CN108476740B - 一种跨垄式草莓采摘车 - Google Patents

Abstract

本发明属于农业机械技术领域，尤其是一种跨垄式草莓采摘车。采用跨垄式草莓采摘车，自动识别定位草莓位置，使用吸盘吸取草莓，再切割草莓茎，将草莓果实放置传送带上，运送到收集筐。本发明克服了垄作栽培的垄沟间距小，而采摘车难以在垄沟行进进行机械采摘草莓，避免了草莓果实机械损伤，保证了其完整性，节约了人力，提高了采摘效率。

Description

一种跨垄式草莓采摘车

技术领域

本发明属于农业机械技术领域，尤其是一种跨垄式草莓采摘车。

背景技术

草莓适宜生长在湿润的环境，质地柔软、多汁，采摘过程中非常容易受到损伤。在我国现阶段，草莓大多为垄作式大棚栽培、地膜附垄栽培，草莓果实大都分布在斜垄坡上。由于草莓的外形独特，株与株之间的间隙不等，且草莓的根茎盘绕交错，果实分布高低不均，单果成熟期不一致，需选择性采摘，触碰力度控制要求高，水果易碰伤等问题的存在，这就造成了目前草莓的采摘方式还主要为人工采摘。人需要蹲下，或者半弯腰进行采摘，工作量非常大，而且效率低下。国内也开发有草莓采摘装置，但大都针对高架草莓种植方式，针对地垄的采摘装置还是空白。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种跨垄式草莓采摘车，采用跨垄式草莓采摘车，自动识别定位草莓位置，使用吸盘吸取草莓，再切割草莓茎，将草莓果实放置传送带上，运送到收集筐；能够克服垄作栽培的垄沟间距小，而采摘车难以在垄沟行进进行机械采摘草莓，避免草莓果实机械损伤，保证其完整性，节约人力，提高采摘效率。

为了解决上述技术问题，本发明的技术方案是这样实现的：

一种跨垄式草莓采摘车，所述的采摘车跨设在垄坡上，沿着垄坡长度方向行进，该采摘车包括沿着垄坡长度方向上移动的行走机构及车身，车身顶部上安装有收集筐，车身两侧上关于车身中心轴线对称设置有识别系统、直角坐标运动采摘机构及传送带，识别系统识别草莓位置，直角坐标运动采摘机构运动至草莓位置，采摘草莓，再将草莓送至传送带上，传送带将草莓运送至收集筐；车身上设置有控制系统，控制系统分别与驱动轮、识别系统和直角坐标运动采摘机构连接，电池分别给控制系统、驱动轮、识别系统、直角坐标运动采摘机构及传送带供电。

进一步，所述的沿着垄坡长度方向上移动的车身包括水平放置的梁架、支撑梁架四脚的支撑腿，沿着垄坡长度方向上移动的行走机构包括支撑腿上安装的驱动轮及从动轮。

进一步，所述的梁架为可左右伸缩调节宽度的方框架，沿着垄坡长度方向上的梁架上设置有收集筐，支撑腿为通过锁紧螺栓上下伸缩调节高度的方柱，支撑梁架前方和/或后方的车轮为驱动轮，从动轮上设有销。

