一种多自由度机械臂桑叶采摘装置的制作方法

本发明涉及农业作物的采摘机械领域，具体是一种多自由度机械臂桑叶采摘装置。

背景技术：

桑叶采摘是桑蚕养殖环节中的最为辛苦的一个环节，我国有着桑蚕养殖的悠久传统和广袤的养殖地域，但是千百年来都沿袭着手工采摘桑叶的劳作方式，不仅效率低，而且对手还有很大的伤害，长期的桑叶采摘使桑农手指变形，骨节粗大。因此，为了解决养殖户桑叶采摘过程中手工采摘速度慢，无法满足社会需求，容易伤手等问题，需要有一种简单实用的机械装置来代替人力的采摘，从而提高桑叶的采摘效率以及减少对桑农手的伤害作用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种多自由度机械臂桑叶采摘装置，能够代替人工实现桑叶采摘的功能，提高桑叶的采摘效率以及减少对桑农手的伤害。

本发明的技术方案是：一种多自由度机械臂桑叶采摘装置，包括行走机构、升降定位机构、方向调节和纵向进给机构以及握持机构，具体结构和连接关系为：

所述行走机构包括万向轮、前轮、桑叶收集箱以及第一挡板，所述万向轮安装在第一挡板下面，前轮安装在第一挡板的左右两侧，桑叶收集箱安装在第一挡板的前方，用于收集采摘好的桑叶。

所述升降定位机构包括第一电机、锥齿轮、第二挡板以及螺杆，所述第一电机固定在第一挡板上，锥齿轮安装在第一电机的转动轴上，螺杆的一端通过键固定在锥齿轮上，螺杆的另一端有外螺纹与第二挡板上的内螺孔相配合，

所述方向调节和纵向进给机构包括第一导轨、第二导轨、导槽、第一支座、第一配套的螺栓和螺母、第二配套的螺栓和螺母，所述第一导轨焊接在水平方向的连杆上，垂直方向的连杆上焊接着一个耳孔，第一配套的螺栓和螺母中的螺栓通过耳孔与第二导轨的一端连接，第二导轨的另一端通过螺栓安装在水平方向的连杆上，导槽的前端通过螺栓与第一支座上部的水平方向的连杆连接，在末端的位置处焊接上一个小滚轮，小滚轮可以在第一导轨中左右滑动，螺杆伸进第一支座的内部，连杆通过第二配套的螺栓和螺母连接在第一支座的上部，

所述握持机构包括握杆、第二支座、导槽轮、第二电机、第三电机、采摘刀片以及机械臂，所述第二支座的下方连接着导槽轮，第二支座的上方通过螺栓连接着第二电机，导槽轮可在第二电机的驱动下沿着导槽作纵向前进和后退运动，握杆焊接在第二支座后方，机械臂焊接在第二支座前方，机械臂的末端安装有第三电机和采摘刀片，第三电机驱动采摘刀片进行工作。

所述升降定位机构升降变化范围为400mm～1100mm。

所述的方向调节和纵向进给机构给进最大长度为800mm，左右的调节角度为80度，垂直方向的调节角度为120度。通过方向调节和纵向进给机构的两个方向的旋转配合，从而实现桑叶采摘工作。

所述第一挡板上焊接有四根丝杆，四根丝杆围成一个矩形，四根丝杆上套有弹簧，并在第二挡板上开四个孔，与四根丝杆的位置相对应，使得第二挡板可以在四根套有弹簧的丝杆上作升降运动。

本发明的突出优点在于：

采用半机械作业代替人工作业，改变了传统的作业方式，提高了工作效率，减少了工人的工作强度和伤害。

装置中的升降定位机构可在竖直方向实现升降，使得握持机构上的桑叶采摘刀具采摘的高度变化范围为400m～1100mm，满足身高在1500mm到1850mm的操作者使用；

装置中的纵向给进机构可在纵向实现桑叶采摘刀具的前进和后退，最大前进距离为800mm，左右的调节角度为80度，垂直方向的调节角度为120度，满足桑叶采摘刀具沿水平方向不同角度和沿轴线不同角度对桑叶的采摘，操作方便，大大减小工人的工作强度。

附图说明

图1是本发明所述多自由度机械臂桑叶采摘装置的结构示意图。

图2是本发明所述多自由度机械臂桑叶采摘装置的行走机构和升降定位机构的第一结构示意图。

图3是本发明所述多自由度机械臂桑叶采摘装置的行走机构和升降定位机构的第二结构示意图。

图4是本发明所述多自由度机械臂桑叶采摘装置的方向调节和纵向进给机构的结构示意图。

图5是本发明所述多自由度机械臂桑叶采摘装置的握持机构的结构示意图

图中标记为：1-握杆、2-第二电机、3-第三电机、4-采摘刀片、5-导槽、6-导槽轮、7-第二导轨、8-桑叶收集箱、9-前轮、10-万向轮、11-第一挡板、12-第二挡板、13-弹簧、14-内螺孔、15-第一电机、16-锥齿轮、17-螺杆、18-第一导轨、19-第一配套的螺栓和螺母、20-第一支座、21-第二配套的螺栓和螺母、22-机械臂、23-第二支座。

