CN109005909B - 苹果采摘机及其采摘方法 - Google Patents

Abstract

一种苹果采摘机，包括有可移动的移动推车，移动推车上设有转动升降采摘机构和循环包装收集机构，转动升降采摘机构和循环包装收集机构之间通过缓冲卡位装置连接，转动升降采摘机构包括有相连接的转动控制装置和升降采摘装置，循环包装收集机构包括有泡沫网张口装置。本发明的结构合理、紧凑，通过自动采摘代替人工采摘，解决了苹果难采摘的难题，提高苹果的采摘效率，操作安全稳定，保护果子不受损伤并确保苹果新鲜度，采摘后可以套袋包装，免去了人工从采摘到包装及运输的流水线过程，降低了劳动强度，使用效果好，适于推广。

Description

苹果采摘机及其采摘方法

技术领域

本发明涉及水果采摘技术领域，尤其涉及一种水果采摘设备，具体是一种苹果采摘机。

背景技术

目前在苹果果园采摘时，人工采摘苹果的工人们拿着果篮手动进行采摘，过高的果子还要用梯子，手摘下来的苹果还要投进篮子里，人工步骤流程繁琐。经过果园实地考察，发现有以下几个问题：

(1)工人们使用手采摘苹果，次数频繁容易造成手伤和手臂劳累，以及腿脚的不适。

(2)苹果生长的不同高度，工人们解决对高峰苹果的采摘方式是用梯子，很不方便也保证不了安全性。

(3)手摘的苹果堆积进果篮损伤了苹果的质量，人工运输及包装和封箱的一系列流程效率低，劳动力大。

采用人工采摘，不仅效率低，劳动量大，采摘时需要用到梯子，果园的土地凹凸不平程度，对人工采摘安全不能保障，同时长时间人工抬头采摘水果对工人的颈椎也有伤害，手采摘水果的时候难免会触碰到树干，梯子架在树干上的采摘有风险，针对以上的问题，需要一种全新的采摘设备，满足日常采摘工作要求。

发明内容

本发明要解决上述现有技术存在的问题，提供一种苹果采摘机，解决目前传统采摘效率低、不能包装的问题，满足快速安全采摘的需求。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种苹果采摘机，包括有可移动的移动推车，移动推车上设有转动升降采摘机构和循环包装收集机构，转动升降采摘机构和循环包装收集机构之间通过缓冲卡位装置连接，转动升降采摘机构包括有相连接的转动控制装置和升降采摘装置，转动控制装置包括竖直转动连接在移动推车尾端的第一转动杆，第一转动杆底端同步竖直转动连接有位于第一转动杆前方的第二转动杆，第二转动杆顶部固定有转动盘，转动盘上转动连接有上下转动角度可调的固定板。这样设置后，为了使升降采摘装置左右向的角度可调节，当操作者操作第一转动杆时，第二转动杆和转动盘随之在转动，实现升降采摘装置的转动效果，而固定板上下转动角度可调，使升降采摘装置具有一定的前后倾角能力，适应更多采摘情况和环境。

升降采摘装置包括有自动升降的升降支架，升降支架顶端固定有采摘器和识别苹果的摄像头，摄像头固定在采摘器直线后方，采摘器由上下两片转动连接的咬合片组成，咬合片为弧形片结构且咬合端部呈尖端化。根据果农栽培苹果树的不同高度，升降支架可以将采摘器送到靠近苹果的位置和高度，苹果准确高度位置由摄像头定位，苹果进入到采摘器的咬合片内后，咬合片转动夹断果柄，实现采摘功能。

