CN108718701A - 一种网兜可拆卸式果实兼枝条采剪装置 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种网兜可拆卸式果实兼枝条采剪装置，它包括长杆，长杆端头设有上面板和下面板；上面板上设有外套筒；下面板上设有内套筒；外套筒套在内套筒上；外套筒和内套筒上端设有槽口；槽口底面三角斜槽；外套筒和内套筒之间设有环形锯片；环形锯片设在锯套上；锯套设在驱动轮上；驱动轮套设在内套筒下端；驱动轮连接皮带轮；皮带轮连接摇柄；内套筒下端设有网兜固定筒；网兜固定筒下端边缘均匀设有挂钩；网兜固定筒上套接有可旋转的锁紧环；锁紧环下端边缘设有与挂钩相配合形成密封环的锁紧片；锁紧环与网兜固定筒之间设有扭簧。它可以采摘果实，枝条修剪，果实采摘速度更快，对人眼判别苹果精确位置的要求更低，枝条修剪速度快。

Description

一种网兜可拆卸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，具体为一种网兜可拆卸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，我们设计了一种网兜可拆卸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，对人眼判别苹果精确位置的要求更低，枝条修剪速度快。

为实现该目的，本发明采用的技术方案是：一种网兜可拆卸式果实兼枝条采剪装置，它包括长杆，所述长杆端头设置有上下相互平行的上面板和下面板；所述上面板上设置有外套筒；所述下面板上设置有内套筒；所述外套筒同轴套接在内套筒上；所述外套筒和内套筒上端口呈环形阵列设置有槽口；所述槽口一侧壁底面设置有朝该槽壁方向开口的三角斜槽；所述三角斜槽底面与槽口底面持平；所述外套筒和内套筒之间设置有环形锯片；所述环形锯片上端面高于槽口底面，低于三角斜槽顶壁；所述环形锯片设置在锯套上；所述锯套设置在驱动轮上；所述驱动轮套设在内套筒下端；所述驱动轮与内套筒之间设置有轴承圈；所述驱动轮通过皮带连接皮带轮；所述皮带轮设置在安装盒内；所述安装盒设置在长杆下端；所述皮带轮连接摇柄；所述内套筒下端设置有网兜固定筒；所述网兜固定筒下端边缘均匀设置有朝外侧翻转的用于挂住网兜的挂钩；所述网兜固定筒上套接有可旋转的锁紧环；所述锁紧环下端边缘设置有与挂钩相配合形成密封环的锁紧片；所述锁紧环与网兜固定筒之间设置有扭簧。

进一步的，所述网兜上端口设置有吊环；所述吊环与网兜之间均匀设置有吊线。

进一步的，所述网兜固定筒上端设置有用于压住锁紧环的固定环。

进一步的，所述挂钩上端侧边设置有限位凸起；所述锁紧片的外侧边设置有与限位凸起相配合的缺口。

进一步的，所述槽口另一侧壁为竖直面。

进一步的，所述上面板和下面板边缘通过连接螺栓相互连接；所述连接螺栓上套有支撑套；所述支撑套位于上面板和下面板之间。

进一步的，相邻槽口之间形成槽板；所述槽板顶面为三角形或圆弧形。

进一步的，所述上面板和下面板之间两侧设置有用于张紧皮带的第一张紧轮；所述安装盒内部两侧设置有用于张紧皮带的第二张紧轮。

本发明的有益效果：

1、不易伤果。首先我们采用了开槽的内、外套筒，不开槽的部分包络住锯条，有效减少锯条裸露面积，在切割过程中防止误伤果实果农，果实采摘完好率高；其次我们采用电机带动环锯工作，进一步减少了因人力拉扯对果实的损害；

2、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；

3、采用摇柄式的人工操作方式，降低了误采、误剪的几率，控制更加灵活方便，更加安全可靠。

4、采用了专门设置的网兜拆装机构，用户只需要旋转锁紧环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。

