CN108271525A - 一种小型草莓采集手推车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型草莓采集手推车，包括万向轮、底板、末端采摘执行器、移动机构、传送机构、排列收集机构、控制板、把手，末端采摘执行器安装在移动机构上，移动机构末端与传送机构前端相接，传送机构顶端与排列收集机构入口相接，控制板安装在把手上，把手安装在移动机构后方。本发明机身体积小，结构紧凑，功能完备，成本低，可广泛应用于草莓种植地垄，辅助人工进行草莓采摘收集。

Description

一种小型草莓采集手推车

技术领域

本发明属于农业机械领域，具体地说是一种可通过人工控制实现半自动化草莓采摘和收集的手推车式收获设备。

背景技术

果蔬采摘的劳动强度大，目前采摘方式多为人工，工作效率低。各国学者相继开发出了苹果、黄瓜、番茄等自动采摘装置，但草莓柔软多汁，外表面极易损伤，对装置的末端执行器具有明显的特殊性和更高的设计要求。中国专利申请号201711180583.0的“草莓采摘设备”采用了采摘爪的采摘方式，其在实际采摘过程中存在损伤甚至破坏草莓的可能性。

我国一般在日光温室中进行草莓垄作栽培，但由于草莓地垄的垄沟狭窄，果实吊挂位置比较低矮，因而垄作栽培草莓果实的采摘要求机械体须小巧、灵活。但目前研发出的草莓收获设备的工作环境多为专门设计的高架栽培草莓田，如中国专利申请号201210037637.9的“高架草莓采摘机器人”，该机器人包括草莓采摘机器人精准采摘执行机构、收纳篮、长孔连接杆、螺纹孔连接杆、底盘连接杆以及履带式底盘，该机器人只适用于高架栽培的草莓，不适用于现有多数的垄作栽培草莓生长环境。

发明内容

针对上述草莓采摘末端执行器对果实保护性要求高、当前草莓采摘机械多不适用于垄作栽培的种植方式的问题，为达到能在垄作栽培的草莓普通生长环境下使用、并能降低采摘过程中草莓损伤、减轻劳动强度的目的，本发明公开了一种小型草莓采集手推车。

本发明所采用的技术方案是：

一种小型草莓采集手推车，包括万向轮、底板、末端采摘执行器、移动机构、传送机构、排列收集机构、控制板、把手。所述四个万向轮安装在所述底板底部四角，使小车具备三个平面自由度，可在垄间任意移动，也可实现所述末端采摘执行器的水平位移；末端采摘执行器安装在所述移动机构上，用于直接采摘草莓果实；移动机构末端与所述传送机构前端相接，用于移动定位末端采摘执行器；传送机构顶端与所述排列收集机构入口相接，用于传送采摘草莓；排列收集机构用于排列收集由传送机构传送过来的草莓；所述控制板安装在所述把手上方，把手安装在移动机构后方，把手长度可调节，便于人手进行操作控制移动机构。

末端采摘执行器包括：电磁阀、波纹吸盘、第一气泵、第二气泵、传动链条、主动链轮、从动链轮、圆形刀片、第一电机、活塞杆、气缸、推出电磁阀、缩回电磁阀、第一气管、第二气管、第一齿轮箱电机、从动轮、主动轮、第二电机。所述从动轮、所述波纹吸盘、所述主动链轮同轴，所述气缸与所述从动链轮同轴，所述第二电机工作，通过主动轮与从动轮、主动链轮与从动链轮的啮合传动，实现波纹吸盘与气缸的同步转动，从而更好适应草莓生长姿态；所述第一气管一端连接所述第一气泵吸气口，另一端连接所述电磁阀，第一气管中部的T型口连接波纹吸盘，第一气泵工作吸气，通过控制电磁阀的开闭实现对波纹吸盘的负压大小调节，从而完成对草莓的吸附、运送及释放；所述第二气泵工作，经由所述第二气管出气，通过控制连接于第二气管中部的所述推出电磁阀和所述缩回电磁阀的开闭，实现气缸的所述活塞杆的伸出和缩回，活塞杆一端安装有所述第一电机，所述圆形刀片安装在第一电机的输出轴上，第一电机工作带动圆形刀片旋转，实现对草莓茎的切割。

