CN108419528B - 预定位振落分层采摘机 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种预定位振落分层采摘机，解决了现有技术中冬枣采摘难度大、效率低的问题。该采摘机包括机架，机架上设有平行四杆前伸机构，平行四杆前伸机构由设置于机架上的第一电机驱动；宽齿振落机构，设置于所述平行四杆前伸机构上，宽齿振落机构由设置于机架上的第二电机驱动振动，用于将果实振落；分层预定位机构，设置于所述分层预定位机构上；测距机构，所述测距机构安装于所述机架的前端，用于检测与树干之间的距离；扇面展开收集机构，设置于所述宽齿振落机构的下方；辊轴挡板传送机构，其一端位于所述扇面展开收集机构的下端开口处；螺纹滚筒分级机构，设置于所述辊轴挡板传送机构的一侧，用于对传送的果实进行分级。

Description

预定位振落分层采摘机

技术领域

本发明涉及果实采摘技术领域，特别是指一种结构简单、使用方便的预定位振落分层采摘机。

背景技术

果实采摘是一项耗时耗力的工作，其工作量大，工作难度高，在采摘过程中，不仅对采摘效率具有较高的要求，而且不能损坏果实，降低采摘的质量，因此，果实采摘的成本一直较高。

现代种植业中，果实的种类多种多样，每种果实都具有自己的特点，其采摘过程也不尽相同，例如冬枣，其果实皮薄质脆，表面易受损，不容易贮藏和长途运输，所以为了最大限度的保持良好的果品，冬枣采摘一直以人工采摘为主。

我国从1970年开始研究冬枣采摘机械化作业，研制出气囊式采果器、手持电动采果器、和与手扶拖拉机配套的机械振动式采果机。前两者实际上还是人工作业用的辅助机械，虽然在保护冬枣不受损伤方面做得较好，但是其效率还是太低。1980年后，我国开始研究和制造切割型采摘器，冬枣采摘逐步从人工使用剪刀采摘发展到辅助化采摘。例如长柄剪刀采摘，虽然对果实的损伤也小，但是费时费力。在此之后研发出更多的辅助工具如液压剪枝升降平台，用来提高工作位置，以便于采摘作业。曾经我国还采用吹气式冬枣采摘，但由于其气流不稳定，易损伤果枝果实，虽然分选效果较好，但采摘效果不佳，所以很快就被淘汰。

目前国内最主要的采摘方式是人工采摘，其对冬枣的破坏程度最小，采摘工位灵敏较高。但是相比于机械作业采摘，人工采摘不仅劳动成本巨大，而且也不适用大规模种植的高强度作业，因此机械作业冬枣采摘主要有切割式和碰撞式两种类型。切割式的作业方式是将树枝或果柄切断使冬枣与果树分离。碰撞式的工作方式是碰撞部件直接冲撞果枝或敲打牵引果枝振落冬枣。

对于国外研究，果实采摘机械的研究开始于1940年初，主要以欧洲和北美洲为首的西方现代工业化国家较早开展此方面的研究。当时的机械作业采摘的工作效率普遍较低，而采摘的损伤率较高，不适用于采摘具有易损伤且要求完好率高等特点的冬枣。1960年中期，美国研究出液压升降平台车，作为辅助采摘工具使用，使得采摘效率有较大的提高，可是却对大规模种植的采摘要求。从1960年后期开始，欧美将冬枣机械作业采摘与果树的培育和修剪结合起来，比如为了适合机械化作业去修整树形。1970年有出现了多种切割式冬枣机械作业采摘，例如长柄剪刀等。部分枣树的果园种植地形类似于山东沾化地区的冬枣种植园，在丘陵地形，许多在平地上使用的果园机械上并不适用。

目前国外对冬枣采摘机械的研究是以采摘机器人为主。1970年末期，随着科技的迅速发展，以美国为首的西方国家开始研究各种农业机器人。采摘机器人主要由机械手、末端执行器、视觉识别系统和行走装置等四大系统组成。虽然采摘机器人灵活度和操作度越来越高，但冬枣数量多、个体小且圆润、空间分布密度大如果采用机器人采摘，采摘效率明显不高。

