CN108684317B - 一种钢丝驱动式果实兼枝条采剪装置 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种钢丝驱动式果实兼枝条采剪装置，下安装板上设置有外套筒；外套筒内设置外轴承圈；外轴承圈内设置内轴承圈；外轴承圈上端设置环形锯片；内轴承圈上端设有内套筒；下安装板上设置有落料孔；内套筒和外套筒上端口设置有槽口；槽口底面侧壁设置有三角槽；伸缩杆下端设置有安装盒；安装盒内设置有驱动轮；驱动轮与外轴承圈之间通过钢丝线连接；下安装板和安装盒之间设置有钢丝橡胶保护管；钢丝线穿过钢丝橡胶保护管；下安装板下端和安装盒上端设置有挡套；钢丝橡胶保护管两端抵住在挡套上；落料孔下端设置有可拆装的网兜。它可以采摘果实，枝条修剪，采摘速度快，对人眼判别果实精确位置的要求更低，枝条修剪速度快，结构简单稳定。

Description

一种钢丝驱动式果实兼枝条采剪装置

技术领域

本发明属于农业机械设备技术领域，具体为一种钢丝驱动式果实兼枝条采剪装置。

背景技术

目前我国农业的机械化水平还处于起步阶段，农产品包括水果的采收机械化程度低。而水果采收作为果园生产全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%。水果采摘的质量的好坏关系到水果的储存、加工和销售，从而最终影响市场价格和经济效益。

目前采摘近地面的果实比较简单，但是对于苹果，橘子等的生长位置比较高的果实，就需要采摘人员不断爬上爬下，因此降低了采摘效率同时增加了危险性。且人工采摘需要的劳动力多、劳动强度大，与农业劳动力短缺和人工成本升高的现实相矛盾。在当今越来越讲究人工智能化的今天，原始的采摘方式与社会经济发展需要格格不入。所以，市面上出现了多种辅助果农进行采摘的小型器具。这类器具一般具有以下特点：结构简单，轻便，经济，能满足果实采摘中的基本功能。但目前还仍未有一种采摘装置能在功能和成本二者中实现较好的平衡，广大的果农朋友们已久面临着果实采摘过程中采摘危险性大，效率低，成本高等问题。

目前市场上苹果、橘子等的采摘机械装置的类型主要有以下几种：

1）三爪式摘果器，这种采果器是模利人手采摘的原理，利用三爪机械臂捕获水果，之后收紧，夹紧果实后往远离树枝的方向用力扯下，使果梗和果实在最脆弱处断裂。该采摘机械装置的优点是：操作简单，可以灵活调节采摘的高度，便于摘取同一棵树上不同高度的果实，机械构造简单，价格适中，利于维护；其缺点是：十分易伤果，采摘速度较慢，人上肢易疲劳，尚未解决快速精准抓取果实等问题。

2）收集装置式摘果器。这种摘果器是利用均布在圆铁架上的缺口将果实围进装置的布袋入口，然后人在杆端朝远离果枝的方向用力拉扯，迫使果实和果树相对运动，从而扯断维系的枝条。该摘果装置优点是：操作简单，可以灵活调整采摘高度；利用布袋的收集作用，避免频繁地缩回杆子收集果实；机械结构简单，无运动件，维护方便，成本低廉；其缺点是：易伤果，采摘速度慢，多次摘果之后袋子变重，需要人手往复升降拉扯，增加采摘员人手的负担。

3）剪切式摘果器。这种采果器是利用刀片或剪刀固定水果的枝条，通过操纵手柄，将枝条剪断。其优点是：可从相应的枝条上快速分离果实，采摘效率稍高，使果实的分离更加省力；其缺点是：要求人眼非常精准的定位果实位置，采摘之后果实掉落过程中若不加防护措施会伤果，导致果实破损。

以上分析可以看出，目前农业采摘机械装置仍然存在着较多的问题，最主要的问题有以下几点：

1.易伤果。采摘水果的最终目的是给生产者带来效益，带来效益的前提是水果的完整性，无损性，但一些机械由于原动力和执行机构的问题，对果实的伤害很大，易伤果是很多机械的根源性问题。

2.缺乏对果实的精准抓取能力。在这种农业辅助机械装置中，装置的控制主体是人，人决定着机械装置是否能起作用。虽然很多的采摘机械装置能实现抓取果实的功能，但对人眼定位要求很高，故精准抓取的成功率往往较低。

3.缺少快速的采摘能力。经过实验，目前的采摘机械一次完整的采摘流程包括分析果实位置、端执行器抵达果实附近、抓取果实、分离果实和收集果实。在不计算实际的采摘成功率以及工人转换场地的用时的前提下，每个步骤平均大约耗时4s，一次采摘就要耗时20s以上。