移动机构包括：第一螺杆、第二螺杆、水平链轮、水平链条、第三电机、内螺纹构件、齿轮、第一齿条、第一支撑架。与末端采摘执行器固连的所述第一齿轮箱电机工作，通过第一齿轮箱电机的输出齿轮与所述第一齿条的啮合传动，实现末端采摘执行器的水平伸出与退回；所述第三电机工作带动所述齿轮转动，通过所述内螺纹构件与所述第一螺杆、所述第二螺杆的螺旋传动，以及所述水平链轮与所述水平链条的啮合传动，实现末端采摘执行器的上升与下降；所述第一支撑架起支撑作用。

传送机构包括：带轮、传送带、第二支撑架、第一斜板、竖直链条、竖直链轮、传送盒、凸轮、第四电机、第五电机。所述第五电机带动所述带轮及所述传送带工作，实现水平传送草莓；布置在所述第二支撑架四角的四个所述竖直链轮与所述竖直链条啮合传动，多个所述传送盒均布在竖直链条上，传送盒循环工作实现抬升传送草莓；所述第四电机带动所述凸轮旋转推动传送盒；所述第一斜板用于草莓进入排列收集机构的缓冲过渡。

排列收集机构包括：第一挡板、第二挡板、第三挡板、第二斜板、第三螺杆、波浪海绵垫、收集盒、第二齿条、第二齿轮箱电机、收集架。所述第三螺杆竖直安装在所述第二斜板上，所述第一挡板、所述第二挡板、所述第三挡板以第三螺杆为轴等角分布，且通过螺旋副与第三螺杆配合，由落入草莓重力推动转动实现草莓分流分列；所述第二齿轮箱电机工作，通过所述第二齿条与第二齿轮箱电机的输出齿轮的啮合传动，所述收集架带动所述收集盒水平移动，实现草莓分行收集；所述波浪海绵垫用于间隔排列和保护草莓。

与现有采摘机械相比，本发明具备如下优点：

(1)专为采用垄作栽培的普通草莓种植农户设计，采用控制板和把手，以及传送带和多个传送盒循环配合工作，人直立作业，避免弯腰或蹲下采集草莓，有效降低劳动强度；

(2)采用波纹吸盘，可将预采摘草莓从多个草莓中吸附并分离出来，草莓表面损伤小；

(3)采用圆形刀片，切断草莓茎，整个过程中不存在拉扯、扭转等暴力采摘动作，不接触草莓；

(4)采用可旋转的第一挡板、第二挡板、第三挡板的组合设计，实现草莓的同行分列排列；

(5)采用波浪海绵垫，避免了草莓在收集盒中的二次滚动，实现间隔排列，有效保护草莓。

附图说明

图1为一种小型草莓采集手推车整体结构示意图；

图2为末端采摘执行器部分结构示意图；

图3为移动机构部分结构示意图；

图4为排列收集机构部分结构示意图。

其中：

1.万向轮、2.底板、3.末端采摘执行器、31.电磁阀、32.波纹吸盘、331.第一气泵、332.第二气泵、341.传动链条、342.主动链轮、343.从动链轮、351.圆形刀片、352.第一电机、353.活塞杆、354.气缸、361推出电磁阀、362.缩回电磁阀、371.第一气管、372.第二气管、38.第一齿轮箱电机、391.从动轮、392.主动轮、393.第二电机、4.移动机构、411.第一螺杆、412.第二螺杆、42.水平链轮、43.水平链条、44.第三电机、45.内螺纹构件、46.齿轮、47.第一齿条、48.第一支撑架、5.传送机构、51.带轮、52.传送带、53.第二支撑架、54.第一斜板、551.竖直链条、552.竖直链轮、56.传送盒、57.凸轮、58.第四电机、59.第五电机、6.排列收集机构、611.第一挡板、612.第二挡板、613.第三挡板、62.第二斜板、63.第三螺杆、64.波浪海绵垫、65.收集盒、66.第二齿条、67.第二齿轮箱电机、68.收集架、7.控制板、8.把手。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

1)草莓的采摘

参见图1，一种小型草莓采集手推车，包括万向轮1、底板2、末端采摘执行器3、移动机构4、传送机构5、排列收集机构6、控制板7、把手8。其中，传送机构5包括：带轮51、传送带52、第二支撑架53、第一斜板54、竖直链条551、竖直链轮552、传送盒56、凸轮57、第四电机58、第五电机59。

