CN109005910B - 一种背负式助力柑橘采摘器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种背负式助力柑橘采摘器，包括背负式收集箱、气压助力机构和末端执行器；背负式收集箱上设有背带、收集口和卸果口；末端执行器包括执行气压缸和固定板，执行气压缸上设有节流阀和PT管接头，执行气压缸固定在固定板上，固定板上固连有第一连接板和第二连接板，第一连接板和第二连接板固连有包络板，执行气压缸固连有活塞杆连接板，活塞杆连接板的两外侧均分别铰接有两个连杆，连杆铰接有曲柄，曲柄的另一端与包络板铰接，连杆上铰接有环形的第一锯齿夹紧环和第二锯齿夹紧环。本发明能够通过轻简机械装置一体化操作完成柑橘的采摘与收集工作，提高采摘作业的效率，设计的省力装置可显著减少果农的劳动强度，减轻果农的采摘负担。

Description

一种背负式助力柑橘采摘器

技术领域

本发明涉及现代农业装备技术领域，尤其涉及一种背负式助力柑橘采摘器。

背景技术

柑橘是全球最重要的经济作物之一，是世界第一大类水果，是世界第三大贸易农产品。中国是世界第一柑橘种植大国，目前柑橘产量、种植面积已居世界第一。面对着不断增长的柑橘产量，柑橘园机械化市场需求迅速发展起来，柑橘采摘作为柑橘收获中的核心环节，其占用的劳动力约占整个生产过程所用劳动力的33％-50％，采摘过程劳动强度大，作业要求高，特别是在四川、重庆等山地丘陵地区，柑橘采摘变得更加困难。由于特殊的地形地貌不利于大型或者智能采摘装备的实现，而对于解放劳动力、提高生产效率又势在必行，所以使用较为简单实用的辅助人工采摘装置有着非常重要的意义。

传统柑橘采摘多是一手握住果实，一手操作剪刀，剪断果梗，再用手将柑橘放入背篓中，传统采摘存在的主要问题有：1)采摘过程劳动强度大，果农需要完成多个动作；2)采摘效率低，不能够一次性完成柑橘的采摘与收集工作；3)利用剪刀采摘柑橘容易损伤果实且剪切的果梗长度长短不一。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种背负式助力柑橘采摘器，能够通过轻简机械装置一体化操作完成柑橘的采摘与收集工作，提高采摘作业的效率，设计的省力装置可显著减少果农的劳动强度，减轻果农的采摘负担。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

一种背负式助力柑橘采摘器，包括背负式收集箱、气压助力机构和末端执行器；所述背负式收集箱上设置有背带、收集口和卸果口，所述收集口上固定连通有收集软管；所述气压助力机构上连通有气压管；所述末端执行器包括执行气压缸和固定板，所述执行气压缸上设置有节流阀和PT管接头，所述气压管远离气压助力机构的一端与PT管接头固定连通，所述执行气压缸固定在固定板上，所述固定板上固定连接有第一连接板和第二连接板，所述第一连接板和第二连接板远离固定板的一端固定连接有包络板，所述包络板和第一连接板上均开有第一圆孔，所述收集软管远离收集口的一端与第一连接板上的第一圆孔固定连通，所述执行气压缸的活塞杆固定连接有活塞杆连接板，所述活塞杆连接板的两外侧均分别铰接有两个连杆，所述连杆远离活塞连接板的一端均铰接有曲柄，所述曲柄的另一端与包络板铰接相连，所述连杆上铰接有环形的第一锯齿夹紧环和第二锯齿夹紧环，所述第一锯齿夹紧环和第二锯齿夹紧环的相对一侧均固定连接有环形的刀片。

进一步，所述背负式收集箱内设置有隔板，所述隔板将背负式收集箱分隔为第一箱体和第二箱体，所述收集口和卸果口设置在第一箱体上，所述气压助力机构设置在第二箱体内。隔板将背负式收集箱分隔为第一箱体和第二箱体，第一箱体专用于盛装采摘下来的柑橘，第二箱体用于安装气压助力机构，盛装容器和气压助力机构分隔开，避免柑橘对气压助力机构的工作产生干扰。

