CN108575291A - 一种草莓无损采摘、收集、包装一体化手持设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种草莓无损采摘、收集、包装一体化手持设备,它包括基座，基座与握杆连接，基座内侧安装有输送部分，包括同步带Ⅰ与同步带Ⅱ，同步带Ⅰ装于同步带轮Ⅰ与同步带轮Ⅲ上，同步带Ⅱ装于同步带轮Ⅱ与同步带轮Ⅳ上，其中同步带轮Ⅰ的轴与直流电机轴相连获取动力，同步带Ⅰ与同步带Ⅱ前后错位，形成空间差，确定总体方案为手持式杆状结构，通过握柄控制采摘装置。对于草莓的收集，在采摘部位设计了夹持机构，采用同步带轮组设计，可以在切断草莓根茎后将其茎夹住，使果实不会落下而是随根茎输送至收集装置。这种构想可以大大提高采摘效率，实现无损采摘。

Description

一种草莓无损采摘、收集、包装一体化手持设备

技术领域

本发明涉及一种草莓无损采摘、收集、包装一体化手持设备。

背景技术

近年来，草莓作为一种高品质水果以其口感好、营养价值高深受消费者的喜爱，种植面积在不断扩大。不过，草莓的生长环境决定了采摘具有一定难度。目前，大棚-地垄栽培模式仍是我国草莓大规模种植的主要方式。基于此背景带来了采摘的一系列问题：首先，采摘强度较大。草莓的生长环境处于地垄上，并匍匐在地垄表面。人们采摘时需要采用下蹲姿势；第二、需要精细化操作。草莓果实较小，表面较薄，其完整性在出售时非常重要。因此采摘时需格外细心，避免果实磕碰和破坏根茎；第三、采摘时间紧迫。草莓不耐储藏，成熟后必须及时采摘。基于以上特点，目前国内草莓的采摘方式主要以徒手摘取为主，需要采摘工人携带果篮蹲在草莓垄之间的沟中进行采摘，采摘时需要轻拿轻放。综上分析，草莓采摘带来较大的劳动强度，并对采摘效率和采摘质量有较高要求。

为了减轻采摘劳动，提高工作效率，引入设备辅助采摘成为研究热点。目前草莓采摘设备可分为两类，一种是草莓采摘机器人，欧美和日本等西方国家使用较多，自动化程度较高，但是体积庞大，自重大，成本较高，同时基本针对高架草莓，对我国地垄种植环境并不适用，农户使用较少；另一种是辅助人工的采摘工具，如指套采摘器、简易采果器等。这些工具基本上轻便易携，成本较低，在一定程度上能够减轻采摘者的劳动强度，但是操作者基本仍以蹲姿为主，还不能大幅度的减轻劳动强度，采摘效率仍然不高。对于草莓的完整性也缺乏针对性设计。因此设计一种针对我国草莓生长特点，轻便易携，效率高，成本低，可有效减轻采摘者劳动强度的辅助采摘设备，具有迫切的社会需求和重要的实用价值。

发现存在有与本专利比较接近的双同步带轮组设计发明(一种草莓采摘装置申请号201710300685.5)，其设计存在较大的缺陷和不足：

操作方式不合理，人机工程学缺乏应有考虑，舒适度较差。目前技术手持杆较短，实际上采用的是单手握持、蹲姿劳作的方式，这种采摘姿势本身并没有从根本上减轻操作者的疲劳度，不符合人机工程学原理，舒适度较差。

结构过于简单，缺乏针对草莓采摘、收集的必要功能设计。该设计只是简单地设想剪断草莓根茎，却忽视草莓在地垄表面集束生长的特点，草莓根茎团聚在一起，同时受到表面植被的遮挡，无法进入到剪断装置，完成剪断动作；此外，对草莓根茎的剪断方式并不合理，只是一种设想，还不能有效地与电机驱动相配合；没有设置收集装置，及草莓的防冲撞保护装置，草莓的完整性没有充分考虑。

