申请/专利权人：青岛科技大学

申请日：2018-12-17

公开（公告）日：2024-07-05

公开（公告）号：CN109328643B

主分类号：A01D46/24

分类号：A01D46/24;B62D55/065

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.07.05#授权;2019.03.12#实质审查的生效;2019.02.15#公开

摘要：本发明涉及农产品采摘技术领域，具体为一种自平衡式苹果采摘车，其特征在于：包括行走底盘1，所述底盘1为履带式底盘结构，所述底盘1平台中央固定连接有自动调平机构2，所述自动调平机构2通过平面液压连杆进行双向的角度调节，所述自动调平机构2上表面活动连接有水平旋转平台3，所述水平旋转平台3上部串联连接有高度调节升降台4，所述高度调节升降台4通过高度调节丝杠5调节前端机构的高度，所述高度调节丝杠5通过螺纹连接有升降滑台6，所述升降滑台6内部活动连接有水平纵深调节臂8，所述水平纵深调节臂8前端连接有末端采摘器7对目标实施采摘。本发明结构方案合理可行，具有自平衡能力、采摘范围大、工作效率高、成本低廉等优势。

主权项：1.一种自平衡式苹果采摘车，包括底盘1，其特征在于：所述底盘1为履带式底盘结构，所述底盘1平台中央固定连接有自动调平机构2，所述自动调平机构2通过平面液压连杆进行双向的角度调节，所述自动调平机构2上平台活动连接有水平旋转平台3，所述水平旋转平台3上部串联连接有高度调节升降台4，所述高度调节升降台4通过高度调节丝杠5调节前端机构的高度，所述高度调节丝杠5通过螺纹连接有升降滑台6，所述升降滑台6内部活动连接有水平纵深调节臂8，所述水平纵深调节臂8前端固定连接有末端采摘器7，所述末端采摘器7采用三爪聚合水平剪切的采摘方式，通过弹性复位式剪切装置对目标果梗实施剪切；所述底盘1上平台中央固定连接有所述自动调平机构2，所述自动调平机构2通过第一调平液压缸24、第二调平液压缸27、第三调平液压缸28配合运动实现上部机构的调平，底部通过调平底座22固定连接于所述底盘1上，所述调平底座（22）上活动连接有底部连杆23，所述底部连杆23为变三角形结构，该变三角形结构第一边为所述调平底座22，第二边、第三边均为底部连杆23，其中一边的底部连杆23与调平底座滑动连接；所述底部连杆23在所述自动调平机构2进行调平时绕所述调平底座22上的铰支点作旋转运动，以达到机构的平衡；所述底部连杆23活动支撑有横向摆杆25，所述横向摆杆25在所述第一调平液压缸24、第三调平液压缸28的协调驱动下实现上部机构在横向上的平衡；所述横向摆杆25上部通过销轴活动连接有纵向摆杆26，所述纵向摆杆26一侧通过销轴与所述第二调平液压缸27活动连接；所述水平纵深调节臂8前端固定安装有所述末端采摘器7，所述末端采摘器7采用三爪聚合的方式对目标实现抓取，其动力源为抓取步进电机41，固定安装于所述末端采摘器7的抓取电机箱体42内部，所述抓取步进电机41的输出轴通过联轴器固定连接有抓取丝杠37，所述抓取丝杠37通过螺纹与手腕型连台38活动连接，所述手腕型连台38两侧通过销轴活动连接有执行手爪34，通过所述手腕型连台38在所述抓取丝杠37上作直线运动来实现所述执行手爪34的张合动作；所述抓取电机箱体42上部与所述弹性复位式剪切装置39固定连接，所述弹性复位式剪切装置39内部安装有通过钢丝绳45串联在一起的滑轮组46、联轴套筒44、第一刀片35以及第二刀片36，所述第一刀片35和第二刀片36通过销轴活动连接，成剪叉结构，剪叉结构一端通过复位弹簧43连接，所述弹性复位式剪切装置39箱盖上方与剪切步进电机40固定安装。