缓冲卡位装置包括有竖直设置的缓冲管，缓冲管顶部通过漏斗结构连接在采摘器出口下方，缓冲管内沿管路从上到下间隔交错设有阻挡杆，缓冲管底部出口端连接有横向传送的连接管，连接管下方转动连接有设有一组圆周均匀排布的卡位板，卡位板延伸到连接管内且转动面位于苹果经过路线上；苹果被采摘之后大约从两米高度掉下，由于重力下落速度快，如果直接下落苹果会被损坏，缓冲管通过漏斗结构与采摘器连接在一起，而缓冲管采用弹性轻质的塑胶材料，其优点是疲劳强度高，耐老化性能好，可以循环承受苹果下落的冲击力度，缓冲管内上下交错的阻挡杆能对下落的苹果进行降速，这样当苹果下落之后，经过多次的缓冲作用之后，苹果速度减慢，保证了果体完整，最后苹果滚落到连接管内并将其导向尾端出口的托爪；连接管内的卡位板依次转动做到控制苹果按照掉落次序单独导向托爪，为后续苹果套泡沫网做准备。

循环包装收集机构包括有泡沫网张口装置，泡沫网张口装置上设有固定架，固定架内底部转动连接有托住单个苹果的托爪，连接管出口端穿过固定架配合正对托爪，固定架上前后侧设有八字型设置的循环转动的勾爪组，托爪位于前后侧勾爪组中间底部，勾爪组由一组均匀间隔排布的受力转动的勾爪组成，前后侧勾爪组之间从上到下形成由勾爪勾住泡沫网前后侧并下拉逐渐张口的张口通道，移动推车上设有可移动的电熔笔，电熔笔前端为热熔切割泡沫网的切割部，切割部伸入到勾爪组之间位于托爪上方。当苹果经过缓冲减速动作后来到托爪上，启动电机驱动前后侧勾爪组同时转动，泡沫网从张口通道顶部进入，勾爪分别勾住泡沫网前后两侧并下拉，在下拉过程中由于前后侧勾爪相对距离逐渐增加，泡沫网之间逐渐开口直到完全打开并套在托爪的苹果上，苹果套上泡沫网后电熔笔开始移动并利用前端的切割部将苹果上方的泡沫网切断，电熔笔依次前进、切割、退回，刚好是切割泡沫网的一个方形运动过程，切割完毕，勾爪继续运动并受外力而转动缩回，此时勾爪完成松开泡沫网工作。

作为本发明的进一步改进，移动推车底部设有水平横置的四边形支架，四边形支架为连杆转动连接形成变形结构，第一转动杆和第二转动杆分别固定连接在四边形支架前后端连杆中心上。四边形支架是转动连接的具有变形能力，第一转动杆转动后四边形支架变形成平行四边形，而第二转动杆在这个过程中也随之同步转动，当操作者操作第一转动杆时，通过与之连接的四边形支架的变幻，使车上的转动盘转动角度，并且我们控制四边形支架使得转盘在角度0-180°范围内转动，保证可调节的角度范围尽量大，也解决了采摘过程中存在的“死点”问题，实现升降采摘装置的转动效果。

作为本发明的进一步改进，移动推车上设有套在第二转动杆上的水平板，转动盘底部圆周排列有一组滚动部，滚动部底端滚动连接有第一滚珠，第一滚珠底端与水平板表面滚动配合。考虑到如果转动盘完全依靠第二转动杆支撑，无法满足结构稳定的要求，加入水平板后通过滚动部的第一滚珠对转动盘起到支撑作用，且第一滚珠是滚动的，转动盘依靠第一滚珠在水平板上转动滚动，转动效果依然得到保证。

作为本发明的进一步改进，固定板前端通过合页转动连接在转动盘上，移动推车上设有升降连接顶杆，顶杆顶部滚动连接有第二滚珠，第二滚珠顶部顶压在固定板尾端底面上。合页连接使固定板前端转动，顶杆顶部依靠滚珠顶压在固定板尾端底面上，当顶杆升降时固定板会在30-45°范围内转动，使升降采摘装置能转动的同时具有调节前后倾角的能力，此机构具有转向灵活、结构紧凑、不卡位等优点，能适应更多复杂的采摘情况，第二滚珠与固定板之间是点与面的接触，减少了接触面积而且第二滚珠是可滚动的，大大减少了零件磨损，延长零件使用寿命。