已有结构不合理，采摘功能基本难以实现。该设计没有对采摘者必要的的操作姿态和步骤进行有针对性的分析。如同步带轮的配置遮挡了观察视线，影响了对草莓根茎的对准；采用非对称结构同步轮方式同样遮挡了观察视线，也没有解决将草莓根茎送入同步带的技术难题；对同步带预紧所采用的张紧轮方式过于复杂，无法实现带轮组的有效夹持。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种草莓无损采摘、收集、包装一体化手持设备，具有很好的草莓采摘效果。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种草莓无损采摘、收集、包装一体化手持设备,其特征在于，它包括包括基座，基座与握杆连接，

基座内侧安装有输送部分，包括同步带Ⅰ与同步带Ⅱ，同步带Ⅰ装于同步带轮Ⅰ与同步带轮Ⅲ上，同步带Ⅱ装于同步带轮Ⅱ与同步带轮Ⅳ上，其中同步带轮Ⅰ与同步带轮Ⅲ的轮轴上装有轴承并装在基座上，同步带轮Ⅱ与同步带轮Ⅳ的轮轴上装有轴承安装于基座上，其中同步带轮Ⅰ的轴与直流电机轴相连获取动力，同步带Ⅰ与同步带Ⅱ前后错位，形成空间差，

所述的基座还安装有预紧压簧Ⅱ和预紧压簧Ⅰ，预紧压簧Ⅰ在同步带Ⅱ内部，预紧压簧Ⅱ在同步带Ⅰ内部，使得预紧压簧Ⅱ和预紧压簧Ⅰ对压下，同步带Ⅰ与同步带Ⅱ之间实现紧密贴合，

基座的内侧安装有切断刀片，，

所述的基座外侧安装有送料装置，包括钩子、钢丝绳和扳机，

扳机装在握杆的末端，钩子通过活动连接与钢丝绳、扳机相连，便于调整钩子的角度和伸出长度，还利用复位弹簧自动复位，

握杆上装有伸缩调节器，用来调节装置的整体长度，

所述的切断刀片与同步带的角度设置为30度。

还包括收集装置，收集装置通过挂槽悬挂在基座上，位于同步带组末端，用于草莓的收集。收集装置的内壁贴附缓冲垫，用于减轻果实与收集装置之间的碰撞，同时收集装置还可以通过调整悬挂槽角度形成缓冲斜面。

基座上安装有直流电机和电池，带动同步带轮Ⅰ，驱动同步带组的运行，电池为可充电手机电池，可用充电器或移动电源充电。

与目前已知方法相比，本发明具有以下优点：

1)针对草莓的生长特点，最大限度的保证了果实的完整性。

2)具有采摘、收集、包装一体化流水作业功能，显著提高劳动效率。

3)有效减轻体力劳动强度，特别适宜劳动能力较差群体如妇女、儿童、老人、体弱等人群使用。

4)经过人机工程学设计，操作方法简单易学，使用方便。

5)成本低廉，易于加工，工作可靠，维护方便，

6)应用范围广，可用于草莓专业采摘、农家乐活动、以及相似生长特点水果的采摘。

附图说明

图1为本发明整体结构图。

图2本发明前段采摘收集部分结构示意图。

图3本发明后段握杆结构示意图。

图4本发明预紧压簧示意图。

图5为侧面钩子结构示意图。

附图6调节不同刀片倾角的切割效果示意图。

具体实施方式

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做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。

本发明包括由送料、切割、输送、收集、框架等部分组成。零部件包括伸缩杆、微型电机、同步带输送机构等组合而成。其中送料部分和输送部分包括钩子1，用于将草莓根茎钩起送入同步带轮组中。同步带Ⅰ3装于同步带轮Ⅰ14与同步带轮Ⅲ20上，其中同步带轮Ⅰ14与同步带轮Ⅲ20的轮轴上装有轴承23并装在基座2上。同时同步带Ⅱ16装于同步带轮Ⅱ15与同步带轮Ⅳ21上，同步带轮Ⅱ15与同步带轮Ⅳ21的轮轴上装有轴承安装于基座2上，其中同步带轮Ⅰ14的轴与直流电机4轴相连获取动力。预紧压簧Ⅱ19和预紧压簧Ⅰ18对压下，同步带Ⅰ3与同步带Ⅱ16之间贴合，使草莓根茎适当夹紧，并依靠二者之间的摩擦带动向后输送。同步带Ⅰ3与同步带Ⅱ16采用前后错位设计，留出观察空隙，便于采摘时对草莓根茎的对准。