发明内容

为此，我们设计了一种钢丝驱动式果实兼枝条采剪装置，它不但可以采摘果实，还可以用作枝条修剪，且果实采摘速度更快，对人眼判别果实精确位置的要求更低，枝条修剪速度快，结构简单稳定。

为实现该目的，本发明采用的技术方案是：一种钢丝驱动式果实兼枝条采剪装置，它包括设置在伸缩杆前端的下安装板，所述下安装板上固定设置有外套筒；所述外套筒内同轴设置有外轴承圈；所述外轴承圈内同轴设置有内轴承圈；所述外轴承圈与内轴承圈之间设置有钢珠；所述外轴承圈上端设置有环形锯片；所述内轴承圈下端固定在下安装板上，上端设置有内套筒；所述下安装板上设置有落料孔位于内轴承圈中心；所述内套筒和外套筒上端口均匀设置有槽口；所述槽口底面侧壁设置有三角槽；所述三角槽底面与槽口底面持平；所述环形锯片上端面高于槽口底面，低于三角槽顶面；所述伸缩杆下端设置有安装盒；所述安装盒内设置有驱动轮；所述驱动轮与外轴承圈之间通过环形的钢丝线连接；所述下安装板和安装盒之间两侧设置有钢丝橡胶保护管；两侧的钢丝线分别设置在对应的钢丝橡胶保护管内；所述下安装板下端和安装盒上端设置有挡套；所述钢丝橡胶保护管两端抵在对应的挡套上；钢丝橡胶保护管内的钢丝线穿过对应的挡套延伸出来；所述驱动轮连接驱动机构；所述落料孔下端设置有可拆装的网兜。

进一步的，所述安装盒上端两侧设置有用于压住钢丝线的下改向轮；所述下安装板下端两侧设置有用于压住钢丝线的上改向轮。

进一步的，所述下安装板上方平行设置有上安装板；所述上安装板前端与外套筒连接。

进一步的，所述上改向轮设置在下安装板和上安装板之间。

进一步的，所述钢丝线在外轴承圈上缠绕一圈；所述钢丝线在驱动轮上缠绕一圈。

进一步的，所述网兜通过固定螺钉固定在下安装板后部。

进一步的，所述槽口之间形成槽板；所述槽板顶端面为圆弧形或三角形。

进一步的，所述驱动机构为设置在安装盒外壁上的摇柄。

进一步的，所述伸缩杆上设置有背带。

本发明的有益效果：

1、保护果实。首先我们采用了开槽的外套筒和内套筒，不开槽的部分包络住环形锯片，有效减少环形锯片裸露面积，在切割过程中防止误伤果实果农，果实采摘完好率高；其次我们采用手摇手轮带动环形锯片完成切割工作，进一步减少了因人力拉扯对果实的损害；

2、采用带钢丝橡胶保护管的钢丝线驱动环形锯片旋转，使得伸缩杆的伸长和缩短都不会影响驱动机构的正常运行；钢丝橡胶保护管既能保护里面运动的钢丝，又能张紧里面运动的钢丝；空心伸缩杆伸缩时，钢丝橡胶保护管能弯曲形变，从而使钢丝处于张紧状态。

3、外轴承圈上直接固定环形锯片，内轴承圈上设置内套筒，降低整个采摘机构的结构复杂性，能使得本发明的水果采摘机构做的非常小，非常轻薄，适用范围更大，使用更加方便。

4、将网兜拆掉后可以当做果树的枝条修剪工具使用，由于采用了环形锯片，配合均匀呈环形设置的多个槽口，一次可以修剪多根枝条，且利用三角斜槽实现了对枝条的剪断形成了自锁机构，不会出现枝条滑脱现象，大大提高了修剪速度；

5、采用手摇式的人工操作方式，降低了误采、误剪的几率，控制更加灵活方便，更加安全可靠；

6、采用螺钉固定网兜，用户只需要旋转固定螺钉既可以方便的将网兜装上或者拆卸下来，拆装速度非常快，同时网兜固定非常牢固稳定，不会出现松动脱落现象。

7、改变切割方式。采用手摇手轮带动环形锯片转动，完成切割动作，单位时间内可持续采摘果实数量更多；外套筒和内套筒中开三角槽部分的精确配合，能起到固定果柄的作用，降低打滑几率；

8、加快采摘速率。在内轴承圈上连结了两个带滚动钢球和钢球的外轴承圈，内轴承圈布置的两道钢球可保证环形锯片在工作时不跳动，稳定环形锯片与外套筒和内套筒的间隙，减小了摩擦损耗，传动平稳，进一步加快采摘效率；

9、快速定位果实。外套筒和内套筒开了多个槽口，任意一个槽口均可捕捉果梗，不再需要人眼对果梗精准定位，降低果农的劳动强度。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明端头的采剪机构俯视结构示意图。

