本发明专利技术公开一种基于四自由度机械臂的多功能荷叶采摘装置及其采摘方法，四自由度机械臂末端依次连接采摘角度调节机构、切割及去茎机构和旋转开合机构，曲柄电机启动，带动切割及去茎机构、旋转开合机构偏转一个与荷叶边缘面和水平面的偏转角度相同的角度，旋转电机启动，带动切割及去茎机构和旋转开合机构与荷叶边缘面平行，滚珠丝杠电机启动，六个收集盒同时旋转打开一个大于荷叶边缘面的开口，四自由度机械臂动作使荷叶位于收集盒上表面，锯齿形刀片对荷叶中心钻孔去茎，切割刀片将荷叶切割成六片，压板将切成片的荷叶压入到收集盒；集采摘、去茎、切割、收集于一体，对叶茎的去除彻底，避免二次去茎，自动化程度高，采摘效率高。
【技术实现步骤摘要】
基于四自由度机械臂的多功能荷叶采摘装置及其采摘方法
本专利技术涉及荷叶采摘装置，具体说是一种基于四自由度机械臂的集多种功能于一体的荷叶采摘装置及其采摘方法。
技术介绍
荷叶为睡莲科植物莲的叶，叶多呈圆形，直径可达20～50cm，边缘呈波纹状，微有清香气，味微苦。荷叶具有减肥降脂、抗氧化、抗惊厥、清热解暑、祛瘀止血等作用，对多种病症都有一定的功效，因此需采摘下来进行后续加工。当前荷叶采摘的方式大部分还是人工采摘，采摘下来的荷叶还需要经后续的去茎、切割等加工环节，效率极低，而且人工采摘时间大多为夏季炎热时分，采摘环境非常恶劣。中国专利申请号为201810049635.9、名称为“一种农业生产用多功能荷叶加工船”的文献公开了一种采摘荷叶的加工船，模仿收割机的基本原理对荷叶进行采摘，但忽略了荷叶与稻谷等农作物的不同：稻谷等农作物长势比较平均，同一块田里的农作物的高度基本上一致，形状也大多比较笔直，而荷叶则不同，即使是同一块池塘里的荷叶长势也是参差不齐，大小不一，高矮不平，叶茎的形状也大多有所歪斜，这导致荷叶的边缘面也并不水平，所以该荷叶加工船在进行采摘时，会漏掉一些长势比较矮小的荷叶，而对于长势比较高的荷叶则会采下较长的叶茎，影响后续加工，而且对于荷叶边缘面并不水平的荷叶来说采摘的时候荷叶与采摘齿会发生干涉，实际采摘起来极为不便。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有荷叶采摘过程存在的上述问题，提出一种基于四自由度机械臂的多功能荷叶采摘装置及其采摘方法，集采摘、去茎、切割、收集于一体，对参差不齐的荷叶采摘全面不会遗漏，尤其对叶茎的去除非常彻底，可避免二次去茎，功能多样，自动化程度高，采摘效率高。为实现上述目的，本专利技术基于四自由度机械臂的多功能荷叶采摘装置采用的技术方案是：包括四自由度机械臂，四自由度机械臂末端从上到下依次连接采摘角度调节机构、切割及去茎机构和旋转开合机构，所述的采摘角度调节机构最上端是固定连接四自由度机械臂末端的圆形平台，圆形平台中心下端同轴心固定连接圆柱形导轨上端，圆柱形导轨旁侧设有水平的曲柄电机，曲柄电机输出轴经曲柄、连杆铰接圆柱滑块，圆柱滑块上部是同轴套在圆柱形导轨外的直径较小的小圆柱体，下部是直径较大的大圆柱体且内部中间有一个圆柱形的滑块滑槽；圆柱形导轨下段中心内部设有旋转电机，旋转电机外部套有固定的电机套筒，电机套筒外部套有能转动的转筒，旋转电机输出轴垂直向下且固定连接一个水平布置的空心圆柱，空心圆柱的两端面各经弯曲圆柱支撑杆固定连接转筒下端面；圆柱连接杆由粗圆柱、短圆柱和球头长圆柱依次连接组成，短圆柱有间隙地同轴套在所述的空心圆柱内部中间，短圆柱两端各连接一个球头长圆柱的内端，球头长圆柱的外端带有球头且球头有间隙地伸在滑块滑槽内部，粗圆柱位于所述的圆柱滑块外部下方；所述的切割及去茎机构最上端与所述的粗圆柱固定连接的圆柱形的连接盖，连接盖的下方有圆盘形的固定板，导向空心圆柱连接于固定板下表面中心，齿条上端固定连接连接盖中心下端面、下端向下伸出导向空心圆柱的中心通孔外，固定板9b表面固定设有齿轮齿条电机，齿轮齿条电机的输出轴上套有与齿条相啮合的齿轮；齿条下端侧壁上按圆周方向均匀固定