CN216853286U - 基于球齿轮的菌菇采摘防撞针状机械手装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于球齿轮的菌菇采摘防撞针状机械手装置，包括固定板、两个方向上的主动球齿轮、从动球齿轮、控制电机、防撞针机构和针状末端；固定板上设置有控制电机固定端和主动球齿轮固定安装端，主动球齿轮安装在固定安装端，控制电机固接在固定端；控制电机与主动球齿轮通过联轴器连接，两个方向上的主动球齿轮与从动球齿轮啮合；防撞针装置与从动球齿轮相连接，与从动球齿轮同向转动；针状末端嵌套在防撞针装置中。本实用新型采用球齿轮传动、防撞针及防脱落针状机械手装置，代替了现有生产线上的抓取类机械手或者人工筛选摘取菌菇，能够很大程度上减少菌菇损伤，提高了工作效率，提高了生产线的工作效率。

Description

基于球齿轮的菌菇采摘防撞针状机械手装置

技术领域

本实用新型涉及农业自动化生产技术领域，特别涉及基于球齿轮的菌菇采摘防撞针状机械手装置。

背景技术

随着农业技术的发展，农业生产规模化已成为了既定趋势，有很大一部分种植行业已经开始规模化、生产化生产。例如，食用菌工厂化种植已经普遍至全国各个省、市、直辖市，产量逐年增加。工厂化生产食用菌，菇房环境要求高，恒温，采摘要求高，目前食用菌菇在各个阶段都需要人工分拣，工作时间长，劳动强度大，容易对菌菇及环境产生影响。

在菌菇生长过程中，由于各个菌菇长势不均，工厂化生产需要人工进行多次的分拣与剔除，将一些长势不够良好的菌菇直接摘除。所以，采用剔除、分拣机器势在必行，而摘除机械手为关键部位，需要基于机械视觉对区域内特定的菌菇进行剔除。

2019年，南京航空航天大学的叶明等人发明了一种基于机器视觉的蘑菇自动采摘***及方法，（授权公告号：CN107046933B）。该发明的优点是此发明公布了一种基于机械视觉的蘑菇自动采摘***，实现了对观测图像中蘑菇的定位的算法。缺点是此发明的机械手部分为气囊片控制，对于紧挨在一起的蘑菇可能会出现抓取不到的现象。

2020年，中国矿业大学的程鼎豪等人发明了一种采摘机械手末端执行器，（授权公告号：CN210143460U），该实用新型的优点是利用液体介质受压产生膨胀，来控制弹性材料制成的加持套，利用加持套上的凹槽来夹取蘑菇。缺点是当生产线上蘑菇尺寸悬殊过大，该加持套就不能实现对蘑菇的普遍抓取。

2021年，张一帆等人发明了一种蘑菇采摘装置，（授权公告号：CN213523278U），该实用新型的优点是此装置实现了利用激光测距模块以及传感器对蘑菇的纵向摘取。缺点是该装置并不能实现对斜向生长或某些相距较近蘑菇的抓取。

实用新型内容

本实用新型的目的是克服现有技术缺陷，提供基于球齿轮的菌菇采摘防撞针状机械手装置，解决了现有菌菇生产过程中需要人工采集筛选，现有机械手不能针对尺寸以及生长位姿实现普遍性摘取等问题。

本实用新型的目的是这样实现的：一种基于球齿轮的菌菇采摘防撞针状机械手装置，包括固定板、两个方向上的主动球齿轮、从动球齿轮、控制电机、防撞针机构、针状末端；所述固定板上设置有控制电机固定端和主动球齿轮固定安装端，所述主动球齿轮安装在固定安装端，所述控制电机固接在固定端；所述控制电机与主动球齿轮通过联轴器连接，所述两个方向上的主动球齿轮与从动球齿轮啮合，共同控制从动球齿轮的转动从而控制输出端的方向位姿；所述防撞针装置与从动球齿轮相连接，与从动球齿轮同向转动；所述针状末端嵌套在防撞针装置中。

本实用新型采用以上技术方案，与现有技术相比，有益效果为：第一，利用防撞及防脱落针状机械手末端进行采摘菌菇，可以实现局部区域内相距较近的菌菇采摘，相较于普通爪状机械手有更广泛的使用范围，并在很大程度上减少对菌菇的损伤；

第二，在相机识别错误的情况下，若采摘到刚度较大物体，利用防撞机构弹簧受力过大使传感器发出指令终止，防止针状末端损坏；

第三，利用球齿轮控制机械手实现多角度的调整，针对生长位姿倾斜的菌菇也能从中心穿刺实现摘取功能；防撞及防脱落针状机械手对密集区域以及对菌菇生长倾斜的有效采摘，很大程度上减少损伤的优点，代替了人工筛选摘取菌菇，提高了工作效率。

为了为控制***提供运动指令原始数据，并且在环境光较弱时为双目相机的拍摄提供必要的光照，还包括双目相机和LED灯；所述双目相机固定在固定板左侧；所述LED灯固定安装在固定板上，分别位于从动球齿轮前后两侧。

为了防止由于视觉检测错误而引起的针状末端的损坏，所述防撞针机构包括应力传感器、弹簧，所述应力传感器安装在防撞针机构内部，所述应力传感器与弹簧固定连接，所述弹簧下方与针状末端固定连接。

