CN108811738B - 可调节式苹果辅助采摘装置 - Google Patents

Abstract

一种可调节式苹果辅助采摘装置，包括用于采摘苹果的采摘臂以及用于接收苹果的收集桶，其中采摘臂和收集桶之间通过网袋通道连接，采摘臂设有拿捏杆以及变式采摘单元，变式采摘单元设有安装于拿捏杆上的第一电机，第一电机的外壳上安装有安装座，安装座的上端安装有与包容爪配合使用的采摘爪，该采摘爪设有前端采摘部和果梗切断部，安装座的内部转动连接有一对左右分布且与采摘爪配合使用的包容爪，包容爪通过第一电机驱动；拿捏杆上安装有视频辅助单元以及控制变式采摘单元的控制器。本发明的可调节式苹果辅助采摘装置能够实现两种不同的采摘模式，可实现成串采摘，亦可单个辅助切断采摘，效率高，灵活性好，值得推广。

Description

可调节式苹果辅助采摘装置

技术领域

本发明涉及用于采摘苹果的采摘器，尤其是一种可调节式苹果辅助采摘装置。

背景技术

我国是世界上最大的苹果生产国和消费国，苹果种植面积和产量均占世界总量的40%以上，在世界苹果产业中占有重要地位。我国苹果种植面积达到2943万亩，产量达到2786万吨。优势区域所在的山东、陕西、辽宁、河北、河南、山西及甘肃7省的苹果面积和产量分别占全国的86％和90％。

目前，苹果采摘的方式主要有纯人工采摘，辅助人工采摘，大型设备采摘，机器人自动采摘等方式。

（一）纯人工采摘

纯人工采摘主要依靠劳动力，纯人工采摘可根据苹果的成熟度不同进行选择采摘，采摘苹果的损伤率极低。但纯人工采摘也存在着劳动强度大，采摘效率低，当苹果树较高时，还需要借助梯子，操作极不方便。

（二）辅助人工采摘

现在市场上出现了各种苹果采摘器，这些采摘器由于使用了伸长杆，适用于采摘高空水果。但其采摘爪固定，只能单个采摘，且树枝交错部位的苹果难以采摘，因此适应性较差。

（三）大型设备采摘

20世纪40年代中期美国开始研究振摇式采摘机械，用来采摘胡桃、杏、苹果等水果；到50年代中期，利用振摇果树方式收获水果的采摘机械在欧美国家得到了发展和普遍应用，出现了拖拉机驱动的振摇采摘机。20世纪60年代，振摇采摘机械的结构由单一的定冲程推摇机发展到惯性式振摇机，气力振摇机和使用动力驱动橡胶棒冲摘果枝振落果实的撞击式等多种类型的果园采摘机械；60年代中期，美国研究出液压升降平台车，配合采摘工具使用，使得采摘效率得到进一步提升。但大型设备采摘以振摇式为主，这种采摘方式对水果会造成很大的损伤。

（四）机器人自动采摘

随着信息智能技术的发展，机器人的使用已越来越广泛，借助机器人手段进一步提高效率和保证质量。但目前机器人用于苹果采摘还不是很成熟，主要存在以下几点不足：1）采摘果实精确度较低。由于苹果的外形和大小各异，并且随着时间的不断变化，苹果的表皮颜色以及成熟度都是存在一定差别的，而且不同地区的苹果生长情况也是不一样的，所以这给苹果机器人的识别过程以及采摘过程带来了非常大的困难。2）对采摘果实损伤较大。3）果实采摘耗时较长。人工采摘一个苹果所需的时间是5 s~10 s，而农业采摘机器人需要10 s~15 s；4）机器人成本高，难推广。