进一步，所述的车身的前部或者其后部安装有手柄。

进一步，所述的驱动轮采用驱动轮步进电机控制，驱动轮步进电机与控制系统连接，电池给驱动轮步进电机供电。

进一步，所述的识别系统包括摄像头，用于判断草莓成熟度，并进行定位。

进一步，所述的直角坐标运动采摘机构水平安装在车身一侧的两支撑腿之间，该直角坐标运动采摘机构包括X滑轨，X滑轨水平设置两支撑腿之间，且通过锁定螺母固定在支撑腿上，X滑轨上水平安装有丝杠，其一端装设有X步进电机，Y滑轨支架滑动设置在X滑轨上；Y滑轨支架两侧分别平行固定安装有传送带、Y滑轨，传送带、Y滑轨分别与Y滑轨支架垂直，传送带和Y滑轨均倾斜放置，传送带的上端与收集筐连接，Y滑轨一端安装有Y步进电机，Y步进电机驱动Y滑轨上丝杠带动滑块移动；沿着与X、Y滑轨都垂直的Z方向，分别在滑块一端活动设置齿条，另一端固定设置刀架阻尼杆，挡块设置在刀架阻尼杆中，沿刀架阻尼杆长度方向运动，挡块上设有挡块触片，刀架阻尼杆底部安装有割刀及割刀电机，滑块上设置有直流电机，直流电机通过减速装置与齿条连接，齿条底部上安装有转柱，转臂包括套筒部、与套筒部垂直的直杆，套筒部圆周面上倾斜开设有螺线，螺线上设有转臂转动极限限位开关，套筒内部设置有弹簧，齿条底部插设在套筒部内，转柱设于螺线内，弹簧一端顶设套筒，另一端压设转柱，直杆另一端跨过割刀，垂直直杆的另一端向下安装有吸盘，吸盘顶部设有气泵接头，吸盘上设置有触片，气泵接头通过软管连接气泵；X步进电机、Y步进电机、直流电机、割刀电机、挡块触片、触片、气泵及转臂转动极限限位开关分别与控制系统连接。

进一步，所述的割刀包括动刀及静刀，动静刀均采用弧形结构且同心，动静刀弧形结构上分别均布设有动静割齿，静刀固定在刀架阻尼杆底部，割刀电机固定在刀架阻尼杆下部，割刀电机通过偏心轮机构带动动刀转动，动静割齿交错运动，完成草莓茎的切割。

进一步，所述的传送带的两侧安装有分段式护板，分段式护板通过调节螺母连接，分段式护板长度可调，避免传送带与垄坡斜面的摩擦，保护传送带长期稳定运行。

进一步，所述的传送带上设置有挡板，方便草莓的放置。

本发明相比现有技术的有益效果：

本发明结构简单，操作方便，减轻了人工劳动强度，提高了草莓采摘作业效率，节省了人力成本。具体来说：

（1）自动识别定位草莓，采用气动吸盘吸取的方式取代机械手，再切割草莓茎，保证了草莓果实的完整性，减少了对草莓果实的机械损伤。

（2）草莓吸起之后，运动很小一段距离放置在传送带上，吸盘即开始进行下一个草莓的采摘，采摘速度快，效率高，节约了人力成本。

（3）车身横跨在垄坡上，克服了垄作栽培草莓垄沟间距小对采摘机器大小的限制，解决了机械采摘难度大的问题。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图2是本发明中直角坐标运动机构的结构示意图。

图3是本发明中转臂的结构示意图。

图4是本发明的转臂转到传送带的工作状态示意图。

图1中：1为驱动轮步进电机；2为直流电机；3为梁架；4为护板；5为收集筐；6为Y步进电机；7为锁定螺母；8为X滑轨；9为摄像头；10为锁紧螺栓；11为销；12为齿条；13为Y滑轨；14为滑块；15为传送带；16为丝杠；17为X步进电机；18为转柱；19为转臂；20为吸盘；21为割刀。

图2中：22为螺线；23为挡板；24为Y滑轨支架；25为调节螺母；26为刀架阻尼杆；27为挡块；28为割刀电机；29为气泵接头。

图3中：30为弹簧。

具体实施方式

以下结合附图1至图4，对本发明作出进一步描述。

一种跨垄式草莓采摘车，所述的采摘车跨设在垄坡上，沿着垄坡长度方向行进，该采摘车包括沿着垄坡长度方向上移动的行走机构及车身，车身顶部上安装有收集筐5，车身两侧上关于车身中心轴线对称设置有识别系统、直角坐标运动采摘机构及传送带15，识别系统识别草莓位置，直角坐标运动采摘机构运动至草莓位置，采摘草莓，再将草莓送至传送带15上，传送带15将草莓运送至收集筐5；车身上设置有控制系统，控制系统分别与驱动轮、识别系统和直角坐标运动采摘机构连接，电池分别给控制系统、驱动轮、识别系统、直角坐标运动采摘机构及传送带15供电。

