一种番茄采摘装置

1.本实用新型涉及农作物采摘技术领域，尤其涉及一种番茄采摘装置。


背景技术：

2.随着社会发展和人们对生活品质的追求，市场对番茄的质量需求和加工产量逐步提高。但是长时间以来，由于番茄皮薄易损、茎易倒伏的特性，导致番茄采摘困难，采摘下的番茄的质量得不到有效保证。随着劳动力成本逐年上升，劳动力紧张、采摘困难、成本加大已经成为限制番茄产业发展的主要问题，损伤小自动化程度高的机械化采收成为未来番茄产业发展的方向。
3.随着采摘番茄设备的多样化，采摘番茄采摘的效率和过程直接决定了番茄的价值，采摘时应轻摘轻放，摘时最好不带果蒂，以防运输中造成损失。但现有技术中番茄采摘设计并没有充分考虑到番茄的特性，大多数采摘器主要由夹持器及一个裁剪工具组成，不仅采摘效率较低，而且在采摘过程中没有完整的去除果梗，采摘后番茄以整串收获，还需人工进行茎果分离，未对每个番茄进行处理，达不到一体化和自动化的要求，还会使得番茄在运输中造成一定程度的损伤，从而影响销售价格。


技术实现要素：

4.本实用新型提供一种番茄采摘装置，用以解决现有技术中番茄采摘番茄果实损伤率高、自动化程度低、需人工去除果梗的问题。
5.本实用新型提供一种番茄采摘装置，包括伸缩吸附组件、采摘组件、第一驱动机构和第二驱动机构；
6.所述伸缩吸附组件包括后套筒、伸缩杆、吸盘和真空气泵，所述第一驱动机构与所述伸缩杆固定连接，所述吸盘固定于所述伸缩杆远离所述第一驱动机构的一端，所述真空气泵与所述吸盘连接；
7.所述采摘组件包括前套筒、气囊和充气泵，所述前套筒的一端开口，所述吸盘用于吸取番茄并在所述第一驱动机构的作用下进出所述前套筒，所述前套筒的另一端与所述后套筒可转动连接，所述第二驱动机构用于驱动所述前套筒相对所述后套筒转动，所述气囊安装于所述前套筒的内壁，所述气囊与所述充气泵通过气管相连以夹持番茄。
8.根据本实用新型的番茄采摘装置，所述后套筒靠近所述前套筒的一端设有连接管路，所述前套筒靠近所述后套筒的一端设有第一通孔，所述第一通孔内安装有轴承，所述前套筒通过所述轴承套设于所述连接管路。
9.根据本实用新型的番茄采摘装置，所述吸盘包括吸盘本体和吸盘管；
10.所述吸盘管穿过所述连接管路，所述吸盘管的一端与所述伸缩杆连接，另一端与所述吸盘本体连接；
11.所述真空气泵位于所述后套筒的内腔，所述吸盘管通过真空气管与所述真空气泵连接。
12.根据本实用新型的番茄采摘装置，所述第二驱动机构包括旋转电机、第一齿轮和第二齿轮，所述旋转电机安装于所述后套筒靠近所述前套筒的一侧，所述第一齿轮与所述旋转电机的驱动轴固定连接，所述第二齿轮套设于所述轴承，所述第一齿轮与所述第二齿轮啮合。
13.根据本实用新型的番茄采摘装置，还包括番茄茎正位机构；
14.所述番茄茎正位机构包括依次连接的前叉、转换装置和抓手；
15.所述抓手和所述前叉活动安装于所述前套筒的内腔，所述抓手在所述气囊夹持的番茄的作用下，通过所述转换装置推动所述前叉调整番茄茎。
16.根据本实用新型的番茄采摘装置，所述转换装置包括楔形块、连杆和导轨；
17.所述导轨固定于所述前套筒的外壁，所述连杆可滑动地安装于所述导轨，所述连杆的一端通过摇臂杆与所述抓手连接，所述抓手与所述摇臂杆可转动连接，所述连杆的另一端与所述楔形块固定连接；
18.所述前叉包括依次连接的滚子、前叉杆和前叉本体，所述滚子可移动地连接于所述楔形块，所述楔形块与所述滚子连接的表面倾斜于水平面或竖直面，所述前叉本体位于所述前套筒的内腔，。
