專利名稱：果蔬采摘裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)設(shè)備，特別是涉及一種果蔬采摘裝置。
背景技術(shù)：
水果、蔬菜(果蔬)采摘是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的一個(gè)重要的環(huán)節(jié)，傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)采摘工作基本都是依靠人工完成，這種采摘方式的局限性主要有兩個(gè)方面一方面大規(guī)模地使用勞動(dòng)力會(huì)給果蔬帶來極高的成本；另一方面果蔬的成熟期有嚴(yán)格的季節(jié)性限制，采摘任務(wù)必須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成，作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度大，作業(yè)質(zhì)量難以保證。因此，果蔬采摘裝置在這種背景下得到了較快的發(fā)展，國內(nèi)外的相關(guān)科研機(jī)構(gòu)都投入了大量的資源進(jìn)行了相關(guān)的研究，并研制了相關(guān)的果蔬采摘裝置。由于實(shí)際中果蔬的表面可能是不平整的，而且形狀有所差異。因此在實(shí)際的采摘過程中，傳統(tǒng)的果蔬采摘裝置與果蔬表面不能完全接觸，會(huì)出現(xiàn)果蔬持拿不穩(wěn)，采摘效率較低。

發(fā)明內(nèi)容
基于此，有必要提供一種能夠較好地與果蔬表面接觸，穩(wěn)定持拿果蔬的果蔬采摘
裝置一種果蔬采摘裝置，包括第一蓋體，為喇叭形，所述第一蓋體的一端為開口端，所述開口端開設(shè)有球形凹槽；線圈，呈環(huán)形球面分布，所述線圈至少部分收容于所述球形凹槽內(nèi)，所述線圈與外接電源電連接；磁流體球，包括柔性球殼及收容于所述柔性球殼內(nèi)部的磁流變液，所述磁流體球部分收容于所述線圈內(nèi)；第二蓋體，呈圓臺(tái)形筒狀，所述第二蓋體包括大口端及小口端，所述第二蓋體蓋設(shè)于所述磁流體球上，所述大口端與所述第一蓋體的開口端固定連接，所述磁流體球的一端從所述小口端突出形成把持部，所述把持部用于包覆果蔬。在其中一實(shí)施方式中，所述第一蓋體的側(cè)壁上開設(shè)有扇形通孔，所述磁流體球發(fā)生形變后可部分收容于所述扇形通孔內(nèi)。在其中一實(shí)施方式中，所述第一蓋體與所述第二蓋體通過螺釘連接。在其中一實(shí)施方式中，還包括彈性支撐件，所述彈性支撐件為環(huán)形球面，所述線圈附著于所述彈性支撐件上。在其中一實(shí)施方式中，所述彈性支撐件為硅膠材料制成。在其中一實(shí)施方式中，還包括壓力傳感器，所述壓力傳感器貼附在所述把持部的表面上，所述壓力傳感器用于實(shí)時(shí)測量所述把持部表面與果蔬表面之間的壓力。在其中一實(shí)施方式中，還包括控制模塊，所述壓力傳感器與所述控制模塊通訊連接，所述控制模塊與所述外接電源電連接，且與所述線圈電連接，所述控制模塊根據(jù)所述壓力傳感器控制所述線圈上的電流大小。在其中一實(shí)施方式中，還包括磁芯，所述磁芯收容于所述線圈的底部，所述磁芯壓持所述磁流體球，使所述磁流體球發(fā)生形變，且包覆所述磁芯。在其中一實(shí)施方式中，所述磁芯上設(shè)有螺紋，所述第一蓋體上開設(shè)有螺紋通孔，所述磁芯與所述第一蓋體螺紋連接。在其中一實(shí)施方式中,所述柔性球殼為導(dǎo)電橡膠球殼。上述果蔬采摘裝置與傳統(tǒng)的果蔬采摘裝置相比，至少具有以下優(yōu)點(diǎn)首先，線圈通有電流會(huì)產(chǎn)生磁場，磁流體球在變化磁場內(nèi)發(fā)生磁流變效應(yīng)。磁流變效應(yīng)為磁流變液在不同的磁場強(qiáng)度下表現(xiàn)出不同的特性的效應(yīng)，隨外加磁場強(qiáng)度的增加由液態(tài)逐漸變?yōu)轭愃乒腆w，當(dāng)外加磁場撤銷，磁流變液又能恢復(fù)到液體的狀態(tài)。