作为本发明的进一步改进，升降支架由X型连杆结构叠加形成，升降支架底端分别通过滑块滑动连接在固定板上，滑块之间通过正反牙丝杆连接，滑块分别连接在正反牙丝杆两侧的反向螺纹上，正反牙丝杆尾端连接有电机。通过电机带动正反牙丝杆转动，此时滑块在固定板上相向或相背滑动，从而使升降支架实现上升和下降功能。

作为本发明的进一步改进，升降支架顶部设有倾斜向上的倾斜部，采摘器位于倾斜部前端，摄像头固定在倾斜部上，咬合片上分别连接有控制转动角度的舵机。采摘器和摄像头倾斜朝上设置可以从下方观察和靠近，减少了周围树枝的干扰后，采摘器靠近苹果更容易，摄像头识别苹果更准确，提高采摘效率；而采摘器由两片1/4弧形的咬合片相咬合而成，上下咬合片之间的间隙不管是咬入苹果还是苹果掉落都能满足要求，舵机控制上下咬合片的转动角度，实现剪断果柄的目的。

作为本发明的进一步改进，移动推车上固定有托板，托板承托在缓冲管和连接管连接处底部。考虑到缓冲管和连接管连接处是苹果下落冲击较大的区域，长时间使用后，连接处容易损坏，托板可以起到支撑加固的作用，保护连接处，延长使用寿命。

作为本发明的进一步改进，固定架上前后侧设有八字型对称设置的传动链，勾爪组固定在传动链上，勾爪通过扭簧转动连接在传动链上，固定架上靠近托爪的勾爪行经路线上设有挡杆。勾爪组通过传动链带动实现自身的转动，每个勾爪加装扭簧进行转动配合，当勾爪拉下的泡沫网包住苹果后，勾爪碰到底部的挡杆，勾爪受力并在扭簧扭力作用转动缩回，此时松开泡沫网，勾爪经过挡杆后重新在扭簧作用下弹出，循环张口套袋动作。

作为本发明的进一步改进，勾爪组的勾爪左右成对设置，前后侧所述传动链上同高度的勾爪相互错开设置。勾爪左右成对设置可以在泡沫网的一侧左右端同时勾住使泡沫网张口更大更规则，不同侧的勾爪相互错开设置可以紧凑空间和结构，减少结构的占用空间。

作为本发明的进一步改进，移动推车上转动连接有用于缠绕泡沫网的转动辊，传动链中间顶部设有一对夹住泡沫网的夹紧辊。转动辊用于缠绕泡沫网，泡沫网从夹紧辊之间进入张口通道，在勾爪带动下泡沫网源源不断供应，大大提升泡沫网的包装效率。

作为本发明的进一步改进，移动推车上移动连接有PLC控制的收集箱，收集箱位于托爪下方，转动升降采摘机构和循环包装收集机构均与PLC连接。收集箱用于收集被泡沫网套好的苹果，收集箱可移动从而调整箱体与托爪之间的相对位置，可在PLC控制下移动使苹果在箱内规则排列，方便后续包装处理；PLC分别与转动升降采摘机构和循环包装收集机构连接，使其相互配合行动。

这种使用苹果采摘机的采摘方法，其步骤是：

A:推动移动推车到苹果树下，升降采摘装置的升降支架启动，摄像头识别并准确定位苹果高度后，升降支架高度定位，转动第一转动杆从而带动第二转动杆，第二转动杆带动转动盘和固定板转动，实现升降采摘装置转向，调整角度最终选好采摘苹果的位置；

B:采摘器的咬合片张开并让苹果进入，咬合片咬合剪断果柄，苹果从采摘器掉出；

C:苹果掉入缓冲管中，经过阻挡杆的减速滚落到连接管内，卡位板转动一次通过一个苹果，苹果滚动到托爪上；

D:勾爪组转动利用勾爪各勾住泡沫网一侧并下拉张口，最后将泡沫网套在苹果上，电熔笔切断泡沫网，勾爪缩回并松开泡沫网，托爪翻转苹果掉落并收集；

E:重复上述动作实现循环采摘苹果。

本发明有益的效果是：本发明的结构合理、紧凑，通过自动采摘代替人工采摘，解决了苹果难采摘的难题，提高苹果的采摘效率，操作安全稳定，保护果子不受损伤并确保苹果新鲜度，采摘后可以套袋包装，免去了人工从采摘到包装及运输的流水线过程，降低了劳动强度，使用效果好，适于推广。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明的右视图；

