分布在所述外壳一侧；

可动锯齿，其与所述梳齿平行设置；

滑动连接机构，其可拆卸设置在所述外壳内，并连接所述可动锯齿；

其中，所述滑动连接机构能够带动所述可动锯齿沿所述梳齿阵列方向滑动。

优选的是，所述可动锯齿包括：

轮带，其为环形，内侧具有齿；

多个锯齿，其阵列分布在所述轮带外侧。

优选的是，所述滑动连接机构包括：

第一齿轮，其可旋转支撑在所述外壳内；

第二齿轮，其可旋转支撑在所述外壳内；

其中，所述轮带套设在所述第一齿轮和所述第二齿轮上，并分别与所述第一齿轮和所述第二齿轮啮合。

优选的是，还包括：

电机；

锥齿轮，其套设在所述电机输出轴；

小齿轮，其与所述第一齿轮同轴设置，并与所述锥齿轮啮合。

优选的是，所述可动锯齿包括：

锯齿条；

连接件，其一侧可拆卸连接所述锯齿条，所述锯齿条另一侧具有连接孔。

优选的是，所述滑动连接机构为横向滑杆，其设置在所述外壳内，所述连接件套设在所述横向滑杆上，并能够沿所述滑杆滑动。

优选的是，还包括：

电机；

旋转轮，其一侧连接所述电机输出轴；

旋转柱，其设置在所述旋转轮另一侧，所述旋转柱设置在所述连接孔内，并能够带动所述连接件移动；

其中，所述旋转柱与所述旋转轮不同轴。

优选的是，还包括梳理器，其设置在所述梳齿下方，并能够沿所述外壳滑动，以调节所述梳理器与所述梳齿之间的距离。

优选的是，所述梳理器为方形框，且所述方形框顶部具有阵列的软梳齿。

优选的是，还包括软管，其连通所述梳理器底部。

一种梳理式锯齿型机械手臂控制方法，所述可动锯齿相对于梳齿的运动频率为：

其中，δ_k为可动锯齿相对于梳齿的运动频率，D为梳齿间距，n₁为梳齿个数，G₁为可动锯齿有效切割长度，a为可动锯齿的间距，δ₁为可动锯齿的间距，b为可动锯齿宽度，f₀为平均振动频率。

本发明所述的有益效果

本发明设计开发了一种梳理式锯齿型机械手臂，前端具有梳齿能够准确定位采摘高度，再采用滑动连接机构带动可动锯齿相对于梳齿滑动，剪切荔枝根部，二者结合能够精准剪切采摘，对果实和枝条伤害小。还在梳齿下方设置梳理器，并在梳理器下方连通软管，采摘到的果实经过梳理器落入软管中，防止荔枝掉下来时弹出，梳理器向上运动至一定高度，封堵荔枝枝条，防止后溜，同时梳理器的仿梳子示结构也能起到防止荔枝掉下来时弹出来的作用，本发明还提供了一种梳理式锯齿型机械手臂控制方法，给出可动锯齿相对于梳齿的运动频率，通过调整运动频率，保证切割效果，防止割伤枝条。

附图说明

图1为本发明所述的梳理式锯齿型机械手臂的结构示意图。

图2为本发明所述的梳理式锯齿型机械手臂的的内部结构示意图。

图3为本发明所述的可动锯齿的结构示意图。

图4为本发明所述的梳理式锯齿型机械手臂的另一实施例结构示意图。

图5为本发明所述的梳理式锯齿型机械手臂的另一实施例内部结构示意图。

图6为本发明所述的可动锯齿另一实施例的结构示意图。

图7为本发明所述的梳理器的结构示意图。

图8为本发明采摘过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

如图1所示，本发明提供的梳理式锯齿型机械手臂包括：外壳110、多个梳齿120、可动锯齿130和滑动连接机构。

其中，外壳110为方形，多个梳齿120一体连接外壳110，阵列分布在外壳110一侧；可动锯齿130与梳齿120平行设置；滑动连接机构可拆卸设置在外壳内，并连接可动锯齿；其中，滑动连接机构能够带动可动锯齿沿梳齿阵列方向滑动。

如图2所示，可动锯齿130包括：轮带131和多个锯齿132，轮带131为环形，内侧具有齿；多个锯齿132阵列分布在轮带131外侧，作为一种优选，锯齿132为方形，单侧或双侧均具有刀刃。

如图3所示，滑动连接机构包括：第一齿轮133可旋转支撑在外壳110内，第二齿轮134可旋转支撑在外壳110内；其中，轮带131套设在第一齿轮133和第二齿轮134上，并分别与第一齿轮133和第二齿轮134啮合。当第一齿轮133和第二齿轮134转动时，带动可动锯齿130沿梳齿阵列方向滑动，与梳齿120形成电锯结构。

作为一种优选，还包括锥齿轮传动机构，第一齿轮133由电机135驱动，锥齿轮136套设在电机135的输出轴上，小齿轮137与第一齿轮133同轴设置，并与锥齿轮136啮合。所述锥齿轮传动机构包括锥齿轮、不锈钢轴、轴承座、齿轮，两对锥齿轮通过轴承座、不锈钢轴固定，其中一对锥齿轮与电机位于同一根不锈钢轴上，两个电机分别将动力传递给与它同轴心的锥齿轮，锥齿轮旋转，带动相应同轴心的齿轮旋转。

如图4、6所示，在另一实施例中，可动锯齿包括：锯齿条211和连接件212，连接件212可拆卸连接锯齿条211，连接件212的一侧具有连接吊耳213，外壳110内安装有横向滑杆111，连接吊耳213套设在横向滑杆111上，并能够沿横向滑杆111滑动。连接件212下方具有连接柱，连接柱上开设有圆孔。

