CN107006223A - 一种滚轮人工助力非接触式机械手山楂采摘器 - Google Patents

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聂海燕
郭志东
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    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A01—AGRICULTURE; FORESTRY; ANIMAL HUSBANDRY; HUNTING; TRAPPING; FISHING
    • A01D—HARVESTING; MOWING
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    • A—HUMAN NECESSITIES
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Abstract

本发明提供一种滚轮人工助力非接触式机械手山楂采摘器，包括手柄、支撑杆、弹簧、采摘器和收集袋，在手柄上固定安装弹簧、支撑杆和采摘器，支撑杆安装在手柄上，且与手柄铰接，采摘器由滚轮、伸缩杆、弹簧和切刀组成，弹簧为压簧，伸缩杆一端与滚轮联接，另一端贯穿弹簧和手柄上设置的通孔并与手柄联接，切刀通过螺栓与伸缩杆联接，切刀的刀尖呈U形状，松开螺栓，转动切刀，使切刀与山楂枝条的外表面呈0～30°的夹角，在滚轮的外圆面上设有U形的凹槽，对手柄施加前进方向的力，滚轮在山楂枝条上转动，带动切刀运动，切刀将山楂的果柄切断，山楂落入收集袋中回收。

Description

一种滚轮人工助力非接触式机械手山楂采摘器
技术领域
本发明涉及一种滚轮人工助力非接触式机械手山楂采摘器，属于农业机械技术领域。
背景技术
国内外的山楂采摘由多种方式，第一种方式是用剪刀剪断山楂枝条上果柄，采摘效率低，劳动强度大，第二方式是用手直接抓取山楂，山楂与果柄分离，第三种方式是采用机械采摘，山楂在枝条上的生长没有规律可循，不可能生长同一个平面上，高低错落不一，即使实施机械修剪，机械采摘也难以实现，机械采摘无非采用剪刀或旋转刀直接切断山楂的枝条，机械采摘只能沿同一个平面采摘，第四种方式是抓钩或者是动定爪实质上是梳齿式采摘方式的变种而已，采摘梳与山楂表面产生相对运动，损伤山楂的表面，第五种方式夹持式定位难，第六种方式机械手采摘，山楂生长无规律可循，山楂大小存在差异，机器人采摘无法辨别山楂树生长年龄，山楂的生长位置，机器手与山楂总会表面接触，产生夹持力，夹持部位不同，出现滑移，夹持不紧，成本高，效率低。
发明内容
一种滚轮人工助力非接触式机械手山楂采摘器，适合于浆果采摘，包括手柄、支撑杆、弹簧、采摘器和收集袋，手柄上设有弹簧、支撑杆和采摘器，支撑杆与手柄铰接，切刀尖端呈内凹的弧形刀，切刀在山楂枝条的外表面运动，切断山楂的果柄和枝条上针刺，切刀的切割角度通过螺栓调整，山楂的枝条直径变化时，通过滚轮压缩弹簧，进而带动切刀沿山楂枝条表面的直线平行方向运动，但切刀的切割角度不变，只能通过切刀的刀刃将山楂的果柄切断，对山楂果的表面无挤压作用力。
其技术方案为：一种滚轮人工助力非接触式机械手山楂采摘器，包括手柄、支撑杆、弹簧、采摘器和收集袋，在手柄上固定安装弹簧、支撑杆和采摘器，支撑杆安装在手柄上，且与手柄铰接，采摘器由滚轮、伸缩杆、弹簧、切刀和收集袋组成，弹簧为压簧，伸缩杆一端与滚轮联接，另一端贯穿弹簧和手柄上设置的通孔并与手柄联接，切刀通过螺栓与伸缩杆联接，三角状切刀的刀尖呈U形状，松开螺栓，转动切刀，使切刀与山楂枝条的外表面呈0～30°的夹角，在滚轮的外圆面上设有U形的凹槽，收集袋一端固定在支撑杆上，另一端固定在三角状切刀的呈U形状端，收集袋内壁上设有柔性材料，田间作业时，一只手握住要采摘的山楂枝条，另一只手对采摘器的手柄施加压力，手柄克服弹簧的压力绕支撑杆上的铰接点转动，带动滚轮和切刀张开，将滚轮置于山楂的枝条上，山楂枝条的部分嵌入滚轮的凹槽内，滚轮在山楂枝条上滚动，当山楂的枝条直径变化时，枝条对滚轮施加作用力，弹簧发生伸缩，进而带动切刀运动，切刀的采摘角度不变，与山楂非接触，只与山楂的果柄和山楂枝条表面接触，解除对手柄的施加压力，弹簧的作用力将滚轮固定在山楂枝条上，对手柄施加前进方向的力，滚轮在山楂枝条上转动，带动切刀运动，切刀将山楂的果柄切断，山楂落入收集袋中回收，经过风力清选将杂质去掉。
所述的一种滚轮人工助力非接触式机械手山楂采摘器，滚轮和切刀成对设置，滚轮可错位设置，不在同一条铅垂线上排列。