图3为本发明的整体内部结构示意图。

图4为图3中局部A放大结构示意图。

图5为本发明端头的采剪机构3D结构示意图。

图中：1、外套筒；2、外轴承圈；3、环形锯片；4、内套筒；5、内轴承圈；6、钢珠；7、挡套；8、钢丝线；9、上安装板；10、上改向轮；11、下安装板；12、钢丝橡胶保护管；14、下改向轮；15、驱动轮；16、摇柄；17、安装盒；18、伸缩杆；19、落料孔；23、固定螺钉；24、网兜；41、槽口；42、槽板；43、三角槽。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细描述，本部分的描述仅是示范性和解释性，不应对本发明的保护范围有任何的限制作用。

如图1-5所示，本发明的具体结构为：一种钢丝驱动式果实兼枝条采剪装置，它包括设置在伸缩杆18前端的下安装板11，所述下安装板11上固定设置有外套筒1；所述外套筒1内同轴设置有外轴承圈2；所述外轴承圈2内同轴设置有内轴承圈5；所述外轴承圈2与内轴承圈5之间设置有钢珠6；所述外轴承圈2上端设置有环形锯片3；所述内轴承圈5下端固定在下安装板11上，上端设置有内套筒4；所述下安装板11上设置有落料孔19位于内轴承圈5中心；所述内套筒4和外套筒1上端口均匀设置有槽口41；所述槽口41底面侧壁设置有三角槽43；所述三角槽43底面与槽口41底面持平；所述环形锯片3上端面高于槽口41底面，低于三角槽43顶面；所述伸缩杆18下端设置有安装盒17；所述安装盒17内设置有驱动轮15；所述驱动轮15与外轴承圈2之间通过环形的钢丝线8连接；所述下安装板11和安装盒17之间两侧设置有钢丝橡胶保护管12；两侧的钢丝线8分别设置在对应的钢丝橡胶保护管12内；所述下安装板11下端和安装盒17上端设置有挡套7；所述钢丝橡胶保护管12两端抵在对应的挡套7上；钢丝橡胶保护管12内的钢丝线8穿过对应的挡套7延伸出来；所述驱动轮15连接驱动机构；所述落料孔19下端设置有可拆装的网兜24。

为了提高钢丝的运行稳定性，所述安装盒17上端两侧设置有用于压住钢丝线8的下改向轮14；所述下安装板11下端两侧设置有用于压住钢丝线8的上改向轮10。

为了提高产品的结构稳定性，所述下安装板11上方平行设置有上安装板9；所述上安装板9前端与外套筒1连接。

优选的，所述上改向轮10设置在下安装板11和上安装板9之间。

为了提高驱动稳定性，降低打滑现象，所述钢丝线8在外轴承圈2上缠绕一圈；所述钢丝线8在驱动轮15上缠绕一圈。

优选的，所述网兜24通过固定螺钉23固定在下安装板11后部。

为了使得果梗或者枝条能快速顺利的落入槽口41中，所述槽口41之间形成槽板42；所述槽板42顶端面为圆弧形或三角形。

优选的，所述驱动机构为设置在安装盒17外壁上的摇柄16。

为了方便采摘者采摘，使得使用者能将整个机构背在肩部，所述伸缩杆18上设置有背带。

本发明具体工作原理：

采摘水果原理：将网兜24安装上，调节好伸缩杆18的长度，将采摘机构靠近目标苹果，通过位置的微调使苹果落入内套筒4中，使得果梗位于槽口41内，手摇手柄16使得驱动轮15带动钢丝线8移动，通过下改向轮14改变钢丝线8的方向，进入钢丝橡胶保护管12中，通过上改向轮10改变钢丝8的方向，进入外轴承圈2的外槽中，带动外轴承圈2绕内轴承圈5转动，带动环形锯片3转动，完成切割动作，采摘后的果实落入网兜24中。

钢丝橡胶保护管12既能保护里面运动的钢丝8，又能张紧里面运动的钢丝8；

空心伸缩杆18伸缩时，钢丝橡胶保护管12能弯曲形变，从而使钢丝8处于张紧状态。

修剪枝条：将网兜24卸下，将采摘机构靠近枝条修剪面，通过位置的微调使枝条落入槽口41中，旋转摇柄1，使得环形锯片3旋转，枝条将被环形锯片3快速切断。剪断的枝条从内套筒4口掉落，完成修剪，由于内外套筒上均匀设置有多个槽口41，因此用户也可以一次性使得多根枝条落入到各个槽口41内，旋转摇柄1，环形锯片21一次性将多根枝条全部剪断，大大提高了修剪效率。

性能分析

可采摘苹果的大小：本装置内套筒直径130mm，即最大采摘苹果的直径超过120mm，市面上的苹果直径多在70-80mm之间，最大直径也极少超过120mm。所以基本上所有品种的苹果都处在可采摘的范围内。