如图5所示，作为一种优选，可动锯齿由电机214驱动，旋转轮215的一侧连接电机214的输出轴；旋转柱216连接在旋转轮215的另一侧，其中，旋转柱216与旋转轮215不同轴，形成偏心轮结构，旋转柱215能够嵌入圆孔内，并能够带动连接件212沿横向滑杆111横向移动，与梳齿120形成电锯结构。

如图7所示，在另一实施例中，在梳理式锯齿型机械手臂下设置梳理器300，位于梳齿120下方，并能够沿外壳110滑动，以调节梳理器300与梳齿120之间的距离。梳理器300为方形框，且方形框顶部具有阵列的软梳齿310。还包括软管，其连通梳理器300底部，用于盛接掉落的果实，接收锯下来的荔枝。

在另一实施例中，机械手指前端的梳齿120用软胶材料制成，防止碰坏水果。

实施以梳理式锯齿型机械手臂的工作过程为例，作进一步说明

如图8所示，将梳理式锯齿型机械手臂安装在升降机构上，可以调节手臂的高度，并将机械手臂前端的梳齿120定位到待采摘枝条前，枝条与固定在梳齿120的缝隙中，封堵荔枝枝条，防止后溜，荔枝枝条500位于可动锯齿130的前端，再采用滑动连接机构带动可动锯齿130相对于梳齿滑动，剪切荔枝根部，二者结合能够精准剪切采摘，对果实和枝条伤害小。掉落的果实进入梳理器300内，且方形框顶部具有阵列的软梳齿310，可以防止荔枝弹出，荔枝直接滚落到软管后滚入地下的收纳装置中。

一种梳理式锯齿型机械手臂控制方法，可动锯齿相对于梳齿的运动频率为：

其中，δ_k为可动锯齿相对于梳齿的运动频率，D为梳齿间距，n₁为梳齿个数，G₁为可动锯齿有效切割长度，a为可动锯齿的间距，δ₁为可动锯齿的间距，b为可动锯齿宽度，f₀为平均振动频率。

本发明给出可动锯齿相对于梳齿的运动频率，通过调整运动频率，保证切割效果，设计出满足荔枝根部切割的运动频率，有效避免防止割伤枝条。

本发明设计开发了一种梳理式锯齿型机械手臂，前端具有梳齿能够准确定位采摘高度，再采用滑动连接机构带动可动锯齿相对于梳齿滑动，剪切荔枝根部，二者结合能够精准剪切采摘，对果实和枝条伤害小。还在梳齿下方设置梳理器，并在梳理器下方连通软管，采摘到的果实经过梳理器落入软管中，防止荔枝掉下来时弹出，梳理器向上运动至一定高度，封堵荔枝枝条，防止后溜，同时梳理器的仿梳子示结构也能起到防止荔枝掉下来时弹出来的作用。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (9)

1.一种梳理式锯齿型机械手臂，其特征在于，包括：

外壳；

多个梳齿，其一体连接所述外壳，阵列分布在所述外壳一侧；

可动锯齿，其与所述梳齿平行设置；

滑动连接机构，其可拆卸设置在所述外壳内，并连接所述可动锯齿；

其中，所述滑动连接机构能够带动所述可动锯齿沿所述梳齿阵列方向滑动。

2.根据权利要求1所述的梳理式锯齿型机械手臂，其特征在于，所述可动锯齿包括：

轮带，其为环形，内侧具有齿；

多个锯齿，其阵列分布在所述轮带外侧。

3.根据权利要求2所述的梳理式锯齿型机械手臂，其特征在于，所述滑动连接机构包括：

第一齿轮，其可旋转支撑在所述外壳内；

第二齿轮，其可旋转支撑在所述外壳内；

其中，所述轮带套设在所述第一齿轮和所述第二齿轮上，并分别与所述第一齿轮和所述第二齿轮啮合。

4.根据权利要求3所述的梳理式锯齿型机械手臂，其特征在于，还包括：

电机；

锥齿轮，其套设在所述电机输出轴；

小齿轮，其与所述第一齿轮同轴设置，并与所述锥齿轮啮合。

5.根据权利要求1所述的梳理式锯齿型机械手臂，其特征在于，所述可动锯齿包括：

锯齿条；

连接件，其一侧可拆卸连接所述锯齿条，所述锯齿条另一侧具有连接孔。

6.根据权利要求5所述的梳理式锯齿型机械手臂，其特征在于，所述滑动连接机构为横向滑杆，其设置在所述外壳内，所述连接件套设在所述横向滑杆上，并能够沿所述滑杆滑动。

7.根据权利要求6所述的梳理式锯齿型机械手臂，其特征在于，还包括：

电机；

旋转轮，其一侧连接所述电机输出轴；

旋转柱，其设置在所述旋转轮另一侧，所述旋转柱设置在所述连接孔内，并能够带动所述连接件移动；

其中，所述旋转柱与所述旋转轮不同轴。

8.根据权利要求4或7所述的梳理式锯齿型机械手臂，其特征在于，还包括梳理器，其设置在所述梳齿下方，并能够沿所述外壳滑动，以调节所述梳理器与所述梳齿之间的距离。

9.一种梳理式锯齿型机械手臂控制方法，其特征在于，可动锯齿相对于梳齿的运动频率为：

其中，δ_k为可动锯齿相对于梳齿的运动频率，D为梳齿间距，n₁为梳齿个数，G₁为可动锯齿有效切割长度，a为可动锯齿的间距，δ₁为可动锯齿的间距，b为可动锯齿宽度，f₀为平均振动频率。