CN107836203A - 一种便携可调式多功能水果采摘器 - Google Patents

Abstract

本发明的便携可调式多功能水果采摘器包括采摘头、支撑部分和落果部分，采摘头可在机械手和剪刀两种形式之间快速转换，且当采摘头为机械手形式时，其抓取范围、夹持力、俯仰和周向角度等均可根据需要进行调整，采摘器利用固定带将小臂和固定杆绑定在一起，并具有可以手握的握柄，使得采摘器握持方便、省力，采摘器的抓取或剪切、采摘头的俯仰调节及伸缩杆的伸缩调整均由旋转或摇杆电位器控制舵机实现。因此，该采摘器握持方便省力，操作简单，适用性和通用性较强。

Description

一种便携可调式多功能水果采摘器

技术领域

本发明涉及一种水果采摘器，特别是具有便携、可调特点，可以采用抓取或剪切两种不同方式采摘各种水果的多功能水果采摘器。

背景技术

我国是水果生产大国，各个地区果树种植面积很大，在果实成熟期，采摘作业季节性强，时间紧张，采摘果实所耗费的劳动力占据整个生产过程的50％～70％。虽然目前已经有一些大型水果采摘的机械得到了应用，但由于果树植株间隙、水果完好性要求等方面的限制，很多水果无法采用大型设备采摘，大部分依然采用传统的人工方式，对于高处的水果，往往需要登梯子、爬树等，劳动强度高，采摘效率低，还具有一定的危险性。

为解决人工采摘水果的上述问题，本发明设计了一种便携性好、操作方便、通用性强的便携可调式多功能水果采摘器，使得人站在地面就可以方便地摘下高处的水果，提高水果采摘的效率和安全性。

发明内容

本发明的目的：提供一种具有便携、可调特点，可以采用抓取或剪切不同方式采摘各种水果的多功能水果采摘器。

本发明的目的是这样实现的：一种便携可调式多功能水果采摘器，包括采摘头、支撑部分和落果部分共三大部分。

所述的采摘头可以方便地在机械手和剪刀两种形式之间转换。当采用机械手形式时，抓取机构由完全相同的上下两层组成，每层由2个连杆、摇杆A、摇杆B、2个调节杆、2个压杆锁紧块、2个压杆和2个压杆硅胶套组成，两层通过连接轴、固定轴和固定柱连接在一起，其中，2个连杆的一端与连接轴连接，另一端分别通过圆柱销与摇杆A和摇杆B连接，摇杆A和摇杆B的中间与固定轴连接，另一端分别通过螺钉与2个调节杆连接，调节杆上的槽为长槽，可根据需要调整调节杆的位置；调节杆的末端通过螺钉固定压杆锁紧套，在压杆锁紧套上利用紧定螺钉固定压杆，压杆上套有压杆硅胶套，上下两层的调节杆之间利用螺钉固定柱连接。在固定轴的中间安装有支板固定块，支板固定块的两侧安装2个定位杆支板，定位杆支板的前端连接定位杆固定块，定位杆固定块上安装4个定位杆，每个定位杆上套有定位杆硅胶套。支板固定块的下方两侧安装有定位板，定位板利用螺钉通过支撑柱、连接板和连接块与机械手固定板连接在一起，起到固定支板固定块方向的作用。连接轴上安装有拉块，拉块的另一端与拉杆连接，拉杆上安装驱动块、弹簧、垫片和螺母。固定轴的下端安装固定轴套筒，固定轴套筒通过螺钉与机械手固定板连接在一起。机械手舵机固定在机械手固定板下面，二者之间有2个垫块，机械手舵机的轴上安装机械手舵盘，机械手舵盘上安装驱动轴固定盘，机械手驱动轴安装在驱动轴固定盘上，机械手驱动轴上安装驱动轴套筒，驱动轴套筒与驱动块下部的长槽配合。驱动块的两侧设有导向板，导向板固定在导向板固定块上，导向板固定块固定在机械手固定板上。当机械手舵机工作时，机械手驱动轴绕机械手舵机轴线转动，在导向板的作用下，迫使驱动块沿直线前后运动，并通过弹簧、垫片、螺母、拉杆和拉块作用于连接轴上，实现抓取机构的打开或关闭。机械手固定板下安装有U形架，U形架下端与舵机支架连接，俯仰舵机安装在舵机支架上，舵机支架下方安装采摘头连接板，采摘头连接板下方安装有采摘头支撑轴。

