CN109041782A - 半自动高空水果采摘器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种半自动高空水果采摘器，包括支持装置、设置于支持装置上且用于抓取水果的抓取装置和设置于支持装置上且用于控制抓取装置在夹紧状态与松开状态之间进行切换的操纵装置。本发明的半自动高空水果采摘器，结构简单，整个使用过程操作简单，而且工作高效，适用范围广，具有较好的采摘能力，能有效降低人工劳动强度，提高水果采摘效率，可广泛应用于农业生产领域。

Description

半自动高空水果采摘器

技术领域

本发明属于水果采摘技术领域，具体地说，本发明涉及一种半自动高空水果采摘器。

背景技术

目前在农业生产领域，当水果收获的季节到来时，大量成熟水果的采摘是一个棘手的问题。有些果树所处地形复杂，有些水果长在树枝顶端，这都给水果采摘带来了很大的不便，传统的方式是人工攀爬采摘，这样不仅效率低，而且极易发生安全事故，大量水果同时成熟采摘不及时还会造成水果腐烂，因此开发一款高效便捷的高空水果采摘工具十分有必要。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种半自动高空水果采摘器，目的是提高水果采摘效率。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：半自动高空水果采摘器，包括支持装置、设置于支持装置上且用于抓取水果的抓取装置和设置于支持装置上且用于控制抓取装置在夹紧状态与松开状态之间进行切换的操纵装置。

所述支持装置包括第一支持杆、与第一支持杆为同轴设置的第二支持杆和设置于第二支持杆上且用于控制第一支持杆进行旋转的旋转控制机构，第一支持杆的一端与所述抓取装置连接，第一支持杆的另一端插入第二支持杆的内部且第一支持杆相对于第二支持杆可旋转。

所述第一支持杆与所述第二支持杆之间设有轴承。

所述旋转控制机构包括设置于所述第二支持杆上的驱动电机以及与驱动电机和所述第一支持杆连接且用于将驱动电机产生的旋转力传递至第一支持杆的动力传递机构。

所述动力传递机构包括与所述驱动电机连接的主动齿轮和套设于所述第一支持杆上且主动齿轮啮合的从动齿轮，从动齿轮位于所述第二支持杆和所述抓取装置之间。

所述抓取装置包括与所述第一支持杆连接的基座、与基座转动连接的采摘爪和与采摘爪转动连接且与所述操纵装置连接的驱动杆，驱动杆相对于第一支持杆可沿轴向进行移动，采摘爪设置多个且所有采摘爪为沿周向均匀分布。

所述操纵装置包括相对于所述第一支持杆可沿轴向进行移动的推拉杆，第一支持杆、所述基座和第二支持杆套设于推拉杆上，所述驱动杆的一端与推拉杆连接，驱动杆的另一端与所述采摘爪转动连接，驱动杆为沿推拉杆的径向朝向推拉杆的外侧伸出，驱动杆设置多个且各个驱动杆分别与一个采摘爪连接。

所述采摘爪共设置三个。

所述支持装置还包括与所述第二支持杆连接的第三支持杆，第三支持杆套设于所述推拉杆上，所述操纵装置还包括与第三支持杆连接的主柄、与主柄转动连接的副柄以及与副柄和推拉杆转动连接的拉片。

所述推拉杆上套设有复位弹簧，推拉杆上设有一挡板，挡板和复位弹簧位于所述第三支持杆的内部，复位弹簧夹在挡板与第三支持杆的端部设置的端盖之间。

本发明的半自动高空水果采摘器，结构简单，整个使用过程操作简单，而且工作高效，适用范围广，具有较好的采摘能力，能有效降低人工劳动强度，提高水果采摘效率，可广泛应用于农业生产领域。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是本发明半自动高空水果采摘器的结构示意图；