扳机10装在握杆7的末端，钩子1通过活动连接与钢丝绳11、扳机10相连，便于调整钩子1的角度和伸出长度，还利用复位弹簧22自动复位。扳机10用于控制钩子1的前后运动，相对于传统把手，其实现的拉动距离更长以便于实现钩取功能。为装置提供动力的直流电机4和电池5安装于基座2上，带动同步带轮Ⅰ14，驱动同步带组的运行。电池5为可充电手机电池，可用充电器或移动电源充电，理论上可使电机持续工作。

切割部分、框架部分和收集部分包括基座2，用于安装轴承23和同步带轮轴，切断刀片17，直流电机4，电池5和握杆7，切断刀片17安装于基座2的内侧，其中切断刀片17与同步带的角度设置为30度。该角度为实验优化值，过大则切割距离较短，过小则草莓根茎容易滑过，都不易切断。刀片用于同步带组夹紧输送进来的草莓根茎外侧的切断。

握杆7与基座2通过螺栓6连接。握杆7上装有伸缩调节器8，用来调节装置的整体长度，以适应不同的工作环境。握杆7末端装有扳机10和电机启停开关9。收集装置12通过挂槽悬挂在基座2上，位于同步带组末端，用于草莓的收集。收集装置12的内壁贴附缓冲垫13，用于减轻果实与收集装置之间的碰撞，同时收集装置12还可以通过调整悬挂槽角度形成缓冲斜面，减小果实滑落速度，协同保证果实的完整性。使用时也可以将商用包装盒代替收集装置12安装于基座2上，省去了二次筛选包装的流程，减轻了劳动强度。

工作原理和使用方法：操作时，启动直流电机开关9，驱动同步带Ⅰ3，并通过预紧装置产生的摩擦力带动同步带Ⅱ16运转。手持握杆，用钩子1钩住草莓根茎，扣动扳机10，向后拉动草莓根茎送入同步带组夹紧并辅助切断。切断后的草莓由同步带组夹持部分根茎向后输送，通过缓冲垫13进入末端的收集装置12。

1)采用立姿采摘、双手握持的方式。整个手持设备的基本长度为1.2米，杆长可以通过伸缩调节器手动调节。这个距离便于操作者在站立姿态下采用双手工作，舒适度较好。同时在手持部位装有电源按键式开关、扳机，便于操作者根据采摘情况灵活处置。

2)传动结构上采用前后错位布置，留出送料与观察空隙，便于对草莓根茎的对准与输送。

a²+b²(a、b表述参数)

103.9²+140²＝174.3²

所以求得眼睛到设备前端的距离为1743mm(观察距离在正常视力范围之内)

根据基座的宽度为24mm，已知视线与地面的夹角为45°，可以求得不阻挡视线的距离

24/sin45°＝33.4mm

根据设备在工作时与地面呈30°，可求得手握持部分到设备前段的距离为

103.9/cos30°＝120mm

本设备的工作状态与人的视线呈15°，根据三角函数，为便于人的对准操作，求得两同步带的错开距离为

33.4·cos15°＝31.8mm

求得错开距离为31.8mm时，不阻碍瞄准视线。

3)送料钩的设置，使得草莓可以轻易送入同步带组。

送料钩根据草莓的根茎为1.5mm左右，为了钩送动作的顺利进行，将钩子前伸10mm到15mm时，以便于人的操作进行，钩子的行程为70mm，主要由末端半径为50mm扳机进行控制，钩子的行程由装置前段15mm到置于刀片后的位置，保证钩送即切断。