进一步，所述气压助力机构包括助力气压缸、推杆、拉杆和连接活塞，所述助力气压缸与第二箱体的底部固定连接，所述推杆与第二箱体的底面转动连接，所述第二箱体上开设有第二圆孔，所述连接活塞滑动连接在第二圆孔内，所述连接活塞的下部与助力气压缸的活塞杆固定连接，所述推杆和连接活塞上均设置有安装孔，所述拉杆的两端分别插入推杆和连接活塞的安装孔中转动连接，所述拉杆的两端均设有开口销，所述气压管固定连通在助力气压缸的出气口上。推杆与第二箱体转动连接，形成转动副，使得推杆相对第二箱体可转动，并通过开口销对推杆进行轴向定位，连接活塞滑动连接在第二圆孔内，连接活塞与第二箱体形成滑动副，使得连接活塞可相对于圆孔做竖直方向上的移动；拉杆的两端插入推杆和连接活塞的安装孔中，使得拉杆与推杆和连接活塞形成转动副，通过开口销实现轴向定位；推杆、拉杆、连接活塞、背负式收集箱四部分组成曲柄滑块机构，通过按拉推杆上下转动，使拉杆带动连接活塞在背负式收集箱的第二圆孔内做上下直线往复运动，从而带动助力气压缸的活塞杆伸缩运动，使助力气压缸内出现正压或负压。

进一步，所述收集口位于背负式收集箱内部的一端固定连接有半开式的螺旋管道。螺旋管道的设置使得果实进入背负式收集箱时具有一定的缓冲作用，同时在背负式收集箱内部已有部分果实的情况下，螺旋管道仍能实现对果实的输送，不会堵塞输送口。

进一步，所述连接活塞的下部开有螺纹孔，所述助力气压缸的活塞杆上设有外螺纹，所述助力气压缸的活塞杆与螺纹孔螺纹连接。活塞杆和连接活塞螺纹连接，方便拆卸和安装。

进一步，所述包络板的四周均固定连接有L型的挡板，所述曲柄远离连杆的一端铰接在挡板上。挡板可以对果实形成限位，防止柑橘的掉落。

进一步，所述第一锯齿夹紧环和第二锯齿夹紧环的相对一侧均开有环状凹槽和可相互啮合的锯齿状牙口，所述刀片固定连接在第一锯齿夹紧环的环形凹槽内。使用时，第一锯齿夹紧环与第二锯齿夹紧环同时闭合，进而带动环形刀片切断果梗，由于锯齿状牙口的存在，可在柑橘果梗剪断时夹持住果梗，完成柑橘的采摘动作。

进一步，所述执行气压缸的外壁上套设有海绵套。海绵套的设置使得执行气缸在手握时，方便握持。

本发明的有益效果：

(1)本发明采用长力臂推杆，利用杠杆原理省力，降低果农采摘的劳动强度；

(2)本发明采用无源闭式气动或液动回路，通过果农推拉推杆产生气压力能，无需要气泵或油泵，装置轻简，同时实现了机械力在任意采摘点的传递；

(3)本发明末端执行器采用环形刀具以及锯齿形牙口设计，可实现果农在不同位姿采摘时，均保证近似相同的果柄长度；

(4)本发明末端执行器采用两个对称偏置曲柄滑块机构，从而保证剪切刀具的动作轨迹不是简单的直接闭合，而是向果实果柄处运动，同时闭合。该运动轨迹可保证剪切刀具的闭合不会伤到临近果实；

(5)本发明背负式收集箱内设有半开式螺旋管道，可降低果实在滚入背负式收集箱过程中的破损程度，同时有效解决果实收集过程中底层放满而堵塞的问题；

(6)本发明装置轻简、操作简单，生产成本低廉。

附图说明

图1为本发明一种背负式助力柑橘采摘器总体外形示意图；

图2a为图1中背负式收集箱的外部结构示意图；

图2b为图1中背负式收集箱的内部结构示意图；

图3a为中气压助力装置上极位状态结构示意图；

图3b为中气压助力装置下极位状态结构示意图；

图4a为气压助力装置上极位状态工作原理图；

图4b为气压助力装置下极位状态工作原理图；

图5a为图1中末端执行器打开状态结构示意图；

图5b为图1中末端执行器闭合状态结构示意图；

图6为末端执行器机构运动简图。

其中，1-卸果口、2-收集口、3-拉杆、4-背带、5-推杆、6-连接活塞、7-螺旋管道、8-助力气压缸、9-背负式收集箱、10-隔板、11-开口销、12-气压管、13-环形刀片、14-第一锯齿夹紧环、15-曲柄、16-第二锯齿夹紧环、17-包络板、18-上连接板、19-活塞杆连接板、20-执行气压缸、21-收集软管、22-调整螺母、23-连杆、24-固定螺母、25-第一连接板、26-固定板、27-节流阀、28-PT管接头、29-海绵套。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明进行详细说明：

