CN108684322B - 一种用于林果采收的防缠绕、解耦式振动采摘装置 - Google Patents

Abstract

本专利提供一种用于林果采收的防缠绕、解耦式振动采摘装置，能够实现水平方向和竖直方向两个方向的振动，包括：梳齿水平振动驱动电机（1）、齿轮箱（2）、联轴器（3）、轴（4）、销钉（5）、往返块（6）、弹簧（7）、轴承端盖（8）、梳齿（10）、滑块（11）、滑轨盖（12）、轴承（13）及圆筒（14）、机架（200）、板簧片（204）、竖直振动装置。本振动采摘装置采用四层六梳齿的技术方案，可以提高林果采净率。另外，圆筒上下各有一个滑轨盖，滑轨盖上面有6个凹槽并有6组气缸或油缸，这样可使6块滑块进行前后伸缩，从而使得梳齿能够前后进行伸缩。该装置可以降低果实损伤率以及提高采净率，有助于解决林果机械化采收的难题。

Description

一种用于林果采收的防缠绕、解耦式振动采摘装置

技术领域

本专利涉及林果机械化采收领域，具体地说是一种林果采摘装置。

背景技术

随着人工成本的上升，农林果实机械化采收渐渐成为趋势，有些果实，如银杏、核桃等可以采用摇动树干的方式，但如枸杞、蓝莓、红枣、柑橘等不能采用摇动主干的方式采收，只能采用振动树枝枝条的方式或者采用具有很多齿的滚筒结构的振动采收手段，如目前蓝莓采收的双滚筒式采摘装置(ZL201610035563.3)，采用了液压驱动的双滚筒梳齿结构，但其滚筒上的齿不能沿着垂直于滚筒轴线的方向振动。

市场上也出现了一些机械化或半机械化采摘装置。徐丽明(ZL201710164767.1)发明的采收装置利用多个小型滚筒振齿的结构，但其振齿无法收缩，而枸杞挂果的枝条尤其是枝条末端非常柔软，所以在实际作业时存在着枸杞枝条在振齿的拨动下缠绕在滚筒或振齿上的较大风险。还有利用气流来进行采摘的，然而这类装置能耗大，作业成本高，损伤率难以控制。肖宏儒等人采用偏心滑块机构设计了自走式枸杞收获机及关键采摘部件(201410465867.4；201410466469.4；201711020323.7)，主要创新性地应用了曲柄连杆机构，在采摘过程中，横向分布的振动杆插入树冠，偏心滑块机构在电机的驱动下开始运动，以带动振动杆进行往复运动来击打枝条，使得果实受力脱落。但其存在着振动部件惯量大，传递到果树枝条上的能量占比很小，反而机架振动剧烈的问题，振齿刮梳枝条、缠绕枝条的问题、伤果伤花的问题、采净率和采摘效率不高的问题等一系列问题。。

另外市面上还出现了一些梳刷式采摘机，此类采摘机效率更高并且不易伤害果实，然而对果实种植农艺要求太高，不能符合实际情况。还有一些剪切式采摘机构，其采收装置采摘刀难以精确定位剪切位置，从而难以避免误伤果实和枝条，并且采净率较低。

纵观目前林果采摘方式的设计原理，振动式采摘机是被研究的最多的。但是鉴于目前振动式林果采摘机的效率低、对结果枝的损伤大以及机构设计尤其是采摘头装置功能单一化的问题，如何设计一种新的林果采摘振动采摘装置显的尤为重要。

发明内容

因此，为了解决现有技术存在的技术缺陷和不足,本专利提供一种用于林果采收的防缠绕、解耦式振动采摘装置，它可以降低果实损伤率，提高果实采净率。

本技术所述的用于林果采收的防缠绕、解耦式振动采摘装置，包括：

圆筒14，在圆筒14两端固定有滑轨盖12，具有突出的侧翼41的轴4转动设置在滑轨盖12上；在轴4的圆周向方向有多个滑块11，滑块11位于圆筒14内部，其两端设置在滑轨盖12上，销钉5设置在滑块11上；沿着轴4的轴线方向，在各销钉5上设置有梳齿10，梳齿10以销钉5为轴线摆动设置在销钉5上；在梳齿10固定有往返块6，往返块6的两侧通过弹簧7设置在滑块11上；各梳齿的外端穿过圆筒14上所开的孔141，各梳齿内端伸入到轴4的外周处，当轴4在梳齿水平振动动力装置的带动下转动，侧翼41与梳齿10接触，拨动梳齿10内端，使得梳齿克服往返块6一侧弹簧的弹力绕销钉5摆动，当轴4不与梳齿10接触时，梳齿在往返块6的两侧通过弹簧7的作用下复位；

