本发明涉及农业采摘，尤其涉及一种自动苹果摘剪装置。
背景技术：
1、我国是世界上最大的苹果生产国，不仅产量庞大，品种多样，而且在品质上也不断展现出强劲的竞争力。在苹果采摘中，主要依赖于人工经验和物理工具。采摘人员通常使用梯子爬到树上或使用长杆工具，这些长杆的末端装有一个袋子或篮子来收集果实；采摘工具会有一个切割或夹持机构来帮助从果梗上安全地采摘苹果，减少对果实和树枝的损伤。由于是人工采摘，效率相对较低，尤其是在大规模的果园，这会导致收获季节的工作压力非常大。同时，手工采摘时容易因为操作不当导致果实磕碰或挤压，影响苹果的外观和质量，降低产品的市场价值。随着科技的发展，更多的自动化苹果采摘机器人被开发出来，其能够识别成熟果实，精准采摘，并将果实放置到储存容器中，全天候作业，提高采摘效率，降低劳动强度。然而，目前市场上存在的自动化苹果采摘设备存在一定的缺陷，例如遇到树木枝干茂密区域，设备摆动受限，采摘范围小，同时可能会对果实或树枝造成损伤，影响果实质量和树木健康，特别是在采摘过程中对果实的握持和剪切操作方面，因此无法实现全自动化保质采摘。
技术实现思路
1、基于上述技术背景，针对苹果采摘技术的现状，本发明提供一种自动苹果摘剪装置。该装置通过双目相机识别成熟的苹果坐标，通过举升机构将摘剪装置送至树上相应的高度，丝杆滑轨组件将采摘机械手和气动剪刀移至采摘位置，控制采摘机械手和气动剪刀对苹果进行采摘。该装置通过视觉识别成熟苹果，电机和气缸驱动各机构完成苹果的摘剪，实现了苹果的自动摘剪，降低了工人劳动强度，提高了摘剪效率。
2、为实现上述技术目标，本发明所采取的技术方案是：
3、一种自动苹果摘剪装置，包括举升机构、采摘机械手、气动剪刀、双目相机组件、丝杆滑轨组件和支撑框架。
4、优选地，所述举升机构包括上导轨平台、下导轨平台、导轨、交叉臂、卡销、交叉臂连杆、滚轮、螺母、丝杆和丝杆电机。
5、优选地，所述上导轨平台放置摘剪设备，可上下移动，下导轨平台安装万向轮和丝杆电机；上、下导轨平台均采用304不锈钢材质，保证其承载能力。
6、优选地，所述上导轨平台和下导轨平台两侧均设置导轨，既能控制上导轨平台上下移动，又可以均匀地分散平台上的载荷，减少单个导轨所承受的压力和磨损。
7、优选地，所述交叉臂设置在上、下导轨平台两侧，内外交叉臂通过卡销固定，在两交叉臂连接易磨损处安装铜套来增加耐磨度，从而提升工作的可靠性。
8、优选地，所述交叉臂连杆两侧安装滚轮，滚轮可在导轨内滚动。
9、优选地，所述交叉臂连杆通过螺母和丝杆固定，可沿丝杆前后移动。
10、优选地，所述丝杆采用梯形丝杆，提供较大的承载能力和自锁功能。
11、优选地，所述采摘机械手包括抓手、小型吸盘、滑动支架、一级连杆、限位螺母、吸盘、二级连杆、固定杆、采摘机械手驱动电机、采摘机械手气缸和支撑架。
12、优选地，所述采摘机械手设置3~6个爪，可在不损伤苹果的同时，保持足够的抓取力。
13、优选地，所述抓手上设置2~5个小型吸盘，增加附着力并降低对苹果的损伤。
14、优选地，所述滑动支架中心设置螺纹结构，采摘机械手驱动电机控制其上下滑动。
15、优选地，所述滑动支架四周设置一级连杆，一级连杆可绕滑动支架转动，一级连杆和滑动支架的转动角度设置为100~125°。
16、优选地，所述限位螺母采用3~6个固定杆固定，内部设置轴承，安装在采摘机械手驱动电机轴前部。
17、优选地，所述限位螺母上设置吸盘，增加附着力并降低对苹果的损伤。
18、优选地，所述抓手和限位螺母间设置1~2个二级连杆，二级连杆转动角度设置为115~155°，以适应不同大小、重量的苹果。
19、优选地，所述采摘机械手设置采摘机械手驱动电机，控制采摘机械手完成抓取和释放等动作。
