CN108651004A - 枣类水果采摘分拣一体机 - Google Patents

Abstract

本发明是一种枣类水果采摘分拣一体机，由采摘机构和分拣机构两部分组成，采摘机构有环形轨道、机械臂支架和机械臂底座，环形轨道上装有机械壁底座，机械臂支架固定在机械臂底座上，机械臂底座上装有机械臂底座轴承并由环动电机驱动在环形轨道上转动，机械臂支架上装有由升降电机驱动的纵向丝杆，纵向丝杆装在与横向丝杆架连为一体的纵向丝杆同步环上作升降运动；横向丝杆装在横向丝杆架上由伸缩电机驱动，横向丝杆上装有与横向伸缩杆连体的横向丝杆同步环，横向伸缩杆上装有采摘头；环形轨道内装有收集斗和传送带收集采摘掉落的水果并输送给分拣机构分拣。本发明能够对枣类水果进行从采摘、除杂、分拣分级一次性自动完成，采摘效率高，漏采率低，对果品保护好。

Description

枣类水果采摘分拣一体机

技术领域

本发明涉及一种水果采摘机械，具体是枣类水果采摘分拣一体机。

背景技术

果园的机械式采摘主要有振摇式、撞击式和切割式三种类型。振摇式是利用外力使树体或树枝发生振动或振摇，使果实产生加速度，在连结最弱处与果枝分离而掉落。撞击式是撞击部件直接冲撞果枝或敲打牵引果枝的棚架振落果实。切割式是将树枝或果柄切断使果实与果树分离的方式，又分为机械切割式和动力切割式。

目前国外对采摘机械的研究是以采摘机器人为主。70年代末期，随着计算机和自动控制技术的迅速发展，美国首先开始研究各种农业机器人。自1983年第一台采摘机器人在美国诞生以来，历经了20多年的研究和试验，以日本为代表的发达国家，包括美国、法国、荷兰、英国、西班牙等国相继试验成功了多种采摘机器人，如苹果、柑桔、番茄、西瓜和葡萄等果实采摘的具有人工智能的机器人。

我国从20世纪70年代开始研究果园采摘机械，先后研制出与手扶拖拉机配套的机械振动式山楂采果机、气囊式采果器和手持电动采果器。后两者实际上还是人工作业用的辅助机械，虽然在保护果实不受损伤方面做得较好，但是其效率还是太低。80年代后，开始研究和制造切割型采摘器，果园采摘也从人工使用剪刀采摘发展到使用机械装置采摘，例如一种人工剪枝采摘器，它夹口上方有切刀，下方有夹钳可以将果柄先钳住后剪断。电机式采摘器利用果柄引导突片将果柄引向切刀，再用微型电机带动的切刀作往复运动把果柄切断。还有一种振摇式采摘器，用拨叉伸入果枝用电机摆动拨叉而振落果实。切割式采摘器的优点是省时省力，对果实的损伤也小，但是效率极低。此后有了更多的辅助工具如液压剪枝升降平台，可用来提高工作位置，利于采摘作业。我国还曾研制出吹气式采摘机，由于其风机功率要求大，气流易损伤果枝果实，虽然分选效果较好，但采摘效果不佳，使之很快就被市场淘汰。

我国是世界第一大水果生产国，也是世界第一大水果消费国。水果种植业的迅速发展提升了果园机械的市场需求。采摘作业所用劳动力占整个生产过程所用劳动力的33%～50%，目前我国的水果采摘绝大部分还是以人工采摘为主。采摘作业比较复杂，季节性很强，若使用人工采摘，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。使用采摘机械不仅提高采摘效率，而且降低了损伤率，节省了人工成本，提高了果农的经济效益，因此提高采摘作业机械化程度有重要的意义。但是现有采摘枣类水果机构极少，并且多数为震摇式和击打式，对果树以及果实伤害较大，使用效果不佳。

发明内容

本发明的目的就是针对上述问题提出一种枣类水果采摘分拣一体机，使之能够对枣类水果进行从采摘、除杂到分拣分级一次性自动完成，而且不易损伤果树，采摘效率高，漏采率低，对果品保护好，以此解决现有技术的不足。