还包括：

机架200；

板簧片204，一端固定在机架上，另一端与圆筒14相连或者与轴4转动相连；

竖直振动装置，用于驱动圆筒14沿轴向上下振动，设置在机架200与板簧片204之间。

上述的用于林果采收的防缠绕、解耦式振动采摘装置，滑块11在圆筒14的径向方向滑动设置在滑轨盖12上，在滑轨盖12上设置用于驱动滑块在圆筒14的径向方向移动的气缸或油缸9，气缸或油缸9的活塞杆与滑块11的一端相连。这样可使滑块沿圆筒径向进行滑动，从而使得梳齿能够前后进行伸缩。

上述的用于林果采收的防缠绕、解耦式振动采摘装置，滑块11的中部具有开有圆筒14轴向延伸的槽111，梳齿10穿过槽111，往返块6位于槽111内，弹簧7设置在往返块6两侧与相对的槽111内壁之间。

上述的用于林果采收的防缠绕、解耦式振动采摘装置，轴4两侧具有突出的侧翼41。

上述的用于林果采收的防缠绕、解耦式振动采摘装置，滑块11有多个，均布在轴4的圆周方向；各滑块11设置有多根等间距的梳齿10。

上述的用于林果采收的防缠绕、解耦式振动采摘装置，梳齿水平振动动力装置包括梳齿水平振动驱动电机或者液压马达等。

上述的用于林果采收的防缠绕、解耦式振动采摘装置，板簧片204有上下两个。

上述的用于林果采收的防缠绕、解耦式振动采摘装置，竖直振动装置为曲柄连杆机构。优选，竖直振动装置包括设置在机架200上的竖直振动电机201、与竖直振动电机201输出轴相连的曲柄202，连杆203的两端分别与曲柄202和板簧片204铰接。

本案用于林果采收的防缠绕、解耦式振动采摘装置的振动结构是一种解耦式的，即梳齿在垂直于轴4的轴线的平面上的摆动与圆筒14大体上沿着轴4轴线方向的振动分别由不同的动力及机构驱动，这两个振动相互具有独立性，二者的振动频率、振幅分别可调，因此称之为解耦式振动装置。其优越性在于，两个参数分别可调的振动的耦合最终体现在梳齿相对于果树枝条的击打姿态可以有很多很多种，而不再是简单的水平击打、竖直击打等，这在理论上为未来精准林果振动采收提供了可能。具体为，梳齿在梳齿水平振动动力装置、轴4、销钉5等机构的作用下的振动是与桶壁轴线方向垂直的，当轴4垂直于地面时，它是在水平方向上的振动，并且梳齿水平振动频率、振幅可调；另一方面，整个圆筒14、轴4、滑块11、销钉5、滑轨盖12等在竖直振动动力装置的带动下上下振动，频率、振幅也可以单独调节，也就是说，梳齿在水平振动的同时，也随着圆筒整体竖直振动。在梳齿击打果树枝条的过程中，这两个分别可调的振动最终体现为梳齿上某一质点相对果树枝条的运动轨迹是可以有很多很多种变化。

另外，每层设置若干梳齿，共设置若干层，这里优选为6根梳齿，共4层，其内部用弹簧与滑块和往返块连接，往返块与梳齿连接，梳齿摆动设置在销轴上，这样可以使得在进行采收作业时梳齿通过弹簧进行梳齿的复位，保证下一个振动周期的顺利开始。当然，梳齿也不局限于4层每层6根，也不一定非要一层一层的布置，也可能是在圆柱面上螺旋线形、双螺旋线或者任意布置的分布。另外，圆筒上下各有一个滑轨盖，滑轨盖上面有6个凹槽和6组气缸或油缸，可使6块滑块进行前后伸缩，从而使得梳齿能够前后进行伸缩。

使用本装置作业时，本装置设置在一个行走的机器上。所以圆筒是无动力旋转，只在果树枝条碰到梳齿时可以拨动圆筒，圆筒表面质点在机器行走的过程中相对果树枝条基本是静止的，这样在机器行走作业时，不会在行进方向上拉扯枝条，而仅仅是瞬时的振动(左右或上下振动)击打枝条，以达到采收目的。当然，也可以额外采用一个圆筒驱动装置驱动圆筒、滑轨盖等绕轴4转动，这样，在作业时圆筒表面线速度与机器向前行走的速度一样，方向相反，即圆筒表面质点相对果树/地面静止，也可以达到类似效果。圆筒表面质点相对于果树静止和梳齿相对于圆筒表面的快速伸出和缩进，两者结合可以有效防止枝条缠绕在梳齿上，尽量减少梳齿沿枝条长度方向上的滑移，降低其相对于枝条的捋和梳的作用，从而减少其对于果树枝条、叶子、青果、花朵等的伤害，降低误采率、损伤率。该装置可以通过梳齿的伸缩防止枝条缠绕、拉扯现象以降低误采率和损伤率，可以通过分别控制梳齿相对于果树枝条上下、左右振动的频率及幅度以提高成熟果实采净率，为适合振动采收的蓝莓、枸杞、红枣等经济林果的机械化采收提供了一种有益的参考。