发明内容

本发明要解决上述现有技术的缺点，提供一种使用方便的可调节式苹果辅助采摘装置，着力提高采摘效率，同时又能兼顾成本，方便快捷。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种可调节式苹果辅助采摘装置，包括用于采摘苹果的采摘臂以及用于接收苹果的收集桶，其中采摘臂和收集桶之间通过网袋通道连接，采摘臂设有拿捏杆以及变式采摘单元，变式采摘单元设有安装于拿捏杆上的第一电机，第一电机的外壳上安装有安装座一，安装座一的上端安装有与包容爪配合使用的采摘爪，该采摘爪设有前端采摘部和果梗切断部，采摘爪两侧设有转动连接于安装座一内且与采摘爪配合使用的包容爪，包容爪通过第一电机驱动；拿捏杆上安装有视频辅助单元以及控制变式采摘单元的控制器。这样，该装置用于苹果采摘，采摘时采摘人员手拿拿捏杆，利用采摘臂摘取苹果，采摘得到的苹果通过网袋通道掉落至收集桶内，方便快捷，同时采摘爪的前端采摘部和果梗切断部设置可根据苹果成熟程度不同提供两种不同的采摘模式，苹果成熟度不高时，利用果梗切断部实现对果梗切断采摘；苹果成熟度较高时，可直接由前端采摘爪钩取单个或多个苹果实现采摘，包容爪的设置则是避免在采摘苹果时苹果脱出变式采摘单元掉落于地上，防止苹果被破坏，且包容爪本身为可调节设置，通过电机实现驱动调节，使得能够更好地适应苹果大小不同，树枝交错的实际情况，对苹果进行左右包容，避免。

进一步完善，前端采摘部设有一对左右分布的固定安装杆，固定安装杆的上端端头上安装有轴座，两轴座之间转动连接有连接轴，其中置于右端的轴座外安装有驱动连接轴转动的第二电机，连接轴安装有一排间隔分布的弧形弯杆。这样，前端采摘部设计合理，利用相邻的两弧形弯杆贴于苹果表面，使得苹果置于前端采摘部的内侧，以钩取的方式将苹果摘下，同时弧形弯杆通过两轴座、连接轴、第二电机实现可调节，且连接轴与置于右端的轴座为蜗轮蜗杆结构，使得连接轴转动更加灵活。

进一步完善，果梗切断部设有安装于连接轴上的支架，支架内安装有第三电机，第三电机的转轴延伸至支架外，第三电机的转轴上安装有切断刀片。这样，不是太熟的苹果的果梗韧性较足，利用常规的前端采摘部不易采摘，故在爪子钩取的同时利用刀片对果梗进行切断，从而实现简便、省力、高效的采摘效果。

进一步完善，包容爪设有转动连接于安装座一内的内连杆组以及与内连杆组配合使用的外连杆组，内连杆组和外连杆组上均插有插杆；内连杆组设有两个上下分布的内连杆，外连杆组设有两个上下分布的外连杆，外连杆转动连接于内连杆的外端头的外侧面上，两内连杆之间设有与第一电机配合使用的齿轮部，该齿轮部设有置于最外侧的第一齿轮轴、置于中部的第二齿轮轴以及置于最内侧的第三齿轮轴，第一齿轮轴、第二齿轮轴上设有单个第一从动齿轮，第三齿轮轴上设有一对上下分布的第二从动齿轮，第一齿轮轴与第二齿轮轴之间通过第一从动齿轮相互配合，第二齿轮轴通过第一从动齿轮与置于第三齿轮轴上端的第二从动齿轮相互配合；第一电机上安装有主动齿轮，第一电机通过主动齿轮与置于第三齿轮轴下端的第二从动齿轮配合使用。这样，包容爪不仅便于辅助苹果采摘，也能够防止采摘后的苹果脱离变式采摘单元，使苹果能够顺利的进入网袋通道，且包容爪本身通过内连杆组、外连杆组构成，外连杆组转动连接于内连杆组上，如此一来能灵活地最大限度地调整采摘爪的包容区间，以适应不同大小品种的水果采摘及树枝交错的实际情况，同时内连杆组、外连杆组以及包容爪与电机之间的活动调节采用齿轮传动，齿轮传动具有传动精度高、传动范围广、工作可靠稳定性好的优点，使用稳定好。

进一步完善，第一从动齿轮、第二从动齿轮为不完全齿轮。这样，不完全齿轮其主动轮上的齿数是不完整的，从动轮上的齿数与位置由从动轮的运动与间歇时间确定。当主动轮作单向转动时，从动轮作单向间歇运动。在从动轮的停歇期间，两个齿轮的轮缘各有锁止弧以对从动轮实施定位防止从动轮在此状态下自由运动，如此一来实现了一个电机驱动左右包容爪内的内连杆组和外连杆转动，且两个内连杆组和外连杆之间可分离动作，极大地增加了可调空间。

进一步完善，视频辅助单元设有安装于安装座一外端上的摄像头固定座，拿捏杆上安装有用于安装放映摄像头拍摄画面的数码产品的安装座二。这样，结合摄像头、手机实现采摘爪前端的视频，实现对苹果的辅助定位，使抓取果实更加轻松，同时也避免了采摘者长期仰头工作，有效地降低劳动力，提升采摘效率，安装座二便于供手机等具有播放摄像功能的数码产品安装。