本发明提出的这种枣类水果采摘分拣一体机，由采摘机构和分拣机构两部分组成，其特征在于所述采摘机构有环形轨道、机械臂支架和机械臂底座，环形轨道上装有机械壁底座，机械臂支架固定在机械臂底座上，机械臂底座上装有机械臂底座轴承并由环动电机驱动在环形轨道上转动，机械臂支架上装有由升降电机驱动的纵向丝杆，纵向丝杆装在与横向丝杆架连为一体的纵向丝杆同步环上作升降运动；横向丝杆装在横向丝杆架上由伸缩电机驱动，横向丝杆上装有与横向伸缩杆连体的横向丝杆同步环，横向伸缩杆上装有采摘头；环形轨道内装有收集斗和传送带收集采摘掉落的水果并输送给分拣机构；

所述分拣机构有分级笼筒、分拣器支架和进料槽，分级笼筒由外笼和内笼，内、外笼条间有推送螺旋，外笼条密内笼条疏，外笼条前端固定于前固定环，后端固定于后固定环；内笼条中部固定于推送螺旋，后端固定于内笼条后固定环；内笼后端伸出外笼，进料槽自内笼前端伸入，外笼下部、外笼出口和内笼出口有集料槽或/和集料箱；前固定环和后固定环上有承传滚道，通过轴承和分拣电机驱动分级笼筒转动；

环动电机、升降电机、伸缩电机、采摘电机、传送带电机和分拣电机与控制芯片间有电连接。

所述采摘头由采摘采头底座、采摘头外壳、采摘传动轴和采摘电机构成，一对采摘传动轴安装在采摘头底座与采摘头外壳间通过传动齿轮由采摘电机驱动旋转，采摘传动轴上装有柔性齿条，柔性齿条呈螺旋线分布在每根采摘传动轴上，两根采摘传动轴上的柔性齿条对称反向旋转。

采摘头底座或采摘头外壳上有与伸缩臂连接的插口和采摘头出料口。

所述环形轨道由互相垂直的平环和立环构成，机械臂底座骑跨在立环上，机械臂底座轴承在平环上滚动。

所述收集斗和传送带有含进树干的缺口。

所述采摘机构和分拣机构各配有一块活动底板。

传送带和进料槽间设有倾斜过渡传送带，以便将采摘到的水果送到分级笼筒。

分级笼筒有倾斜，进端高，出端低。

所述集料箱分大中小三级。

本发明的采摘和分拣过程如下：

在枣树下的地面铺上活动垫板，将环形轨道设置在活动垫板上并确保平稳。将机械臂底座连同配套的环动电机、机械臂底座轴承等安装到环形轨道，接着安装机械臂支架及配套的纵向丝杆、纵向丝杆同步环、横向丝杆架及横向丝杆，伸缩电机，以及采摘头。环形轨道内安装收集斗和传送带。

分级笼筒通过支架安装在活动垫上，用过渡传送带连接传送带和进料槽。连上各路导线和电器即可开始工作。环动电机、升降电机、采摘电机、传送带、过渡传送带，以及分拣电机等均可集中用遥控器进行控制。

通过控制器将采摘头升到需要采摘的树枝高度，再通过横向伸缩杆把握将采摘头叉到果子处转动采摘头，树枝上的果子便被柔性齿条搓拔掉落到收集斗，再流进传送带传送给过渡传送带，最后经进料槽进入分级笼筒的内笼。

由于内笼的笼条较疏稀，较小的枣粒便很快从笼条缝隙掉落到外笼，较大的枣粒则留在内笼中在推送螺旋的作用下被推送到尾端出口排出成为最大粒级的枣子。落入外笼的枣子中小于外笼的笼条间隙的又很快掉落到集料槽自动流进集料箱成为最小一级枣子；留在外笼中的枣子在推送螺旋作用下继续往前走，最后从外笼出口进入集料箱成为中级枣子。