所述的采摘头需要由机械手转换为剪刀时，仅需要将调节杆、固定柱、压杆锁紧套、压杆取下，然后在摇杆A和摇杆B的端部安装上刀片固定板、下刀片固定板和刀片，即可转换为剪刀形式，其驱动方式与机械手形式相同。刀片可以在需要时随时更换。

在机械手固定板上利用支撑板固定块安装摄像头支撑板，在摄像头支撑板上安装摄像头固定板，在摄像头固定板的端部安装2个摄像头压板，在2个摄像头压板之间利用螺钉固定无线摄像头，可通过手机实时观察采摘头与水果的相对位置。

所述的支撑部分的固定杆和伸缩杆采用2020铝型材，伸缩杆的顶部利用两个套筒固定弯板固定套筒固定板，套筒固定板上安装支撑套筒，在支撑套筒上安装有螺钉，采摘头部分的采摘头支撑轴安装在支撑套筒内，并利用螺钉顶紧进行固定。在套筒固定弯板下方安装上落果固定座，上落果固定座下方固定上驱动器和上驱动电池，上驱动电池为上驱动器提供电源，上驱动器为机械手舵机和俯仰舵机提供电源和控制信号。伸缩杆的下端安装中落果固定座。齿条背面利用螺钉固定齿条压板，将齿条压板插入作为伸缩杆的铝型材的槽内，然后用紧定螺钉顶紧，将其固定在伸缩杆上。固定杆的上端右侧安装伸缩舵机垫块，伸缩舵机垫块上安装伸缩舵机固定板，伸缩舵机固定在伸缩舵机固定板上，在伸缩舵机输出轴上安装伸缩舵机舵盘，利用螺钉将齿轮轴与伸缩舵机舵盘连接，利用紧定螺钉将齿轮和齿轮轴固定。在固定杆的上部两侧安装4个滑轮支架固定板，每个滑轮支架固定板上安装滑轮支架、滑轮固定板、滑轮轴，滑轮套在滑轮轴上，在滑轮轴端部安装平垫片、螺钉防止滑轮脱落，滑轮的锥面与作为伸缩杆的铝型材的两侧的槽相配合，一方面起到导向作用，另一方面也将伸缩杆和固定杆连接在了一起。固定杆的下部通过两对固定带座、固定带环安装2条粘扣式手臂固定带，在手臂固定带上方的适当位置安装握柄，握柄上安装俯仰控制旋钮和机械手控制摇杆，机械手控制摇杆外安装有握柄盖。在握柄附近的固定杆左侧安装摇杆固定座，摇杆固定座内安装伸缩控制摇杆，伸缩控制摇杆外安装摇杆座盖，机械手控制摇杆、俯仰控制旋钮、伸缩控制摇杆分别通过下控制器控制机械手舵机、俯仰舵机和伸缩舵机，下驱动电池用于为下驱动器供电，下驱动器、下驱动电池安装在固定杆的侧面。在下驱动电池上方的固定杆左侧安装手机座固定板，手机座固定板上连接手机座支臂，手机座支臂的另一端连接手机座，手机座支臂与手机座固定板之间、手机座与手机座支臂之间的连接部位的相对角度可调，手机座用于固定手机。固定杆上两对固定带座之间安装下落果固定座。

所述的落果部分的上固定环、中固定环、下固定环分别通过螺钉与支撑部分的上落果固定座、中落果固定座和下落果固定座相连，上固定环和中固定环之间安装落果导向筒，中固定环和下固定环之间安装弹性网套，当伸缩杆伸缩式，弹性网套随之伸长或缩短，下固定环下安装落果袋，落果袋上开有取水果的窗口。