如图1-6所示：

一种背负式助力柑橘采摘器，包括背负式收集箱(9)、气压助力机构和末端执行器；背负式收集箱(9)上方中间位置开有卸出果实的卸果口(1)，背负式收集箱(9)外部前端面开有槽口，槽口内连接有两个长度可调节的背带(4)，背带(4)用于果农背负作业，背负式收集箱(9)上顶面左侧位置有注塑为一体的收集口(2)，收集口(2)上方通过卡箍固定连通有收集软管(21)，收集软管(21)下方固定连接有半开式的螺旋管道(7)；背负式收集箱(9)内注塑有一块隔板(10)，隔板(10)将背负式收集箱(9)分隔为第一箱体和第二箱体，收集口(2)和卸果口(1)设在第一箱体上，气压助力机构设在第二箱体内。

气压助力机构包括助力气压缸(8)、推杆(5)、拉杆(3)和连接活塞(6)，助力气压缸(8)与第二箱体的底部通过螺钉固定连接，推杆(5)与背负式收集箱(9)右底面注塑而成的凸台内孔通过间隙配合连接，形成转动副，并通过开口销(11)对推杆(5)进行轴向定位；第二箱体上开设有第二圆孔，连接活塞(6)滑动连接在第二圆孔内形成滑动副，使连接活塞(6)可相对于第二圆孔做竖直方向上的移动，连接活塞(6)的下部开有螺纹孔，助力气压缸(8)的活塞杆上设有外螺纹，助力气压缸(8)的活塞杆与螺纹孔螺纹连接。推杆(5)和连接活塞(6)上均设有安装孔，拉杆(3)的两端分别插入推杆(5)和连接活塞(6)的安装孔中形成转动副，并通过开口销(11)实现轴向定位；推杆(5)、拉杆(3)、连接活塞(6)、背负式收集箱(9)四部分组成曲柄(15)滑块机构，通过按拉推杆(5)上下转动，使拉杆(3)带动连接活塞(6)在背负式收集箱(9)的第二圆孔内做直线往复运动，从而带动助力气压缸(8)的活塞杆伸缩运动，使助力气压缸(8)内出现正压或负压。

末端执行器包括执行气压缸(20)和固定板(26)，执行气压缸(20)的外壁上套设有海绵套(29)，执行气压缸(20)上设有节流阀(27)和PT管接头(28)，助力气压缸(8)的出气口与PT管接头(28)连通有气压管(12)，气压管(12)从背负式收集箱(9)背部的小孔穿出背负式收集箱(9)；执行气压缸(20)通过固定螺母(24)固定在固定板(26)上，固定板(26)上固定连接有第一连接板(25)和第二连接板，第一连接板(25)和第二连接板的上端固定连接有包络板(17)，固定板(26)、第一连接板(25)、第二连接板、包络板(17)上均开有安装圆孔，通过内六角螺钉与尼龙防松螺母将它们紧固成一体，组成末端执行器的基本框架。

