[發明專利]一種基于氣動肌肉的仿生型采摘剪刀

在審

• 申請號: 201710801675.X
• 申請日: 2017-09-07
• 公開（公告）號: CN107466594A
• 公開（公告）日: 2017-12-15
• 發明（設計）人: 李光喜;李衛幸;王樂;馮寧;謝偉博;代克杰;趙志敏
• 申請（專利權）人: 平頂山學院
• 主分類號: A01D46/00
• 分類號: A01D46/00
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所23109
• 代理人: 賈澤純

技術領域

本發明屬于采摘裝備技術領域，具體涉及一種基于氣動肌肉的采摘剪刀。

背景技術

我國是一個水果生產大國，從1993年開始，我國水果產量和栽培面積均超過印度、巴西和美國，位居世界第1位。2008年，我國果樹種植面積占世界果樹種植總面積的20％，全國水果總產量20395.50萬噸，占世界水果總產量的14.29％，居世界第一。水果產業是我國農業產業體系中一個重要的組成部分，龍眼、荔枝、芒果等水果是我國南方的大宗水果，以龍眼為例，其栽培面積和產量居全球之首，主要分布于福建、廣東、海南、云南、廣西等地區，以福建、廣東、廣西種植量最多。我國在龍眼、荔枝、芒果等水果生產方面已逐漸形成區域化生產格局，但采摘機械化裝備的應用與種植面積不相適應，適合龍眼等水果采摘的機械幾乎處于空白，導致以人工上樹采摘作業為主，采摘所需勞動力占整個生產過程勞動力的33％～50％，采摘過程已成為制約龍眼、荔枝、芒果種植產業發展的瓶頸。水果的采摘作業環節是水果生產中最耗時、最費力的一個環節。以2013年為例，我國果園種植面積為1113.95萬公頃，水果總產量為2億噸，同種水果成熟季較為集中，如水果的采摘期只有不到10天。目前我國的水果采摘工作基本還是人工作業，勞動強度大，生產效率低，工作環境惡劣。因此研發機械化采摘裝置，對解決勞動生產力，提高水果生產自動化程度都有非常積極的意義。

專利UN104663138和US4663925分別為串聯機構水果采摘機械手的典型代表，它們的研發普遍采用串聯機構帶動末端采摘機構，慣性大，動作緩慢，有累計誤差，精度低為扭轉摘取水果要在末端配合電機，使得末端采摘機構龐大，失去靈活性，降低了機械化采摘水果的效率，使得采摘效率始終達不到所期望的。并且采摘水果大都通過機械手直接摘取水果，通過力反饋確定加持力，判斷是否加持住水果，這使得水果機械損傷率很大。經過改進后的CN105313106非均布并聯機構的水果采摘裝置在水果采摘效率和降低損傷率上有所提高，但是在便攜方面有很大缺陷。它通過四臺電機調控控制臂，實現控制臂的任意角度的控制，它的連接板通過導軌和齒輪軸結構連接，導軌的邊沿設有齒條，嚴重增加了采摘設置的重量，不方便攜帶，尤其是較遠距離的移動。

發明內容

本發明的目的是為了解決現有水果采摘機械機構的結構復雜，重量大不方便攜帶的問題，而提供一種基于氣動肌肉的仿生型采摘剪刀。

本發明基于氣動肌肉的仿生型采摘剪刀包括上刀、下刀、轉盤、兩個氣動肌肉和伸縮機構，在轉盤的圓心處設置有轉軸，上刀的刀體套設在轉軸上，下刀的刀體固設在轉盤上，第一氣動肌肉的一端通過銷件與上刀的刀體相連，第一氣動肌肉的另一端通過連接件固定在轉盤上，在轉盤的下部開有2個螺栓孔；

伸縮機構為剪叉式伸縮機構，伸縮機構的上部通過螺栓與轉盤相連，伸縮機構底部的兩個自由端之間夾設有第二氣動肌肉，在第一氣動肌肉和第二氣動肌肉的外部分別套設有彈簧，第一氣動肌肉和第二氣動肌肉均與導氣軟管相連。

本發明通過螺栓將轉盤與伸縮機構相連接，實現刀架結構整體的升降。使用時打開電源，啟動空氣壓縮機，壓縮空氣經由氣壓調節裝置、氣壓傳感器和電磁閥等氣壓控制系統激勵氣動肌肉，由第一氣動肌肉的主動收縮，帶動上刀往下運動，這一過程中氣動肌肉能夠提供較大的沖擊力，從而剪斷果柄。

該氣動肌肉的仿生型采摘剪刀裝置中的伸縮機構也采用的是氣動肌肉驅動結構，在伸縮機構下端連接有氣動肌肉和彈簧，使用時打開電源，啟動空氣壓縮機，壓縮空氣經由氣壓調節裝置、氣壓傳感器和電磁閥等氣壓控制系統激勵氣動肌肉，由氣動肌肉的主動收縮，帶動伸縮機構中剪叉件的菱形對角線的變化，使菱形伸縮機構伸長，它可以根據果樹相應的高度，實現高度的自由調節控制，重量輕可以遠距離移動，在不使用時，按動控制按鈕，彈簧提供恢復力帶動氣動肌肉緩慢的回到初始狀態，實現刀架整體的縮短，便于存放。

與現有技術相比，本發明基于氣動肌肉的仿生型采摘剪刀包含以下有益效果：

該設備通過導氣軟管與空氣壓縮機相連接，由外部提供的壓縮空氣驅動，作推拉動作，其過程像人體的肌肉運動，它可以提供很大的力量，而重量卻比較小，有的氣動肌肉質量僅有10g。氣動肌肉會在達到推拉極限時自動制動，不會突破預定的范圍。多個氣動人工肌肉可以按任意方向、位置組合，不需要整齊的排列。

附圖說明

圖1為本發明基于氣動肌肉的仿生型采摘剪刀的結構示意圖；

圖2為氣動肌肉受氣壓激勵狀態下剪刀閉合的結構示意圖；

圖3為伸縮機構在伸長狀態下的結構示意圖；