进一步完善，收集桶设有第一收集桶以及存在于第一收集桶内的第二收集桶，第一收集桶与第二收集桶之间通过滑轨连接，第一收集桶、第二收集桶下端均安装有万向轮，第一收集桶的外端面上安装有拉杆。这样，收集桶如此的设置使得收集桶容积大，单次可以装取相比单桶体多出一倍的数量，且配合万向轮配合拉杆，方便移动被填充满的收集桶，方便省力，使用效果好。

进一步完善，第一收集桶的外端面上安装有一对背带。这样，可以将装置背起，方便便携。

进一步完善，网袋通道设有安装于变式采摘单元下端的网袋，网袋下端的端头处安装有管道，管道底部以及端头处开有出料口；管道的外周面上开有一对左右分布的滑槽，滑槽内滑动连接有形成梯形槽的滑板。这样，摘取后的苹果通过网袋掉落至收集桶内，且考虑到苹果有个头大小的问题存在，且便于采摘者根据苹果的个头对其定价，故通过在管道上设置滑板实现分选，方便快捷。

进一步完善，拿捏杆为伸缩设置。这样，如此一来可接触到置于较高位置的苹果，且无需借助梯子第三方工具。

本发明有益的效果是：本发明的可调节式苹果辅助采摘装置结合齿轮传动，不完全齿轮传动，涡轮蜗杆机构，刀片切断设计了变式采摘单元，能够实现两种不同的采摘模式，可实现成串采摘，亦可单个辅助切断采摘，效率高，灵活性好，且还设置有针孔摄像头、显示屏等，可辅助确定苹果的方位，同时用于存放摘下后的苹果的收集桶为背包式设计，大小桶相互嵌套，可分选，可扩大容量空间，简单便携，更适用于在地形复杂的苹果地采摘，值得推广。

附图说明

图1为本发明正面的立体结构示意图；

图2为本发明变式采摘单元正面偏右的立体结构示意图；

图3为本发明变式采摘单元上面的立体结构示意图；

图4为本发明变式采摘单元正面的平面结构示意图；

图5为本发明收集桶正面偏右的立体结构示意图；

图6为本发明收集桶正面偏左的立体结构示意图；

图7为本发明图6中A部分的局部放大示意图。

附图标记说明：采摘臂1，收集桶2，第一收集桶2-1，第二收集桶2-2，网袋通道3，拿捏杆4，变式采摘单元5，第一电机6，安装座一7，采摘爪8，前端采摘部9，果梗切断部10，包容爪11，视频辅助单元12，控制器13，固定安装杆14，轴座15，连接轴16，第二电机17，弧形弯杆18，支架19，第三电机20，切断刀片21，内连杆组22，内连杆22-1，外连杆组23，外连杆23-1，插杆24，齿轮部25，第一齿轮轴25-1，第二齿轮轴25-2，第三齿轮轴25-3，第一从动齿轮26，第二从动齿轮27，主动齿轮28，网袋29，管道30，出料口30-1，滑槽30-2，滑板31，摄像头固定座32，安装座二33，滑轨34，万向轮35，拉杆36，背带37。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明：

参照附图：这种可调节式苹果辅助采摘装置，包括用于采摘苹果的采摘臂1以及用于接收苹果的收集桶2，其中采摘臂1和收集桶2之间通过网袋通道3连接，采摘臂1设有拿捏杆4以及变式采摘单元5，变式采摘单元5设有安装于拿捏杆4上的第一电机6，第一电机6的外壳上安装有安装座一7，安装座一7的上端安装有采摘爪8，该采摘爪8设有前端采摘部9和果梗切断部10，采摘爪8两侧设有转动连接于安装座一7内且与采摘爪8配合使用的包容爪11，包容爪11通过第一电机6驱动；拿捏杆4上安装有视频辅助单元12以及控制变式采摘单元5的控制器13。

前端采摘部9设有一对左右分布的固定安装杆14，固定安装杆14的上端端头上安装有轴座15，两轴座15之间转动连接有连接轴16，其中置于右端的轴座15外安装有驱动连接轴16转动的第二电机17，连接轴16安装有一排间隔分布的弧形弯杆18。