19.根据本实用新型的番茄采摘装置，所述楔形块与所述滚子连接的表面设有凹槽，所述滚子可活动地连接于所述凹槽；和/或
20.所述前套筒设有限位滑道，所述限位滑道沿所述前套筒的径向延伸，所述前叉杆可活动地穿设于所述限位滑道。
21.根据本实用新型的番茄采摘装置，所述番茄茎正位机构还包括拉伸弹簧，所述拉伸弹簧的一端与所述楔形块固定连接，另一端与所述导轨固定连接。
22.根据本实用新型的番茄采摘装置，还包括摄像头，所述摄像头用于定位番茄的位置。
23.根据本实用新型的番茄采摘装置，所述气囊的表面安装有压力传感器，所述压力传感器与所述充气泵通信连接。
24.本实用新型提供的番茄采摘装置，通过吸盘吸附番茄，增强抓取的稳定性；通过伸缩杆将番茄拉入前套筒，并由气囊将番茄固定，减少采摘过程中番茄的损伤；通过前套筒旋转，将番茄从番茄茎上旋拧下来，使采摘的番茄完整无损伤，且不带有茎和叶，简化了后续食品加工的步骤，不仅降低了番茄果实损伤率，还提高了番茄采摘效率，体现了高自动化和一体化，与其他采摘机器人的末端执行器具有互换性，适用性强。
附图说明
25.为了更清楚地说明本实用新型或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1是本实用新型实施例提供的番茄采摘装置的结构示意图；
27.图2是本实用新型实施例提供的番茄茎正位机构的结构示意图；
28.图3是本实用新型实施例的采摘组件的结构示意图；
29.图4是本实用新型实施例的气囊的结构示意图；
30.附图标记：
31.1、第一驱动机构；2、伸缩杆；3、摄像头；4、后套筒；5、真空气泵；6、旋转电机；7、番茄茎正位机构；71、楔形块；72、导轨；73、连杆；74、拉伸弹簧；75、摇臂杆；76、抓手；77、前叉本体；8、气囊；9、吸盘本体；10、充气泵；11、前套筒；12、电滑环；13、气压传感器；14、电磁阀；15、压力传感器；16、第一齿轮；17、第二齿轮。
具体实施方式
32.为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型中的附图，对本实用新型中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
33.下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
34.本实用新型实施例提供的番茄采摘装置，包括伸缩吸附组件、采摘组件、第一驱动机构和第二驱动机构。
35.如图1所示，伸缩吸附组件包括后套筒4、伸缩杆2、吸盘和真空气泵5，第一驱动机构1与伸缩杆2固定连接，吸盘固定于伸缩杆2远离第一驱动机构1的一端，真空气泵5与吸盘连接，为吸盘提供气源。
36.采摘组件包括前套筒11、气囊8和充气泵10。前套筒11的一端开口，便于番茄进入前套筒11内腔，吸盘用于吸取番茄并在第一驱动机构1的作用下进出前套筒11。前套筒11的另一端与后套筒4可转动连接，气囊8安装于前套筒11的内壁，气囊8与充气泵10通过气管相连以夹持番茄。充气泵10可以安装于前套筒11的内腔，也可以如图1所示安装于前套筒11的外部。
37.第一驱动机构1安装于后套筒4，与伸缩杆2固定连接，第一驱动机构1用于驱动伸缩杆2轴向运动，进而带动吸盘运动。伸缩杆2伸长时，吸盘伸出前套筒11，吸附番茄；伸缩杆2缩短时，吸盘将番茄拉入前套筒11。