通过机械臂的升降和伸缩，以及在环形轨道上的转动，加上一定角度的人工调整就能将整颗树上的枣子采摘完。同时自动分成大中小三个不同的等级，方便市场销售，按质论价。

重复同样的动作，就可以把一片枣林里的枣子采摘分拣完。

采摘完毕，可把采摘机构和分拣机构分拆装箱装车，运往需要采摘的地方进行作业。

因此，本发明能够对枣类水果进行从采摘、除杂、分拣到分级一次性自动完成，而且不损伤果树，采摘效率高，漏采率低，对果品保护好。

本发明不仅适用于枣子的采摘分拣，同时还适用于果粒直径在1-5cm水果的采摘和分拣。

附图说明

图1是本发明采摘机构部分的立体图。

图2是本发明分拣机构部分的立体图。

图3是采摘机构部分另一侧面立体图。

图4是采摘头、横向伸缩杆、横向丝杆架、横向丝杆和纵向丝杆同步环集成立体图。

图5是采摘头立体图。

图1-5中，各零部件的标号如下：

1-纵向丝杆固定环；2-伸缩电机；3-横向丝杆；4-升降电机；5-纵向丝杆同步环；6-纵向丝杆；7-机械臂支架；8-横向伸缩杆；9-横向丝杆架；10-采摘头；11-环动电机；12-机械臂底座；13-环形轨道；14-环轨支架；15-计步器；16-收集斗；17-传送带；18-传送带挡板；19-横向丝杆同步环；20-柔性齿条；21-采摘传动轴；22-传动齿轮；23-采摘头出料口；24-采护拉头外壳；25-采摘头底座；26-采摘电机；27-机械臂底座轴承；28-过渡传送带；29-过渡传送带挡板；30-进料槽支架；31-进料槽；32-滚动环道；33-分拣笼筒；34-前固定环；35-推送螺旋；36-支承轴承；37-外笼条固定环；38-分拣器支架；39-内笼条固定环；40-小粒集料槽；41-收集箱；42-换箱架；43-滑轨。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明。

如图1-5所示，活动垫板可以用塑料、金属或木材等材料制作。采摘机构和分拣机构各准备一块。当然活动垫板不是完全必要的部件，在野外就地临时用一些石头砖块等材料临时做一个平台支撑也有同样的效果，用后撤走恢复果树地面原样即可。

采摘机构的环形轨道13是一个有缺口的圆环，具体由一块平环和一块竖环钢板垂直焊接而成，当然也可以用塑料等材料做成。环形轨道一般用环轨支架14来支撑固定。环形轨道内设置传送带17和收集斗16。传送带和过渡传送带29为皮带运输机，可以根据具体需要向供货商订购。为防枣子散落，传送带设传送带挡板18。

机械臂底座12上安装环动电机11、机械臂底座轴承27和相应的零配件，实现环动电机对机械臂底座轴承的连接传动。进而使整个机械臂在环形轨道上转动。这些为常规设计，此处略而不表。

机械臂底座上安装机械臂支架7、升降电机4、纵向丝杆6和纵向丝杆同步环5的集成体。纵向丝杆同步环为一螺母结构，与横向丝杆架9连体，升降电机驱动纵向丝杆转动时，纵向丝杆同步环上下移动实现横向丝杆架的升降。横向丝杆架上安装横向丝杆3、伸缩电机2、横向丝杆同步环19和连体的横向伸缩杆8的集成体。横向伸缩杆端头装采摘头10。伸缩电机驱动横向丝杆转动时，横向丝杆同步环作水平方向移动，从而带动采摘头作伸缩运动。

采摘头外壳24一般用轻质材料做成，与采摘头底座25一起围成一个瓢形，两根采摘传动轴21用轴承件安装，并通过传动齿轮22实现与采摘电机间的连接传动。此处的传动齿轮包括两个大齿轮和两个小齿轮。其中一个小齿轮为主动轮，安装在采摘电机轴上。采摘电机同时驱动两根采摘传动轴等速反向转动，带着采摘传动轴上的柔性齿条20转动将树枝上的枣粒搓掉，实现采摘的动作。柔性齿条用橡胶或者软塑料等做成，如同硬毛刷，两组成螺旋分布的齿条转动时就很容易将夹在其中的枣粒搓下，同时又不会将枝条扯断。柔性齿条的硬度根据不同枣类水果所需搓揉掉落的强度确定。在采摘头底座或采摘头外壳上有采摘头出料口23，采下的枣粒集中经此出口掉落，以免四处散落。采摘头外壳上还有安装插口与横向伸缩杆对接。