附图说明

图1是水平振动及梳齿伸缩装置的示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是水平振动及梳齿伸缩装置的局部爆炸图(删除梳齿水平振动驱动电机等)；

图4是水平振动及梳齿伸缩装置的局部爆炸图(删除圆筒、梳齿水平振动驱动电机等)；

图5是水平振动及梳齿伸缩装置的结构示意图(删除去圆筒)；

图6是轴的示意图；

图7是滑块、销钉、弹簧等结构示意图；

图8是滑块、销钉、弹簧等结构放大示意图；

图9是防缠绕、解耦式振动采摘装置的整体图。

其中：200-机架；204-板簧片；300-竖直振动装置；400-水平振动及梳齿伸缩装置；

1-梳齿水平振动驱动电机；2-齿轮箱；3-联轴器；4-轴；41-侧翼；5-销钉；6-往返块；7-弹簧；8-轴承端盖；9-气缸；10-梳齿；11-滑块；111-槽；112-孔；12-滑轨盖；13-轴承；14-圆筒；141-孔；

201-竖直振动电机；202-曲柄；203-连杆。

具体实施方式

为使本专利的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本专利的附图,对本专利的技术方案进行清楚、完整的描述。显然,所描述的实施例是本专利一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利的实施例,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,都属于本专利的保护范围。

本专利提供一种用于林果采收的防缠绕、解耦式振动采摘装置,参见图9，包括：机架200、两个板簧片204、竖直振动装置300、水平振动及梳齿伸缩装置400。

参见图3，水平振动及梳齿伸缩装置400包括梳齿水平振动驱动电机1、齿轮箱2、联轴器3、轴4、销钉5、往返块6、弹簧7、轴承端盖8、气缸9、梳齿10、滑块11、滑轨盖12、轴承13及圆筒14。

参见图3-5，梳齿水平振动驱动电机1固定在轴4上端，通过齿轮箱2进行一级变速，通过联轴器3将动力传到轴4，令其旋转，侧翼41拨动桶壁内周围梳齿，实现振动采收，并且可以通过其内弹簧进行梳齿的复位。轴4上面连接轴承13、轴承端盖8以及滑轨盖12。滑轨盖12上面6个凹槽连接6块滑块11和气缸9。滑块11上面连接弹簧7和销钉5。弹簧7上面连接往返块6。销钉5上面连接梳齿10。梳齿10穿过滑块11上的槽111、孔112，及圆筒14上的孔141向外伸出。梳齿有四层，同时每层设置6根梳齿，平均60°设置一根。装在轴4上的梳齿水平振动驱动电机1可调，可以满足不同频率要求。

竖直振动装置300包括板簧片204、由竖直振动电机201、曲柄202和连杆203组成的曲柄连杆机构。

两个板簧片204的首端均开有安装孔、安装孔内设置轴承，轴4的上下两端通过该两个安装孔内的轴承与板簧片204形成转动配合。两个板簧片204的末端通过螺栓等固定在机架200上。竖直振动电机201安装于机架上，竖直振动电机201的输出轴通过键连接曲柄202。曲柄202与连杆203的一端铰接在一起，连杆203另一端通过圆柱销与固定在一个板簧片204下部的连接件相铰接。竖直振动电机201输出轴将扭矩传递给曲柄202，曲柄202带动连杆203做回转运动，从而带动板簧片204、轴4及圆筒做上下往复运动，实现竖直振动的功能，通过改变竖直振动电机201的转速，可以满足不同竖直振动频率的要求。

本专利提供的一种用于林果采收的防缠绕、解耦式振动采摘装置在工作时,将本振动采收装置安装在相应的整机上之后，调节梳齿高度相对于林果枝条的高度，使其达到最佳位置。每层梳齿在轴的旋转下被拨动，进行水平往复振动，击打果枝，实现对成熟林果的采摘。同时，设置了4层梳齿，每层设置6根梳齿，平均60°设置一根，可以提高林果采净率。另外，圆筒上下各有一个滑轨盖，滑轨盖上面有6个凹槽和6组气缸，可使6块滑块进行前后伸缩，从而使得梳齿能够相对圆筒伸缩。与此同时圆筒是无动力转动的，尽量保证了圆筒表面质点相对果树静止，两者的有效结合可以防止枝条的缠绕、防止拉扯枝条。该装置可以降低果实损伤率以及提高果实采净率，并且可以防止枝条缠绕，基本解决了林果机械化采收的基本矛盾。

