一种翻转抓取式红花采收末端执行器及采收方法

本发明涉及农业采摘，尤其涉及一种翻转抓取式红花采收末端执行器及采收方法。

背景技术：

1、红花是一种重要的经济作物，具有活血通经，散瘀止痛之功效，在我国广泛种植。但现阶段红花机械化采收存在采摘效率低、采净率低、花丝掉落率高的问题。目前红花采收装置主要是拉拔式、切割式和对辊式，其中拉拔式具有采净率高，采收质量较好的优点，是现阶段红花采收装置首选的方式。这些采收装置一般是通过先将花丝捏住，随后竖直向上移动末端执行器将花丝拔离果球，再用负压收集装置将花丝收集。但由于花丝拉拔力较大，直接将花丝竖直向上拉拔的采摘方式会较为费力；此外由于负压装置吸力有限，无法完全克服红花重力将采下的花丝全都吸入收集管道内，因此现有的设备利用负压收集花丝时，需要末端执行器和果球形成密闭的空间，才能有效将花丝收集，但这种方式仍然无法很有效减少花丝掉落率。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是提供一种翻转抓取式红花采收末端执行器及采收方法，解决了现有设备竖直向上拉拔采摘花丝较为费力的难题，且无需形成密闭空间便可高效收集花丝，有效提高了红花的采摘效率、采净率和收集率。

2、本发明解决技术问题采用如下技术方案：

3、一种翻转抓取式红花采收末端执行器，包括：采收单元一、双轴复动型气缸、采收单元二、机架、翻转驱动机构和支撑架一；所述翻转驱动机构安装在所述机架上，输出端贯穿所述机架与所述支撑架一相连；所述采收单元一与采收单元二分别安装在所述支撑架一的上下两端，所述双轴复动型气缸安装在所述支撑架一的中部，且所述双轴复动型气缸的上下两输出端分别与所述采收单元一、采收单元二传动连接。

4、进一步的，所述双轴复动型气缸包括气缸体和活塞杆；所述活塞杆设置有两个，位于气缸体的两端，两个活塞杆运动方向相反但行程一致，其末端设有外螺纹。

5、进一步的，所述采收单元一与采收单元二结构相同，包括支撑架二、连杆、采摘手指、吸花管和活塞杆接头；所述支撑架二固定在支撑架一上，所述吸花管安装在支撑架二上，并连接收集装置；所述活塞杆接头中间的通孔设有内螺纹，通过螺纹连接的方式与所述活塞杆连接，所述活塞杆接头连接三个连杆的一端，每个连杆的另一端连接一个采摘手指，三个采摘手指呈120°均布在支撑架二上，且与所述支撑架二铰接。

6、进一步的，所述采摘手指包括指头和手指本体；所述手指本体的末端设有外螺纹，所述指头有螺纹孔，所述指头和手指本体通过螺纹连接固定在一起。

7、进一步的，所述翻转驱动机构包括轴承、电机、齿轮和轴承固定套筒；所述电机固定在机架上，所述电机上装配的齿轮和支撑架一上装配的齿轮啮合；所述支撑架一上装配的齿轮中心通过轴承固定套筒与所述支撑架一相连，所述轴承固定套筒通过轴承与所述机架转动连接。

8、一种翻转抓取式红花采收末端执行器的采收方法，采用上述任一项的所述翻转抓取式红花采收末端执行器实现，包括如下步骤：

9、1)抓取准备

10、采收单元一移动到红花果球正上方处停下，随后立即垂直向下移动，使采摘手指指头的位置正好停在红花果球直径最大处；

11、2)花丝抓取

12、此时位于下端的活塞杆开始向外伸出，采收单元一的采摘手指将逐渐闭合，最终将花丝捏住；

13、3)翻转

14、翻转驱动机构的电机正传，齿轮带动支撑架一顺时针翻转180°，通过在旋转时给予花丝一个斜上方的拉拔力将其与果球分离，翻转结束后采收单元一、采收单元二还完成了空间位置的互换；

15、4)下一朵红花抓取准备

16、末端执行器继续移动至下一朵红花的正上方后向下移动，使采收单元二张开着的采摘手指停在下一朵红花的果球直径最大处；

17、5)下一朵红花花丝抓取和前一朵红花花丝收集

18、此时位于上端的活塞杆开始向内收缩，采收单元一的采摘手指张开，前一朵红花的花丝在重力和负压的共同作用下被吸入吸花管中，最终被吸至收集装置内，至此完成了一次红花的采收；而此时采收单元二的采摘手指又逐渐并拢，将下一朵红花的花丝捏住，实现了花丝抓取和收集同时进行。

19、进一步的，在翻转步骤中，为防止双轴复动型气缸进气管和吸花管在翻转过程中缠绕，因此在采收单元一完成花丝抓取后，电机正转，带动支撑架一顺时针旋转180°；在采收单元二完成花丝抓取后，电机反转，带动支撑架一逆时针旋转180°，如此反复进行。

20、与现有的技术相比，本发明的有益效果是：

21、(1)本发明通过在翻转过程中，通过对花丝施加斜上方的拉拔力力将其与果球分离，相比于现有的拉拔式红花采摘设备，通过竖直向上将花丝拉拔摘离果球的方式，更为省力。

