一种翻转式摘果执行器
技术领域
本发明涉及一种翻转式摘果执行器，属于果品采摘机械设备领域。
背景技术
目前，果园采摘要想保证果品的完整无伤，多数都需要投入大量人力进行手工采摘，效率低下、成本较高。特别是对于应季新鲜果品，现有果园机械更是有诸多不足，例如很多摘果器利用刀片切断果品上方的果蒂，从而收入网袋之中，但常常难以避免对果品的意外损伤。虽然对于果酱等特殊果品，可以使用机械振摇式采摘，但对果品高度却有相当的局限性，实际效果仍然不够理想。
通过考察现有果品采摘技术，主要存在的关键问题有三点，一是对果品进行采摘时容易造成果品损伤和缺损；二是工作效率较低，难以真正超越人工采摘；三是现有摘果器结构较复杂，可靠性不高。因此需要设计一种翻转式摘果执行器。
发明内容
针对现有技术中存在的不足和缺陷，本发明提供了一种新的可行的执行器设计方案，利用平面四杆机构的轨迹特性，在夹持住果品后，同时进行翻转与下拉动作，使果品与枝干分离于果蒂脆弱处，最大可能地避免采摘作业对果品的损伤。
本发明针对鲜果采摘所采用的技术方案是一种翻转式摘果执行器，包括上颌1、开合连杆2、上颌连杆3、从动后侧臂4、底座5、翻转舵机支架6、翻转舵机7、翻转舵机连接臂8、主动前侧臂9、从动前侧臂10、开合舵机11、开合舵机支架12、开合舵机连接臂 13、下颌14、颌间销轴15，其特征在于：所述下颌14通过主动前侧臂9、从动前侧臂10 和一对从动后侧臂4连接在底座5上，所述上颌1通过上颌连杆3、颌间销轴15与下颌14 相连，所述开合舵机11通过开合舵机支架12固定于下颌14上，开合舵机11通过开合舵机连接臂13、开合连杆2与上颌1相连接，翻转舵机7通过翻转舵机支架6固定于底座5上，所述主动前侧臂9通过翻转舵机连接臂8与翻转舵机7相连接。
摘果器通过开合舵机11使上颌1与下颌14夹持住果品，翻转舵机7带动机构翻转，使得果品与果蒂分离，而后翻转舵机7复位、开合舵机11复位，摘果器释放果品，使得果品由底座5中央的圆形通孔落下，实现采摘。
机械式摘果执行器的工作原理是：
将机械式摘果执行器安装在机械臂末端，进行果品采摘时，首先使开合舵机11旋转，上颌1及上颌连杆3在开合连杆的推力作用下远离下颌14，采摘手张开；待果品进入上颌1与下颌14之间的空隙中，开合舵机11反转，开合连杆2将上颌1拉向下颌14，采摘手夹紧果品；翻转舵机7顺时针旋转约90°，带动下颌14、上颌1、上颌连杆3夹持着果品进行翻转，使得果蒂弯折断裂，果品与果蒂分离；翻转舵机7反转90°复位，开合舵机11顺时针转动，带动采摘手释放果品，果品随之落入底座5的圆形通孔中，从而进入果品收集装置，开合舵机11反转复位使采摘手回到初始位置，一次果品采摘完成。
摘果执行器的底座5中央设置一圆形通孔，其直径大小能够确保果品顺利通过，通孔可以与柔性传输管相连，以便于果品采摘后的传送与收集。其有益效果是：使得目标果品的收集系统简单可靠，也尽可能地降低了果品在收集过程中的损伤率。
机械式摘果执行器的运动学原理，利用平面四杆机构的轨迹特性，模拟人工采摘过程，实现对果品的弯折动作。其有益效果是：利用平面四杆机构的的轨迹特性，使得对果品的夹持和弯扭动作平稳、迅速、连贯。
摘果执行器的底座5侧面，设计有一安装平台，以便安装翻转舵机支架6，并为翻转舵机7的旋转承受足够的扭矩。其有益效果是：大大提高了摘果执行器的结构强度和稳定性，延长了摘果执行器的工作寿命。
在机械式摘果执行器与果品直接接触的夹持面上，包覆一层形状适应性良好、厚度适中、有足够摩擦系数的柔性材料。其有益效果是：增大夹持面与果品之间的贴合度，增强夹持果品时的可靠性，避免夹持面对果品的损伤。
附图说明
图1、图2为一种翻转式摘果执行器在不同角度的结构图。
图3为一种翻转式摘果执行器的初始状态。
图4为一种翻转式摘果执行器的预备/释放状态。
图5为一种翻转式摘果执行器的夹持/复位状态。
图6为一种翻转式摘果执行器的弯折状态(省略翻转舵机7、翻转舵机支架6)。
具体实施方式
下面结合附图1～6对本发明作更进一步的说明：
一种翻转式摘果执行器，包括上颌1、开合连杆2、上颌连杆3、从动后侧臂4、底座5、翻转舵机支架6、翻转舵机7、翻转舵机连接臂8、主动前侧臂9、从动前侧臂10、开合舵机11、开合舵机支架12、开合舵机连接臂13、下颌14、颌间销轴15，其特征在于：所述下颌14通过主动前侧臂9、从动前侧臂10和一对从动后侧臂4连接在底座5上，所述上颌1通过上颌连杆3、颌间销轴15与下颌14相连，所述开合舵机11通过开合舵机支架 12固定于下颌14上，开合舵机11通过开合舵机连接臂13、开合连杆2与上颌1相连接，翻转舵机7通过翻转舵机支架6固定于底座5上，所述主动前侧臂9通过翻转舵机连接臂8 与翻转舵机7相连接。
上述所述摘果器通过开合舵机11使上颌1与下颌14夹持住果品，翻转舵机7带动机构翻转，使得果品与果蒂分离，而后翻转舵机7复位、开合舵机11复位，摘果器释放果品，使得果品由底座5中央的圆形通孔落下，实现采摘。
所述机械式摘果执行器的一次摘果周期内，摘果器的各主要状态如图3～6所示，依照时间顺序依次为：初始状态、预备状态、夹持状态、弯折状态、复位状态、释放状态、初始状态。初始状态为摘果执行器尚未开始工作时的状态；工作时上下颌张开即为预备采摘状态；待果品伸入上下颌之间，执行器闭合夹持住果品；随后摘果执行器逆时针翻转约90°，果蒂受到弯折而断裂；执行器顺时针返程，到达复位状态；随后上下颌张开，果品被释放并落入下方的圆形收集孔；最终采摘完成，执行器回到初始状态。
本发明机构简单，动作高效，可靠性高，通过调节张口的幅度可以适用于不同果品采摘，作为执行器安装在多种机械臂上执行采摘作业。
对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，在不脱离本发明的原理与精神的情况下，对实施方式所进行的改变、修改、替换和变型仍落入本发明的保护范围之内。