5、加快采摘速率。我们改变传统动力来源，采用电机带动，单位时间内可持续采摘苹果数量更多；开槽的内、外套筒中开槽部分的精确配合，能起到固定果柄的作用，降低打滑几率；在锯套上连结了一个带滚动钢珠的轴承圈，轴承圈上布置的三道的滚珠可保证锯条在工作时不跳动，稳定锯套与内、外套筒的间隙，减小了摩擦损耗，传动平稳，进一步加快采摘效率；

6、对人眼判别苹果精确位置的要求降低。内外套筒开了六个槽，任意一个槽均可捕捉果梗，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为本发明中的采剪机构3D结构示意图。

图3为本发明中的采剪机构的内部结构示意图。

图4为图3中局部A放大结构示意图。

图5为本发明中的网兜装卸机构示意图。

图6为图5中局部B放大结构示意图。

图7为锁紧环的俯视结构示意图。

图8为网兜固定筒的俯视结构示意图。

图9为本发明中的摇柄驱动机构示意图。

图中：1、摇柄；2、皮带轮；3、长杆；5、上面板；6、下面板；7、第一张紧轮；8、第二张紧轮；9、皮带；10、轴承圈；11、外套筒；12、槽板；13、安装盒；14、槽口；15、内套筒；16、连接螺栓；18、网兜；19、锯套；20、支撑套；21、环形锯片；22、驱动轮；142、竖直面；141、三角斜槽；31、网兜固定筒；32、挂钩；33、限位凸起；34、锁紧环；35、锁紧片；36、缺口；37、固定环；38、扭簧；181、吊环；182、吊线。

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-图9所示，本发明的具体结构为：一种网兜可拆卸式果实兼枝条采剪装置，它包括长杆3，所述长杆3端头设置有上下相互平行的上面板5和下面板6；所述上面板5上设置有外套筒11；所述下面板6上设置有内套筒15；所述外套筒11同轴套接在内套筒15上；所述外套筒11和内套筒15上端口呈环形阵列设置有槽口14；所述槽口14一侧壁底面设置有朝该槽壁方向开口的三角斜槽141；所述三角斜槽141底面与槽口14底面持平；所述外套筒11和内套筒15之间设置有环形锯片21；所述环形锯片21上端面高于槽口14底面，低于三角斜槽141顶壁；所述环形锯片21设置在锯套19上；所述锯套19设置在驱动轮22上；所述驱动轮22套设在内套筒15下端；所述驱动轮22与内套筒15之间设置有轴承圈10；所述驱动轮22通过皮带9连接皮带轮2；所述皮带轮2设置在安装盒13内；所述安装盒13设置在长杆3下端；所述皮带轮2连接摇柄1；所述内套筒15下端设置有网兜固定筒31；所述网兜固定筒31下端边缘均匀设置有朝外侧翻转的用于挂住网兜18的挂钩32；所述网兜固定筒31上套接有可旋转的锁紧环34；所述锁紧环34下端边缘设置有与挂钩32相配合形成密封环的锁紧片35；所述锁紧环34与网兜固定筒31之间设置有扭簧38。

优选的，所述网兜18上端口设置有吊环181；所述吊环181与网兜18之间均匀设置有吊线182。

优选的，所述网兜固定筒31上端设置有用于压住锁紧环34的固定环37。

优选的，所述挂钩32上端侧边设置有限位凸起33；所述锁紧片35的外侧边设置有与限位凸起33相配合的缺口36。

优选的，所述槽口14另一侧壁为竖直面。

优选的，所述上面板5和下面板6边缘通过连接螺栓16相互连接；所述连接螺栓16上套有支撑套20；所述支撑套20位于上面板5和下面板6之间。

优选的，相邻槽口14之间形成槽板12；所述槽板12顶面为三角形或圆弧形。

优选的，所述上面板5和下面板6之间两侧设置有用于张紧皮带9的第一张紧轮7；所述安装盒13内部两侧设置有用于张紧皮带9的第二张紧轮8。

本发明具体设计原理：

1、设计要求

以苹果为参照，苹果采摘机械装置执行机构方案确定前需要考虑的因素：

首先，应符合其“小型”辅助人工采摘机械装置或工具的定位。该机械装置必须在功能上满足要求，在设计和结构上较同类产品有突出优势，同时在性能价格比，先进性，创新性，实用性方面达到较好的平衡。在保证功能的情况下，机械结构越简单越好。