分拣机构的实质是一个分级筛，它的主要部件是分级笼筒33。分级笼筒由内外笼条组成内笼和外笼。分级笼筒的前端有前固定环34，外笼条和内笼条的一端均固定在该固定环上，分级笼筒的后端有外笼条固定环37和内笼条固定环39。内、外笼条间有推送螺旋35，内笼条穿过推送螺旋。分级笼筒的传动通过前固定环和外笼固定环上的滚动环道32与安装在分拣器支架38上的支承轴承36等配件与分拣电机实现连接传动。这种支承传动方式类似于一般工业上使用的回转窑。

在外笼下面设小粒收集槽40收集掉落的最小粒级枣子；在内笼伸出外笼的部分下方，以及内笼出口下方放置收集箱41，分别接取中粒级和最大粒级枣子。

为方便更换收集箱，设置换箱架42和滑轨43进行推送。

上述各驱动电机与控制芯片间的电连接按计算机控制程序的要求进行。

图1中的计步器15用来与控制芯片协同控制。

其余未提及的零部件及标号如上所述。

经申请人单位制作实物样机在当地农民的黑腰枣园试用，效果十分明显。与人工采摘分拣的传统方法相比，本发明这种机器具有如下优势：

采摘分拣效率 450-600 kg/ h，是人工的 3-6 倍。人工按一人采摘三人分拣为一组

漏采率 本发明1-3%，人工3-5%

果品完好率 本发明99%，人工99%。

Claims (9)

1.一种枣类水果采摘分拣一体机，由采摘机构和分拣机构两部分组成，其特征在于所述采摘机构有环形轨道、机械臂支架和机械臂底座，环形轨道上装有机械壁底座，机械臂支架固定在机械臂底座上，机械臂底座上装有机械臂底座轴承并由环动电机驱动在环形轨道上转动，机械臂支架上装有由升降电机驱动的纵向丝杆，纵向丝杆装在与横向丝杆架连为一体的纵向丝杆同步环上作升降运动；横向丝杆装在横向丝杆架上由伸缩电机驱动，横向丝杆上装有与横向伸缩杆连体的横向丝杆同步环，横向伸缩杆上装有采摘头；环形轨道内装有收集斗和传送带收集采摘掉落的水果并输送给分拣机构；

所述分拣机构有分级笼筒、分拣器支架和进料槽，分级笼筒由外笼和内笼，内、外笼条间有推送螺旋，外笼条密内笼条疏，外笼条前端固定于前固定环，后端固定于后固定环；内笼条中部固定于推送螺旋，后端固定于内笼条后固定环；内笼后端伸出外笼，进料槽自内笼前端伸入，外笼下部、外笼出口和内笼出口有集料槽或/和集料箱；前固定环和后固定环上有承传滚道，通过轴承和分拣电机驱动分级笼筒转动；

环动电机、升降电机、伸缩电机、采摘电机、传送带电机和分拣电机与控制芯片间有电连接。

2.根据权利要求1所述枣类水果采摘分拣一体机，其特征在于采摘头由采摘采头底座、采摘头外壳、采摘传动轴和采摘电机构成，一对采摘传动轴安装在采摘头底座与采摘头外壳间通过传动齿轮由采摘电机驱动旋转，采摘传动轴上装有柔性齿条，柔性齿条呈螺旋线分布在每根采摘传动轴上，两根采摘传动轴上的柔性齿条对称反向旋转。

3.根据权利要求1所述枣类水果采摘分拣一体机，其特征在于采摘头上有与伸缩臂连接的插口和采摘头出料口。

4.根据权利要求1所述枣类水果采摘分拣一体机，其特征在于环形轨道由互相垂直的平环和立环构成，机械臂底座骑跨在立环上，机械臂底座轴承在平环上滚动。

5.根据权利要求1所述枣类水果采摘分拣一体机，其特征在于收集斗和传送带有含进树干的缺口。

6.根据权利要求1所述枣类水果采摘分拣一体机，其特征在于采摘机构和分拣机构各配有一块活动底板。

7.根据权利要求1所述枣类水果采摘分拣一体机，其特征在于传送带和进料槽间设有倾斜过渡传送带，以便将采摘到的水果送到分级笼筒。

8.根据权利要求1所述枣类水果采摘分拣一体机，其特征在于分级笼筒有倾斜，进端高，出端低。

9.根据权利要求1-8之一所述枣类水果采摘分拣一体机，其特征在于集料箱分大中小三级。