本发明的便携可调式多功能水果采摘器采用了以上技术方案，具有以下优点和特点。

（1）采摘器通过握把和手臂固定带握持，握持方便省力，采摘过程基本可由单手控制旋钮或摇杆进行，操作简单。

（2）伸缩杆可通过摇杆固定座上的伸缩控制摇杆控制其电动伸缩，调节便利、快捷。

（3）采摘头为机械手形式时其夹持范围大小可根据所采摘水果的体积大小范围进行调整，适应性强。

（4）采摘头为机械手形式时其夹持力可根据需要进行调整，以满足不同水果对防止采摘过程损伤表面的要求。

（5）采摘头的俯仰角度可随时电动调整，并且其周向角度可根据个人操作习惯和爱好手动调整。

（6）通过更换少数几个零件，可将采摘头由机械手形式变成剪刀形式，以满足不同类型水果采摘的需要，且刀片可快速更换，成本低廉。

（7）落果导向筒具有弹性，其长度可随伸缩杆的伸缩自动调整。

（8）采摘过程可实时监控，提高了采摘的准确性和效率。

附图说明

图1是本发明便携可调式多功能采摘器的整体结构图。

图2是机械手形式的采摘头的正面结构图。

图3是机械手形式的采摘头的背面结构图。

图4是机械手舵机及其相连零件的装配爆炸图。

图5是剪刀形式的采摘头的基本结构图。

图6是剪刀刀片的固定方式。

图7是支撑部分结构图。

图8是支撑部分上部结构图。

图9是齿条与伸缩杆的连接方式。

图10是齿条与齿条压板的连接方式。

图11是伸缩舵机及其相连零件的装配爆炸图。

图12是滑轮及其相连零件的装配爆炸图。

图13是支撑部分下部结构图。

图14是手臂固定带安装方式。

图15是落果部分结构图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明是一种便携可调式多功能水果采摘器，由采摘头1、支撑部分2和落果部分3三部分组成。

请参见图1～图4，当所述的采摘头1为机械手形式时，抓取机构由完全相同的上下两层组成，每层由2个连杆104、摇杆A105、摇杆B107、2个调节杆108、2个压杆锁紧块109、2个压杆111和2个压杆硅胶套110组成，上下两层通过连接轴103、固定轴106和固定柱112连接在一起，其中，2个连杆104的一端与连接轴103连接，另一端分别通过圆柱销与摇杆A105和摇杆B107连接，摇杆A105和摇杆B107的中间与固定轴106连接，另一端分别通过螺钉与2个调节杆108连接，调节杆108上的槽为长槽，可根据需要调整调节杆108的位置；调节杆108的末端通过螺钉固定压杆锁紧套109，在压杆锁紧套109上利用紧定螺钉固定压杆111，压杆111上套有压杆硅胶套110，上下两层的调节杆108之间利用固定柱112连接。在固定轴106的中间安装有支板固定块116，支板固定块116的两侧安装2个定位杆支板118，定位杆支板118的前端连接定位杆固定块115，定位杆固定块115上安装4个定位杆113，每个定位杆113上套有定位杆硅胶套114。支板固定块116的下方两侧安装有定位板127，定位板127利用利用螺钉通过支撑柱124、连接板125和连接块122与机械手固定板128连接在一起，起到固定支板固定块116方向的作用。连接轴103上安装有拉块102，拉块102的另一端与拉杆134连接，拉杆134上安装驱动块101、弹簧135、垫片136和螺母137。固定轴106的下端安装有固定轴套筒117，固定轴套筒117通过螺钉与机械手固定板128连接在一起。机械手舵机129固定在机械手固定板128下面，二者之间有2个垫块131，机械手舵机129的轴上安装机械手舵盘145，机械手舵盘145上安装驱动轴固定盘142，机械手驱动轴144利用螺钉安装在驱动轴固定盘142上，机械手驱动轴144上安装驱动轴套筒143，驱动轴套筒143与驱动块101下部的长槽配合。驱动块101的两侧设有导向板133，导向板133固定在导向板固定块130上，导向板固定块130固定在机械手固定板128上。当机械手舵机129工作时，机械手驱动轴144绕机械手舵机129轴线转动，在导向板133的作用下，迫使驱动块101沿直线前后运动，并通过弹簧135、垫片136、螺母137、拉杆134和拉块102作用于连接轴103上，实现采摘头抓取部分的打开或关闭。机械手固定板128下安装有U形架126，U形架126下端与舵机支架120连接，俯仰舵机121安装在舵机支架120上，舵机支架120下方安装采摘头连接板119，采摘头连接板119下方安装有采摘头支撑轴123。