梳齿是与枝条也就是桶壁轴线方向是垂直的，其振动是在水平方向上的振动，振动方向与桶壁轴线方向垂直，并且梳齿水平振动频率可调。其内部用弹簧与滑块和往返块连接，往返块与梳齿连接，通过销轴连接，这样可以使得在进行采收作业时梳齿振动完毕后通过弹簧进行梳齿的复位，以准备下一周期的振动。

竖直振动电机201通过曲柄连杆机构驱动水平振动及梳齿伸缩装置相对于机架基本在圆筒轴线方向上下振动，从而使得梳齿相对于果树枝条的上下、左右振动相互解耦、参数分别可调。

本装置是用于林果采收的防缠绕、解耦式振动采摘装置，可以满足不同频率和振幅的作业要求。该装置可以降低果实损伤率以及提高果实采净率，并且可以防止枝条缠绕，基本解决了蓝莓、枸杞等经济林果的机械化精准采收的难题。

综上,本专利中应用了具体个例对本专利一种用于林果采收的防缠绕、解耦式振动采摘装置的原理及实施方式进行了阐述,以上实施例的说明只是用于帮助理解本专利的方法及其核心思想，同时,对于本领域的一般技术人员,依据本专利的思想,在具体实施方式及应用范围上的稍作改变都属于本专利的保护范围。综上,本说明书内容不应理解为对本专利的限制,本专利的保护范围应以所附的权利要求为准。

Claims (9)

1.一种用于林果采收的防缠绕、解耦式振动采摘装置，其特征在于，包括：

圆筒(14)，在圆筒(14)两端固定有滑轨盖(12)，具有突出的侧翼(41)的轴(4)转动设置在滑轨盖(12)上；在轴(4)的圆周向方向有多个滑块(11)，滑块(11)位于圆筒(14)内部，其两端设置在滑轨盖(12)上，销钉(5)设置在滑块(11)上；沿着轴(4)的轴线方向，在各销钉(5)上设置有梳齿(10)，梳齿(10)以销钉(5)为轴线摆动设置在销钉(5)上；在梳齿(10)固定有往返块(6)，往返块(6)的两侧通过弹簧(7)设置在滑块(11)上；各梳齿的外端穿过圆筒(14)上所开的孔(141)，各梳齿内端伸入到轴(4)的外周处，当轴(4)在梳齿水平振动动力装置的带动下转动，侧翼(41)与梳齿(10)接触，拨动梳齿(10)内端，使得梳齿克服往返块(6)一侧弹簧的弹力绕销钉(5)摆动，当轴(4)不与梳齿(10)接触时，梳齿在往返块(6)的两侧通过弹簧(7)的作用下复位；

还包括：

机架(200)；

板簧片(204)，一端固定在机架上，另一端与圆筒(14)相连或者与轴(4)转动相连；

竖直振动装置，用于驱动圆筒(14)沿轴向上下振动，设置在机架(200)与板簧片(204)之间。

2.如权利要求1所述的用于林果采收的防缠绕、解耦式振动采摘装置，其特征在于，滑块(11)在圆筒(14)的径向方向滑动设置在滑轨盖(12)上，在滑轨盖(12)上设置用于驱动滑块在圆筒(14)的径向方向移动的气缸或油缸(9)，气缸或油缸(9)的活塞杆与滑块(11)的一端相连。

3.如权利要求1所述的用于林果采收的防缠绕、解耦式振动采摘装置，其特征在于，滑块(11)的中部具有开有圆筒(14)轴向延伸的槽(111)，梳齿(10)穿过槽(111)，往返块(6)位于槽(111)内，弹簧(7)设置在往返块(6)两侧与相对的槽(111)内壁之间。

4.如权利要求1所述的用于林果采收的防缠绕、解耦式振动采摘装置，其特征在于，轴(4)两侧具有突出的侧翼(41)。

5.如权利要求1所述的用于林果采收的防缠绕、解耦式振动采摘装置，其特征在于，滑块(11)有多个，均布在轴(4)的圆周方向；各滑块(11)设置有多根等间距的梳齿(10)。

6.如权利要求1所述的用于林果采收的防缠绕、解耦式振动采摘装置，其特征在于，梳齿水平振动动力装置包括梳齿水平振动驱动电机。

7.如权利要求1所述的用于林果采收的防缠绕、解耦式振动采摘装置，其特征在于，板簧片(204)有上下两个。

8.如权利要求1所述的用于林果采收的防缠绕、解耦式振动采摘装置，其特征在于，竖直振动装置为曲柄连杆机构。

9.如权利要求8所述的用于林果采收的防缠绕、解耦式振动采摘装置，其特征在于，竖直振动装置包括设置在机架(200)上的竖直振动电机(201)、与竖直振动电机(201)输出轴相连的曲柄(202)，连杆(203)的两端分别与曲柄(202)和板簧片(204)铰接。