在冬枣生产作业中采摘收益约占整个作业量的40%。而冬枣采摘作业是冬枣生产链中最耗时最费力的一个环节，其中高空采摘由于不能直接接触，必须借助辅助登高工具完成，从而增加了采摘难度以及危险性。同时，产品的后续加工和储存主要受采摘作业质量的好坏的影响，从而最终影响市场价格和经济效益，如何低成本，高质量的采摘冬枣是生产环节必须重视和考虑的问题。

由于采摘具有极高的复杂性，目前国内的冬枣采摘作业全部是手工完成。随着人口的老龄化以及农业生产劳动力的不断减少，农业生产成本也在不断提高。因此，对于冬枣机械化技采摘技术的发展，研究开发冬枣采摘机械具有重要意义。

近些年来，冬枣的相关产业发展十分迅速，需求量逐年递增，传统的人工采摘早已不适用，故冬枣机械作业采摘已经成为必然的趋势。据调查发现，冬枣采摘机的普适性不高，目前还没有真正用于大规模生产的冬枣采摘机械，所以冬枣采摘机市场需求巨大。

发明内容

本发明提出一种预定位振落分层采摘机，解决了现有技术中冬枣采摘难度大、效率低的问题。

本发明的技术方案是这样实现的：预定位振落分层采摘机，包括：

机架，所述机架上设有平行四杆前伸机构，所述平行四杆前伸机构由设置于机架上的第一电机驱动，实现前伸和后退；

宽齿振落机构，设置于所述平行四杆前伸机构上，随着平行四杆前伸机构的前伸和后退而同步动作，所述宽齿振落机构由设置于机架上的第二电机驱动振动，用于将果实振落；

分层预定位机构，所述平行四杆前伸机构设置于所述分层预定位机构上，所述分层预定位机构的高度可调，从而改变所述平行四杆前伸机构及宽齿振落机构的高度；

测距机构，所述测距机构安装于所述机架的前端，用于检测与树干之间的距离；

扇面展开收集机构，设置于所述宽齿振落机构的下方，用于对振落的果实进行收集；

辊轴挡板传送机构，其一端位于所述扇面展开收集机构的下端开口处，用于将收集的果实进行传送；

螺纹滚筒分级机构，设置于所述辊轴挡板传送机构的一侧，用于对传送的果实进行分级。

作为一种优选的实施方式，所述平行四杆前伸机构包括下支撑板，所述下支撑板水平设置于所述机架上，所述下支撑板上铰接有四根摇杆，四根摇杆与下支撑板的铰接点为矩形，四根所述的摇杆长度相等，四根所述的摇杆上端铰接有水平的上支撑板，所述宽齿振落机构安装于所述上支撑板上；

后方的两根摇杆之间通过转轴实现连接，所述转轴上固定有驱动其转动的蜗轮，所述蜗轮由垂直延伸的蜗杆驱动，所述蜗杆由所述第一电机驱动。

作为一种优选的实施方式，所述宽齿振落机构包括平行铰接于所述上支撑板上表面的左摆杆和右摆杆，所述左摆杆和右摆杆向前延伸并设有左宽齿和右宽齿，所述左宽齿和右宽齿用于插入果枝内；

所述上支撑板的上表面设有位于左摆杆和右摆杆之间的凸轮，所述凸轮在水平面内旋转从而驱动所述左摆杆和右摆杆振动，所述左摆杆和右摆杆之间还连接有复位弹簧；

所述下支撑板的下表面上还设有所述的第二电机，所述第二电机与凸轮之间通过万向轴连接。

作为一种优选的实施方式，所述分层预定位机构包括安装于所述机架上的四个气缸，四个所述的气缸垂直设置并承托起所述的下支撑板，所述下支撑板的高度由所述气缸调节。

作为一种优选的实施方式，所述测距机构为安装于所述机架前端的红外测距仪。

作为一种优选的实施方式，所述扇面展开收集机构包括相啮合的左齿轮和右齿轮，所述左齿轮和右齿轮的中心轴竖直延伸，所述左齿轮上固定有与其同步转动的左扇面杆，所述右齿轮上固定有与其同步转动的右扇面杆，所述左扇面杆和右扇面杆以竖直面对称设置并与竖直面之间具有夹角；