图4为本发明转动升降采摘机构的结构示意图；

图5为本发明转动升降采摘机构的右视图；

图6为转动盘和固定板部分的结构示意图；

图7为图5中A-A方向的剖视图；

图8为本发明循环包装收集机构的结构示意图；

图9为本发明泡沫网张口装置的结构示意图；

图10为本发明泡沫网张口装置的主视图。

附图标记说明：移动推车1，第一转动杆2，第二转动杆3，转动盘4，固定板5，升降支架6，摄像头7，咬合片8，缓冲管9，阻挡杆10，连接管11，卡位板12，固定架13，托爪14，勾爪15，电熔笔16，四边形支架17，水平板18，第一滚珠19，顶杆20，第二滚珠21，正反牙丝杆22，舵机23，扭簧24，传动链25，转动辊26，夹紧辊27，收集箱28。

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：本实施例中的这种苹果采摘机，包括有可移动的移动推车1，移动推车1上设有转动升降采摘机构和循环包装收集机构，转动升降采摘机构和循环包装收集机构之间通过缓冲卡位装置连接，转动升降采摘机构包括有相连接的转动控制装置和升降采摘装置，转动控制装置包括竖直转动连接在移动推车1尾端的第一转动杆2，第一转动杆2底端同步竖直转动连接有位于第一转动杆2前方的第二转动杆3，第二转动杆3顶部固定有转动盘4，转动盘4上转动连接有上下转动角度可调的固定板5。

升降采摘装置包括有自动升降的升降支架6，升降支架6顶端固定有采摘器和识别苹果的摄像头7，摄像头7固定在采摘器直线后方，采摘器由上下两片转动连接的咬合片8组成，咬合片8为弧形片结构且咬合端部呈尖端化。

缓冲卡位装置包括有竖直设置的缓冲管9，缓冲管9顶部通过漏斗结构连接在采摘器出口下方，缓冲管9内沿管路从上到下间隔交错设有阻挡杆10，缓冲管9底部出口端连接有横向传送的连接管11，连接管11下方转动连接有设有一组圆周均匀排布的卡位板12，卡位板12延伸到连接管11内且转动面位于苹果经过路线上。

循环包装收集机构包括有泡沫网张口装置，泡沫网张口装置上设有固定架13，固定架13内底部转动连接有托住单个苹果的托爪14，连接管11出口端穿过固定架13配合正对托爪14，固定架13上前后侧设有八字型设置的循环转动的勾爪组，托爪14位于前后侧勾爪组中间底部，勾爪组由一组均匀间隔排布的受力转动的勾爪15组成，前后侧勾爪组之间从上到下形成由勾爪15勾住泡沫网前后侧并下拉逐渐张口的张口通道，移动推车1上设有可移动的电熔笔16，电熔笔16前端为热熔切割泡沫网的切割部，切割部伸入到勾爪组之间位于托爪14上方。

移动推车1底部设有水平横置的四边形支架17，四边形支架17为连杆转动连接形成变形结构，第一转动杆2和第二转动杆3分别固定连接在四边形支架17前后端连杆中心上。

移动推车1上设有套在第二转动杆3上的水平板18，转动盘4底部圆周排列有一组滚动部，滚动部底端滚动连接有第一滚珠19，第一滚珠19底端与水平板18表面滚动配合。

固定板5前端通过合页转动连接在转动盘4上，移动推车1上设有升降连接顶杆20，顶杆20顶部滚动连接有第二滚珠21，第二滚珠21顶部顶压在固定板5尾端底面上。

升降支架6由X型连杆结构叠加形成，升降支架6底端分别通过滑块滑动连接在固定板5上，滑块之间通过正反牙丝杆22连接，滑块分别连接在正反牙丝杆22两侧的反向螺纹上，正反牙丝杆22尾端连接有电机。

