CN108633478A - 一种摘果器及摘果方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及摘果领域，具体公开了一种摘果器及摘果方法，摘果器包括：采摘筒，其上端为采摘口，采摘筒侧壁设有切割口；刀具，其以刀刃能够于切割口处横向来回摆动的设于采摘筒侧壁上；第一驱动装置，其用于驱动刀具摆动；果柄检测装置，其用于感应果柄；称重壳体，其上端设有称重入口，两侧均设有一个与称重入口连通的分果口，称重入口与采摘筒下端连接；支撑轴，其以能够旋转的设于称重入口下方；称重盘，其通过重量感应器设于支撑轴上；第二驱动装置，其用于驱动支撑轴转动；控制装置，其分别与第一驱动装置、果柄检测装置、重量感应器及第二驱动装置连接。该摘果器自动检测果柄后进行摘果，并能够根据果实的重量进行分类，使采摘效率成倍提高。

Description

一种摘果器及摘果方法
技术领域
本发明属于摘果领域，特别涉及一种摘果器及摘果方法。
背景技术
中国是世界上最大的水果生产国，居全球13个产量超1000万吨的国家之首。截止2015年末，全国水果(含瓜果)总面积1536.7万公顷，其中，园林水果种植面积1281.67万公顷。水果采收作为果园生产过程中的一个重要环节，具有季节性强和劳动密集型的特点，所用劳动力占整个生产过程所用劳动力的35％-45％，并且人工采摘劳动强度大，而采用辅助人工采摘机械采收能够大大减轻人们的劳动强度、节省成本、提高效率，并提供更多的利润。
目前我国的水果采摘绝大多数还是以人工采摘为主，采摘工作比较复杂，季节性很强，人工采摘不仅效率低、劳动量大，而且容易造成果实的损伤，如果人手不够不能及时采摘还会导致经济上的损失。虽然目前市场上已经出现专门采摘水果的机器，但采摘效率不理想，若是效果较好的机器一般较昂贵。
发明内容
本发明的目的在于提供一种摘果器及摘果方法，从而克服以手工的形式摘果导致效率低、劳动量大的缺陷。
为实现上述目的，一方面，本发明提供了一种摘果器，包括：
采摘筒，其上端为采摘口，该采摘筒的侧壁设有延伸出上端的切割口；
刀具，其以刀刃能够于所述切割口处横向来回摆动的设于所述采摘筒的侧壁上；
第一驱动装置，其用于驱动所述刀具横向来回摆动；
果柄检测装置，其用于感应果柄；
称重壳体，其上端设有称重入口，两侧均设有一个与所述称重入口连通的分果口，所述称重入口与所述采摘筒的下端连接；
支撑轴，其以能够旋转的设于所述称重入口的下方；
称重盘，其通过重量感应器设于所述支撑轴上，常态时所述称重盘呈水平状态，此时其周缘能够封堵两个所述分果口；
第二驱动装置，其用于驱动所述支撑轴转动；以使所述称重盘往一侧的所述分果口倾斜，使所述称重盘的周缘与所述分果口共同形成分果通道；及
控制装置，其分别与所述第一驱动装置、果柄检测装置、重量感应器及第二驱动装置连接。
优选的，上述技术方案中，所述控制装置包括第一控制器和第二控制器，所述第一控制器分别与所述第一驱动装置及果柄检测装置连接，所述第二控制器重量分别与所述重量感应器及第二驱动装置连接。
优选的，上述技术方案中，还包括滑道，所述滑道连接于所述采摘筒的下端与所述称重入口之间。
优选的，上述技术方案中，所述刀具的中部铰接于所述采摘筒的侧壁上使其刀刃能够于所述切割口处横向来回摆动。
优选的，上述技术方案中，所述第一驱动装置包括：步进电机、转向盘及传动杆；所述步进电机设于所述采摘筒的侧壁上，所述转向盘连接于所述步进电机的转轴上，所述传动杆连接于所述转向盘的周缘与所述刀具的尾部之间。
优选的，上述技术方案中，所述果柄检测装置为红外对管，若干对所述红外对管均设于所述刀具的刀刃上。
优选的，上述技术方案中，所述第二驱动装置为舵机，所述舵机通过带传动与所述支撑轴连接。
优选的，上述技术方案中，所述第一控制器为STM32单片机，所述第二控制器为arduino单片机。
优选的，上述技术方案中，所述采摘口呈倾斜状。
优选的，上述技术方案中，所述采摘筒的侧壁设有手持杆。
为实现上述目的，另一方面，本发明提供了一种摘果方法，其采用上述的摘果器，该摘果方法包括以下步骤：
1)将所述切割口延伸至待采摘的果柄处；
2)当所述果柄检测装置检测到果柄时发信号至所述控制装置，所述控制装置控制所述第一驱动装置驱动所述刀具以切断果柄，使果实落到所述称重盘上；
3)所述重量感应器获取所述果实的重量发送至所述控制装置，由所述控制装置根据所述果实的重量控制第二驱动装置驱动所述支撑轴转动，使所述称重盘往一侧所述分果口倾斜以收集果实。