还包括固定设置的左扇面辅助杆和右扇面辅助杆，所述左扇面辅助杆和右扇面辅助杆以竖直面对称设置并与竖直面之间具有夹角；

所述左扇面辅助杆与左扇面杆之间，以及右扇面辅助杆与右扇面杆之间均设有扇面布，所述左扇面杆和右扇面杆转至接触时，所述左扇面辅助杆、左扇面杆、右扇面辅助杆与右扇面杆之间围成容纳腔，用于承接掉落的果实。

作为一种优选的实施方式，所述辊轴挡板传送机构包括位于所述容纳腔下端开口的漏斗，还包括伸入到所述漏斗处的传送带，所述传送带上设有若干的挡板，所述传送带移动时，所述挡板将果实输送至所述螺纹滚筒分级机构内。

作为一种优选的实施方式，所述螺纹滚筒分级机构包括水平设置的滚筒，所述滚筒内固定有螺旋挡板，所述螺旋挡板上包覆有聚乙烯泡沫塑料，所述滚筒转动时，所述果实沿所述螺旋挡板前进；

所述挡板将所述果实输送至所述滚筒的一端，所述滚筒上开有若干通孔，所述通孔的大小自所述挡板一端向另一端逐渐增大；

所述滚筒的下方并排设置多个缓冲滑道。

采用了上述技术方案后，本发明的有益效果是：本发明的采摘机能够解放人们的双手，节省人力和物力，辅助人们在收获时通过振动抖落的方式快速收集冬枣等果实，从而提高果实的抖落率，降低果实的表面损伤率，同时将收集后的果实进行大小分级，最大化协助人工完成一体化工作，保证采摘收集分级的高效率。工作时，首先利用分层预定位机构将上方的平行四杆前伸机构和宽齿振落机构调整至合适的高度，然后平行四杆前伸机构动作，实现宽齿振落机构的前伸，将宽齿振落机构伸入到长满果实的果枝内部，之后宽齿振落机构振动，实现果实的振落，被振落的果实自然落到下方已经张开的扇面展开收集机构内，之后在辊轴挡板传送机构的作用下被输送至螺纹滚筒分级机构进行分级收集，整个过程快速高效，大大提高了采摘的效率。

平行四杆前伸机构通过蜗杆驱动蜗轮，蜗轮驱动四根摇杆以铰接点转动，从而实现上支撑板的前伸，而且蜗轮蜗杆的自锁性能够保证平行的四根摇杆前伸后在既定工位保持稳定。

宽齿振落机构通过万向轴将第二电机的动力传输至凸轮上，凸轮旋转时驱动左摆杆和右摆杆振动，将左宽齿和右宽齿内的果实振落，而且复位弹簧的设置能够实现左摆杆和右摆杆的抖动，提高振落的效果。

扇面展开收集机构利用啮合的左齿轮和右齿轮可以实现左扇面杆和右扇面杆的张开或关闭，当左扇面杆和右扇面杆转动至接触时，左扇面辅助杆、左扇面杆、右扇面辅助杆与右扇面杆四者之间即围成了容纳腔，整个容纳腔呈锥形形状，而且容纳腔的外壁即是扇面布，这样能够利用扇面布接住掉落的果实，防止果实损坏，当不使用时，还可将左扇面杆和右扇面杆转回至初始位置。