升降支架6顶部设有倾斜向上的倾斜部，采摘器位于倾斜部前端，摄像头7固定在倾斜部上，咬合片8上分别连接有控制转动角度的舵机23。

移动推车1上固定有托板，托板承托在缓冲管9和连接管11连接处底部。

固定架13上前后侧设有八字型对称设置的传动链25，所述勾爪组固定在传动链25上，所述勾爪15通过扭簧24转动连接在传动链25上，所述固定架13上靠近托爪14的勾爪15行经路线上设有挡杆。

勾爪组的勾爪15左右成对设置，前后侧所述传动链25上同高度的勾爪15相互错开设置。

移动推车1上转动连接有用于缠绕泡沫网的转动辊26，传动链25中间顶部设有一对夹住泡沫网的夹紧辊27。

移动推车1上移动连接有PLC控制的收集箱28，收集箱28位于托爪14下方，转动升降采摘结机构和循环包装收集机构均与PLC连接。

这种使用苹果采摘机的采摘方法，其步骤是：

A:推动移动推车1到苹果树下，升降采摘装置的升降支架6启动，摄像头7识别并准确定位苹果高度后，升降支架6高度定位，转动第一转动杆2从而带动第二转动杆3，第二转动杆3带动转动盘4和固定板5转动，实现升降采摘装置转向，调整角度最终选好采摘苹果的位置。

B:采摘器的咬合片8张开并让苹果进入，咬合片8咬合剪断果柄，苹果从采摘器掉出。

C:苹果掉入缓冲管9中，经过阻挡杆10的减速滚落到连接管11内，卡位板12转动一次通过一个苹果，苹果滚动到托爪14上。

D:勾爪组转动利用勾爪15各勾住泡沫网一侧并下拉张口，最后将泡沫网套在苹果上，电熔笔16切断泡沫网，勾爪(15)缩回并松开泡沫网，托爪14翻转苹果掉落并收集。

E:重复上述动作实现循环采摘苹果。

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 (9)

1.一种苹果采摘机，包括有可移动的移动推车（1），移动推车（1）上设有转动升降采摘机构和循环包装收集机构，转动升降采摘机构和循环包装收集机构之间通过缓冲卡位装置连接，其特征是：所述转动升降采摘机构包括有相连接的转动控制装置和升降采摘装置，所述转动控制装置包括竖直转动连接在移动推车（1）尾端的第一转动杆（2），所述第一转动杆（2）底端同步竖直转动连接有位于第一转动杆（2）前方的第二转动杆（3），所述第二转动杆（3）顶部固定有转动盘（4），所述转动盘（4）上转动连接有上下转动角度可调的固定板（5）；

所述升降采摘装置包括有自动升降的升降支架（6），所述升降支架（6）顶端固定有采摘器和识别苹果的摄像头（7），所述摄像头（7）固定在采摘器直线后方，所述采摘器由上下两片转动连接的咬合片（8）组成，所述咬合片（8）为弧形片结构且咬合端部呈尖端化；

所述缓冲卡位装置包括有竖直设置的缓冲管（9），所述缓冲管（9）顶部通过漏斗结构连接在采摘器出口下方，所述缓冲管（9）内沿管路从上到下间隔交错设有阻挡杆（10），所述缓冲管（9）底部出口端连接有横向传送的连接管（11），所述连接管（11）下方转动连接有设有一组圆周均匀排布的卡位板（12），所述卡位板（12）延伸到连接管（11）内且转动面位于苹果经过路线上；

所述循环包装收集机构包括有泡沫网张口装置，所述泡沫网张口装置上设有固定架（13），所述固定架（13）内底部转动连接有托住单个苹果的托爪（14），所述连接管（11）出口端穿过固定架（13）配合正对托爪（14），所述固定架（13）上前后侧设有八字型设置的循环转动的勾爪组，所述托爪（14）位于前后侧勾爪组中间底部，所述勾爪组由一组均匀间隔排布的受力转动的勾爪（15）组成，前后侧所述勾爪组之间从上到下形成由勾爪（15）勾住泡沫网前后侧并下拉逐渐张口的张口通道，所述移动推车（1）上设有可移动的电熔笔（16），所述电熔笔（16）前端为热熔切割泡沫网的切割部，所述切割部伸入到勾爪组之间位于托爪（14）上方；