由于上述果蔬采摘裝置的把持部為磁流體球的一部分，當(dāng)把持部包覆在果蔬的外表面后，通過改變磁場，改變磁流體球內(nèi)磁流變液的狀態(tài)。當(dāng)磁流變液變?yōu)楣虘B(tài)后，則果蔬的表面與把持部完全接觸，把持部能夠?qū)咻^穩(wěn)定的持拿，可以防止果蔬從把持部內(nèi)脫落，造成損壞。并且，當(dāng)把持部包覆果蔬的時(shí)候，磁流變液為液態(tài)，則把持部與果蔬的外表面為軟接觸，可以減少因采摘而對(duì)果蔬帶來的損傷，基本實(shí)現(xiàn)無損采摘。其次，上述把持部可以根據(jù)果蔬的形狀發(fā)生形變，因此可以提高了果蔬采摘裝置的普遍適用性，能適應(yīng)于各種不同類型和大小的果蔬。再次，磁芯可以增大線圈的磁場，使磁流體球的磁流變效應(yīng)發(fā)生的更為快速，縮短磁流變效應(yīng)的時(shí)間，提高上述果蔬采摘裝置的采摘效率。



圖1為一實(shí)施方式的果蔬采摘裝置的立體圖；圖2為圖1所示的果蔬采摘裝置的分解圖；圖3為圖1所示的果蔬采摘裝置的第一蓋體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為圖1所示的果蔬采摘裝置的線圈與彈性支撐件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖1所示的果蔬采摘裝置的第二蓋體的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6為圖1所示的果蔬采摘裝置的磁芯的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式為了便于理解本發(fā)明，下面將參照相關(guān)附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行更全面的描述。附圖中給出了本發(fā)明的較佳實(shí)施方式。但是，本發(fā)明可以以許多不同的形式來實(shí)現(xiàn)，并不限于本文所描述的實(shí)施方式。相反地，提供這些實(shí)施方式的目的是使對(duì)本發(fā)明的公開內(nèi)容理解的更加透徹全面。需要說明的是，當(dāng)元件被稱為“固定于”另一個(gè)元件，它可以直接在另一個(gè)元件上或者也可以存在居中的元件。當(dāng)一個(gè)元件被認(rèn)為是“連接”另一個(gè)元件，它可以是直接連接到另一個(gè)元件或者可能同時(shí)存在居中元件。本文所使用的術(shù)語“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及類似的表述只是為了說明的目的，并不表示是唯一的實(shí)施方式。除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。本文中在本發(fā)明的說明書中所使用的術(shù)語只是為了描述具體的實(shí)施方式的目的，不是旨在于限制本發(fā)明。本文所使用的術(shù)語“及/或”包括一個(gè)或多個(gè)相關(guān)的所列項(xiàng)目的任意的和所有的組合。果蔬采摘裝置用于把持果蔬。將上述果蔬采摘裝置安裝在采摘機(jī)器人的機(jī)械臂上，通過機(jī)械臂將果蔬采摘裝置推送到果蔬采摘的位置上。當(dāng)上述果蔬采摘裝置將果蔬把持住的時(shí)候，在通過采摘機(jī)器人上安裝的剪刀將果蔬的把柄剪斷，以將果蔬從植株上采摘下來。請(qǐng)參閱圖1和圖2，本實(shí)施方式的果蔬采摘裝置100包括第一蓋體110、線圈120、彈性支撐件130、磁流體球140、第二蓋體150、壓力傳感器(圖未示)、控制模塊(圖未示)及磁芯160。請(qǐng)同時(shí)參閱圖3，第一蓋體110為喇叭形。第一蓋體110的一端為開口端111，開口端111開設(shè)有球形凹槽113。第一蓋體110的開口端111的周緣設(shè)有第一凸沿115。第一蓋體110的側(cè)壁上開設(shè)有扇形通孔117。具體在本實(shí)施方式中，扇形通孔117開設(shè)于球形凹槽113的底部。