为了有效防止穿刺后菌菇的脱落，所述针状末端的底部四周设置有凸起。

为了有效提高装置的工作寿命，所述两个方向上的主动球齿轮和从动球齿轮均采用耐磨刚性材料制成。

附图说明

图1为本实用新型的总体结构立体图。

图2为本实用新型的球齿轮控制图。

图3为本实用新型的球齿轮方向转动立体图。

图4为本实用新型的防撞针结构及剖面图。

其中，1固定板，2主动球齿轮，3从动球齿轮，4防撞针装置，5针状末端，6双目相机，7 LED灯，8控制电机，41应力传感器，42弹簧。

具体实施方式

如图1-2所示的基于球齿轮的菌菇采摘防撞针状机械手装置，包括固定板1、两个方向上的主动球齿轮2、从动球齿轮3、控制电机8、防撞针机构4、针状末端5，双目相机6和LED灯7；固定板1上设置有控制电机固定端和主动球齿轮固定安装端，主动球齿轮2安装在固定安装端，即主动球齿轮2安装在固定板1的凹槽内，控制电机8固接在固定端；控制电机8与主动球齿轮2通过联轴器连接，两个方向上的主动球齿轮2与从动球齿轮3啮合，共同控制从动球齿轮3的转动从而控制输出端的方向位姿；防撞针装置4与从动球齿轮3相连接，与从动球齿轮3同向转动；针状末端5嵌套在防撞针装置4中，与弹簧42固接，可受力上下滑动；双目相机6固定在固定板1左侧，对机械手下方菌菇进行实时拍照与分析；LED灯7固定安装在固定板1上，分别位于从动球齿轮3前后两侧，可以为拍照提供必要的环境光；两个方向上的主动球齿轮2和从动球齿轮3均采用耐磨刚性材料制成，有效提高装置的工作寿命。

如图3所示，当机械手接受到双目相机输入的目标菌菇的深度、中心坐标以及倾斜角度时，两个控制电机8分别控制主动球齿轮2，从而使从动球齿轮3转动到对应的角度，而防撞针机构4以及针状末端5也同步转动到对应的角度以达到从菌菇中心穿刺的采摘任务。

如图4所示，针状末端5嵌套在防撞针机构4中，防撞针机构4包括应力传感器41、弹簧42，应力传感器41安装在防撞针机构4内部，应力传感器41与弹簧42固定连接，可以实时检测弹簧力，弹簧下方与针状末端5固定连接，当针状末端5采摘到由于识别错误的刚性物体时，弹簧42受力压缩，当弹簧力过大时，应力传感器41会发出终止采摘命令，防止由于视觉检测错误而引起的针状末端5损坏，针状末端5的底部四周设置有凸起，可以有效防止穿刺后菌菇的脱落。

本实用新型工作时，首先，需要将机械手装置固定在菌菇生产线上的传动装置上，使其可随传动装置运动；

其次，开始工作时，双目相机6实时对下方菌菇进行分析，将菌菇的深度、中心坐标以及倾斜角度等数据传递给控制***；

最后，传动装置控制机械手至合适的位置，转动球齿轮使针状末端5调整到合适的角度对目标菌菇实施采摘。

本实用新型提供了基于球齿轮的菌菇采摘防撞针状机械手装置，体现了其防撞及防脱落针状机械手对密集区域以及对菌菇生长位姿倾斜的有效采摘，很大程度上减少菌菇损伤的优点，代替了人工筛选摘取菌菇，提高了工作效率，提高了生产线的工作效率，具有很大的市场前景和经济价值。

本实用新型并不局限于上述实施例，在本实用新型公开的技术方案的基础上，本领域的技术人员根据所公开的技术内容，不需要创造性的劳动就可以对其中的一些技术特征作出一些替换和变形，这些替换和变形均在本实用新型的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于球齿轮的菌菇采摘防撞针状机械手装置，其特征在于，包括固定板（1）、两个方向上的主动球齿轮（2）、从动球齿轮（3）、控制电机（8）、防撞针机构（4）和针状末端（5）；所述固定板（1）上设置有控制电机固定端和主动球齿轮固定安装端，所述主动球齿轮（2）安装在固定安装端，所述控制电机（8）固接在固定端；所述控制电机（8）与主动球齿轮（2）通过联轴器连接，所述两个方向上的主动球齿轮（2）与从动球齿轮（3）啮合，共同控制从动球齿轮（3）的转动从而控制输出端的方向位姿；所述防撞针机构（4）与从动球齿轮（3）相连接，与从动球齿轮（3）同向转动；所述针状末端（5）嵌套在防撞针机构（4）中。

2.根据权利要求1所述的基于球齿轮的菌菇采摘防撞针状机械手装置，其特征在于，还包括双目相机（6）和LED灯（7）；所述双目相机（6）固定在固定板（1）左侧；所述LED灯（7）固定安装在固定板（1）上，分别位于从动球齿轮（3）前后两侧。

3.根据权利要求1所述的基于球齿轮的菌菇采摘防撞针状机械手装置，其特征在于，所述防撞针机构（4）包括应力传感器（41）、弹簧（42），所述应力传感器（41）安装在防撞针机构（4）内部，所述应力传感器（41）与弹簧（42）固定连接，所述弹簧下方与针状末端（5）固定连接。

4.根据权利要求1或3所述的基于球齿轮的菌菇采摘防撞针状机械手装置，其特征在于，所述针状末端（5）的底部四周设置有凸起。

5.根据权利要求1所述的基于球齿轮的菌菇采摘防撞针状机械手装置，其特征在于，所述两个方向上的主动球齿轮（2）和从动球齿轮（3）均采用耐磨刚性材料制成。

Images