专利2013207953131、200420010332X和200810138684X，采用抓钩或者是动定爪实质上是梳齿式采摘方式的变种而已，采摘时山楂位于采摘梳的两梳齿之间，采摘梳的梳齿与山楂面面接触，梳齿与山楂表面产生相互挤压力，且山楂在梳齿表面运动，损伤山楂表面，损伤的山楂表面氧化变黑，影响采摘质量和山楂的商品品质，其次，山楂果柄的抗拉力远远大于山楂的抗拉力，山楂果柄从山楂上脱落过程中，会对山楂产生撕拉力，导致山楂与山楂果柄连接处的果肉脱落，而一种滚轮人工助力非接触式机械手山楂采摘器，能够实现变径采摘，切刀在山楂枝条的外表面运动，切断山楂的果柄，果柄绝大部分留在果实上，山楂果实不与切刀接触，两者之间无相对运动，对山楂表面无损伤，且果柄部分留在山楂上，现有的采摘技术无法实现，切刀的切割角度通过螺栓调整，山楂的枝条直径变化时，通过滚轮压缩弹簧，进而带动切刀沿山楂枝条表面的直线平行方向运动，但切刀的切割角度不变，只能通过切刀的尖端的刀刃将山楂的果柄切断，对山楂果的表面无挤压作用力，是在山楂枝条上的一种滚动非接触式采摘，结构不同，原理上不同，滚轮和切刀也可采用单个设置，也可以两个组合在一起使用，灵活方便，另外，机械采摘精确定位难度较大，人工采摘效率低，本申请采摘刀沿枝条表面平行运动，将果柄切断，滚轮在枝条上运动，实现变径采摘，其它形式的梳摘、柔性采摘、夹持采摘，均对山楂的表面施加挤压力，产生相对运动，只能在一个平面上采摘，而气吸式采摘，气流不能进入簇拥丛生的果实之间、即使气流量加大，气吸式根本无法实现采摘，气流难以将山楂从坚韧的果柄上脱离，气流式决定着山楂的采摘不能实现，夹持式采摘，用手高举采摘杆，杆的重心位于中上部，手长时间高举采摘杆产生抖动，视线出现偏差，定位不准确，采摘效率低，山楂在枝条生长角度各不相同，通过旋转夹持，动态的旋转指去夹持静态且角度不同的山楂，难以顺利夹持，手举式电动剪刀，使山楂果柄位于两个剪刀之间，山楂果丛生，每一个生长的角度不同，每次只能剪切一个，存在精准定位技术问题，劳动强度大，震动敲击式，是一种破坏性的采摘，对山楂树损伤严重，影响数木下一年的生长和产量，偏心块震动采摘，是震动敲击式的一种变形，而本申请在向前运动的同时，滚轮也同时能实现在枝条上旋转，所有的山楂都生长在枝条上，不管是侧枝还是侧枝上的，由果柄与枝条联接，实现360度切刀的旋转采摘，由于山楂在枝条的生长角度不一致，机器人的手指在采摘方面无论如何也代替不了人，机器人的手指是由金属材料制成的多关节机构，没有形象思维，只是执行机械动作，而果实的采摘没有规律的，不可能沿规定的程序执行，而人是有思维和感知的动物，山楂的生长年限不同，其果柄的抗拉强度不相同，机器人采摘无法辨别山楂树生长年龄，山楂的生长位置，机器手与山楂总会表面接触，产生夹持力，夹持部位不同，出现滑移，夹持不紧，这一点不容置疑，人工采摘可以用剪刀剪断山楂的果柄，不直接与山楂果实的表面接触，采摘效率低，单个采摘，山楂在枝条上的生长没有规律可循，不可能生长同一个平面上，高低错落不一，山楂在枝条上的生长位置不同，每个果穗的山楂数量不同，且簇拥成穗，导致每个果穗的山楂生长不在同一个平面上，即使实施机械修剪，机械采摘也难以实现，机械采摘无非采用剪刀或旋转刀直接切断山楂的枝条，机械采摘只能沿同一个平面采摘，机器人目前做不到，而本申请恰恰利用这一点，通过滚轮在枝条滚动，直接剪断果柄，非接触机械手一次实现多个果穗的采摘，即两个以上的果穗采摘，对称的切刀，切刀与山楂果实表面无接触，滚轮具有浮动仿形功能，变径采摘，克服了对山楂的挤压现象，机器人目前做不到，现有的技术方案与本申请的技术方案原理上、结构上不同，细节决定技术方案的成败。
本发明具有以下优点。
1、体积小、重量轻，既适应于主干采摘，也适应于侧枝侧枝，操作方便。
2、采摘速度快，效率高，切刀沿山楂枝条的表面运动，切断山楂的果柄，切刀尖端呈U形状，滚轮具有浮动仿形功能，实现变径运动，切刀倾斜设置，切刀切断山楂的果柄，对山楂果不产生挤压作用。
附图说明
图1 是本发明实施例的采摘器的结构示意图。
其中图中1、手柄 2、山楂枝条 3、支撑杆 4、伸缩杆 5、弹簧 6、滚轮 7、切刀 8、螺栓 。
具体实施方式
实施例1。
一种滚轮人工助力非接触式机械手山楂采摘器，包括手柄1、支撑杆3、弹簧5、采摘器和收集袋，在手柄1上固定安装弹簧5、支撑杆3和采摘器，支撑杆3安装在手柄1上，且与手柄1铰接，采摘器由滚轮6、伸缩杆4、弹簧5和切刀7和收集袋组成，弹簧5为压簧，伸缩杆4一端与滚轮6联接，另一端贯穿弹簧5和手柄1上设置的通孔并与手柄1联接，切刀7通过螺栓8与伸缩杆4联接，切刀7的刀尖呈U形状，松开螺栓8，转动切刀7，使切刀7与山楂枝条2的外表面呈5°的夹角，在滚轮6的外圆面上设有U形的凹槽，收集袋呈长条形，收集袋一端固定在支撑杆上，另一端固定在三角状切刀的呈U形状端，收集袋内壁上设有柔性材料，田间作业时，一只手握住要采摘的山楂枝条2，另一只手对采摘器的手柄1施加压力，手柄1克服弹簧5的压力绕支撑杆3上的铰接点转动，带动滚轮6和切刀7张开，将滚轮6置于山楂的枝条上，山楂枝条2的部分嵌入滚轮6的凹槽内，滚轮6在山楂枝条2上滚动，当山楂的枝条直径变化时，对滚轮6施加作用力，滚轮6具有浮动仿形功能，压缩弹簧5，进而带动切刀7运动，切刀7的采摘角度不变，滚轮6和切刀7成对设置，解除对手柄1的施加压力，弹簧5的作用力将滚轮6固定在山楂枝条2上，对手柄1施加前进方向的力，滚轮6在山楂枝条2上转动，带动切刀7运动，切刀7将山楂的果柄切断，同时，切刀7将山楂枝条上的切断，山楂落入收集袋中，一个山楂枝条采摘完成后，对手柄1施加压力，手柄1克服弹簧5的压力绕支撑杆3上的铰接点转动，带动滚轮6和切刀7张开，将山楂采摘器从采摘完成的枝条拿走，重复上述工作过程，依次对其它山楂枝条2的采摘。