38.番茄进入前套筒11后，充气泵10为气囊8充气，如图3所示，气囊8的内表面形成包裹番茄的约束体，实现对番茄的固定。需要说明的是，为了保证对番茄的固定效果，如图3所示，气囊8呈圆筒状围绕前套筒11内壁的周向一圈安装。也可以在前套筒11内壁交错安装多个气囊8，能保证对番茄的固定的稳固性即可。
39.对番茄固定完成后，真空气泵5放气，吸盘不再吸附番茄，第二驱动机构驱动前套筒11相对后套筒4转动，将番茄从番茄茎上旋拧下来。
40.本实用新型提供的番茄采摘装置，通过吸盘吸附番茄，增强抓取的稳定性；通过伸缩杆将番茄拉入前套筒，并由气囊将番茄固定，减少采摘过程中番茄的损伤；通过前套筒旋转，将番茄从番茄茎上旋拧下来，使采摘的番茄完整无损伤，且不带有茎和叶，简化了后续食品加工的步骤，不仅降低了番茄果实损伤率，还提高了番茄采摘效率，体现了高自动化和一体化，与其他采摘机器人的末端执行器具有互换性，适用性强。
41.后套筒4靠近前套筒11的一端端面设有垂直于该端面的连接管路，连接管路为中空结构。前套筒11靠近后套筒4的一端设有第一通孔，第一通孔内固定安装有轴承，前套筒11通过轴承套设于连接管路，从而在第二驱动机构的带动下沿轴心转动。轴承与连接管路固定连接，例如采用过盈配合的方式安装，保证前套筒11的旋转时的精度与稳定性，也能防止前套筒11发生轴向运动导致脱出。
42.吸盘包括吸盘本体9和吸盘管，吸盘管的一端与伸缩杆2连接，另一端与吸盘本体9连接。吸盘管穿设于连接管路，在伸缩杆2的带动下，吸盘管沿连接管路做轴向直线运动。
43.在本实施例中，真空气泵5与伸缩杆2均位于后套筒4的内腔，吸盘管通过真空气管与真空气泵5连接。例如，真空气泵5安装于后套筒4的内壁，伸缩杆2连接吸盘管的端部，吸盘管的侧壁开有用于连接真空气管的通孔，使吸盘管在自由伸缩的同时保证吸盘本体9的吸附效果。又如，真空气泵5安装于伸缩杆2的端部，真空气泵5与吸盘管通过真空气管连接或直接相连。本实用新型对真空气泵5的安装位置不做限定，能为吸盘提供气源即可。
44.真空气管与真空气泵5之间安装有气压传感器13，用于确定吸盘本体9对番茄的吸附效果，决定伸缩杆2的工作状态。
45.第二驱动机构包括旋转电机6、第一齿轮16和第二齿轮17。旋转电机6安装于后套筒4靠近前套筒11的一侧，也可以安装于后套筒4的侧壁。第一齿轮16与旋转电机6的驱动轴固定连接，第二齿轮17套设于轴承且与轴承固定连接，第一齿轮16与第二齿轮17啮合。旋转电机6带动第一齿轮16转动，并进一步带动第二齿轮17和轴承外圈转动，使与轴承外圈固定连接的前套筒11沿轴心转动。
46.由于番茄被拉入前套筒11后，番茄茎可能倾斜于前套筒11的轴心，影响番茄的旋拧采摘，因此本实用新型实施例提供的番茄采摘装置还包括番茄茎正位机构7，用于将番茄茎调整至平行于前套筒11轴心，便于采摘番茄。
47.番茄茎正位机构7包括依次连接的前叉、转换装置和抓手76。
48.抓手76和前叉均活动安装于前套筒11的内腔，抓手76在气囊8夹持的番茄的作用下，通过转换装置推动前叉调整番茄茎。
49.如图2所示，抓手76位于靠近后套筒4的一侧，前叉位于远离后套筒4的一侧。转换装置固定于前套筒11，转换装置将抓手76的旋转运动转换成前叉的轴向直线运动。番茄被拉入前套筒11后，触碰到抓手76，迫使抓手76发生摆动，并推动转换装置，带动前叉直线运动，将番茄茎压至平行于前套筒11轴心，实现番茄茎的正位。前叉可以垂直于前套筒11轴心，也可以朝向远离前套筒11的方向倾斜，能将番茄茎正位即可。