所述移动推车（1）底部设有水平横置的四边形支架（17），所述四边形支架（17）为连杆转动连接形成的变形结构，所述第一转动杆（2）和第二转动杆（3）分别固定连接在四边形支架（17）前后端连杆中心上；

所述移动推车（1）上设有套在第二转动杆（3）上的水平板（18），所述转动盘（4）底部圆周排列有一组滚动部，所述滚动部底端滚动连接有第一滚珠（19），所述第一滚珠（19）底端与水平板（18）表面滚动配合。

2.根据权利要求1所述的苹果采摘机，其特征是：所述固定板（5）前端通过合页转动连接在转动盘（4）上，所述移动推车（1）上设有升降连接的顶杆（20），所述顶杆（20）顶部滚动连接有第二滚珠（21），所述第二滚珠（21）顶部顶压在固定板（5）尾端底面上。

3.根据权利要求1或2所述的苹果采摘机，其特征是：所述升降支架（6）由X型连杆结构叠加形成，所述升降支架（6）底端分别通过滑块滑动连接在固定板（5）上，所述滑块之间通过正反牙丝杆（22）连接，所述滑块分别连接在正反牙丝杆（22）两侧的反向螺纹上，所述正反牙丝杆（22）尾端连接有电机。

4.根据权利要求1所述的苹果采摘机，其特征是：所述升降支架（6）顶部设有倾斜向上的倾斜部，所述采摘器位于倾斜部前端，所述摄像头（7）固定在倾斜部上，所述咬合片（8）上分别连接有控制转动角度的舵机（23）。

5.根据权利要求1所述的苹果采摘机，其特征是：所述固定架（13）上前后侧设有八字型对称设置的传动链（25），所述勾爪组固定在传动链（25）上，所述勾爪（15）通过扭簧（24）转动连接在传动链（25）上，所述固定架（13）上靠近托爪（14）的勾爪（15）行经路线上设有挡杆。

6.根据权利要求5所述的苹果采摘机，其特征是：所述勾爪组的勾爪（15）左右成对设置，前后侧所述传动链（25）上同高度的勾爪（15）相互错开设置。

7.根据权利要求5所述的苹果采摘机，其特征是：所述移动推车（1）上转动连接有用于缠绕泡沫网的转动辊（26），所述传动链（25）中间顶部设有一对夹住泡沫网的夹紧辊（27）。

8.根据权利要求1所述的苹果采摘机，其特征是：所述移动推车（1）上移动连接有PLC控制的收集箱（28），所述收集箱（28）位于托爪（14）下方，所述转动升降采摘机构和循环包装收集机构均与PLC连接。

9.一种使用权利要求1所述的苹果采摘机的采摘方法，其步骤是：

A: 推动移动推车（1）到苹果树下，升降采摘装置的升降支架（6）启动，摄像头（7）识别并准确定位苹果高度后，升降支架（6）高度定位，转动第一转动杆（2）从而带动第二转动杆（3），第二转动杆（3）带动转动盘（4）和固定板（5）转动，实现升降采摘装置转向，调整角度最终选好采摘苹果的位置；

B:采摘器的咬合片（8）张开并让苹果进入，咬合片（8）咬合剪断果柄，苹果从采摘器掉出；

C:苹果掉入缓冲管（9）中，经过阻挡杆（10）的减速滚落到连接管（11）内，卡位板（12）转动一次通过一个苹果，苹果滚动到托爪（14）上；

D: 勾爪组转动利用勾爪（15）各勾住泡沫网前后一侧并下拉张口，最后将泡沫网套在苹果上，电熔笔（16）切断泡沫网，勾爪（15）缩回并松开泡沫网，托爪（14）翻转式苹果掉落并收集；

E: 重复上述动作实现循环采摘苹果。