参见图2、图3，末端采摘执行器3包括：电磁阀31、波纹吸盘32、第一气泵331、第二气泵332、传动链条341、主动链轮342、从动链轮343、圆形刀片351、第一电机352、活塞杆353、气缸354、推出电磁阀361、缩回电磁阀362、第一气管371、第二气管372、第一齿轮箱电机38、从动轮391、主动轮392、第二电机393。主动轮392安装在第二电机393的输出轴上，与上侧的从动轮391啮合，从动轮391与另一侧的主动链轮342同轴连接，波纹吸盘32的基座固连在从动轮391和主动链轮342的轴上，主动链轮342与上端的从动链轮343通过传动链条341啮合，气缸354固连在从动链轮343的轴上；第一气管371一端连接第一气泵331吸气口，另一端连接电磁阀31，第一气管371中部的T型口连接波纹吸盘32；气缸354通过第二气管372与第二气泵332出气口相连，第二气管372中部连接有推出电磁阀361和缩回电磁阀362，活塞杆353一端安装有第一电机352，圆形刀片351安装在第一电机352输出轴上。

参见图2、图3，移动机构包括：第一螺杆411、第二螺杆412、水平链轮42、水平链条43、第三电机44、内螺纹构件45、齿轮46、第一齿条47、第一支撑架48。末端采摘执行器3与第一齿轮箱电机38固连，第一齿轮箱电机38的输出齿轮与第一齿条47啮合，第一齿条47水平布置于内螺纹构件45底部；内螺纹构件45与第一螺杆411和第二螺杆412相互垂直配合，第一支撑架48与第一螺杆411和第二螺杆412平行布置，第一螺杆411和第二螺杆412上端分别安装有两个水平链轮42，水平链轮42与水平链条43啮合，齿轮46安装在第二螺杆412下端，与第三电机44的输出轴上齿轮相啮合。

参见图1、图2、图3，一种小型草莓采集手推车通过万向轮1被农户推入草莓种植地垄间并停至预采摘草莓处，人工识别草莓分布位置与成熟情况，通过操控把手8上的控制板7，控制第三电机44、第一齿轮箱电机38、第二电机393的正反转。第三电机44工作，其输出轴上齿轮与齿轮46啮合传动，带动第二螺杆412转动，第一螺杆411和第二螺杆412通过水平链轮42与水平链条43的啮合传动实现同步转动，内螺纹构件45通过与第一螺杆411和第二螺杆412配合，内螺纹构件45竖直上下移动，实现末端采摘执行器3的上升与下降；第一齿轮箱电机38工作，与第一齿条47啮合传动，实现末端采摘执行器3的伸出与退回；第二电机393工作，其输出轴带动主动轮392转动，主动轮392带动从动轮391转动，从动轮391带动同轴的波纹吸盘32与主动链轮342转动，以适应草莓姿态，主动链轮342通过传动链条341带动从动链轮343转动，从动链轮343带动气缸354转动，实现圆形刀片351与波纹吸盘32同步转动。

参见图2、图3，通过操控控制板7，移动末端采摘执行器3至预采摘草莓位置处后，第一气泵331工作吸气，电磁阀31关闭，波纹吸盘32内产生负压，再微调至波纹吸盘32接触草莓果实表面，利用内外压强不等，吸附上草莓，末端采摘执行器3退回一小段，使草莓与草莓束分离，通过控制板7控制第一电机352带动圆形刀片351旋转，第二气泵332工作出气，推出电磁阀361开启，气缸354从上端进气口充气，活塞杆353推出，实现对草莓果实上端草莓茎的切割；切断后，圆形刀片351停止旋转，推出电磁阀361关闭，缩回电磁阀362开启，气缸354从下端进气口充气，活塞杆353缩回，缩回电磁阀362关闭，波纹吸盘32吸附住草莓，末端采摘执行器3退回至传送机构5前端，第二电机393工作，波纹吸盘32带动草莓旋转向下，对准传送带52前端，电磁阀31打开，波纹吸盘32负压大幅降低，草莓释放，落入传送带52上。

2)草莓的传送

参见图1，传送机构5包括：其中，传送机构5包括：带轮51、传送带52、第二支撑架53、第一斜板54、竖直链条551、竖直链轮552、传送盒56、凸轮57、第四电机58、第五电机59。传送带52布置在底板2中部，张紧在带轮51上；第二支撑架53四角布置有四个竖直链轮552，四个竖直链轮552与竖直链条551啮合传动，多个传送盒56均布在竖直链条551上；凸轮57安装在第二支撑架53上端；第一斜板54安装在第二支撑架53的顶端、传送盒56开口侧。