全文数据：一种自平衡式苹果采摘车技术领域本发明涉及农产品采摘技术领域，具体为一种自平衡式苹果采摘车。背景技术在我国，苹果果园的种植模式以家庭为单位分散种植为主，果品的成熟期比较集中，收获时间特别重要，大部分情况下要在离地一定高度收获，收获时既要及时，又要保证果品质量及人、树安全，但目前在我国果园劳动基本上以人力劳动为主，绝大多数地区仅靠简单的梯架来收获，劳动强度大，安全性差。对规模较大的果园，仅靠人力很难满足要求。其次，社会人口老龄化和农业劳动力的减少，也使得农业生产成本大幅度提高。采用机器人代替人力劳动是未来农业生产的趋势。果园作业机械可以实现果园的规范化管理，大幅减轻果农的劳动强度，提高生产效率，节约劳动成本，提高经济效益，同时还能减少林果病虫害的发生，提高果品品质。目前我国正加大农业采摘机械化的研究力度，但是由于果品离地具有一定高度加之果园地面不平整，使得采摘设备的平衡性难以掌控。另一方面，苹果采摘后应保持美观度，包括表面无损伤、带有果梗等，这也一定程度上增加了苹果采摘机械化的难度。所以如何设计一种对果园地形环境适应度性较高的机械自动化的苹果采摘设备，成为我们当前要解决的问题。发明内容本发明的目的在于提供一种自平衡式苹果采摘车，以解决上述技术背景中提出的苹果采摘难以及设备平衡性能不足的问题。为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种自平衡式苹果采摘车，包括行走机构，其特征在于：所述行走机构为履带式底盘结构，所述行走机构平台中央固定连接有自动调平机构，所述自动调平机构通过平面液压连杆进行双向的角度调节，所述自动调平机构上平台活动连接有水平旋转平台，所述水平旋转平台上部串联连接有高度调节升降台，所述高度调节升降台通过高度调节丝杠调节前端机构的高度，所述高度调节丝杠通过螺纹连接有升降滑台，所述升降滑台内部活动连接有水平纵深调节臂，所述水平纵深调节臂前端固定连接有末端采摘器，所述末端采摘器采用三爪聚合水平剪切的采摘方式，通过剪切电机、复位弹簧等部件组成弹性复位式剪切装置对目标果梗实施剪切。进一步的，所述底盘主要为腔体结构，其内腔放置有自动调平机构驱动系统以及履带驱动系统，两侧固定安装有驱动轮、导向轮、托带轮、支重轮，组成履带轮系，所述履带轮系外围缠绕有履带。进一步的，所述底盘上平台中央固定连接有自动调平机构，所述自动调平机构通过三个调平液压缸配合运动实现上部机构的调平，底部通过调平底座固定连接于所述调平底盘上，所述底座上活动连接有底部连杆，所述底部连杆为变三角形结构，该三角形第一边为所述底座，第二边为底部连杆，所述底部连杆在所述自动调平机构进行调平时作绕所述调平底座上的铰支点作旋转运动从，该变三角形结构在两个以达到机构的平衡。所述底部连杆活动支撑有横向摆杆，所述横向摆杆在两个调平液压缸的协调支撑下实现上部机构在横向上的平衡。所述横向摆杆上部通过销轴活动连接有纵向摆杆，所述纵向摆杆一侧通过销轴与所述调平液压缸活动连接。进一步的，所述纵向摆杆顶面通过推力球轴承活动安装有水平旋转平台，所述水平旋转平台由步进电机驱动，通过齿轮组传力动力至水平旋转箱座。所述水平旋转箱座通过法兰端盖固定安装有高度调节升降台，所述高度调节升降台由铝制板材作为支撑，内部通过轴承活动安装有高度调节丝杠，固定安装有升降导向轴，所述高度调节升降台顶部固定安装有升降步进电机，并通过刚性凸缘联轴器固定连接在所述高度调节丝杠顶端。所述高度调节丝杠通过螺纹活动连接有升降滑台，所述升降滑台两侧安装有电磁铁抱闸，当所述升降滑台到达指定高度时，所述电磁铁抱闸通电加紧所述高度调节升降台左右两侧板以锁定机构的高度。进一步的，所述升降滑台内部固定安装有纵深步进电机，所述纵深步进电机通过齿轮齿条机构控制所述水平纵深调节臂沿所述自平衡苹果采摘车前进方向的垂直方向作直线运动，所述水平纵深调节臂主框架由水平纵深导向轴支撑，一端固定安装有水平配重块，以调整所述水平纵深调节臂的重心。