包络板(17)四周均折弯形成一部分L型的挡板，对果实形成限位，防止果实掉落，包络板(17)和第一连接板(25)上均开有第一圆孔，收集软管(21)翻边与第一连接板(25)上的第一圆孔连接，执行气压缸(20)活塞杆穿过活塞杆连接板(19)的中间的孔内，并通过两个调整螺母(22)紧固在活塞杆连接板(19)上，活塞杆连接板(19)的两外侧均分别铰接有两个连杆(23)，四个连杆(23)通过四个内六角螺钉分别穿过活塞杆连接板(19)两侧的四个圆孔以及四个连杆(23)上的安装圆孔内，并采用尼龙防松螺母连接并调整活塞杆连接板(19)与连杆(23)的间隙，使四个连杆(23)与活塞杆连接板(19)间分别形成四个转动副；连杆(23)的上端端均铰接有曲柄(15)，曲柄(15)分别安装在连杆(23)的外侧，内六角螺钉分别穿过曲柄(15)和连杆(23)的安装孔内，通过尼龙防松螺母限位，使曲柄(15)与连杆(23)间形成转动副；曲柄(15)的另一端与包络板(17)铰接相连，内六角螺钉分别穿过包络板(17)两侧的四个圆孔以及四个曲柄(15)另一侧的安装圆孔内，并通过尼龙防松螺母限位，使四个曲柄(15)与包络板(17)间分别形成四个转动副；连杆(23)上铰接有环形的第一锯齿夹紧环(14)和第二锯齿夹紧环(16)，第一锯齿夹紧环(14)和第二锯齿夹紧环(16)均采用内六角螺钉与尼龙防松螺母紧固在左半部分的两连杆(23)和右半部分的两连杆(23)外侧，第一锯齿夹紧环(14)和第二锯齿夹紧环(16)的相对一侧均均开有环状凹槽以及相啮合锯齿状牙口，第一锯齿夹紧环(14)的环状凹槽内嵌入有环形的刀片。

执行气压缸(20)、曲柄(15)、连杆(23)、包络板(17)四个部件组成了一个偏置曲柄(15)滑块机构，其中执行气压缸(20)的活塞杆相当于滑块，包络板(17)相当于机架，其机构简图如图6所示，末端执行器由上下两个偏置曲柄(15)滑块机构并联而成，将执行气压缸(20)活塞杆的移动作为整个机构的主运动，即为图6中滑块的移动，可见在刀具夹持和剪切果实果柄时，环形刀具的运动轨迹并不是直接闭合，而是向前的同时进行闭合，图6中②为环形刀具的运动轨迹，图6中①为类似剪刀一样的开合刀具前段刀尖的运动轨迹，可见通过两个偏置曲柄滑块机构，实现切割刀的向前运动，当目标采摘果实与其他果实相邻时，本发明在采摘过程中环形刀具闭合时向前运动将相邻果实推开，降低对周围果实的损伤。

本发明的具体使用方法如下：

实际采摘作业时，果农利用背带(4)将背负式收集箱(9)背在背上，一手握住末端执行器上的执行气压缸(20)，一手握住背负式收集箱(9)上的推杆(5)。

在非采摘期间，推杆(5)处在上极限位置，助力气压缸(8)的活塞杆处于伸长最长的极限位置，而末端执行器上的执行气压缸(20)的活塞杆则处于伸长长度最短的极限位置，末端执行器处于完全打开的状态(图5(a)所示)。

采摘柑橘期间，一手握持末端执行器对准果实并包络板(17)插入并对准果实，包络住柑橘，另一只手快速向下推动推杆(5)，通过拉杆(3)带动连接活塞(6)竖直向下运动，从而使助力气压缸(8)的活塞杆朝下运动压缩气体，通过气压管(12)将气体传入执行气压缸(20)内，进而推动执行气压缸(20)的活塞杆运动。当活塞杆伸出时，活塞杆连接板(19)朝前推动，带动连杆(23)与曲柄(15)转动，使第二锯齿夹紧环(16)与第一锯齿夹紧环(14)同时闭合，进而带动环形刀片(13)切断果梗，由于锯齿状牙口的存在，可在柑橘果梗剪断时夹持住果梗，完成柑橘的采摘动作。由于偏置曲柄滑块本身的运动特性，第一锯齿夹紧环(14)、第二锯齿夹紧环(16)在采摘过程中可将除正在采摘的果实以外的果实暂时推开，保证机构的一次行程采下一个果实同时不伤其他果实。