扇形通孔117為多個(gè)，均勻分布在球形凹槽113的底部。請(qǐng)同時(shí)參閱圖4，線圈120呈環(huán)形球面分布，線圈120至少部分收容于球形凹槽113內(nèi)，線圈120與外接電源電連接。線圈120上通有電流，線圈120相當(dāng)于一電磁鐵。線圈120產(chǎn)生磁場。彈性支撐件130為環(huán)形球面，線圈120附著于彈性支撐件130上。彈性支撐件130支撐線圈120。具體在本實(shí)施方式中，彈性支撐件130為硅膠。當(dāng)磁流體球發(fā)生形變的時(shí)候，彈性支撐件130會(huì)隨著磁流體球發(fā)生一定的形變。當(dāng)磁流體球發(fā)生形變的時(shí)候，彈性支撐件130可以保證線圈120能夠恢 復(fù)到原來的形狀。可以理解，彈性支撐件130可以省略。線圈120可以直接纏繞在磁流體球上。磁流體球140包括柔性球殼141及收容于柔性球殼141內(nèi)部的磁流變液(圖未標(biāo))，磁流體球140部分收容于線圈120內(nèi)。磁流變液(MRF,Magnet orheol ogical Fluids)是一種具有工程應(yīng)用價(jià)值的新型智能流體材料，是一種由微米級(jí)磁性顆粒分撒在載液中形成的穩(wěn)定懸浮液。磁流體球140可以在外界壓力作用下，可以任意發(fā)生形變。磁流體球140發(fā)生形變后，可部分收容于扇形通孔117內(nèi)。因此，當(dāng)磁流體球140發(fā)生較大的形變的時(shí)候，扇形通孔117可以防止球形凹槽113的空間阻礙磁流體球140發(fā)生形變?？梢岳斫?，柔性球殼141為導(dǎo)電橡膠。導(dǎo)電橡膠是將玻璃鍍銀、鋁鍍銀、銀等導(dǎo)電顆粒均勻分布在硅橡膠中，通過壓力使導(dǎo)電顆粒接觸，達(dá)到良好的導(dǎo)電性能。磁流變液可以為四氧化三鐵，三氧化二鐵等磁性顆粒分撒在載液中形成的。請(qǐng)同時(shí)參閱圖5，第二蓋體150呈圓臺(tái)形筒狀。第二蓋體150包括大口端151及小口端153，第二蓋體150蓋設(shè)于磁流體球140上，大口端151與第一蓋體110的開口端111固定連接。第一蓋體110與第二蓋體150共同形成一個(gè)球形的收容腔(圖未標(biāo))。由于第二蓋體150的小口端153開設(shè)有開口，則當(dāng)磁流體球140收容于收容腔內(nèi)，磁流體球140的一立而從小口纟而153關(guān)出形成把持部143，把持部143用于包復(fù)果蔬。當(dāng)機(jī)械臂將果蔬米摘裝直100推送到果蔬位置時(shí)，磁流體球140內(nèi)磁流變液為液體，果蔬擠壓把持部143，則果蔬陷入到把持部143內(nèi)，把持部143與果蔬表面完全接觸將果蔬完全包覆。具體在本實(shí)施方式中，第二蓋體150的大口端151的周緣設(shè)有第二凸沿，第一凸沿115與第二凸沿上均開設(shè)有通孔。第一蓋體110與第二蓋體150通過螺釘連接。第一蓋體110與第二蓋體150可拆卸連接，通過螺釘可方便第一蓋體Iio與第二蓋體150的安裝。壓力傳感器貼附在把持部143的表面上。壓力傳感器用于實(shí)時(shí)測量把持部143與果蔬表面之間的壓力大小。具體在本實(shí)施方式中，壓力傳感器為多個(gè)。多個(gè)壓力傳感器按陣列排布在把持部143的表面，以測量把持部143與果蔬表面各點(diǎn)之間的壓力大小。由于磁流變液在不同的狀態(tài)下會(huì)表現(xiàn)出不同的應(yīng)力狀態(tài)，一般情況下，固體狀態(tài)越明顯，產(chǎn)生的應(yīng)力就越大，把持部143與果蔬表面之間的壓力數(shù)據(jù)也就越大。液體狀態(tài)越明顯，產(chǎn)生的應(yīng)力就越小，把持部143與果蔬表面之間的壓力數(shù)據(jù)也就越小。控制模塊與壓力傳感器通訊連接，控制模塊與外接電源電連接。傳感器陣列實(shí)時(shí)檢測把持部143與果蔬表面的壓力數(shù)據(jù)，并反饋給控制模塊?？