装有六个切割刀片，每个切割刀片的两侧各固定装有一个压板，切割刀片的下端面低于压板的下端面；齿条的下端面中心处固定连接垂直的切割电机，切割电机的输出轴向下固定连接圆柱形的锯齿形刀片，锯齿形刀片在切割刀片和压板的下方；所述的旋转开合机构包括一个圆环形的底板，底板上端面边缘处经圆柱连杆固定连接所述的固定板，底板中间沿圆周方向均匀布置六个收集盒，每个收集盒都滑动连接上方的一个长方形滑槽且滑动连接下方的转板；转板上表面中间设有正六边形滑槽、边缘沿径向向外伸出一个拨杆，底板内侧壁上沿径向开有一圈圆环形的底板滑槽，底板外侧壁上沿径向开有一个弧形的底板开口，底板开口和底板滑槽相通，转板的外缘有间隙地套在所述的底板滑槽中，拨杆从所述的底板开口中伸出；每个收集盒都由薄壁型盒子和底面矩形板组成，薄壁型盒子的外侧面是长方形平面，内侧面是圆弧面，六个薄壁型盒子的内侧圆弧面围成一个之间留有间隙的圆柱面，底面矩形板由薄壁收集盒的外侧底部沿直径方向向外伸出，底面矩形板上表面外边缘中心处设有一个向上突出与所述的长方形滑槽滑动连接的圆形凸台、下表面靠近外边缘的边角处设向下突出的与所述的正六边形滑槽滑动连接的正方形凸台；底板的下方固定连接滚珠丝杠电机和丝杠支座，丝杠一端与滚珠丝杆电机同轴相连，另一端通过轴承连接丝杠支座，丝杠上套有丝杠螺母，丝杠螺母经底座连杆较接所述的拨杆。所述的基于四自由度机械臂的多功能荷叶采摘装置的采摘方法的技术方案是包括以下步骤：步骤A：曲柄电机启动，带动圆柱形导轨、球头长圆柱的球头这端向上运动，短圆柱在空心圆柱内转动，带动切割及去茎机构、旋转开合机构与水平面偏转一个与荷叶边缘面和水平面的偏转角度相同的角度；步骤B：旋转电机启动，带动圆柱连接杆转动，直至切割及去茎机构和旋转开合机构与荷叶边缘面平行；步骤C：滚珠丝杠电机启动，拨动拨杆带动转板转动，六个收集盒同时旋转打开一个大于荷叶边缘面的开口，四自由度机械臂动作使荷叶位于收集盒上表面；步骤D：齿轮齿条电机、切割电机同时启动，齿条继续向下运动，锯齿形刀片对荷叶中心钻孔去茎，切割刀片将荷叶切割成六片，齿条继续向下运动，压板将切成片的荷叶压入到下方的收集盒，完成采摘。本专利技术采用上述技术方案后的有益效果是：1、本专利技术以四自由度机械臂为载体，可以实现对不同高度的荷叶进行采摘，并且机械臂的运动非常迅速灵活。2、本专利技术通过采摘角度调节机构可以调节整个切割去茎机构、旋转开合机构与水平面之间的偏转角度，使整个多功能荷叶采摘装置可以采摘荷叶边缘面并不水平的荷叶。3、本专利技术通过切割去茎机构可在荷叶与茎的中心位置挖一个孔，从而使茎与荷叶彻底分离，避免采摘完之后对茎进行二次处理，大大提高了采摘效率，并且齿条末端的切割刀片会将荷叶暂时切成六片，进行粗加工，方便储存和以后对荷叶进行精加工。4、本专利技术的旋转开合机构可以根据荷叶边缘面的大小调节开合大小，用来采摘不同大小的荷叶，且其中的收集盒可以用来暂时对已经切割好的荷叶进行储存。5、本专利技术采用全景高清摄像头对荷叶与茎的中心位置、荷叶边缘面进行定位识别，具有很高的自动化程度。附图说明图1为本专利技术基于四自由度机械臂多功能荷叶采摘装置的主视图；图2为图1中采摘角度调节机构8、切割及去茎机构9和旋转开合机构10的主视放大图；图3为图2采摘角度调节机构8的主视放大图；图4为图3中圆柱滑块8b的剖视放大图；图5为图3中采摘角度调节机构8的剖视放大图；图6为图5中采摘角度调节机构8的轴测结构放大图；图7为图6中圆柱连接杆8a的轴测结构放大图；图8为图6中采摘角度调节机构8的爆炸示意图；图9为图2中采摘角度调节机构8、切割及去茎机构9和旋转开合机构10的工作状态图；图10为图9中切割及去茎机构9的轴测结构放大图；本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于四自由度机械臂的多功能荷叶采摘装置，包括四自由度机械臂，其特征是：四自由度机械臂末端从上到下依