具体实施方式

如图1至图5所示，本发明所述多自由度机械臂桑叶采摘装置，包括行走机构、升降定位机构、方向调节和纵向进给机构、握持机构，具体结构和连接关系为：

所述行走机构由万向轮10、前轮9、桑叶收集箱8以及第一挡板11组成，两个万向轮10通过螺纹安装在第一挡板11的下面，两个前轮9通过轴承和连接杆安装在第一挡板11的左右两侧，桑叶收集箱8通过螺钉安装在第一挡板11的前方，用于收集采摘好的桑叶。

所述升降定位机构包括第一电机15、弹簧13、锥齿轮16、第二挡板12以及螺杆17，所述第一电机15通过螺钉固定在第一挡板11上，第一电机15的转动轴上安装有一对啮合的锥齿轮16，螺杆17的一端通过键固定在锥齿轮16上，螺杆17随着锥齿轮16的转动而转动，螺杆17的另一端有外螺纹与第二挡板12上的内螺孔相配合，能够实现升降的功能。第一挡板11上焊接有四根丝杆，四根丝杆围成一个矩形，螺杆17的中心轴作为矩形的中心，四根丝杆上套有弹簧13，第二挡板12上开四个孔，与四根丝杆的位置相对应，第二挡板可以在四根套有弹簧13的四根丝杆上作升降运动。

所述方向调节和纵向进给机构包括第一导轨18、第二导轨7、导槽5、第一支座20、第一配套的螺栓和螺母19以及第二配套的螺栓和螺母21，所述第一支座20的下部是空壳，使得螺杆17能够伸进第一支座20的内部，在第一支座20的上部通过第二配套的螺栓和螺母21连接两根连杆，其中，垂直方向的连杆上焊接着一个耳孔，使得第一配套的螺栓和螺母19中的螺栓能够通过该耳孔与第二导轨7的一端连接，第二导轨7的另一端通过螺栓安装在水平方向的连杆上，第一导轨18焊接在水平方向的连杆上，导槽5的前端通过螺栓与第一支座20上部的水平方向的连杆连接，在末端的位置处焊接有一个小滚轮，小滚轮能够在第一导轨18中左右滑动。

所述握持机构包括握杆1、第二支座23、导槽轮6、第二电机2、第三电机3、采摘刀片4以及机械臂22，第二支座23的下方连接有导槽轮6，第二支座23的上方通过螺栓连接第二电机2，导槽轮6在第二电机2的驱动下沿着导槽5作纵向前进或后退运动，第二支座23后方与握杆1焊接在一起，第二支座23前方与机械臂22焊接在一起，在机械臂22的末端设有第三电机3和采摘刀片4，第三电机3驱动采摘刀片4使其进行工作。

所述升降定位机构升降变化范围为400mm～1100mm。

所述的方向调节和纵向进给机构给进最大长度为800mm，左右的调节角度为80度，垂直方向的调节角度为120度。通过两个方向的旋转配合，从而实现桑叶采摘工作。

工作原理及过程

通过行走机构的万向轮10、前轮9，万向轮10和前轮9的配合能够控制整体机构的转弯，通过握持机构的推动能够实现装置的行走与转弯运动。

第一电机15的转动带动锥齿轮16的转动，进而带动螺杆17的转动，螺杆17上的外螺纹与第二挡板12上的内螺孔14相互配合，当螺杆17转动时使得第二挡板12运动，同时，第一电机15具有正反转功能，能够实现第二挡板12的上下运动，因为螺纹具有自锁功能，当第一电机15停止运动时能够使得第二挡板12在某一个位置固定，从而进行采摘作业，弹簧13套在四根柱子上，能够使得第二挡板12的受力平衡，避免第二挡板12的过度倾斜，使得装置高效运转；人手握着握杆1能够推动整个装置的运动，又能够通过方向调节和纵向进给机构实现机械臂22的左右摆动、垂直方向的摆动、纵向进给运动这三种运动。通过第二电机2能够驱动导槽轮，实现纵向运动；在第一导轨18上能够左右摆动握杆1，实现机械臂22的左右摆动运动；第二导轨7通过固定在第一支座20上的第一配套的螺栓和螺母19的连接使得桑叶采摘刀具在以第二配套的螺栓和螺母21的中心处为支点，实现垂直方向的上下摆动运动。采摘刀片4由第三电机3驱动，进行桑叶的采摘工作

使用方法：

先驱动第三电机3，使采摘刀片4进行运动，然后驱动第一电机15，通过对采摘现场的观察而通过对升降机构来调节桑叶采摘刀具的工作高度，人手握着握杆1，推动着整个机构进行运动，从而进行采摘作业。同时，能够通过第一导轨18和第二导轨7的作用，分别实现机械臂22的左右的摆动运动和上下的摆动运动；第二电机2能够驱动导槽轮6进行纵向的运动从而调节桑叶采摘刀具的前进与后退的运动，通过机构的协调配合，从而实现桑叶的全方位的采摘工作。