4)刀片倾斜角30°经过反复实践论证得到，这个角度设置的刀片可以轻易割断草莓根茎。

如附图6所示，草莓根茎在刀片剪切过程中可分为刀刃切割力和根茎相对位移滑动两个方面，其总量大小决定了草莓的切断程度。经反复测试，有如下结果：

当刀片倾角设置为90°时，切割压力与进给方向重合，此时切割力最大，但根茎在刀片上的滑移量为0，根茎切断效果不佳。

当刀片倾角设置为60°时，切割效果较好，但偶然会存在卡段现象。

当刀片倾角设置为30°时，切割力与滑动距离总量最好，切割效果最好，基本不存在卡顿现象。

当刀片倾角设置为0°时，根茎在刀片上的滑移量最长，但切割力较小，没有切割效果。

5)加装易拆卸的包装收集装置，简化筛选与包装的程序，收集即包装，方便快捷。在装置同步带的末端装有安装收集装置的挂槽，挂槽用于收集装置的安装，挂槽与装置之间用螺栓连接，挂槽可以在螺栓副的作用下调节收集装置的角度，调节不同的角度以适应草莓滚落时作为缓冲斜面来保证草莓的完整性。

6)采用压簧的预紧方式，结构更简单，效果更明显

同步带组夹持草莓根茎输送的过程中，下带为主动带上带为从动带，下带通过静摩擦力带动上带，二者之间应无相对运动，保证夹持草莓根茎平稳输送，不致发生滑落或打滑滚动情况发生。因此，两带之间的关键是具有合适、均匀的预紧力，过紧易卡顿过松则易打滑，因此采用预紧压簧的方式可以给与一定送入角度，起到渐进、持续、稳定、合适的预紧效果，压簧的预紧力可手工调节。

7)工作方式采用站立双手握持式作业，而现有专利则是采用蹲姿单手握持作业的方式，极易劳累。

本发明根据人机工程学进行长度及操作舒适度进行设计，以保证人在立姿手持操作时，长时间不会感觉到疲乏，以便于进一步提高劳作的工作效率。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (4)

1.一种草莓无损采摘、收集、包装一体化手持设备,其特征在于，它包括包括基座，基座与握杆连接，

基座内侧安装有输送部分，包括同步带Ⅰ与同步带Ⅱ，同步带Ⅰ装于同步带轮Ⅰ与同步带轮Ⅲ上，同步带Ⅱ装于同步带轮Ⅱ与同步带轮Ⅳ上，其中同步带轮Ⅰ与同步带轮Ⅲ的轮轴上装有轴承并装在基座上，同步带轮Ⅱ与同步带轮Ⅳ的轮轴上装有轴承安装于基座上，其中同步带轮Ⅰ的轴与直流电机轴相连获取动力，同步带Ⅰ与同步带Ⅱ前后错位，形成空间差，

所述的基座还安装有预紧压簧Ⅱ和预紧压簧Ⅰ，预紧压簧Ⅰ在同步带Ⅱ内部，预紧压簧Ⅱ在同步带Ⅰ内部，使得预紧压簧Ⅱ和预紧压簧Ⅰ对压下，同步带Ⅰ与同步带Ⅱ之间实现紧密贴合，

基座的内侧安装有切断刀片，

所述的基座外侧安装有送料装置，包括钩子、钢丝绳和扳机，

扳机装在握杆的末端，钩子通过活动连接与钢丝绳、扳机相连，便于调整钩子的角度和伸出长度，还利用复位弹簧自动复位，

握杆上装有伸缩调节器，用来调节装置的整体长度。

2.根据权利要求1所述的一种草莓无损采摘、收集、包装一体化手持设备，其特征在于，所述的切断刀片与同步带的角度设置为30度。

3.根据权利要求1所述的一种草莓无损采摘、收集、包装一体化手持设备，其特征在于，还包括收集装置，收集装置通过挂槽悬挂在基座上，位于同步带组末端，用于草莓的收集，收集装置的内壁贴附缓冲垫，用于减轻果实与收集装置之间的碰撞，同时收集装置还可以通过调整悬挂槽角度形成缓冲斜面。

4.根据权利要求1所述的一种草莓无损采摘、收集、包装一体化手持设备，其特征在于，基座上安装有直流电机和电池，带动同步带轮Ⅰ，驱动同步带组的运行，电池为可充电手机电池，可用充电器或移动电源充电。