所述的沿着垄坡长度方向上移动的车身包括水平放置的梁架3、支撑梁架3四脚的支撑腿，沿着垄坡长度方向上移动的行走机构包括支撑腿上安装的驱动轮及从动轮。

所述的梁架3为可左右伸缩调节宽度的方框架，沿着垄坡长度方向上的梁架3上设置有收集筐5，支撑腿为通过锁紧螺栓10上下伸缩调节高度的方柱，支撑梁架3前方车轮为驱动轮，其后方车轮为从动轮，从动轮上设有销11。

所述的车身的后部安装有手柄。

所述的驱动轮采用驱动轮步进电机1控制，驱动轮步进电机1与控制系统连接，电池给驱动轮步进电机1供电。

所述的识别系统包括摄像头9，用于判断草莓成熟度，并进行定位。

所述的直角坐标运动采摘机构水平安装在车身一侧的两支撑腿之间，该直角坐标运动采摘机构包括X滑轨8，X滑轨8水平设置两支撑腿之间，且通过锁定螺母7固定在支撑腿上，X滑轨8上水平安装有丝杠16，其一端装设有X步进电机17，Y滑轨支架24滑动设置在X滑轨8上；Y滑轨13支架两侧分别平行固定安装有传送带15、Y滑轨13，传送带15、Y滑轨13分别与Y滑轨支架24垂直，传送带15和Y滑轨13均倾斜放置，传送带15的上端与收集筐5连接，Y滑轨13一端安装有Y步进电机6，Y步进电机6驱动Y滑轨13上丝杠16带动滑块14移动；沿着与X、Y滑轨8、13都垂直的Z方向，分别在滑块14一端活动设置齿条12，另一端固定设置刀架阻尼杆26，挡块27设置在刀架阻尼杆26中，沿刀架阻尼杆26长度方向运动，挡块27上设有挡块触片，刀架阻尼杆26底部安装有割刀21及割刀电机28，滑块14上设置有直流电机2，直流电机2通过减速装置与齿条12连接，齿条12底部上安装有转柱18，转臂19包括套筒部、与套筒部垂直的直杆，套筒部圆周面上倾斜开设有螺线22，螺线22上设有转臂转动极限限位开关，套筒内部设置有弹簧30，齿条12底部插设在套筒部内，转柱18设于螺线22内，弹簧30一端顶设套筒，另一端压设转柱18，直杆另一端跨过割刀21，垂直直杆的另一端向下安装有吸盘20，吸盘20顶部设有气泵接头29，吸盘20上设置有触片，气泵接头29通过软管连接气泵；X步进电机17、Y步进电机6、直流电机2、割刀电机28、挡块触片、触片、气泵及转臂转动极限限位开关分别与控制系统连接。

所述的割刀21包括动刀及静刀，动静刀均采用弧形结构且同心，动静刀弧形结构上分别均布设有动静割齿，静刀固定在刀架阻尼杆26底部，割刀电机28固定在刀架阻尼杆26下部，割刀电机28通过偏心轮机构带动动刀转动，动静割齿交错运动，完成草莓茎的切割。

所述的传送带15的两侧安装有分段式护板4，分段式护板4通过调节螺母25连接，避免传送带15与垄坡斜面的摩擦，保护传送带15长期稳定运行。

所述的传送带15上设置有挡板23，方便草莓的放置。

本发明的工作原理及工作过程：

不同地区不同农场地垄开垄规格会有所不同，根据地垄的具体参数调节锁紧螺栓10改变本发明的整体高度,防止车身顶部蹭伤垄坡上的草莓；调节梁架3改变本发明梁架3的宽度，使左右轮能卡入垄两边的垄沟中；将草莓采摘车推入地垄，横跨在垄坡上，使车行进方向与地垄长度方向一致，调节X滑轨8上的锁定螺母7，让传送带15下表面与垄坡坡面平行，并保持一定距离，为采摘吸盘20留下作业空间，如图1所示。