其次，苹果的大小形状决定了其执行机构的尺寸，在设计时应保留一定的冗余，避免摘不到体型较大的苹果。然后，在采摘的过程中应尽可能地包络住苹果，增大与苹果接触的表面积，降低误伤苹果的可能性。

再次，应尽可能地在保证功能性的同时降低整体质量，增大其便携性，降低工人体力消耗。这要求我们使用新型的材料，如复合材料，工程塑料，有机材料等。

2、采摘机构

采摘机构安装在内、外套筒之间，包括带滚动钢珠的轴承圈10、驱动轮22、锯套19、环型锯片21，其中轴承圈10、驱动轮22起到了支承和传动作用，又往上与锯套19相连接，环形锯片连接在锯套19中。

3、工作原理

本装置采摘机构的工作主要有以下几个部件协同合作完成：带滚动钢珠的轴承圈10驱动轮22、锯套19、环形锯片21。当使用者旋转摇柄1时，皮带轮2转动，O型皮带9传递动力使驱动轮22朝顺时针方向连续转动。由于驱动轮22、锯套19、环形锯片21三者都是相连的，所以环形锯片21也按照相同的方向顺时针稳定旋转。

在内、外套筒之间，连续转动的环形锯片高出槽口底部5mm左右，当人操作长杆3使得机架靠近苹果，苹果主体只要落入了内套筒15内，果梗便会自动处在六个槽口14之中的一个内，因为苹果重力的原因，果梗往下触碰到正在高速旋转的环形锯片，而且槽底的部分加工了一个带斜度的缺口：三角斜槽141，果梗在环形锯片的带动下与三角斜槽141产生自锁现象，加速果梗的切割过程。最后果梗被切断，苹果下落，通过掉进网兜中。

4、使用方法

采摘水果：将网兜18固定在内套筒15下端，用手握住长杆3，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15中，旋转摇柄1，使得环形锯片21旋转，果梗将被锯条快速切断。苹果掉落进网兜，完成采集。一次完整的采摘循环结束。开始下一个目标苹果的采摘。

修剪枝条：将网兜18卸下，用手握住长杆3，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14中，旋转摇柄1，使得环形锯片21旋转，枝条将被锯条快速切断。剪断的枝条从内套筒15口掉落，完成修剪，由于内外套筒上均匀设置有多个槽口14，因此用户也可以一次性使得多根枝条落入到各个槽口14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。

网兜装卸方法：在正常状态下，锁紧环34由于扭簧38的扭力作用，产生旋转，使得缺口36刚好与限位凸起33配合卡住，使得锁紧片35与挂钩32相互形成密封环将网兜18的吊环181固定在密封环内，因此网兜18无法脱落；当需要卸载下网兜18时，反向旋转锁紧环34，使得锁紧片35脱离于挂钩32的配合，锁紧片35与挂钩32形成的密封环结构被打开，用户可以将吊环181从挂钩32内取出来，因此网兜18被卸载下来。

5、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。

6、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，剪切式摘果器及半自动环 锯式摘果器性能汇总如下表5-1-1：

	三爪式摘果器	收集装置式摘果器	剪切式摘果器	手摇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

表5-1-1

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，半自动环锯式摘果器都有很大的优势。

1.不易伤果。首先我们采用了开槽的内、外套筒，不开槽的部分包络住锯条，有效减少锯条裸露面积，在切割过程中防止误伤果实果农，果实采摘完好率高；其次我们采用电机带动环锯工作，进一步减少了因人力拉扯对果实的损害；

