本發明屬于農業機械技術領域，特別涉及一種基于負壓吸力的便攜式蘋果采摘裝置。

背景技術：

在蘋果生產作業中，蘋果的采摘作業是最費力、耗時的一個環節。采摘作業質量的好壞，直接影響到蘋果的儲存、加工和銷售，最終影響市場價格和經濟效益。由于采摘作業的復雜性，采摘自動化程度很低，蘋果采摘作業基本上還是手工完成。隨著全球經濟的快速發展和人口老齡化的加劇，蘋果收獲成本不斷提高。因此，發展鮮食蘋果的機械化收獲技術，研究開發蘋果采摘機械，具有重要的意義。

有關蘋果機械化采摘的研究始于20世紀60年代的美國，采用的收獲方式主要是機械振搖式和氣動振搖式，其缺點是果實易損，效率不高，特別是無法進行選擇性的收獲。從20世紀80年代中期開始，隨著電子技術和計算機技術的發展，特別是工業機器人技術、計算機圖像處理技術和人工智能技術的日益成熟，世界各國在收獲采摘機器人的研究上做了大量的工作，試驗成功了多種具有人工智能的收獲采摘機器人。但在實際試驗中，收獲采摘機器人的工作性能并不理想。如蘋果采摘機器人采摘時會出現爪形刀具劃傷果實表皮，影響果實保鮮效果和銷售品相。

目前蘋果采摘機器人的研發存在的主要挑戰是如何快速準確地識別和定位果實。由于蘋果的果柄較短，與果枝形貌接近，不易識別和定位，機器視覺系統的工作量大。利用空氣負壓吸引前方一定范圍內的蘋果，用“識別果實”替代“識別果柄”，目標尺寸大，與環境區別明顯，降低識別和定位的難度，能有效減少機器視覺系統的工作量，提高效率。將空氣負壓應用到采摘機器人末端執行器上，用“識別果實”的方式識別和定位果實，將促進果實和果枝的快速分離，提高采摘機器人采摘作業的效率和質量。

技術實現要素：

本發明的目的在于提出一種對蘋果的損傷更低、采摘效果更好的基于負壓吸力的便攜式蘋果采摘裝置。

本發明的目的是通過以下技術方案實現的：

基于負壓吸力的便攜式蘋果采摘裝置，其包括圓環刀盤1、弧形刀片2、環形轉盤3、殼體4、控制開關9、伸縮桿10、直流電機11和小齒輪12；

其中，殼體4為一中空腔體；

圓環刀盤1固接在殼體4前端；

直流電機11固定在殼體4內，直流電機11的輸出軸上套有小齒輪12；

所述環形轉盤3的外緣設有槽體，所述槽體底部設有輪齒，該輪齒與小齒輪12嚙合；

環形轉盤3和圓環刀盤1之間設置有弧形刀片組；

該弧形刀片組包括三個弧形刀片2，弧形刀片2的刀刃設置在弧形內緣，弧形刀片2兩端設有銷軸；

圓環刀盤1沿其圓周上開有三個孔，相鄰孔之間夾角為120°；環形轉盤3的內側沿徑向設有三個徑向槽，相鄰徑向槽之間夾角為120°；三個弧形刀片2的一端的銷軸與圓環刀盤1上的一個孔轉動連接，另一端的銷軸位于環形轉盤3的一個徑向槽內；使得三個弧形刀片2的刀刃相對，三個弧形刀片2形成一個大小隨其運動變化的開口；