50.转换装置包括楔形块71、连杆73和导轨72。导轨72通过角支架固定于前套筒11的外壁，导轨72平行于前套筒11轴心，连杆73可滑动地安装于导轨72，连杆73的一端通过摇臂杆75与抓手76连接，抓手76与摇臂杆75可转动连接，连杆73的另一端与楔形块71固定连接。
51.前叉包括依次连接的滚子、前叉杆和前叉本体77，滚子可移动地连接于楔形块71，前叉本体77位于前套筒11的内腔。楔形块71沿平行于前套筒11轴心的方向的截面呈三角形，楔形块71与滚子连接的表面倾斜于水平面或竖直面。
52.番茄被拉入前套筒11后，触碰到抓手76，迫使抓手76发生摆动，使连杆73向左水平运动，并带动楔形块71同步运动，楔形块71与滚子连接的倾斜表面推动滚子向下运动，带动前叉杆向下运动，前叉本体77将番茄茎压至平行于前套筒11轴心。需要说明的是，上述“左”、“下”均为图2中所示的方向。
53.楔形块71与滚子连接的表面设有凹槽，滚子可活动地连接于凹槽，例如可以嵌设于凹槽中，滚子以凹槽为轨道运动，既起到了连接前叉与楔形块71的作用，又能使楔形块71推动前叉做直线运动。
54.可选地，前套筒11设有限位滑道，用于限定前叉杆的运动。限位滑道沿前套筒11的径向延伸，前叉杆可活动地穿设于限位滑道，并沿着限位滑道运动。
55.可选地，前套筒11还设有第二限位滑道，用于限定摇臂杆75的摆动范围。
56.番茄茎正位机构7还包括拉伸弹簧74，拉伸弹簧74的一端与楔形块71固定连接，另一端与导轨72固定连接。当番茄被拉入前套筒11且连杆73向左运动时，拉伸弹簧74被拉伸；当番茄离开前套筒11后，拉伸弹簧74收缩，使前叉、楔形块71、连杆73和抓手76都复位。
57.为了获取番茄的位置，实现番茄采摘装置的工作定位，还设置有摄像头3。摄像头3可以安装于后套筒4，也可以安装于前套筒11，能在采摘前准确获取番茄的位置即可。
58.为提高位置信息的准确度，精确测量番茄采摘装置与番茄之间的距离，可采用双目识别摄像头。
59.如图4所示，气囊8的表面安装有压力传感器15，用于测量番茄表面受到的压力，压力传感器15与充气泵10通信连接，压力传感器15向充气泵10反馈压力大小，充气泵10以此为依据调整自身的工作状态。如图3所示，气囊8与充气泵10之间还连接电磁阀14，电磁阀14安装于前套筒11的外部。
60.本实施例中，采用多个气囊8同步充放气，在气囊8充气固定番茄后，为防止番茄受到的压力过大造成果实损坏，气囊8在电磁阀14的作用下按照一定梯度逐步分级放气，直至压力传感器15检测到番茄受到的压力满足预先设定的压力值时，压力传感器15向充气泵10发送信号，使充气泵10停止充气。需要说明的是，预先设定的压力值需保证番茄固定的可靠性和安全性，既能固定番茄，又不会对番茄造成损伤，还可以使番茄在气囊8形成的约束体中进行位置微调。
61.在另一实施例中，番茄被拉入前套筒11后，气囊8按照一定梯度逐步分级充气，直至压力传感器15检测到番茄受到的压力满足预先设定的压力值时，压力传感器15向充气泵10发送信号，使充气泵10停止充气，随后进行番茄茎的正位与番茄的旋拧采摘。
62.分级充气或放气的气囊8使番茄在被稳定包裹的同时能够实现自我位置的调节，在番茄茎正位机构7调整番茄茎时，番茄也能对应地实现位置微调，保证旋拧采摘的效果。
63.优选地，压力传感器15采用电阻式薄膜压力传感器，粘附在气囊8的表面。
64.前套筒11还可以设置电滑环12，传输能源与信号，防止导线在前套筒11旋转的过程中发生缠绕。
65.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。