刂颇K可根據(jù)把持部143與果蔬表面的壓力數(shù)據(jù)來實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)磁流變液的磁流變過程?？刂颇K根據(jù)壓力傳感器實(shí)時(shí)控制線圈120上的電流大小。對(duì)于不同的蔬菜，把持部143與果蔬表面的壓力大小不同。例如，對(duì)于表面比較脆弱的果蔬，把持部143與果蔬表面的壓力要控制的較小，防止由于果蔬表面的壓力過大，損壞果蔬。對(duì)于表面比較堅(jiān)硬的果蔬，可以調(diào)節(jié)把持部143與果蔬表面的壓力較大，以進(jìn)一步保證把持部143與果蔬的穩(wěn)定持拿。該壓力傳感器陣列實(shí)時(shí)檢測壓力傳感器測量的壓力數(shù)據(jù)，并反饋給控制模塊，控制模塊可根據(jù)壓力數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)磁流變液的磁流變過程。因此，可以避免果蔬被夾傷和夾持不穩(wěn)的情況，實(shí)現(xiàn)果蔬的無損傷采摘?？梢岳斫猓刂颇K可以為放大電路或乘法器等。請(qǐng)同時(shí)參閱圖6，磁芯160收容于線圈120的底部，磁芯160壓持磁流體球140，使磁流體球140發(fā)生形變，且包覆磁芯160。磁芯160上設(shè)有螺紋，第一蓋體110上開設(shè)有螺紋通孔，磁芯160與第一蓋體110螺紋連接。具體在本實(shí)施方式中，磁芯160包括柱狀的磁桿161及圓板狀的磁盤163。磁盤163為兩個(gè)。磁桿161穿設(shè)于磁盤163的圓心處,且磁盤163與磁桿161固定連接。磁桿161的一端上設(shè)有螺紋，球形凹槽113的底部開設(shè)有螺紋通孔118，磁桿161與第一蓋體110螺紋連接。磁芯160可 以增大線圈120的磁場，使磁流體球140的磁流變效應(yīng)發(fā)生的更為快速，縮短磁流變效應(yīng)的時(shí)間，提高上述果蔬采摘裝置100的采摘效率。首先，線圈120通有電流會(huì)產(chǎn)生磁場，磁流體球140在變化磁場內(nèi)發(fā)生磁流變效應(yīng)。磁流變效應(yīng)為磁流變液在不同的磁場強(qiáng)度下表現(xiàn)出不同的特性的效應(yīng)，隨外加磁場強(qiáng)度的增加由液態(tài)逐漸變?yōu)轭愃乒腆w，當(dāng)外加磁場撤銷，磁流變液又能恢復(fù)到液體的狀態(tài)。由于上述果蔬采摘裝置100的把持部143為磁流體球140的一部分，當(dāng)把持部143包覆在果蔬的外表面后，通過改變磁場，改變磁流體球140內(nèi)磁流變液的狀態(tài)。當(dāng)磁流變液變?yōu)楣虘B(tài)后，則果蔬的表面與把持部143完全接觸，把持部143能夠?qū)咻^穩(wěn)定的持拿，可以防止果蔬從把持部143內(nèi)脫落，造成損壞。并且，當(dāng)把持部143包覆果蔬的時(shí)候，磁流變液為液態(tài)，則把持部143與果蔬的外表面為軟接觸，可以減少因采摘而對(duì)果蔬帶來的損傷，基本實(shí)現(xiàn)無損采摘。其次，上述把持部143可以根據(jù)果蔬的形狀發(fā)生形變，因此可以提高了果蔬采摘裝置100的普遍適用性，能適應(yīng)于各種不同類型和大小的果蔬。以上所述實(shí)施方式僅表達(dá)了本發(fā)明的幾種實(shí)施方式，其描述較為具體和詳細(xì)，但并不能因此而理解為對(duì)本發(fā)明專利范圍的限制。應(yīng)當(dāng)指出的是，對(duì)于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進(jìn)，這些都屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。