殼體4下方開有與蘋果收集袋8開口大小相等、且不小于三個弧形刀片2形成最大開口的內切圓面積的開口，該開口處設置蘋果收集袋8；

伸縮桿10與殼體4連接，伸縮桿10上設有控制開關9；

離心風機7通過大口徑空氣管6與殼體4后端連通。

弧形刀片2兩端設有不同高度的凸臺，使得三個弧形刀片2分層布置。

在殼體4后端與大口徑空氣管6連接處設置有防護片5，防護片5上開有均勻分布的小孔。

伸縮桿10軸線與殼體4的軸線垂直，與殼體4下方的開口同側且在同一平面上。

環形轉盤3的外緣上設置的槽體的長度為環形轉盤3圓周長度的20％～25％。

弧形刀片2的半徑大于環形轉盤3的半徑，弧形刀片2的弧度為92°～98°。

所述弧形刀片2的弧度為94°。

本發明的有益效果在于：

(1)與人工采摘相比，該采摘裝置的采摘高度更高，采摘范圍更大；

(2)該裝置利用空氣負壓吸引蘋果，降低了蘋果的定位難度，能顯著降低自動化采摘蘋果過程中機器視覺系統的工作量；

(3)該裝置可以根據不同的蘋果種類，選用不同尺寸的刀盤，能夠更好地適應不同環境下的蘋果采摘，便于產品的推廣；

(4)跟爪形采摘刀具相比，該采摘裝置對蘋果的損傷更低，采摘效果更好。

附圖說明

圖1為本發明的基于負壓吸力的便攜式蘋果采摘裝置結構示意圖；

圖2為本發明的基于負壓吸力的便攜式蘋果采摘裝置結構分解圖；

圖3為本發明的基于負壓吸力的便攜式蘋果采摘裝置主要部件(省略離心風機7、蘋果收集袋8和大口徑空氣管6)示意圖；

圖4為本發明的基于負壓吸力的便攜式蘋果采摘裝置主要部件(省略離心風機7、蘋果收集袋8和大口徑空氣管6)分解圖；

圖5a為本發明的基于負壓吸力的便攜式蘋果采摘裝置中的弧形刀片的結構示意圖；

圖5b為本發明的基于負壓吸力的便攜式蘋果采摘裝置中的弧形刀片的側視圖(各弧形刀片具有不同高度凸臺的示意圖)；

圖6a為本發明的弧形刀片組處于第一極限位置，即三個弧形刀片2形成的開口為最大時，圓環刀盤1、弧形刀片2和環形轉盤3安裝關系的正視圖；

圖6b為本發明的弧形刀片組處于第一極限位置，即三個弧形刀片2形成的開口為最大時，圓環刀盤1、弧形刀片2和環形轉盤3安裝關系的后視圖；

圖7a為本發明的設有凸臺的弧形刀片2布置結構示意圖；

圖7b為本發明的未設置凸臺的弧形刀片2布置結構示意圖；

圖8a為本發明的弧形刀片組旋合到第二極限位置，即三個弧形刀片2形成的開口縮至最小時的正視圖；

圖8b為本發明的弧形刀片組旋合到第二極限位置，即三個弧形刀片2形成的開口縮至最小時的后視圖。

附圖標記：

1圓環刀盤 2弧形刀片 3環形轉盤

4殼體 5防護片 6大口徑空氣管

7離心風機 8蘋果收集袋 9控制開關

10伸縮桿 11直流電機 12小齒輪

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發明的具體實施方式作進一步詳細描述。

如圖1～圖4、圖5a所示，基于負壓吸力的便攜式蘋果采摘裝置，包括圓環刀盤1、弧形刀片2、環形轉盤3、殼體4、防護片5、控制開關9、伸縮桿10、直流電機11和小齒輪12。

其中，殼體4為一中空腔體。

圓環刀盤1固接在殼體4前端。

直流電機11固定在殼體4內，直流電機11的輸出軸固接有小齒輪12。

所述環形轉盤3的外緣設有槽體，所述槽體底部設有輪齒，該輪齒與小齒輪12嚙合。優選地，該槽體的長度為環形轉盤3圓周長度的20％～25％。

環形轉盤3和圓環刀盤1之間設置有弧形刀片組。

優選地，該弧形刀片組包括三個弧形刀片2，弧形刀片2的半徑大于環形轉盤3的半徑，弧形刀片2的弧度為92°～98°，本實施例中，優選地，弧形刀片2的弧度為94°，弧形刀片2的刀刃設置在弧形內緣，弧形刀片2兩端設有銷軸。