拨动销11锁定后边两个万向轮，确保车身直线行进；启动电池开关，摄像头9开始工作，识别草莓，确定成熟度并进行定位，控制系统控制X步进电机17带动丝杠16转动，Y滑轨13和传送带15横向运动；Y步进电机6通过丝杆驱动滑块14纵向运动，吸盘20精确移动到成熟草莓的上方；直流电机2开始工作，带动齿条12向下移动，转臂19安装在齿条12下端，压在割刀21上带动其一并向下运动，如图2所示。

吸盘20触碰到草莓果实后，激发安装在其上的触片，气泵接头29通过软管连接的气泵开始工作，吸盘20产生负压，延迟一短时间，直流电机2反转，同时割刀电机28开始工作，带动割刀21的刀片往复运动；吸盘20将带着草莓向上运动；与割刀21相连的刀架阻尼杆26没有物体带动而保持静止，吸盘20从割刀21下方运动到上方，草莓向上带着茎也向上运动，最终卡入割刀21被切断；齿条12继续上移，转臂19碰到挡块27上的挡块触片后，割刀电机28停止，挡块27连接刀架阻尼杆26，由转臂19带着向上运动，当转臂19顶住滑块14下底面后，齿条12继续向上，但转臂19被顶住无法向上运动，则与齿条12相接的转柱18沿螺线22滑动上移，压在转柱18上的弹簧30被压缩，如图3所示，但齿条12无转动自由度，则转臂19以齿条12为转轴带着草莓转动，转到极限位置时，草莓在传送带4上方，如图4所示，同时转臂转动极限限位开关开启，气泵断电草莓落在传送带15上，由挡板23带动向上运动，最后落入上方的收集筐5中；直流电机2正转，齿条12向下运动，由于弹簧30的回复，转柱18沿螺线22向下，转臂19转回原位，开始下一个的草莓采摘。

当将这一范围内的成熟草莓采摘完毕后，车身前方的两个驱动轮在驱动轮步进电机1的带动下，向前行驶一段距离，继续循环采摘过程；当一段地垄上的成熟草莓全部采摘完毕后，由需人工推动手柄将采摘车移动到其他地垄，进行草莓采摘。

以上所述的实施例，仅仅是对本发明的优选实施方式的描述。在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应属于本发明权利要求书确定的保护范围。

Claims (9)