请参见图2～图6，当所述的采摘头1需要由机械手形式转换为剪刀形式时，仅需要将调节杆108、固定柱112、压杆锁紧套109、压杆111取下，然后在摇杆A105和摇杆B107的端部安装上刀片固定板146、下刀片固定板147和刀片148，即可将其转换为剪刀形式，其驱动方式与机械手形式相同。刀片148可以在需要时随时更换。

请参见图2、图3，在机械手固定板128上利用支撑板固定块132安装摄像头支撑板138，在摄像头支撑板138上安装摄像头固定板139，在摄像头固定板139的端部安装2个摄像头压板140，在2个摄像头压板140之间利用螺钉固定无线摄像头141，可通过手机实时观察采摘头与水果的相对位置。

请参见图7～图14，所述的支撑部分2的固定杆201和伸缩杆202采用2020铝型材，伸缩杆202的顶部利用两个套筒固定弯板213固定套筒固定板212，套筒固定板212上安装支撑套筒211，在支撑套筒211上安装有起缩紧作用的螺钉，采摘头1的采摘头支撑轴123安装在支撑套筒211内，并利用螺钉顶紧进行固定。在套筒固定弯板213下方安装上落果固定座210，上落果固定座210下方固定上驱动器209和上驱动电池208，上驱动电池208为上驱动器209提供电源，上驱动器209为机械手舵机129和俯仰舵机121提供电源和控制信号。伸缩杆202的下端安装中落果固定座224。齿条214背面利用螺钉固定齿条压板218，将齿条压板218插入作为伸缩杆202的铝型材的槽内，然后用紧定螺钉顶紧，将其固定在伸缩杆202上。固定杆201的上端右侧安装伸缩舵机垫块217，伸缩舵机垫块217上安装伸缩舵机固定板216，伸缩舵机215固定在伸缩舵机固定板216上，在伸缩舵机215的输出轴上安装伸缩舵机舵盘220，利用螺钉将齿轮轴221与伸缩舵机舵盘220连接，利用紧定螺钉将齿轮207和齿轮轴221固定。在固定杆201的上部两侧安装4个滑轮支架固定板206，每个滑轮支架固定板206上安装滑轮支架203、滑轮固定板205、滑轮轴219，滑轮204套在滑轮轴219上，在滑轮轴219端部安装平垫片、螺钉防止滑轮204脱落，滑轮204的锥面与作为伸缩杆202的铝型材的两侧的槽相配合，一方面起到导向作用，另一方面也将伸缩杆202和固定杆201连接在了一起。固定杆201的下部通过两对固定带座237和固定带环235安装两条粘扣式手臂固定带236，在手臂固定带236上方的适当位置安装握柄231，握柄231上安装俯仰控制旋钮234和机械手控制摇杆233，机械手控制摇杆233外安装有握柄盖232。在握柄231附近的固定杆201左侧安装摇杆固定座230，摇杆固定座230内安装伸缩控制摇杆222，伸缩控制摇杆222外安装摇杆座盖223，机械手控制摇杆233、俯仰控制旋钮234、伸缩控制摇杆222分别通过下控制器225控制机械手舵机129、俯仰舵机121和伸缩舵机215，其中机械手舵机129和俯仰舵机121为遥控方式，下驱动电池226用于为下驱动器225供电，下驱动器225、下驱动电池226安装在固定杆201的侧面。在下驱动电池226上方的固定杆201左侧安装手机座固定板228，手机座固定板228连接手机座支臂227，手机座支臂227的另一端连接手机座229，手机座支臂227与手机座固定板228之间、手机座229与手机座支臂227之间的连接部位的相对角度可调，手机座229用于固定手机。固定杆201上两对固定带座237之间安装下落果固定座238。