果梗切断部10设有安装于连接轴16上的支架19，支架19内安装有第三电机20，第三电机20的转轴延伸至支架19外，第三电机20的转轴上安装有切断刀片21。

包容爪11设有转动连接于安装座一7内的内连杆组22以及与内连杆组22配合使用的外连杆组23，内连杆组22和外连杆组23上均插有插杆24；内连杆组22设有两个上下分布的内连杆22-1，外连杆组23设有两个上下分布的外连杆23-1，外连杆23-1转动连接于内连杆22-1的外端头的外侧面上，两内连杆22-1之间设有与第一电机6配合使用的齿轮部25，该齿轮部25设有置于最外侧的第一齿轮轴25-1、置于中部的第二齿轮轴25-2以及置于最内侧的第三齿轮轴25-3，第一齿轮轴25-1、第二齿轮轴25-2上设有单个第一从动齿轮26，第三齿轮轴25-3上设有一对上下分布的第二从动齿轮27，第一齿轮轴25-1与第二齿轮轴25-2之间通过第一从动齿轮26相互配合，第二齿轮轴25-2通过第一从动齿轮26与置于第三齿轮轴25-3上端的第二从动齿轮27相互配合；第一电机6上安装有主动齿轮28，第一电机6通过主动齿轮28与置于第三齿轮轴25-3下端的第二从动齿轮27配合使用。

第一从动齿轮26、第二从动齿轮27均为不完全齿轮。

视频辅助单元设有安装于安装座一外端上的摄像头固定座32，拿捏杆4上安装有用于安装放映摄像头拍摄画面的数码产品的安装座二33。

收集桶2设有第一收集桶2-1以及存在于第一收集桶2-1内的第二收集桶2-2，第一收集桶2-1与第二收集桶2-2之间通过滑轨34连接，第一收集桶2-1、第二收集桶2-2下端均安装有万向轮35，第一收集桶2-1的外端面上安装有拉杆36。

第一收集桶2-1的外端面上安装有一对背带37。

网袋通道3设有安装于变式采摘单元5下端的网袋29，网袋29下端的端头处安装有管道30，管道30底部以及端头处开有出料口30-1；管道30的外周面上开有一对左右分布的滑槽30-2，滑槽30-2内滑动连接有形成梯形槽的滑板31。

拿捏杆4为伸缩设置。

在使用时，采摘者利用背带37将采摘装置背起，打开摄像头，将具备播放通过摄像头所拍摄画面的数码产品（例如手机）安装于安装座二33，并且通过蓝牙将两者连接，然后拉伸拿捏杆4，将变式采摘单元5调至接近需采摘的苹果位置处，通过控制器13对变式采摘单元5上的包容爪11、采摘爪8进行调节，控制第二电机17，实现将前端采摘部向内转动，呈采摘状态，其次控制第三电机20实现驱动切断刀片21转动，完成后启动第一电机6实现对左右分布的包容爪11进行调节，通过第一电机6上的主动齿轮28带动置于第三齿轮轴25-3下端的第二从动齿轮27转动，从而实现第三齿轮轴25-3转动，实现包容爪11的内两杆组22向内换向，当内两杆组22运动到极限位置，置于第三齿轮轴25-3下端的第二从动齿轮27与第一电机6上的主动齿轮28脱离啮合，接着置于第三齿轮轴25-3上端的第二从动齿轮27与第二齿轮轴25-2上的第一从动齿轮26啮合，第二齿轮轴25-2上的第一从动齿轮与第一齿轮轴25-1上的第一从动齿轮26啮合，从而使外连杆组23向内转动，从而实现分离运动，提高了包容爪11的可调节性，也大大提高了两包容爪11之间的包容区间，调节好后，采摘者将采摘爪8接触到苹果，施加一点拉力，通过前端采摘部9取顺势将苹果并摘下，如果遇到难采摘的或者采摘者力竭后，利用果梗切断部10将果梗切断，实现简便、省力、高效的采摘效果，采摘后的苹果通过网袋通道3落入至收集桶2内，且网袋通道3具有对苹果大小分选的功能，同时为了配合分选，故收集桶2为双箱设置，如此一来就可将不同大小的苹果区分开，以便采摘者后期分开定价销售。

虽然本发明已通过参考优选的实施例进行了图示和描述，但是，本专业普通技术人员应当了解，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种各样变化。

Claims (7)