辊轴挡板传送机构利用传送带上的挡板将漏斗内的果实传送至螺纹滚筒分级机构内进行分级收集。

螺纹滚筒分级机构的滚筒在旋转时能够实现果实在其内部的直线移动，果实沿着包覆有聚乙烯泡沫塑料的螺旋挡板前进时能够避免被损害，而且能够逐渐的从滚筒上的通孔处掉落出来，并沿着缓冲滑道滑落到不同级别有保护装置的收集箱内，实现对果实的分级。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一种实施例的结构示意图；

图2为该实施例的主视结构示意图；

图3为该实施例的俯视结构示意图；

图4为辊轴挡板传送机构和螺纹滚筒分级机构的结构示意图；

图5为平行四杆前伸机构和宽齿振落机构的结构示意图；

图6为扇面展开收集机构的结构示意图；

图7为扇面展开收集机构去除扇面布的结构示意图；

图中：1-机架；2-第一电机；3-第二电机；4-下支撑板；5-摇杆；6-上支撑板；7-转轴；8-蜗轮；9-蜗杆；10-左摆杆；11-右摆杆；12-左宽齿；13-右宽齿；14-凸轮；15-万向轴；16-气缸；17-红外测距仪；18-左齿轮；19-右齿轮；20-左扇面杆；21-右扇面杆；22-左扇面辅助杆；23-右扇面辅助杆；24-扇面布；25-漏斗；26-传送带；27-挡板；28-滚筒；29-螺旋挡板；30-通孔；31-缓冲滑道；32-复位弹簧。

实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

如图1、图2和图3所示，为本发明预定位振落分层采摘机的一种实施例，其主要用于采摘果树上的果实，在提高采摘率的前提下，能够保证果实不被损坏。

该实施例首先包括一个机架，机架上设有多个机构，主要包括平行四杆前伸机构、宽齿振落机构、分层预定位机构、测距机构、扇面展开收集机构、辊轴挡板传送机构和螺纹滚筒分级机构，以及多个用于提供动力的电机，主要包括第一电机2和第二电机3，下面就每个机构的结构做详细描述。

如图5所示，平行四杆前伸机构包括下支撑板4，所述下支撑板4水平设置于所述机架1上，所述下支撑板4上铰接有四根摇杆5，四根摇杆5与下支撑板4的铰接点为矩形，四根所述的摇杆5长度相等，四根所述的摇杆5上端铰接有水平的上支撑板6，所述宽齿振落机构安装于所述上支撑板6上；后方的两根摇杆5之间通过转轴7实现连接，所述转轴7上固定有驱动其转动的蜗轮8，所述蜗轮8由垂直延伸的蜗杆9驱动，所述蜗杆9由所述第一电机2驱动。平行四杆前伸机构的主要作用是实现宽齿振落机构的前伸和后退，将其插入果枝内部或者从果枝内部抽出，以便更好地进行果实的振落。其基本工作原理是：第一电机2通过蜗杆9驱动蜗轮8旋转，蜗轮8通过转轴7驱动后方的两根摇杆5向前倾斜，从而使得四根摇杆5均向前倾斜，最终通过上支撑板6实现宽齿振落机构的前伸。

如图5所示，宽齿振落机构包括平行铰接于所述上支撑板6上表面的左摆杆10和右摆杆11，所述左摆杆10和右摆杆11向前延伸并设有左宽齿12和右宽齿13，所述左宽齿12和右宽齿13用于插入果枝内；所述上支撑板6的上表面设有位于左摆杆10和右摆杆11之间的凸轮14，所述凸轮14在水平面内旋转从而驱动所述左摆杆10和右摆杆1振动，所述左摆杆10和右摆杆11之间还连接有复位弹簧32；所述下支撑板4的下表面上还设有所述的第二电机3，所述第二电机3与凸轮14之间通过万向轴15连接。当宽齿振落机构前伸时，万向轴15也发生倾斜（如图2所示），从而能够保证第二电机3的动力能够顺利传递至凸轮14上。该机构的基本工作原理是：第二电机3驱动凸轮14旋转，凸轮14旋转时驱动左摆杆10和右摆杆11振动，将左宽齿12和右宽齿13内的果实振落，而且复位弹簧32能够实现左摆杆10和右摆杆11的抖动，提高振落的效果。