所述的落果部分3的上固定环301、中固定环303、下固定环305分别通过螺钉与支撑部分2的上落果固定座210、中落果固定座224和下落果固定座238相连，上固定环301和中固定环303之间安装落果导向筒302，中固定环303和下固定环305之间安装弹性网套304，当伸缩杆202伸缩时，弹性网套304随之伸长或缩短，下固定环305下安装落果袋306，落果袋306上开有取水果的窗口。

当使用该采摘器工作时，首先根据所要采摘的水果的类型，确定采摘头1为机械手形式还是剪刀形式，并安装相应的零件，如果采用机械手形式，可根据所要采摘的水果的大小，通过调整拉杆134上的螺母137的位置，调整采摘头抓取时的夹持力，并根据个人的习惯，松开支撑套筒211上的螺钉，将采摘头1旋转到合适的周向角度，再拧紧螺钉进行固定；然后将手机与无线摄像头141连通，将手机固定于手机座229上，并调整手机座支臂227和手机座229的角度，以适于采摘过程中的观察；随后用手握住握柄231，利用手臂固定带236把小臂和固定杆201绑定在一起，抬起手臂将采摘器举起，根据水果的高度，利用伸缩控制摇杆222控制伸缩杆202伸缩到合适的高度，必要时利用俯仰控制旋钮234控制采摘头1的俯仰角度，通过手机上接收到的无线摄像头141的视频，观察采摘头1与水果之间的位置，在合适的时机推动机械手控制摇杆233，即可将水果抓住或剪下，如果是采用机械手形式采摘，抓住水果后保持机械手控制摇杆233的位置，适当用力将水果摘下，然后松开机械手控制摇杆233，水果就会被松开并掉下，摘下或剪掉的水果沿落果导向筒302下落到落果袋306，就可以从落果袋306上的窗口取出水果。

本发明的采摘器的采摘头1可在机械手和剪刀两种形式之间快速转换，且当采摘头为机械手形式时，其抓取范围、夹持力、俯仰和周向角度等均可根据需要进行调整，采摘器利用固定带236将小臂和固定杆201绑定在一起，并具有可以手握的握柄231，使得采摘器握持方便、省力，采摘器的抓取或剪切、采摘头1的俯仰调节及伸缩杆202的伸缩调整均由旋钮或摇杆控制舵机实现。因此，该采摘器握持方便省力，操作简单，适用性和通用性较强。

Claims (7)

1.一种便携可调式多功能水果采摘器，包括采摘头、支撑部分和落果部分，其特征在于：

所述的机械手形式的采摘头的抓取机构由完全相同的上下两层组成，每层由2个连杆、摇杆A、摇杆B、2个调节杆、2个压杆锁紧块、2个压杆和2个压杆硅胶套组成，上下两层通过连接轴、固定轴和固定柱连接在一起，其中，2个连杆的一端与连接轴连接，另一端分别通过圆柱销与摇杆A和摇杆B连接，摇杆A和摇杆B的中间与固定轴连接，另一端分别通过螺钉与2个调节杆连接，调节杆的末端通过螺钉固定压杆锁紧套，在压杆锁紧套上利用紧定螺钉固定压杆，压杆上套有压杆硅胶套，上下两层的调节杆之间利用固定柱连接；在固定轴的中间安装有支板固定块，支板固定块的两侧安装2个定位杆支板，定位杆支板的前端连接定位杆固定块，定位杆固定块上安装4个定位杆，每个定位杆上套有定位杆硅胶套；支板固定块的下方两侧安装有定位板，定位板利用利用螺钉通过支撑柱、连接板和连接块与机械手固定板连接在一起；连接轴上安装有拉块，拉块的另一端与拉杆连接，拉杆上安装驱动块、弹簧、垫片和螺母；固定轴的下端安装有固定轴套筒，固定轴套筒通过螺钉与机械手固定板连接在一起；机械手舵机固定在机械手固定板下面，二者之间有2个垫块，机械手舵机的轴上安装机械手舵盘，机械手舵盘上安装驱动轴固定盘，机械手驱动轴利用螺钉安装在驱动轴固定盘上，机械手驱动轴上安装驱动轴套筒，驱动轴套筒与驱动块下部的长槽配合，驱动块的两侧设有导向板，导向板固定在导向板固定块上，导向板固定块固定在机械手固定板上；机械手固定板下安装有U形架，U形架下端与舵机支架连接，俯仰舵机安装在舵机支架上，舵机支架下方安装采摘头连接板，采摘头连接板下方安装有采摘头支撑轴；在机械手固定板上利用支撑板固定块安装摄像头支撑板，在摄像头支撑板上安装摄像头固定板，在摄像头固定板的端部安装2个摄像头压板，在2个摄像头压板之间利用螺钉固定无线摄像头；