Claims (2)

1.一种滚轮人工助力非接触式机械手山楂采摘器，包括手柄（1）、支撑杆（3）、弹簧（5）、采摘器和收集袋，其特征在于：在手柄（1）上固定安装弹簧（5）、支撑杆（3）和采摘器，支撑杆（3）安装在手柄（1）上，且与手柄（1）铰接，采摘器由滚轮（6）、伸缩杆（4）、弹簧（5）、切刀（7）和收集袋组成，弹簧（5）为压簧，伸缩杆（4）一端与滚轮（6）联接，另一端贯穿弹簧（5）和手柄（1）上设置的通孔并与手柄（1）联接，切刀（7）通过螺栓（8）与伸缩杆（4）联接，切刀（7）的刀尖呈U形状，松开螺栓（8），转动切刀（7），使切刀（7）与山楂枝条（2）的外表面呈0～30°的夹角，在滚轮（6）的外圆面上设有U形的凹槽，田间作业时，一只手握住要采摘的山楂枝条（2），另一只手对采摘器的手柄（1）施加压力，手柄（1）克服弹簧（5）的压力绕支撑杆（3）上的铰接点转动，带动滚轮（6）和切刀（7）张开，将滚轮（6）置于山楂的枝条上，山楂枝条（2）的部分嵌入滚轮（6）的凹槽内，滚轮（6）在山楂枝条（2）上滚动，当山楂的枝条直径变化时，对滚轮（6）施加作用力，滚轮（6）具有浮动仿形功能，压缩弹簧（5），进而带动切刀（7）运动，切刀（7）的采摘角度不变，解除对手柄（1）的施加压力，弹簧（5）的作用力将滚轮（6）固定在山楂枝条（2）上，对手柄（1）施加前进方向的力，滚轮（6）在山楂枝条（2）上转动，带动切刀（7）运动，切刀（7）将山楂的果柄切断，山楂落入收集袋中。
2.如权利要求1 所述的一种滚轮人工助力非接触式机械手山楂采摘器，其特征在于：滚轮（6）和切刀（7）成对设置。
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