参见图1，当草莓从波纹吸盘32中落入传送带52上时，第五电机59工作，带动带轮51转动，带轮51带动传送带52工作，实现草莓传送，草莓传送到传送带52末端时，从传送带52上落入等待在此的传送盒56中，第五电机59停止，传送带52停止，等待传送下一个草莓。

参见图1，草莓落入传送盒56中，通过竖直链轮552和竖直链条551的啮合传动带动传送盒56往上移动，此时下一个空的传送盒56下降并停至传送带52末端，等待草莓落入，实现循环接收和传送草莓；当装有草莓的传送盒56运动到第二支撑架53顶端时，第四电机58工作带动凸轮57旋转，将传送盒56推成一定倾斜程度，草莓脱落，落入第一斜板54上，凸轮57继续旋转，传送盒56恢复成初始状态，继续向下运动，再次运动到传送带52末端，构成循环工作。

3)草莓的排列收集

参见图4，排列收集机构6包括：第一挡板611、第二挡板612、第三挡板613、第二斜板62、第三螺杆63、波浪海绵垫64、收集盒65、第二齿条66、第二齿轮箱电机67、收集架68。第三螺杆63竖直安装在第二斜板62上，第一挡板611、第二挡板612、第三挡板613以第三螺杆63为轴等角分布，且通过螺旋副与第三螺杆63配合；波浪海绵垫64铺在收集盒65底部，收集盒65放置在收集架68上，收集架68底部安装有第二齿条66，第二齿条66与第二齿轮箱电机67的输出齿轮啮合，第二齿轮箱电机67安装固定在第二支撑架53上。

参见图4，草莓通过第一斜板54落入第二斜板62上，初始状态下第一挡板611接触到第二斜板62一侧，隔断该侧通道，草莓只能从另一侧落入收集盒65一行中的一列，草莓在落入过程中，会触碰第二挡板612或第三挡板613，带动第一挡板611旋转至与第二斜板62另一侧接触，从而隔断这一侧的通道，下一个草莓则落入收集盒65一行的另一列，由此实现草莓的同行分列排列；当收集盒65的一行装满草莓后，第二齿轮箱电机67工作，与第二齿条66啮合传动，收集架68推动收集盒65移动一格后停下，等待草莓落入收集盒65新的一行，由此实现草莓分行收集；波浪海绵垫64的凹凸保证草莓在收集盒65中无法滚动且相互保持一定间距，其柔性能保护草莓减少损伤，当收集盒65装满后，取出并换上新盒，继续采摘收集工作。

通过以上方式，实现草莓的采摘、传送和排列收集，达到本发明辅助人工直立进行垄作栽培草莓收获的目的。

Claims (3)

1.一种小型草莓采集手推车，包括万向轮(1)、底板(2)、末端采摘执行器(3)、移动机构(4)、传送机构(5)、排列收集机构(6)、控制板(7)、把手(8)；其特征在于：万向轮(1)安装在底板(2)底部四角，末端采摘执行器(3)安装在移动机构(4)上，移动机构(4)末端与传送机构(5)前端相接，传送机构(5)顶端与排列收集机构(6)入口相接，控制板(7)安装在把手(8)上，把手(8)安装在移动机构(4)后方，把手(8)长度可调节。

2.根据权利要求1所述的一种小型草莓采集手推车，其特征在于：所述末端采摘执行器(3)的第一气泵(331)工作，经由第一气管(371)吸气，通过控制第一气管(371)另一端电磁阀(31)的开闭，实现对第一气管(371)中部T型口上的波纹吸盘(32)的负压大小调节，从而完成对草莓的吸附、运送及释放，气缸(354)伸出与缩回活塞杆(353)，活塞杆(353)一端的第一电机(352)带动圆形刀片(351)旋转，实现对草莓茎的切割。

3.根据权利要求1所述的一种小型草莓采集手推车，其特征在于：所述排列收集机构(6)的第三螺杆(63)竖直安装在第二斜板(62)上，第一挡板(611)、第二挡板(612)、第三挡板(613)以第三螺杆(63)为轴均匀分布，通过螺旋副与第三螺杆(63)配合，草莓落入由重力推动第一挡板(611)、第二挡板(612)、第三挡板(613)旋转实现草莓的分列收集，收集盒(65)通过水平移动实现草莓的分行收集，波浪海绵垫(64)实现草莓的排列和保护。