所述的支撑部分的固定杆和伸缩杆采用2020铝型材，伸缩杆的顶部利用两个套筒固定弯板固定套筒固定板，套筒固定板上安装支撑套筒，采摘头的采摘头支撑轴安装在支撑套筒内，并利用支撑套筒上的螺钉固定；在套筒固定弯板下方安装上落果固定座，上落果固定座下方固定上驱动器和上驱动电池，伸缩杆的下端安装中落果固定座；齿条背面利用螺钉固定齿条压板，齿条压板插入作为伸缩杆的铝型材的槽内，并由紧定螺钉固定；固定杆的上端右侧安装伸缩舵机垫块，伸缩舵机垫块上安装伸缩舵机固定板，伸缩舵机固定在伸缩舵机固定板上，在伸缩舵机的输出轴上安装伸缩舵机舵盘，利用螺钉将齿轮轴与伸缩舵机舵盘连接，利用紧定螺钉将齿轮和齿轮轴固定；在固定杆的上部两侧安装4个滑轮支架固定板，每个滑轮支架固定板上安装滑轮支架、滑轮固定板、滑轮轴，滑轮套在滑轮轴上，在滑轮轴端部安装平垫片、螺钉，滑轮的锥面与作为伸缩杆的铝型材的两侧的槽相配合；固定杆的下部通过两对固定带座和固定带环安装2条粘扣式手臂固定带，在手臂固定带上方的适当位置安装握柄，握柄上安装俯仰控制旋钮和机械手控制摇杆，机械手控制摇杆外安装有握柄盖，在握柄附近的固定杆左侧安装摇杆固定座，摇杆固定座内安装伸缩控制摇杆，伸缩控制摇杆外安装摇杆座盖，下驱动器、下驱动电池安装在固定杆的侧面；在下驱动电池上方的固定杆左侧安装手机座固定板，手机座固定板连接手机座支臂，手机座支臂的另一端连接手机座；固定杆上两对固定带座之间安装下落果固定座；

所述的落果部分的上固定环、中固定环、下固定环分别通过螺钉与支撑部分的上落果固定座、中落果固定座和下落果固定座相连，上固定环和中固定环之间安装落果导向筒，中固定环和下固定环之间安装弹性网套，下固定环下安装落果袋，落果袋上开有取水果的窗口。

2.根据权利要求1所述的便携可调式多功能水果采摘器，其特征在于：将机械手形式的采摘头的调节杆、固定柱、压杆锁紧套、压杆取下，在摇杆A和摇杆B的端部安装上刀片固定板、下刀片固定板和刀片，能够将采摘头由机械手形式转换为剪刀形式。

3.根据权利要求1所述的便携可调式多功能水果采摘器，其特征在于：通过调整机械手形式的采摘头的调节杆、压杆的伸出长度，结合调整定位杆固定块的位置，可调整其夹持范围的大小。

4.根据权利要求1所述的便携可调式多功能水果采摘器，其特征在于：通过调整拉杆上的螺母的位置，可调整弹簧的压缩程度，从而调整采摘头夹持力的大小。

5.根据权利要求1所述的便携可调式多功能水果采摘器，其特征在于：支撑部分通过伸缩控制摇杆控制伸缩舵机，利用齿轮齿条传动，可实现伸缩杆的电动伸缩。

6.根据权利要求1所述的便携可调式多功能水果采摘器，其特征在于：落果部分的弹性网套具有弹性，其长度可随伸缩杆的伸缩自动调整。

7.根据权利要求1所述的便携可调式多功能水果采摘器，其特征在于：采摘器通过握把和手臂固定带握持。