1.一种跨垄式草莓采摘车，其特征在于：所述的采摘车跨设在垄坡上，沿着垄坡长度方向行进，该采摘车包括沿着垄坡长度方向上移动的行走机构及车身，车身顶部上安装有收集筐（5），车身两侧上关于车身中心轴线对称设置有识别系统、直角坐标运动采摘机构及传送带（15），识别系统识别草莓位置，直角坐标运动采摘机构运动至草莓位置，采摘草莓，再将草莓送至传送带（15）上，传送带（15）将草莓运送至收集筐（5）；车身上设置有控制系统，控制系统分别与驱动轮、识别系统和直角坐标运动采摘机构连接；所述的直角坐标运动采摘机构水平安装在车身一侧的两支撑腿之间，该直角坐标运动采摘机构包括X滑轨（8），X滑轨（8）水平设置两支撑腿之间，且通过锁定螺母（7）固定在支撑腿上，X滑轨（8）上水平安装有丝杠（16），其一端装设有X步进电机（17），Y滑轨支架（24）滑动设置在X滑轨（8）上；Y滑轨（13）支架两侧分别平行固定安装有传送带（15）、Y滑轨（13），传送带（15）、Y滑轨（13）分别与Y滑轨支架（24）垂直，传送带（15）和Y滑轨（13）均倾斜放置，传送带（15）的上端与收集筐（5）连接，Y滑轨（13）一端安装有Y步进电机（6），Y步进电机（6）驱动Y滑轨（13）上丝杠（16）带动滑块（14）移动；沿着与X、Y滑轨（8、13）都垂直的Z方向，分别在滑块（14）一端活动设置齿条（12），另一端固定设置刀架阻尼杆（26），挡块（27）设置在刀架阻尼杆（26）中，沿刀架阻尼杆（26）长度方向运动，挡块（27）上设有挡块触片，刀架阻尼杆（26）底部安装有割刀（21）及割刀电机（28），滑块（14）上设置有直流电机（2），直流电机（2）通过减速装置与齿条（12）连接，齿条（12）底部上安装有转柱（18），转臂（19）包括套筒部、与套筒部垂直的直杆，套筒部圆周面上倾斜开设有螺线（22），螺线（22）上设有转臂转动极限限位开关，套筒内部设置有弹簧（30），齿条（12）底部插设在套筒部内，转柱（18）设于螺线（22）内，弹簧（30）一端顶设套筒，另一端压设转柱（18），直杆另一端跨过割刀（21），垂直直杆的另一端向下安装有吸盘（20），吸盘（20）顶部设有气泵接头（29），吸盘（20）上设置有触片，气泵接头（29）通过软管连接气泵；X步进电机（17）、Y步进电机（6）、直流电机（2）、割刀电机（28）、挡块触片、触片、气泵及转臂转动极限限位开关分别与控制系统连接；电池分别给控制系统、驱动轮、识别系统、直角坐标运动采摘机构及传送带（15）供电。

2.根据权利要求1所述的一种跨垄式草莓采摘车，其特征在于：所述的沿着垄坡长度方向上移动的车身包括水平放置的梁架（3）、支撑梁架（3）四脚的支撑腿，沿着垄坡长度方向上移动的行走机构包括支撑腿上安装的驱动轮及从动轮。

3.根据权利要求2所述的一种跨垄式草莓采摘车，其特征在于：所述的梁架（3）为可左右伸缩调节宽度的方框架，沿着垄坡长度方向上的梁架（3）上设置有收集筐（5），支撑腿为通过锁紧螺栓（10）上下伸缩调节高度的方柱，支撑梁架（3）前方和/或后方的车轮为驱动轮，从动轮上设有销（11）。

4.根据权利要求1所述的一种跨垄式草莓采摘车，其特征在于：所述的车身的前部或者其后部安装有手柄。

5.根据权利要求1-3任一项所述的一种跨垄式草莓采摘车，其特征在于：所述的驱动轮采用驱动轮步进电机（1）控制，驱动轮步进电机（1）与控制系统连接，电池给驱动轮步进电机（1）供电。

6.根据权利要求1所述的一种跨垄式草莓采摘车，其特征在于：所述的识别系统包括摄像头（9），用于判断草莓成熟度，并进行定位。

7.根据权利要求1所述的一种跨垄式草莓采摘车，其特征在于：所述的割刀（21）包括动刀及静刀，动静刀均采用弧形结构且同心，动静刀弧形结构上分别均布设有动静割齿，静刀固定在刀架阻尼杆（26）底部，割刀电机（28）固定在刀架阻尼杆（26）下部，割刀电机（28）通过偏心轮机构带动动刀转动，动静割齿交错运动，完成草莓茎的切割。

8.根据权利要求1所述的一种跨垄式草莓采摘车，其特征在于：所述的传送带（15）的两侧安装有分段式护板（4），分段式护板（4）通过调节螺母（25）连接，分段式护板（4）长度可调，避免传送带（15）与垄坡斜面的摩擦，保护传送带（15）长期稳定运行。

9.根据权利要求1所述的一种跨垄式草莓采摘车，其特征在于：所述的传送带（15）上设置有挡板（23），方便草莓的放置。

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