与现有的技术相比，本发明的摘果器及摘果方法，自动检测果柄后进行摘果，并能够根据果实的重量进行分类，从而提高采摘效率，节约人工等劳力成本，且果实进行采摘后直接进行分选，无激烈撞击等问题，因此该方式能够减少果实损伤率，一次性解决果农采摘多种水果(例如橘子、苹果、橙子等)的问题。
附图说明
图1是根据本发明的摘果器的第一结构图。
图2是根据本发明的摘果器的第二结构图。
图3是根据本发明的摘果器的第三结构图。
图4是根据本发明的舵机控制的电路图。
图5是根据本发明的称重部分的电路图。
图6是根据本发明的果柄检测部分的电路图。
图7是根据本发明的步进电机部分的电路图。
图8是根据本发明的第一控制器部分的电路图。
图9是根据本发明的曲柄摇杆机构的设计图。
主要附图标记说明：
1-采摘筒，2-采摘口，3-切割口，4-电机支架，5-步进电机，6-转向盘，7-传动杆，8-刀具支架，9-刀具，10-滑道，11-称重壳体，111-分果口，12-支撑轴，13-称重盘，14-舵机，15-带传动，16-重量感应器，17-手持杆。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
图1-图3显示了根据本发明优选实施方式的摘果器的结构图。
如图1、图3所示，该实施例中的摘果器包括：采摘筒1、刀具9、第一驱动装置、称重壳体11、滑道10、支撑轴12、称重盘14、重量感应器16、第二驱动装置及控制装置；采摘筒1的侧壁设有手持杆17，采摘筒1的上端为采摘口2，采摘口2优选呈倾斜状，倾斜的采摘口2更方便水果进入剪摘位置，采摘筒1的侧壁设有延伸出上端的切割口3，用于采摘时将果柄套设其内。刀具9以刀刃能够于切割口3处横向来回摆动的方式设于采摘筒1的侧壁上，该实施例中示出了一种优选设计，采用曲柄摇杆机构实现采摘功能，即刀具9的中部铰接于采摘筒1的侧壁的刀具支架8上使其刀刃能够于切割口3处横向来回摆动，进一步的，第一驱动装置包括：步进电机5、转向盘6及传动杆7。步进电机5通过电机支架8设于采摘筒1的侧壁上，转向盘6连接于步进电机5的转轴上，传动杆7连接于转向盘6的周缘与刀具9的尾部之间，通过步进电机5带动传动杆7，从而驱动刀具9于切割口3处横向来回摆动。果柄检测装置优选采用红外对管，若干对红外对管均设于刀具9的刀刃上，用于感应果柄，具体原理为：当没有东西在红外对光管中间遮挡时，红外对光管的信号线输出高电平，当有东西遮挡时输出低电平。所以利用这个原理，在刀具9的刀刃上安装六对红外对管，对果实的柄进行检测，当有柄落到刀口时会对某一对或者几对红外对光管进行遮挡，进而反馈遮挡信号给控制装置，从而控制刀具9摆动以割断果柄。
根据结构的设计，刀具转动的范围为60度：步进电机转子的轴心A与刀具运动副D相距119mm，而剪刀上两运动副相距40mm。
参考图9，该实施例示出了一种曲柄摇杆机构的设计方法，设转动臂lCD为x，长杆lBC为y，则
代入数值
解得：x＝20，y＝123
则可知，转动臂lCD为20mm，长杆lBC为123mm。
如图2、图3所示，为一种自动分重装置，具体的，称重壳体11的上端设有称重入口，两侧均设有一个与称重入口连通的分果口111，称重入口与采摘筒1的下端通过滑道10连接，滑道10优选呈弯曲状，同时，滑道10优选采用柔性塑料管，柔性塑料管具有缓冲作用能够减缓果实落下的冲力，减小对果实的伤害；支撑轴12以能够旋转的设于称重入口的下方；称重盘14通过重量感应器16设于支撑轴12上，常态时称重盘14呈水平状态，此时其周缘能够封堵两个分果口111，使得果实只能落入称重盘14上；第二驱动装置为舵机14，其通过带传动15与支撑轴12连接以驱动支撑轴12转动；以使称重盘13往一侧的分果口111倾斜，从而使称重盘14的周缘与分果口111共同形成分果通道，进而实现根据果实的重量进行分类，以便果农卖出不同价格。
如图4-图8所示，控制装置包括第一控制器和第二控制器，第一控制器分别与第一驱动装置及果柄检测装置连接，第二控制器重量分别与重量感应器及第二驱动装置连接，具体电路连接图见图4-图8，第一控制器为STM32单片机，第二控制器为arduino单片机，由第一控制器控制各部件有序的循环摘果，由第二控制器控制各部件有序的称重分类，如进行果实采摘时：
(1)可手持摘果器的手持杆17，也可将手持杆17连接至伸缩装置的最前端，将切割口3延伸至待采摘的果实的果柄处。