20、优选地，所述采摘机械手设置采摘机械手气缸，控制采摘机械手轴向移动，完成移动动作。
21、优选地，所述采摘机械手和x轴丝杆滑轨间设置固定架，增加采摘机械手的刚性，避免局部应力过高损坏采摘机械手。
22、优选地，所述气动剪刀包括剪刀、剪刀固定器、固定卡钳、圆柱销、活动块、弹簧、剪刀气缸和气动剪刀固定座。
23、优选地，所述剪刀设置在气动剪刀前部，在采摘机械手抓取苹果后驱动剪刀闭合，切断苹果的茎，将苹果从树上分离。
24、优选地，所述剪刀设置特定角度和形状以适应苹果茎的截面，能够在不损伤苹果的情况下快速干净地进行剪切。
25、优选地，所述固定卡钳设置凹槽结构，剪刀通过剪刀固定器固定在凹槽结构内。
26、优选地，所述圆柱销对称设置在固定卡钳顶部左右两端，两端圆柱销和剪刀把手接触，可推动把手完场剪切动作。
27、优选地，所述活动块安装在固定卡钳的凹槽结构内，剪刀气缸可推动固定块在凹槽结构内轴向移动，移动范围设置为30~50mm。
28、优选地，所述固定卡钳和活动块间设置弹簧，剪刀气缸回退时，弹簧带动活动块移动，剪刀完成释放动作。
29、优选地，所述气动剪刀通过气动剪刀固定座固定安装在采摘机械手上。
30、优选地，所述双目相机组件包括双目相机和双目相机固定座。
31、优选地，所述双目相机安装在双目相机固定座上，采用400万像素和1920*1080分辨率的工业级彩色ccd摄像头模组，可提供高精度的苹果位置、姿态等数据。
32、优选地，所述双目相机固定座安装在采摘机械手上，其高度大于气动剪刀，方便获取精确数据。
33、优选地，所述丝杆滑轨组件包括x轴丝杆滑轨和y轴丝杆滑轨，两对丝杆滑轨垂直放置，通过电机驱动，分别控制两个垂直于平面方向的运动。
34、优选地，所述支撑框架通过型材和角铝固定组装而成，结构简单稳定。
35、与现有技术相比，本发明所取得的有益效果如下：
36、本发明解决了传统人工摘剪苹果效率低、质量差，机器摘剪定位能力和灵活性差等问题。通过举升机构将摘剪装置送至适当的高度；通过双目相机识别成熟苹果的精确位置，丝杆滑轨组件带动采摘机械手和气动剪刀移至相应位置；通过采摘机械手对苹果进行抓取，剪刀气缸推动活动块滑动完成剪切动作。该装置通过视觉识别成熟苹果，电机和气缸驱动各机构完成苹果的摘剪，实现了苹果的自动摘剪，降低了工人劳动强度，提高了摘剪效率。同时，抓手和限位螺母上设置了减震吸盘，避免摘剪装置损坏果实，保证优良的剪摘质量。
技术特征：1.一种自动苹果摘剪装置，其特征在于：包括举升机构（1）、采摘机械手（2）、气动剪刀（3）、双目相机组件（4）、丝杆滑轨组件（5）和支撑框架（6）。
2.根据权利要求1所述的一种自动苹果摘剪装置，其特征在于：所述举升机构（1）包括上导轨平台（101）、下导轨平台（102）、导轨（103）、交叉臂（104）、卡销（114）、交叉臂连杆（105）、滚轮（115）、螺母（125）、丝杆（106）和丝杆电机（107）。
3.根据权利要求2所述的一种自动苹果摘剪装置，其特征在于：所述上导轨平台（101）放置摘剪设备，可上下移动；下导轨平台（102）安装万向轮和丝杆电机（107），上导轨平台（101）和下导轨平台（102）两侧均设置导轨（103）。
4.根据权利要求2所述的一种自动苹果摘剪装置，其特征在于：所述交叉臂（104）设置在上、下导轨平台两侧，交叉臂连杆（105）两侧安装有滚轮（115），滚轮（115）可在导轨（103）内滚动。所述交叉臂连杆（105）通过螺母（125）和丝杆（106）固定，可沿丝杆（106）前后移动。