进一步的，所述水平纵深调节臂前端固定安装有末端采摘器，所述末端采摘器采用三爪聚合的方式对目标实现抓取，其动力源为抓取步进电机，固定安装于所述末端执行器的抓取电机箱体内部所述抓取步进电机的输出轴通过联轴器固定连接有抓取丝杠，所述抓取丝杠通过螺纹与手腕型连台活动连接，所述手腕型连台两侧通过销轴活动连接有执行手爪，通过所述手腕型连台在所述抓取丝杠上作直线运动来实现所述执行手爪的张合动作。进一步的，所述抓取电机箱体上部固定安装有剪切控制箱，所述剪切控制箱内部安装有滑轮组、联轴套筒以及两个刀片，通过钢丝绳串联在一起，所述刀片通过销轴活动连接，构成剪叉结构，剪叉结构一端通过复位弹簧连接，所述剪切控制箱箱盖上固定安装有剪切步进电机，与联轴套筒固定连接。与现有的苹果采摘机械相比，本发明的有益效果是：该自平衡式苹果采摘车，能在平坦或有轻微坡度的地面灵活移动于果树枝叶之间，对果实损伤较低，采摘效率高而又运作稳定，具有重要的研究意义和实际价值，不仅可以减轻劳动强度、提高生产效率，而且具有广阔的市场应用前景，对推进我国农业机械化水平、进一步提高农业经济有重大意义。附图说明图1是本发明的自平衡式苹果采摘车整体结构图图2是本发明的自平衡式苹果采摘车整体结构侧视图图3是本发明的自动调平机构结构图图4是本发明的水平旋转平台剖视图图5是本发明的升降滑台及水平纵深调节臂结构图图6是本发明的末端执行器结构图图中1.底盘2.自动调平机构3.水平旋转平台4.高度调节升降台5.高度调节丝杠6.升降滑台7.末端采摘器8.水平纵深调节臂9.升降导向轴10.升降步进电机11.刚性凸缘联轴器12.水平纵深导向轴13.水平配重块14.法兰端盖15.水平旋转座16.履带17.导向轮18.支重轮19.托带轮20.驱动轮21.电磁铁抱闸22.调平底座23.底部连杆24.调平液压缸25.横向摆杆26纵向摆杆27.调平液压缸28.调平液压缸29.止推轴承30.齿轮组31.步进电机32.纵深步进电机33.齿轮齿条机构34.执行手爪35.刀片36.刀片37.抓取丝杠38.手腕型连台39.弹性复位式剪切装置40.剪切步进电机41.抓取步进电机42.抓取电机箱体43.复位弹簧44.联轴套筒45.钢丝绳46.滑轮组具体实施方式如图1-图6所示，底盘1过履带16承载设备行走于苹果采摘园中，当到达目标位置时，停车。水平旋转平台3调整高度调节升降台4的水平角度，具体为步进电机31通过带动齿轮组30旋转从而使法兰端盖14旋转，高度调节升降台4下端盖通过螺栓与法兰端盖14固定连接。自动调平机构2调整高度调节升降台4的竖直角度，具体为通过调平液压缸24、调平液压缸28的协调驱动来调整横向摆杆25的角度，通过调平液压缸27来调整纵向摆杆26的角度。当整体重心达到稳定性要求后，升降步进电机10通过带动高度调节丝杠5旋转进而使升降滑台6沿高度调节丝杠5轴线方向上下运动，当到达目标高度时，电磁铁抱闸21通电抱紧高度调节升降台4侧壁从而锁定高度。此时纵深步进电机32通过齿轮齿条机构33驱动水平纵深调节臂8沿水平纵深导向轴12的轴向作直线运动，从而使末端执行器7深入树冠，接近目标苹果。采摘时，抓取步进电机41通过驱动抓取丝杠37旋转，从而使手腕型连台38向远离抓取步进电机41的方向运动，根据连杆机构的特性，执行手爪34会随着手腕型连台38的运动张开，纵深步进电机32继续驱动水平纵深调节臂8运动至执行手爪34包覆住目标苹果并确保果梗位于刀片35和刀片36之间，此时抓取步进电机41反转，驱动抓取丝杠37旋转使执行手爪34闭合，至目标苹果与执行手爪34之间存在合适的接触压力。剪切步进电机40驱动联轴套筒44旋转，通过钢丝绳45和滑轮组46传递动力是两个刀片闭合，切断果梗。水平纵深调节臂8、升降滑台6、水平旋转平台3、自动调平机构2先后运动至初始位置，执行手爪34张开，完成采摘。