收集柑橘过程，向上回拉推杆(5)，通过拉杆(3)带动连接活塞(6)竖直向上运动，从而使助力气压缸(8)的活塞杆朝上运动，使缸内气体体积增加，压力降低，在气压缸内形成负压，进而使执行气压缸(20)内的气体通过气压管(12)进入助力气压缸(8)内，执行气压缸(20)的活塞杆回退。当活塞杆回退时，活塞杆连接板(19)向下移动，带动连杆(21)与曲柄(13)转动，使第二锯齿夹紧环(16)与第一锯齿夹紧环(14)分离并复位，果实便从包络板(17)上的圆孔漏进末端执行器框架内部，当活塞杆连接板(19)回退到一定程度时，果实便通过下连接板(25)的圆孔漏入收集软管(21)内，从而通过螺旋管道(7)进入背负式收集箱(9)内，由于螺旋管道(7)的作用，果实进入背负式收集箱(9)有一定的缓冲作用，同时在背负式收集箱(9)内部已有部分果实的情况下，螺旋管道(7)仍能实现对果实的输送，不会堵塞输送口。采摘完果实后，将背负式收集箱(9)卸下，倾倒背负式收集箱(9)让果实从卸果口(1)滚出。

需要说明的是，本实施例中的气压缸也可以是液压缸。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。本发明未详细描述的技术、形状、构造部分均为公知技术。

Claims (7)

1.一种背负式助力柑橘采摘器，其特征在于：包括背负式收集箱、气压助力机构和末端执行器；所述背负式收集箱上设置有背带、收集口和卸果口，所述收集口上固定连通有收集软管；所述气压助力机构上连通有气压管；所述末端执行器包括执行气压缸和固定板，所述执行气压缸上设置有节流阀和PT管接头，所述气压管远离气压助力机构的一端与PT管接头固定连通，所述执行气压缸固定在固定板上，所述固定板上固定连接有第一连接板和第二连接板，所述第一连接板和第二连接板远离固定板的一端固定连接有包络板，所述包络板和第一连接板上均开有第一圆孔，所述收集软管远离收集口的一端与第一连接板上的第一圆孔固定连通，所述执行气压缸的活塞杆固定连接有活塞杆连接板，所述活塞杆连接板的两外侧均分别铰接有两个连杆，所述连杆远离活塞连接板的一端均铰接有曲柄，所述曲柄的另一端与包络板铰接相连，所述连杆上铰接有环形的第一锯齿夹紧环和第二锯齿夹紧环，所述第一锯齿夹紧环和第二锯齿夹紧环的相对一侧均固定连接有环形的刀片；所述气压助力机构包括助力气压缸、推杆、拉杆和连接活塞，所述助力气压缸与第二箱体的底部固定连接，所述推杆与第二箱体的底面转动连接，所述第二箱体上开设有圆孔，所述连接活塞滑动连接在圆孔内，所述连接活塞的下部与助力气压缸的活塞杆固定连接，所述推杆和连接活塞上均设置有安装孔，所述拉杆的两端分别插入推杆和连接活塞的安装孔中转动连接，所述拉杆的两端均设有开口销，所述气压管固定连通在助力气压缸的出气口上。

2.根据权利要求1所述的一种背负式助力柑橘采摘器，其特征在于：所述背负式收集箱内设置有隔板，所述隔板将背负式收集箱分隔为第一箱体和第二箱体，所述收集口和卸果口设置在第一箱体上，所述气压助力机构设置在第二箱体内。

3.根据权利要求2所述的一种背负式助力柑橘采摘器，其特征在于：所述收集口位于背负式收集箱内部的一端固定连接有半开式的螺旋管道。

4.根据权利要求3所述的一种背负式助力柑橘采摘器，其特征在于：所述连接活塞的下部开有螺纹孔，所述助力气压缸的活塞杆上设有外螺纹，所述助力气压缸的活塞杆与螺纹孔螺纹连接。

5.根据权利要求4所述的一种背负式助力柑橘采摘器，其特征在于：所述包络板的四周均固定连接有L型的挡板，所述曲柄远离连杆的一端铰接在挡板上。

6.根据权利要求5所述的一种背负式助力柑橘采摘器，其特征在于：所述第一锯齿夹紧环和第二锯齿夹紧环的相对一侧均开有环状凹槽和可相互啮合的锯齿状牙口，所述刀片固定连接在第一锯齿夹紧环的环形凹槽内。

7.根据权利要求6所述的一种背负式助力柑橘采摘器，其特征在于：所述执行气压缸的外壁和推杆上均套设有海绵套。

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