如圖6a～圖6b所示，圓環刀盤1沿其圓周上設有三個孔，相鄰孔之間夾角為120°，環形轉盤3的內側沿徑向設有三個徑向槽，相鄰徑向槽之間夾角為120°。三個弧形刀片2的一端的銷軸與圓環刀盤1上的一個孔轉動連接，另一端的銷軸位于環形轉盤3的一個徑向槽內，使得三個弧形刀片2的刀刃相對，由于弧形刀片2一端的銷軸可繞圓環刀盤1上的孔轉動，另一端的銷軸可隨環形轉盤3的往復轉動而往復轉動，并可在環形轉盤3的徑向槽中進行往復直線運動，使得三個弧形刀片2形成一個大小隨其運動變化的開口。如圖8a～圖8b所示，為本發明的弧形刀片組旋合到第二極限位置，即三個弧形刀片2形成的開口縮至最小時的狀態。

如圖7b所示，為本發明未設置凸臺的弧形刀片2布置結構示意圖。為了克服無凸臺的弧形刀片2在運動時易上下躥動的問題，本發明實施例中的弧形刀片2兩端設有不同高度的凸臺，如圖5b及圖7a所示，使得三個弧形刀片2分層布置，三片刀片分層排布，通過設置不同高度的凸臺，消除弧形刀片2兩端的銷軸與圓環刀盤1的孔或者環形轉盤3上的徑向槽轉動連接時的間隙，避免運動時弧形刀片2的躥動。

殼體4下方開有與蘋果收集袋8開口大小相等、且不小于三個弧形刀片2形成最大開口的內切圓面積的開口，該開口處設置蘋果收集袋8，用于收集采摘下的蘋果。蘋果下落過程中，蘋果收集袋8對蘋果產生阻力，降低蘋果下落速度，減小蘋果碰撞損傷。

伸縮桿10與殼體4連接。伸縮桿10長度能夠調節，用于采摘高處的蘋果，增大采摘范圍。優選地，伸縮桿10的軸線與殼體4的軸線垂直，與殼體4下方的開口同側且在同一平面上，增大采摘范圍，使操作便捷。

伸縮桿10上設有控制開關9。控制開關9上優選設有閉合、張開和停止三個按鍵，用于控制直流電機11的運轉，其中，閉合、張開按鍵控制直流電機11的正轉、反轉，帶動弧形刀片2開口的縮小、擴大，實現對果柄的切割和弧形刀片2的復位功能；按下停止按鍵，直流電機11立即停止，用于緊急情況下的制動。

離心風機7通過大口徑空氣管6與殼體4后端連通，用于將殼體4內的空氣抽離，使殼體4內與外界環境形成氣壓差，對蘋果產生吸力。

在殼體4后端與大口徑空氣管6連接處設置有防護片5，防護片5上開有均勻分布的小孔，在保證空氣流通順暢情況下，防止蘋果的葉片受負壓進入離心風機7，影響離心風機7的正常工作。

本發明作業時，基于負壓吸力的便攜式蘋果采摘放置，通過伸縮桿10調節采摘高度。開啟離心風機7，使殼體4內部產生負壓。殼體4前端朝向目標蘋果，由于負壓吸引蘋果進入殼體4。按下控制開關9中的閉合按鍵，直流電機11正轉，通過小齒輪12帶動環形轉盤3旋轉，三個弧形刀片2形成的開口不斷縮小，完全閉合后切斷果柄；按下控制開關9中的張開按鈕，直流電機11反轉，通過小齒輪12帶動環形轉盤3旋轉，三個弧形刀片2形成的開口不斷擴大直至復位。收獲的蘋果通過殼體4下方開口落入蘋果收集袋8，完成對蘋果的采摘和收集。

上述各實施例僅用于說明本發明，其中各部件的結構、連接方式等都是可以有所變化，凡是在本發明技術方案的基礎上進行的等同變換和改進，均不應排出在本發明的保護范圍之外。