分层预定位机构包括安装于所述机架1上的四个气缸16，四个所述的气缸16垂直设置并承托起所述的下支撑板4，所述下支撑板4的高度由所述气缸1调节，通过控制气缸16的高度可以将宽齿振落机构调整至合适的高度，然后将其插入到果枝内对相应高度的果实进行振落。

测距机构为红外测距仪17，其安装于所述机架1的前端，用于检测与树干之间的距离，保证机器与果树之间保持一定的安全距离。

如图6和图7所示，扇面展开收集机构包括相啮合的左齿轮18和右齿轮19，所述左齿轮18和右齿轮19的中心轴竖直延伸，所述左齿轮18上固定有与其同步转动的左扇面杆20，所述右齿轮19上固定有与其同步转动的右扇面杆21，所述左扇面杆20和右扇面杆21以竖直面对称设置并与竖直面之间具有夹角；还包括固定设置的左扇面辅助杆22和右扇面辅助杆23，所述左扇面辅助杆22和右扇面辅助杆23以竖直面对称设置并与竖直面之间具有夹角；所述左扇面辅助杆22与左扇面杆20之间，以及右扇面辅助杆23与右扇面杆21之间均设有扇面布24，所述左扇面杆20和右扇面杆21转至接触时，所述左扇面辅助杆22、左扇面杆20、右扇面辅助杆23与右扇面杆21之间围成容纳腔，用于承接掉落的果实。当然，在设计是需保证容纳腔的开口大小要大于左宽齿12和右宽齿13的振动范围，以保证振落的果实完全落入到扇面布24上，保证果实不被损坏。而且在不使用后，还可将左扇面杆20和右扇面杆21转回至初始位置。左齿轮18和右齿轮19的动力可另外加设电机实现。

如图4所示，辊轴挡板传送机构包括位于所述容纳腔下端开口的漏斗25，还包括伸入到所述漏斗25处的传送带26，所述传送带26上设有若干的挡板27，所述传送带26移动时，所述挡板27将果实输送至所述螺纹滚筒分级机构内。

如图4所示，螺纹滚筒分级机构包括水平设置的滚筒28，所述滚筒28内固定有螺旋挡板29，所述螺旋挡板29上包覆有聚乙烯泡沫塑料，所述滚筒28转动时，所述果实沿所述螺旋挡板29前进；所述挡板27将所述果实输送至所述滚筒28的一端，在滚筒28上开有若干的通孔30，所述通孔30的大小自所述挡板27一端向另一端逐渐增大；这样能够在果实前进过程中，先将体积较大的果实筛出，然后将小的果实筛出。在滚筒28的下方还并排设置多个缓冲滑道31，之后沿着缓冲滑道31滑落到不同级别有保护装置的收集箱内，实现对果实的分级。

最后，该实施例还可在左扇面杆20和右扇面杆21上对应位置处设置压力传感器（图中未示出），该压力传感器能够使得左扇面杆20和右扇面杆21接触至一定程度后发出电信号，通过该压力传感器发出的电信号驱动左扇面杆20和右扇面杆21旋转的电机。

本发明的预定位振落分层采摘机结构简单、使用方便，能够大大提高果实的采摘效率，同时保证果实不被损坏，具有很好的实用性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.预定位振落分层采摘机，其特征在于，包括：