22、(2)本发明采摘手指的手指本体末端有外螺纹，故手指本体上安装的指头可轻松拆卸，并可根据采摘的需要更换上不同材料的指头，因此针对不同品种以及含水率不一致的红花也能有效采摘，适用性较好；此外长时间的采收会导致采摘手指的指头磨损从而降低采摘效果，而本发明能更换新的指头，确保了末端执行器的采收可靠性。

23、(3)本发明的下端采收单元在采下花丝后，在翻转驱动装置作用下旋转至上端，与上端采收单元完成空间位置互换；并巧妙利用了双轴复动型气缸的结构特性，位于上端的采收单元手指张开释放刚采下的花丝，而下端的采收单元又开始抓取下一朵红花的花丝，实现花丝抓取和收集同时进行，做到了工序重合，大大提高了红花采收的效率。

24、(4)本发明收集花丝是通过将采收单元翻转至上端，使其倒置，随后采摘手指张开，让花丝在重力和负压共同作用下向下掉落，并被负压吸入采摘手指下方的吸花管内完成收集，无需先形成密闭空间后才能有效收集花丝，因此本发明能有效提高红花采收率，并能减少在收集过程中花丝的掉落。

技术特征：

1.一种翻转抓取式红花采收末端执行器，其特征在于，包括：采收单元一(1)、双轴复动型气缸(2)、采收单元二(3)、机架(4)、翻转驱动机构(5)和支撑架一(6)；所述翻转驱动机构(5)安装在所述机架(4)上，输出端贯穿所述机架(4)与所述支撑架一(6)相连；所述采收单元一(1)与采收单元二(3)分别安装在所述支撑架一(6)的上下两端，所述双轴复动型气缸(2)安装在所述支撑架一(6)的中部，且所述双轴复动型气缸(2)的上下两输出端分别与所述采收单元一(1)、采收单元二(3)传动连接。

2.根据权利要求1所述的一种翻转抓取式红花采收末端执行器，其特征在于，所述双轴复动型气缸(2)包括气缸体(21)和活塞杆(22)；所述活塞杆(22)设置有两个，位于气缸体(21)的两端，两个活塞杆(22)运动方向相反但行程一致，其末端设有外螺纹。

3.根据权利要求2所述的一种翻转抓取式红花采收末端执行器，其特征在于，所述采收单元一(1)与采收单元二(3)结构相同，包括支撑架二(11)、连杆(12)、采摘手指(13)、吸花管(14)和活塞杆接头(15)；所述支撑架二(11)固定在支撑架一(6)上，所述吸花管(14)安装在支撑架二(11)上，并连接收集装置(7)；所述活塞杆接头(15)中间的通孔设有内螺纹，通过螺纹连接的方式与所述活塞杆(22)连接，所述活塞杆接头(15)连接三个连杆(12)的一端，每个连杆(12)的另一端连接一个采摘手指(13)，三个采摘手指(13)呈120°均布在支撑架二(11)上，且与所述支撑架二(11)铰接。

4.根据权利要求3所述的一种翻转抓取式红花采收末端执行器，其特征在于，所述采摘手指(13)包括指头(131)和手指本体(132)；所述手指本体(132)的末端设有外螺纹，所述指头(131)有螺纹孔，所述指头(131)和手指本体(132)通过螺纹连接固定在一起。

5.根据权利要求4所述的一种翻转抓取式红花采收末端执行器，其特征在于，所述翻转驱动机构(5)包括轴承(51)、电机(52)、齿轮(53)和轴承固定套筒(54)；所述电机(52)固定在机架(4)上，所述电机(52)上装配的齿轮(53)和支撑架一(6)上装配的齿轮(53)啮合；所述支撑架一(6)上装配的齿轮(53)中心通过轴承固定套筒(54)与所述支撑架一(6)相连，所述轴承固定套筒(54)通过轴承(51)与所述机架(4)转动连接。

6.一种翻转抓取式红花采收末端执行器的采收方法，其特征在于，采用权利要求1-5任一项的所述翻转抓取式红花采收末端执行器实现，包括如下步骤：

7.根据权利要求6所述的一种翻转抓取式红花采收末端执行器的采收方法，其特征在于，在翻转步骤中，为防止双轴复动型气缸(2)进气管和吸花管(14)在翻转过程中缠绕，因此在采收单元一(1)完成花丝抓取后，电机(52)正转，带动支撑架一(6)顺时针旋转180°；在采收单元二(3)完成花丝抓取后，电机(52)反转，带动支撑架一(6)逆时针旋转180°，如此反复进行。

技术总结本发明公开了一种翻转抓取式红花采收末端执行器及采收方法，包括：采收单元一、双轴复动型气缸、采收单元二、机架、翻转驱动机构和支撑架一；翻转驱动机构安装在机架上，输出端贯穿机架与支撑架一相连；采收单元一与采收单元二分别安装在支撑架一的上下两端，双轴复动型气缸安装在支撑架一的中部，双轴复动型气缸的上下两输出端分别与采收单元一、采收单元二传动连接。本发明解决了现有设备竖直向上拉拔采摘花丝较为费力的难题，且无需形成密闭空间便可高效收集花丝，有效提高了红花的采摘效率、采净率和收集率。技术研发人员：葛云,苏志明,曾海峰,张贺,孙超,王志兴,袁龙祥,楚世哲,安睿,王晓东,郭梅,张利娟,夏浩,甘梦轩受保护的技术使用者：石河子大学技术研发日：技术公布日：2024/6/13