次连接采摘角度调节机构(8)、切割及去茎机构(9)和旋转开合机构(10)，所述的采摘角度调节机构(8)最上端是固定连接四自由度机械臂末端的圆形平台(8d)，圆形平台(8d)中心下端同轴心固定连接圆柱形导轨(8c)上端，圆柱形导轨(8c)旁侧设有水平的曲柄电机(8f)，曲柄电机(8f)输出轴经曲柄(8e)、连杆(8g)铰接圆柱滑块(8b)，圆柱滑块(8b)上部是同轴套在圆柱形导轨(8c)外的直径较小的小圆柱体(8b1)、下部是直径较大的大圆柱体(8b2)且内部中间有一个圆柱形的滑块滑槽(8b3)；圆柱形导轨(8c)下段中心内部设有旋转电机(8l)，旋转电机(8l)外部套有固定的电机套筒(8m)，电机套筒(8m)外部套有能转动的转筒(8j)，旋转电机(8l)输出轴垂直向下且固定连接一个水平布置的空心圆柱(8k)，空心圆柱(8k)的两端面各经弯曲圆柱支撑杆(8h)固定连接转筒(8j)下端面；圆柱连接杆(8a)由粗圆柱(8a1)、短圆柱(8a2)和球头长圆柱(8a3)依次连接组成，短圆柱(8a2)有间隙地同轴套在所述的空心圆柱(8k)内部中间，短圆柱(8a2)两端各连接一个球头长圆柱(8a3)内端，球头长圆柱(8a3)的外端带有球头且球头有间隙地伸在滑块滑槽(8b3)内部，粗圆柱(8a1)位于所述的圆柱滑块(8b)外部下方；所述的切割及去茎机构(9)最上端与所述的粗圆柱(8a1)固定连接的圆柱形的连接盖(9d)，连接盖(9d)的下方有圆盘形的固定板(9b)，导向空心圆柱(9a)连接于固定板(9b)下表面中心，齿条(9c)上端固定连接连接盖(9d)中心下端面、下端向下伸出导向空心圆柱(9a)的中心通孔外，固定板(9b)上表面固定设有齿轮齿条电机(9e)，齿轮齿条电机(9e)的输出轴上套有与齿条(9c)相啮合的齿轮(9f)；齿条(9c)下端侧壁上按圆周方向均匀固定装有六个切割刀片(9j)，每个切割刀片(9j)两侧各固定装有一个压板(9h)，切割刀片(9j)的下端面低于压板(9h)的下端面；齿条(9c)的下端面中心处固定连接垂直的切割电机(9g)，切割电机(9g)的输出轴向下固定连接圆柱形的锯齿形刀片(9i)，锯齿形刀片(9i)在切割刀片(9j)和压板(9h)的下方；所述的旋转开合机构(10)包括一个圆环形的底板(10a)，底板(10a)上端面边缘处经圆柱连杆(10a1)固定连接所述的固定板(9b)，底板(10a)中间沿圆周方向均匀布置六个收集盒(10c)，每个收集盒(10c)都滑动连接上方的一个长方形滑槽(10d)且滑动连接下方的转板(10b)；转板(10b)上表面中间设有正六边形滑槽(10b1)、边缘沿径向向外伸出一个拨杆(10b2)，底板(10a)内侧壁上沿径向开有一圈圆环形的底板滑槽(10a3)，底板(10a)外侧壁上沿径向开有一个弧形的底板开口(10a2)，底板开口(10a2)和底板滑槽(10a3)相通，转板(10b)的外缘有间隙地套在所述的底板滑槽(10a3)中，拨杆(10b2)从所述的底板开口(10a2)中伸出；每个收集盒(10c)都由薄壁型盒子(10c4)和底面矩形板(10c2)组成，薄壁型盒子(10c4)的外侧面是长方形平面，内侧面是圆弧面，六个薄壁型盒子(10c4)的内侧圆弧面围成一个之间留有间隙的圆柱面，底面矩形板(10c2)由薄壁收集盒(10c4)的外侧底部沿直径方向向外伸出，底面矩形板(10c2)上表面外边缘中心处设有一个向上突出与所述的长方形滑槽(10d)滑动连接的圆形凸台(10c3)、下表面靠近外边缘的边角处设向下突出的与所述的正六边形滑槽(10b1)滑动连接的正方形凸台(10c1)；底板(10a)的下方固定连接滚珠丝杠电机(10e)和丝杠支座(10h)，丝杠(10g)一端与滚珠丝杆电机(10e)同轴相连、另一端通过轴承连接丝杠支座(10h)，丝杠(10g)上套有丝杠螺母(10f)，丝杠螺母(10f)经底座连杆(10i)较接所述的拨杆(10b2)。/n...