机架，所述机架上设有平行四杆前伸机构，所述平行四杆前伸机构由设置于机架上的第一电机驱动，实现前伸和后退；

宽齿振落机构，设置于所述平行四杆前伸机构上，随着平行四杆前伸机构的前伸和后退而同步动作，所述宽齿振落机构由设置于机架上的第二电机驱动振动，用于将果实振落；

分层预定位机构，所述平行四杆前伸机构设置于所述分层预定位机构上，所述分层预定位机构的高度可调，从而改变所述平行四杆前伸机构及宽齿振落机构的高度；

测距机构，所述测距机构安装于所述机架的前端，用于检测与树干之间的距离；

扇面展开收集机构，设置于所述宽齿振落机构的下方，用于对振落的果实进行收集；

辊轴挡板传送机构，其一端位于所述扇面展开收集机构的下端开口处，用于将收集的果实进行传送；

螺纹滚筒分级机构，设置于所述辊轴挡板传送机构的一侧，用于对传送的果实进行分级；

所述平行四杆前伸机构包括下支撑板，所述下支撑板水平设置于所述机架上，所述下支撑板上铰接有四根摇杆，四根摇杆与下支撑板的铰接点为矩形，四根所述的摇杆长度相等，四根所述的摇杆上端铰接有水平的上支撑板，所述宽齿振落机构安装于所述上支撑板上；

后方的两根摇杆之间通过转轴实现连接，所述转轴上固定有驱动其转动的蜗轮，所述蜗轮由垂直延伸的蜗杆驱动，所述蜗杆由所述第一电机驱动；

所述宽齿振落机构包括平行铰接于所述上支撑板上表面的左摆杆和右摆杆，所述左摆杆和右摆杆向前延伸并设有左宽齿和右宽齿，所述左宽齿和右宽齿用于插入果枝内；

所述上支撑板的上表面设有位于左摆杆和右摆杆之间的凸轮，所述凸轮在水平面内旋转从而驱动所述左摆杆和右摆杆振动，所述左摆杆和右摆杆之间还连接有复位弹簧；

所述下支撑板的下表面上还设有所述的第二电机，所述第二电机与凸轮之间通过万向轴连接；

所述扇面展开收集机构包括相啮合的左齿轮和右齿轮，所述左齿轮和右齿轮的中心轴竖直延伸，所述左齿轮上固定有与其同步转动的左扇面杆，所述右齿轮上固定有与其同步转动的右扇面杆，所述左扇面杆和右扇面杆以竖直面对称设置并与竖直面之间具有夹角；

还包括固定设置的左扇面辅助杆和右扇面辅助杆，所述左扇面辅助杆和右扇面辅助杆以竖直面对称设置并与竖直面之间具有夹角；

所述左扇面辅助杆与左扇面杆之间，以及右扇面辅助杆与右扇面杆之间均设有扇面布，所述左扇面杆和右扇面杆转至接触时，所述左扇面辅助杆、左扇面杆、右扇面辅助杆与右扇面杆之间围成容纳腔，用于承接掉落的果实；

所述左扇面杆和右扇面杆上设置压力传感器。

2.如权利要求1所述的预定位振落分层采摘机，其特征在于：所述分层预定位机构包括安装于所述机架上的四个气缸，四个所述的气缸垂直设置并承托起所述的下支撑板，所述下支撑板的高度由所述气缸调节。

3.如权利要求2所述的预定位振落分层采摘机，其特征在于：所述测距机构为安装于所述机架前端的红外测距仪。

4.如权利要求1所述的预定位振落分层采摘机，其特征在于：所述辊轴挡板传送机构包括位于所述容纳腔下端开口的漏斗，还包括伸入到所述漏斗处的传送带，所述传送带上设有若干的挡板，所述传送带移动时，所述挡板将果实输送至所述螺纹滚筒分级机构内。

5.如权利要求4所述的预定位振落分层采摘机，其特征在于：所述螺纹滚筒分级机构包括水平设置的滚筒，所述滚筒内固定有螺旋挡板，所述螺旋挡板上包覆有聚乙烯泡沫塑料，所述滚筒转动时，所述果实沿所述螺旋挡板前进；

所述挡板将所述果实输送至所述滚筒的一端，所述滚筒上开有若干通孔，所述通孔的大小自所述挡板一端向另一端逐渐增大；

所述滚筒的下方并排设置多个缓冲滑道。

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