2.加快采摘速率。我们改变传统动力来源，采用电机带动，单位时间内可持续采摘苹果数量更多；开槽的内、外套筒中开槽部分的精确配合，能起到固定果柄的作用，降低打滑几率；在锯套上连结了一个带滚动钢珠的轴承圈，轴承圈上布置的三道的滚珠可保证锯条在工作时不跳动，稳定锯套与内、外套筒的间隙，减小了摩擦损耗，传动平稳，进一步加快采摘效率；

3、对人眼判别苹果精确位置的要求降低。内外套筒开了六个槽，任意一个槽均可捕捉果梗，不再需要人眼对果梗精准定位，降低果农的劳动强度。

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 (8)

1.一种网兜可拆卸式果实兼枝条采剪装置，它包括长杆（3），其特征在于，所述长杆（3）端头设置有上下相互平行的上面板（5）和下面板（6）；所述上面板（5）上设置有外套筒（11）；所述下面板（6）上设置有内套筒（15）；所述外套筒（11）同轴套接在内套筒（15）上；所述外套筒（11）和内套筒（15）上端口呈环形阵列设置有槽口（14）；所述槽口（14）一侧壁底面设置有朝该槽壁方向开口的三角斜槽（141）；所述三角斜槽（141）底面与槽口（14）底面持平；所述外套筒（11）和内套筒（15）之间设置有环形锯片（21）；所述环形锯片（21）上端面高于槽口（14）底面，低于三角斜槽（141）顶壁；所述环形锯片（21）设置在锯套（19）上；所述锯套（19）设置在驱动轮（22）上；所述驱动轮（22）套设在内套筒（15）下端；所述驱动轮（22）与内套筒（15）之间设置有轴承圈（10）；所述驱动轮（22）通过皮带（9）连接皮带轮（2）；所述皮带轮（2）设置在安装盒（13）内；所述安装盒（13）设置在长杆（3）下端；所述皮带轮（2）连接摇柄（1）；所述内套筒（15）下端设置有网兜固定筒（31）；所述网兜固定筒（31）下端边缘均匀设置有朝外侧翻转的用于挂住网兜（18）的挂钩（32）；所述网兜固定筒（31）上套接有可旋转的锁紧环（34）；所述锁紧环（34）下端边缘设置有与挂钩（32）相配合形成密封环的锁紧片（35）；所述锁紧环（34）与网兜固定筒（31）之间设置有扭簧（38）。

2.根据权利要求1所述的一种网兜可拆卸式果实兼枝条采剪装置，其特征在于，所述网兜（18）上端口设置有吊环（181）；所述吊环（181）与网兜（18）之间均匀设置有吊线（182）。

3.根据权利要求1所述的一种网兜可拆卸式果实兼枝条采剪装置，其特征在于，所述网兜固定筒（31）上端设置有用于压住锁紧环（34）的固定环（37）。

4.根据权利要求1所述的一种网兜可拆卸式果实兼枝条采剪装置，其特征在于，所述挂钩（32）上端侧边设置有限位凸起（33）；所述锁紧片（35）的外侧边设置有与限位凸起（33）相配合的缺口（36）。

5.根据权利要求1所述的一种网兜可拆卸式果实兼枝条采剪装置，其特征在于，所述槽口（14）另一侧壁为竖直面。

6.根据权利要求1所述的一种网兜可拆卸式果实兼枝条采剪装置，其特征在于，所述上面板（5）和下面板（6）边缘通过连接螺栓（16）相互连接；所述连接螺栓（16）上套有支撑套（20）；所述支撑套（20）位于上面板（5）和下面板（6）之间。

7.根据权利要求1所述的一种网兜可拆卸式果实兼枝条采剪装置，其特征在于，相邻槽口（14）之间形成槽板（12）；所述槽板（12）顶面为三角形或圆弧形。

8.根据权利要求1所述的一种网兜可拆卸式果实兼枝条采剪装置，其特征在于，所述上面板（5）和下面板（6）之间两侧设置有用于张紧皮带（9）的第一张紧轮（7）；所述安装盒（13）内部两侧设置有用于张紧皮带（9）的第二张紧轮（8）。