因此，本發(fā)明專利的 保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種果蔬采摘裝置，其特征在于，包括 第一蓋體，為喇叭形，所述第一蓋體的一端為開口端，所述開口端開設(shè)有球形凹槽；線圈，呈環(huán)形球面分布，所述線圈至少部分收容于所述球形凹槽內(nèi)，所述線圈與外接電源電連接； 磁流體球，包括柔性球殼及收容于所述柔性球殼內(nèi)部的磁流變液，所述磁流體球部分收容于所述線圈內(nèi)； 第二蓋體，呈圓臺(tái)形筒狀，所述第二蓋體包括大口端及小口端，所述第二蓋體蓋設(shè)于所述磁流體球上，所述大口端與所述第一蓋體的開口端固定連接，所述磁流體球的一端從所述小口纟而關(guān)出形成把持部，所述把持部用于包復(fù)果蔬。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的果蔬采摘裝置，其特征在于，所述第一蓋體的側(cè)壁上開設(shè)有扇形通孔，所述磁流體球發(fā)生形變后可部分收容于所述扇形通孔內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的果蔬采摘裝置，其特征在于，所述第一蓋體與所述第二蓋體通 過螺釘連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的果蔬采摘裝置，其特征在于，還包括彈性支撐件，所述彈性支撐件為環(huán)形球面，所述線圈附著于所述彈性支撐件上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的果蔬采摘裝置，其特征在于，所述彈性支撐件為硅膠材料制成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的果蔬采摘裝置，其特征在于，還包括壓力傳感器，所述壓力傳感器貼附在所述把持部的表面上，所述壓力傳感器用于實(shí)時(shí)測量所述把持部表面與果蔬表面之間的壓力。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的果蔬采摘裝置，其特征在于，還包括控制模塊，所述壓力傳感器與所述控制模塊通訊連接，所述控制模塊與所述外接電源電連接，且與所述線圈電連接，所述控制模塊根據(jù)所述壓力傳感器控制所述線圈上的電流大小。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的果蔬采摘裝置，其特征在于，還包括磁芯，所述磁芯收容于所述線圈的底部，所述磁芯壓持所述磁流體球，使所述磁流體球發(fā)生形變，且包覆所述磁芯。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的果蔬采摘裝置，其特征在于，所述磁芯上設(shè)有螺紋，所述第一蓋體上開設(shè)有螺紋通孔，所述磁芯與所述第一蓋體螺紋連接。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的果蔬采摘裝置，其特征在于，所述柔性球殼為導(dǎo)電橡膠球殼。
全文摘要
一種果蔬采摘裝置包括喇叭形第一蓋體、線圈、磁流體球及第二蓋體。第一蓋體的一端為開口端，開口端開設(shè)有球形凹槽。線圈呈環(huán)形球面分布，線圈至少部分收容于球形凹槽內(nèi)，線圈與外接電源電連接。磁流體球包括柔性球殼及收容于柔性球殼內(nèi)部的磁流變液，磁流體球部分收容于線圈內(nèi)。第二蓋體呈圓臺(tái)形筒狀，第二蓋體包括大口端及小口端，第二蓋體蓋設(shè)于磁流體球上，大口端與第一蓋體的開口端固定連接，磁流體球的一端從小口端突出形成把持部，把持部用于包覆果蔬。當(dāng)磁流變液變?yōu)楣虘B(tài)后，則果蔬的表面與把持部完全接觸，把持部能夠?qū)咻^穩(wěn)定的持拿，可以防止果蔬從把持部內(nèi)脫落，造成損壞。
文檔編號(hào)A01D46/30GK103053277SQ20121057262
公開日2013年4月24日 申請(qǐng)日期2012年12月25日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月25日
發(fā)明者宮凱, 王剛, 李抱樸, 張琦, 廖京生, 倪平強(qiáng) 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院