(2)当红外对管检测到果柄时发信号至第一控制器，第一控制器控制步进电机5驱动转向盘6转动，通过传动杆7带动刀具9来回摆动以切断果柄，使果实顺着滑道10落到称重盘13上，优选的，在滑道10内利用网袋及缓冲装置使果实轻轻落入称重盘13上。
(3)重量感应器16获取称重盘13上的果实的重量信号发送至第二控制器，由第二控制器将果实重量与之前设定好的分界重量进行比较，第二控制器根据果实的重量信号控制舵机14驱动支撑轴转动60°，使称重盘13往对应侧的分果口111倾斜以进行分类收集果实，之后复位，该方法代替了后续最繁琐的手工筛选工作，减少时间和成本，使得效益大大提高。
综上所述，本发明的摘果器及摘果方法，自动检测果柄后进行摘果，并能够根据果实的重量进行分类，从而提高采摘效率，节约人工等劳力成本，且果实进行采摘后直接进行分选，无激烈撞击等问题，因此该方式能够减少果实损伤率，一次性解决果农采摘多种水果(例如橘子、苹果、橙子等)的问题。
前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims (10)

1.一种摘果器，其特征在于，包括：
采摘筒(1)，其上端为采摘口(2)，该采摘筒(1)的侧壁设有延伸出上端的切割口(3)；
刀具(9)，其以刀刃能够于所述切割口(3)处横向来回摆动的设于所述采摘筒(1)的侧壁上；
第一驱动装置，其用于驱动所述刀具(9)横向来回摆动；
果柄检测装置，其用于感应果柄；
称重壳体(11)，其上端设有称重入口，两侧均设有一个与所述称重入口连通的分果口(111)，所述称重入口与所述采摘筒(1)的下端连接；
支撑轴(12)，其以能够旋转的设于所述称重入口的下方；
称重盘(13)，其通过重量感应器(16)设于所述支撑轴(12)上，常态时所述称重盘(13)呈水平状态，此时其周缘能够封堵两个所述分果口(111)；
第二驱动装置，其用于驱动所述支撑轴(12)转动；以使所述称重盘(13)往一侧的所述分果口(11)倾斜，使所述称重盘(13)的周缘与所述分果口(111)共同形成分果通道；及
控制装置，其分别与所述第一驱动装置、果柄检测装置、重量感应器(16)及第二驱动装置连接。
2.根据权利要求1所述的摘果器，其特征在于，所述控制装置包括第一控制器和第二控制器，所述第一控制器分别与所述第一驱动装置及果柄检测装置连接，所述第二控制器重量分别与所述重量感应器(16)及第二驱动装置连接。
3.根据权利要求1所述的摘果器，其特征在于，还包括滑道(10)，所述滑道(10)连接于所述采摘筒(1)的下端与所述称重入口之间。
4.根据权利要求1所述的摘果器，其特征在于，所述刀具(9)的中部铰接于所述采摘筒(1)的侧壁上使其刀刃能够于所述切割口(3)处横向来回摆动。
5.根据权利要求4所述的摘果器，其特征在于，所述第一驱动装置包括：步进电机(5)、转向盘(6)及传动杆(7)；所述步进电机(5)设于所述采摘筒(1)的侧壁上，所述转向盘(6)连接于所述步进电机(5)的转轴上，所述传动杆(7)连接于所述转向盘(6)的周缘与所述刀具(9)的尾部之间。
6.根据权利要求1所述的摘果器，其特征在于，所述果柄检测装置为红外对管，若干对所述红外对管均设于所述刀具(9)的刀刃上。
7.根据权利要求1所述的摘果器，其特征在于，所述第二驱动装置为舵机(14)，所述舵机(14)通过带传动与所述支撑轴(12)连接。
8.根据权利要求2所述的摘果器，其特征在于，所述第一控制器为STM32单片机，所述第二控制器为arduino单片机。
9.根据权利要求1所述的摘果器，其特征在于，所述采摘口(2)呈倾斜状，所述采摘筒(1)的侧壁设有手持杆(17)。
10.一种摘果方法，其特征在于，采用权利要求1所述的摘果器，该摘果方法包括以下步骤：
1)将所述切割口(3)延伸至待采摘的果柄处；
2)当所述果柄检测装置检测到果柄时发信号至所述控制装置，所述控制装置控制所述第一驱动装置驱动所述刀具(9)以切断果柄，使果实落到所述称重盘(13)上；
3)所述重量感应器(16)获取所述果实的重量发送至所述控制装置，由所述控制装置根据所述果实的重量控制第二驱动装置驱动所述支撑轴(12)转动，使所述称重盘(13)往一侧所述分果口(111)倾斜以收集果实。
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