5.根据权利要求1所述的一种自动苹果摘剪装置，其特征在于：所述采摘机械手（2）包括抓手（201）、小型吸盘（211）、滑动支架（202）、一级连杆（203）、限位螺母（204）、吸盘（214）、二级连杆（205）、固定杆（206）、采摘机械手驱动电机（207）、采摘机械手气缸（208）和支撑架（209）。
6.根据权利要求5所述的一种自动苹果摘剪装置，其特征在于：所述采摘机械手（3）设置4个爪，抓手（201）设置3个小型吸盘。滑动支架（202）中心设置螺纹结构，采摘机械手驱动电机（207）控制其上下滑动。
7.根据权利要求5所述的一种自动苹果摘剪装置，其特征在于：所述滑动支架（202）四周设置一级连杆（203），一级连杆（203）可绕滑动支架(202)转动，转动角度设置为100~125°。
8.根据权利要求5所述的一种自动苹果摘剪装置，其特征在于：所述限位螺母(204)采用4个固定杆固定，外表面设置吸盘（214）。抓手(201)和限位螺母(204)间设置2个二级连杆(205)，二级连杆(205)转动角度设置为115~155°。
9.根据权利要求5所述的一种自动苹果摘剪装置，其特征在于：所述采摘机械手（2）设置采摘机械手驱动电机（207）和采摘机械手气缸（208），控制采摘机械手（2）完成抓取和释放等动作。
10.根据权利要求1所述的一种自动苹果摘剪装置，其特征在于：所述气动剪刀（3）包括剪刀（301）、剪刀固定器（311）、固定卡钳（302）、圆柱销（312）、活动块（303）、弹簧（304）、剪刀气缸（305）和气动剪刀固定座（306）。
11.根据权利要求10所述的一种自动苹果摘剪装置，其特征在于：所述剪刀（301）设置特定角度和形状，以适应苹果茎的截面。固定卡钳（302）设置凹槽结构，剪刀（301）通过剪刀固定器（311）固定在凹槽结构内。圆柱销（312）对称设置在固定卡钳（302）顶部左右两端，两端圆柱销（312）和剪刀把手接触。
12.根据权利要求1和10所述的一种自动苹果摘剪装置，其特征在于：所述活动块（303）安装在固定卡钳（302）的凹槽结构内，在凹槽结构内轴向移动，移动范围设置为20mm。固定卡钳（302）和活动块（303）间设置弹簧（304），弹簧（304）可带动活动块（303）移动。所述气动剪刀（3）通过气动剪刀固定座（306）固定安装在采摘机械手（2）上。
13.根据权利要求1所述的一种自动苹果摘剪装置，其特征在于：所述双目相机组件（4）包括双目相机(401)和双目相机固定座(402)。所述双目相机(401)安装在双目相机固定座(402)上,双目相机固定座（402）安装在采摘机械手（2）上，高度大于气动剪刀（3）。
14.根据权利要求1和所述的一种自动苹果摘剪装置，其特征在于：所述丝杆滑轨组件（5）包括x轴丝杆滑轨（501）和y轴丝杆滑轨（502）。支撑框架（6）通过型材（601）和角铝（602）固定组装而成。
技术总结本发明公开了一种自动苹果摘剪装置，包括举升机构、采摘机械手、气动剪刀、双目相机组件、丝杆滑轨组件和支撑框架。双目相机识别成熟苹果的精确位置。举升机构通过螺母和丝杆电机驱动交叉臂连杆和交叉臂，控制上导轨平台上下运动；丝杆滑轨组件将采摘机械手和气动剪刀移至采摘位置。所述采摘机械手设置4个爪，通过一级连杆和连接抓手和限位螺母的二级连杆的共同作用下控制抓手扩张和收缩，完成对苹果的抓取。气动剪刀在气缸活塞推动下，活动块推动剪刀固定器，两侧的圆柱销推动剪刀把手完成剪切动作。该装置通过视觉识别成熟苹果，电机和气缸驱动各机构完成苹果的摘剪，实现了苹果的自动摘剪，降低了工人劳动强度，提高了摘剪效率。同时，抓手和限位螺母上设置了减震吸盘，避免摘剪装置损坏果实，保证优良的剪摘质量。技术研发人员：王琛,李世冲,彭立强受保护的技术使用者：河北科技大学技术研发日：技术公布日：2024/3/17