最快采摘速率：本装置经过多次试验，果梗的切割效率非常之高。一旦果梗落入开槽底部的斜缺口中，平均切断时间仅有1.5s，加上人眼识别目标苹果所花费的时间加执行机构转换到下一个目标苹果所需的时间，完成一次采摘平均用时10s。平均每分钟采摘6个苹果。

本发明采用手摇式采剪的方式，控制更加灵活，不会发生误采、误剪现象。

性能对比

通过实验及数据统计，将三爪式摘果器,收集装置式摘果器，剪切式摘果器及钢丝驱动式果实兼枝条采剪装置性能汇总如下表：

	三爪式摘果器	收集装置式摘果器	剪切式摘果器	钢丝驱动式果实兼枝条采剪装置
					果实损坏率/%	15%	20%	15%	3%
摘果速率个/分钟	5个	7个	7个	8个
					劳动强度	大	大	大	中

我们可以很直观的看到，不管是从果实损坏程度，摘果速度和果农劳动强度来看，钢丝驱动式果实兼枝条采剪装置都有很大的优势。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，由于文字表达的有限性，而客观上存在无限的具体结构，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进、润饰或变化，也可以将上述技术特征以适当的方式进行组合；这些改进润饰、变化或组合，或未经改进将发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种钢丝驱动式果实兼枝条采剪装置，它包括设置在伸缩杆（18）前端的下安装板（11），其特征在于，所述下安装板（11）上固定设置有外套筒（1）；所述外套筒（1）内同轴设置有外轴承圈（2）；所述外轴承圈（2）内同轴设置有内轴承圈（5）；所述外轴承圈（2）与内轴承圈（5）之间设置有钢珠（6）；所述外轴承圈（2）上端设置有环形锯片（3）；所述内轴承圈（5）下端固定在下安装板（11）上，上端设置有内套筒（4）；所述下安装板（11）上设置有落料孔（19）位于内轴承圈（5）中心；所述内套筒（4）和外套筒（1）上端口均匀设置有槽口（41）；所述槽口（41）底面侧壁设置有三角槽（43）；所述三角槽（43）底面与槽口（41）底面持平；所述环形锯片（3）上端面高于槽口（41）底面，低于三角槽（43）顶面；所述伸缩杆（18）下端设置有安装盒（17）；所述安装盒（17）内设置有驱动轮（15）；所述驱动轮（15）与外轴承圈（2）之间通过环形的钢丝线（8）连接；所述下安装板（11）和安装盒（17）之间两侧设置有钢丝橡胶保护管（12）；两侧的钢丝线（8）分别设置在对应的钢丝橡胶保护管（12）内；所述下安装板（11）下端和安装盒（17）上端设置有挡套（7）；所述钢丝橡胶保护管（12）两端抵在对应的挡套（7）上；钢丝橡胶保护管（12）内的钢丝线（8）穿过对应的挡套（7）延伸出来；所述驱动轮（15）连接驱动机构；所述落料孔（19）下端设置有可拆装的网兜（24）。

2.根据权利要求1所述的一种钢丝驱动式果实兼枝条采剪装置，其特征在于，所述安装盒（17）上端两侧设置有用于压住钢丝线（8）的下改向轮（14）；所述下安装板（11）下端两侧设置有用于压住钢丝线（8）的上改向轮（10）。

3.根据权利要求2所述的一种钢丝驱动式果实兼枝条采剪装置，其特征在于，所述下安装板（11）上方平行设置有上安装板（9）；所述上安装板（9）前端与外套筒（1）连接。

4.根据权利要求3所述的一种钢丝驱动式果实兼枝条采剪装置，其特征在于，所述上改向轮（10）设置在下安装板（11）和上安装板（9）之间。

5.根据权利要求1所述的一种钢丝驱动式果实兼枝条采剪装置，其特征在于，所述钢丝线（8）在外轴承圈（2）上缠绕一圈；所述钢丝线（8）在驱动轮（15）上缠绕一圈。

6.根据权利要求1所述的一种钢丝驱动式果实兼枝条采剪装置，其特征在于，所述网兜（24）通过固定螺钉（23）固定在下安装板（11）后部。

7.根据权利要求1所述的一种钢丝驱动式果实兼枝条采剪装置，其特征在于，所述槽口（41）之间形成槽板（42）；所述槽板（42）顶端面为圆弧形或三角形。

8.根据权利要求1所述的一种钢丝驱动式果实兼枝条采剪装置，其特征在于，所述驱动机构为设置在安装盒（17）外壁上的摇柄（16）。

9.根据权利要求1所述的一种钢丝驱动式果实兼枝条采剪装置，其特征在于，所述伸缩杆（18）上设置有背带。

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