1.一种可调节式苹果辅助采摘装置，包括用于采摘苹果的采摘臂（1）以及用于接收苹果的收集桶（2），其中采摘臂（1）和收集桶（2）之间通过网袋通道（3）连接，其特征是：所述采摘臂（1）设有拿捏杆（4）以及变式采摘单元（5），所述变式采摘单元（5）设有安装于拿捏杆（4）上的第一电机（6），第一电机（6）的外壳上安装有安装座一（7），安装座一（7）的上端安装有采摘爪（8），该采摘爪（8）设有前端采摘部（9）和果梗切断部（10），所述采摘爪（8）两侧设有转动连接于安装座一（7）内且与采摘爪（8）配合使用的包容爪（11），包容爪（11）通过第一电机（6）驱动；所述拿捏杆（4）上安装有视频辅助单元（12）以及控制变式采摘单元（5）的控制器（13）；

所述前端采摘部（9）设有一对左右分布的固定安装杆（14），固定安装杆（14）的上端端头上安装有轴座（15），两轴座（15）之间转动连接有连接轴（16），其中置于右端的轴座（15）外安装有驱动连接轴（16）转动的第二电机（17），所述连接轴（16）安装有一排间隔分布的弧形弯杆（18）；

所述果梗切断部（10）设有安装于连接轴（16）上的支架（19），支架（19）内安装有第三电机（20），第三电机（20）的转轴延伸至支架（19）外，所述第三电机（20）的转轴上安装有切断刀片（21）；

所述包容爪（11）设有转动连接于安装座一（7）内的内连杆组（22）以及与内连杆组（22）配合使用的外连杆组（23），所述内连杆组（22）和外连杆组（23）上均插有插杆（24）；所述内连杆组（22）设有两个上下分布的内连杆（22-1），所述外连杆组（23）设有两个上下分布的外连杆（23-1），外连杆（23-1）转动连接于内连杆（22-1）的外端头的外侧面上，两内连杆（22-1）之间设有与第一电机（6）配合使用的齿轮部（25），该齿轮部（25）设有置于最外侧的第一齿轮轴（25-1）、置于中部的第二齿轮轴（25-2）以及置于最内侧的第三齿轮轴（25-3），所述第一齿轮轴（25-1）、第二齿轮轴（25-2）上设有单个第一从动齿轮（26），第三齿轮轴（25-3）上设有一对上下分布的第二从动齿轮（27），所述第一齿轮轴（25-1）与第二齿轮轴（25-2）之间通过第一从动齿轮（26）相互配合，第二齿轮轴（25-2）通过第一从动齿轮（26）与置于第三齿轮轴（25-3）上端的第二从动齿轮（27）相互配合；所述第一电机（6）上安装有主动齿轮（28），第一电机（6）通过主动齿轮（28）与置于第三齿轮轴（25-3）下端的第二从动齿轮（27）配合使用。

2.根据权利要求1所述的可调节式苹果辅助采摘装置，其特征是：所述第一从动齿轮（26）、第二从动齿轮（27）均为不完全齿轮。

3.根据权利要求1所述的可调节式苹果辅助采摘装置，其特征是：所述视频辅助单元（12）设有安装于安装座一（7）外端上的摄像头固定座（32），拿捏杆（4）上安装有用于安装放映摄像头拍摄画面的数码产品的安装座二（33）。

4.根据权利要求1所述的可调节式苹果辅助采摘装置，其特征是：所述收集桶（2）设有第一收集桶（2-1）以及存在于第一收集桶（2-1）内的第二收集桶（2-2），所述第一收集桶（2-1）与第二收集桶（2-2）之间通过滑轨（34）连接，所述第一收集桶（2-1）、第二收集桶（2-2）下端均安装有万向轮（35），所述第一收集桶（2-1）的外端面上安装有拉杆（36）。

5.根据权利要求4所述的可调节式苹果辅助采摘装置，其特征是：所述第一收集桶（2-1）的外端面上安装有一对背带（37）。

6.根据权利要求1所述的可调节式苹果辅助采摘装置，其特征是：所述网袋通道（3）设有安装于变式采摘单元（5）下端的网袋（29），网袋（29）下端的端头处安装有管道（30），管道（30）底部以及端头处开有出料口（30-1）；所述管道（30）的外周面上开有一对左右分布的滑槽（30-2），滑槽（30-2）内滑动连接有形成梯形槽的滑板（31）。

7.根据权利要求1所述的可调节式苹果辅助采摘装置，其特征是：所述拿捏杆（4）为伸缩设置。

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