权利要求：1.一种自平衡式苹果采摘车，包括底盘1，其特征在于：所述底盘1为履带式底盘结构，所述底盘1平台中央固定连接有自动调平机构2，所述自动调平机构2通过平面液压连杆进行双向的角度调节，所述自动调平机构2上平台活动连接有水平旋转平台3，所述水平旋转平台3上部串联连接有高度调节升降台4，所述高度调节升降台4通过高度调节丝杠5调节前端机构的高度，所述高度调节丝杠5通过螺纹连接有升降滑台6，所述升降滑台6内部活动连接有水平纵深调节臂8，所述水平纵深调节臂8前端固定连接有末端采摘器7，所述末端采摘器7采用三爪聚合水平剪切的采摘方式，通过剪切步进电机40、复位弹簧43等部件组成弹性复位式剪切装置对目标果梗实施剪切。2.根据权利要求1所述的自平衡式苹果采摘车，其特征在于：所述底盘1主要为腔体结构，其内腔放置有所述自动调平机构2驱动系统以及履带驱动系统，两侧固定安装有驱动轮20、导向轮17、托带轮19、支重轮18，组成履带轮系，所述履带轮系外围缠绕有履带16。3.根据权利要求1、2所述的自平衡式苹果采摘车，其特征在于：所述底盘1上平台中央固定连接有所述自动调平机构2，所述自动调平机构2通过调平液压缸24、调平液压缸27、调平液压缸28配合运动实现上部机构的调平，底部通过调平底座22固定连接于所述底盘1上，所述底座上活动连接有底部连杆23，所述底部连杆23为变三角形结构，该三角形第一边为所述调平底座22，第二边为底部连杆23，所述底部连杆23在所述自动调平机构2进行调平时作绕所述调平底座22上的铰支点作旋转运动从，该变三角形结构在两个以达到机构的平衡。所述底部连杆23活动支撑有横向摆杆25，所述横向摆杆25在所述调平液压缸24、调平液压缸28的协调驱动下实现上部机构在横向上的平衡。所述横向摆杆25上部通过销轴活动连接有纵向摆杆26，所述纵向摆杆26一侧通过销轴与所述调平液压缸27活动连接。4.根据权利要求1、3所述的自平衡式苹果采摘车，其特征在于：所述纵向摆杆26顶面通过止推轴承29活动安装有所述水平旋转平台3，所述水平旋转平台3由步进电机31驱动，通过齿轮组30传力动力至水平旋转座15。所述水平旋转座15通过法兰端盖14固定安装有所述高度调节升降台4，所述高度调节升降台4由铝合金板材作为支撑，内部通过轴承活动安装有所述高度调节丝杠5，固定安装有升降导向轴9，所述高度调节升降台4顶部固定安装有升降步进电机10，并通过刚性凸缘联轴器11固定连接在所述高度调节丝杠5顶端。所述高度调节丝杠5通过螺纹活动连接有所述升降滑台6，所述升降滑台6两侧安装有电磁铁抱闸21，当所述升降滑台6到达指定高度时，所述电磁铁抱闸21通电加紧所述高度调节升降台4左右两侧板以锁定机构的高度。5.根据权利要求1、5所述的自平衡苹果采摘车，其特征在于：所述升降滑台6内部固定安装有纵深步进电机32，所述纵深步进电机32通过齿轮齿条机构33控制所述水平纵深调节臂8沿所述自平衡苹果采摘车前进方向的垂直方向作直线运动，所述水平纵深调节臂8主框架由水平纵深导向轴12支撑，一端固定安装有水平配重块13，以调整所述水平纵深调节臂8的重心。6.根据权利要求1、6所述的自平衡苹果采摘车，其特征在于：所述水平纵深调节臂8前端固定安装有所述末端采摘器7，所述末端采摘器7采用三爪聚合的方式对目标实现抓取，其动力源为抓取步进电机41，固定安装于所述末端执行器7的抓取电机箱体42内部所述抓取步进电机41的输出轴通过联轴器固定连接有抓取丝杠37，所述抓取丝杠37通过螺纹与手腕型连台38活动连接，所述手腕型连台38两侧通过销轴活动连接有执行手爪34，通过所述手腕型连台38在所述抓取丝杠37上作直线运动来实现所述执行手爪34的张合动作。7.根据权利要求1、7所述的自平衡苹果采摘车，其特征在于：所述抓取电机箱体42上部与所述弹性复位式剪切装置39固定连接，所述弹性复位式剪切装置39内部安装有滑轮组46、联轴套筒44、刀片35以及刀片36，通过钢丝绳45串联在一起，所述刀片35和刀片36通过销轴活动连接，成剪叉结构，剪叉结构一端通过所述复位弹簧43连接，所述弹性复位式剪切装置39箱盖上方与所述剪切步进电机40固定安装。

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