【技术特征摘要】
1.一种基于四自由度机械臂的多功能荷叶采摘装置，包括四自由度机械臂，其特征是：四自由度机械臂末端从上到下依次连接采摘角度调节机构(8)、切割及去茎机构(9)和旋转开合机构(10)，所述的采摘角度调节机构(8)最上端是固定连接四自由度机械臂末端的圆形平台(8d)，圆形平台(8d)中心下端同轴心固定连接圆柱形导轨(8c)上端，圆柱形导轨(8c)旁侧设有水平的曲柄电机(8f)，曲柄电机(8f)输出轴经曲柄(8e)、连杆(8g)铰接圆柱滑块(8b)，圆柱滑块(8b)上部是同轴套在圆柱形导轨(8c)外的直径较小的小圆柱体(8b1)、下部是直径较大的大圆柱体(8b2)且内部中间有一个圆柱形的滑块滑槽(8b3)；圆柱形导轨(8c)下段中心内部设有旋转电机(8l)，旋转电机(8l)外部套有固定的电机套筒(8m)，电机套筒(8m)外部套有能转动的转筒(8j)，旋转电机(8l)输出轴垂直向下且固定连接一个水平布置的空心圆柱(8k)，空心圆柱(8k)的两端面各经弯曲圆柱支撑杆(8h)固定连接转筒(8j)下端面；圆柱连接杆(8a)由粗圆柱(8a1)、短圆柱(8a2)和球头长圆柱(8a3)依次连接组成，短圆柱(8a2)有间隙地同轴套在所述的空心圆柱(8k)内部中间，短圆柱(8a2)两端各连接一个球头长圆柱(8a3)内端，球头长圆柱(8a3)的外端带有球头且球头有间隙地伸在滑块滑槽(8b3)内部，粗圆柱(8a1)位于所述的圆柱滑块(8b)外部下方；所述的切割及去茎机构(9)最上端与所述的粗圆柱(8a1)固定连接的圆柱形的连接盖(9d)，连接盖(9d)的下方有圆盘形的固定板(9b)，导向空心圆柱(9a)连接于固定板(9b)下表面中心，齿条(9c)上端固定连接连接盖(9d)中心下端面、下端向下伸出导向空心圆柱(9a)的中心通孔外，固定板(9b)上表面固定设有齿轮齿条电机(9e)，齿轮齿条电机(9e)的输出轴上套有与齿条(9c)相啮合的齿轮(9f)；齿条(9c)下端侧壁上按圆周方向均匀固定装有六个切割刀片(9j)，每个切割刀片(9j)两侧各固定装有一个压板(9h)，切割刀片(9j)的下端面低于压板(9h)的下端面；齿条(9c)的下端面中心处固定连接垂直的切割电机(9g)，切割电机(9g)的输出轴向下固定连接圆柱形的锯齿形刀片(9i)，锯齿形刀片(9i)在切割刀片(9j)和压板(9h)的下方；所述的旋转开合机构(10)包括一个圆环形的底板(10a)，底板(10a)上端面边缘处经圆柱连杆(10a1)固定连接所述的固定板(9b)，底板(10a)中间沿圆周方向均匀布置六个收集盒(10c)，每个收集盒(10c)都滑动连接上方的一个长方形滑槽(10d)且滑动连接下方的转板(10b)；转板(10b)上表面中间设有正六边形滑槽(10b1)、边缘沿径向向外伸出一个拨杆(10b2)，底板(10a)内侧壁上沿径向开有一圈圆环形的底板滑槽(10a3)，底板(10a)外侧壁上沿径向开有一个弧形的底板开口(10a2)，底板开口(10a2)和底板滑槽(10a3)相通，转板(10b)的外缘有间隙地套在所述的底板滑槽(10a3)中，拨杆(10b2)从所述的底板开口(10a2)中伸出；每个收集盒(10c)都由薄壁型盒子(10c4)和底面矩形板(10c2)组成，薄壁型盒子(10c4)的外侧面是长方形平面，内侧面是圆弧面，六个薄壁型盒子(10c4)的内侧圆弧面围成一个之间留有间隙的圆柱面，底面矩形板(10c2)由薄壁收集盒(10c4)的外侧底部沿直径方向向外伸出，底面矩形板(10c2)上表面外边缘中心处设有一个向上突出与所述的长方形滑槽(10d)滑动连接的圆形凸台(10c3)、下表面...
【专利技术属性】
技术研发人员：江洪，王成崇，严传馨，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32
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