图2是抓取装置的结构示意图；

图3是抓取装置中心位置处的结构示意图；

图4是基座的结构示意图；

图5是旋转控制机构的结构示意图；

图6是旋转控制机构另一角度的结构示意图；

图7是操纵装置的结构示意图；

图8是图1中A处剖视图；

图9是推拉杆的局部结构示意图；

图10是旋转控制机构的电路原理图；

图11是驱动电机的驱动控制电路原理图；

图中标记为：

1、第一支持杆；2、第二支持杆；3、第三支持杆；

4、抓取装置；401、基座；402、采摘爪；403、驱动杆；404、第一转轴；405、第二转轴；406、防护垫；

5、旋转控制机构；501、驱动电机；502、蓄电池；503、主动齿轮；504、从动齿轮；505、电机轴；506、开关；507、电源管理器；508、控制器；509、微处理器；510、存储器；511、电机驱动电路；

6、主柄；7、副柄；8、拉片；9、推拉杆；901、拉杆前段；902、拉杆后段；903、凸缘；

10、复位弹簧；11、挡板；12、端盖；13、第三转轴。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

如图1所示，本发明提供了一种半自动高空水果采摘器，包括支持装置、设置于支持装置上且用于抓取水果的抓取装置4和设置于支持装置上且用于控制抓取装置4在夹紧状态与松开状态之间进行切换的操纵装置。抓取装置4在夹紧状态时，可以夹紧水果；抓取装置4在松开状态时，可以释放水果。

具体地说，如图1所示，支持装置具有一定的长度，抓取装置4设置于支持装置的长度方向上的一端，操纵装置设置于支持装置的长度方向上的另一端。支持装置包括第一支持杆1、与第一支持杆1为同轴设置的第二支持杆2和设置于第二支持杆2上且用于控制第一支持杆1进行旋转的旋转控制机构5，第一支持杆1的一端与抓取装置4连接，第一支持杆1的另一端插入第二支持杆2的内部且第一支持杆1相对于第二支持杆2可进行360°旋转。第一支持杆1和第二支持杆2均为两端开口且内部中空的圆杆，第一支持杆1的长度大于第二支持杆2的长度，第一支持杆1的外直径小于第二支持杆2的外直径，抓取装置4与第一支持杆1的长度方向上的一端固定连接，第一支持杆1的长度方向上的另一端插入第二支持杆2的内部。在旋转控制机构5的作用下，第一支持杆1可绕其轴线相对于第二支持杆2进行旋转，抓取装置4与第一支持杆1同步旋转。在采摘水果的过程中，当抓取装置4夹紧水果后，抓取装置4由松开状态切换至夹紧状态，然后由旋转控制机构5驱动第一支持杆1绕其轴线进行旋转，第一支持杆1带动处于夹紧状态的抓取装置4同步旋转，抓取装置4同时带动被夹紧的水果旋转，以将果柄扭断，从而使水果与果树分离，实现对水果的采摘。

作为优选的，第一支持杆1与第二支持杆2之间设有轴承，第一支持杆1通过轴承安装在第二支持杆2上，该轴承设置于第二支持杆2的内部且轴承套设于第一支持杆1的端部，轴承优选为滚子轴承。设置轴承，确保第一支持杆1旋转顺畅，减小阻力和磨损。

如图1、图5和图6所示，旋转控制机构5包括设置于第二支持杆2上的驱动电机501以及与驱动电机501和第一支持杆1连接且用于将驱动电机501产生的旋转力传递至第一支持杆1的动力传递机构。驱动电机501位于第二支持杆2的外部，驱动电机501与第二支持杆2固定连接，驱动电机501为产生旋转力的电动机。驱动电机501产生的旋转力经动力传递机构传递至第一支持杆1，进而驱动第一支持杆1相对于第二支持杆2进行旋转。作为优选的，动力传递机构包括与驱动电机501连接的主动齿轮503和套设于第一支持杆1上且主动齿轮503啮合的从动齿轮504，从动齿轮504位于第二支持杆2和抓取装置4之间。主动齿轮503和从动齿轮504均为圆柱齿轮，主动齿轮503固定安装在驱动电机501的电机轴505上，从动齿轮504与第一支持杆1固定连接且从动齿轮504与第一支持杆1可同步旋转，从动齿轮504与第一支持杆1为同轴设置，从动齿轮504位于第二支持杆2的外部。主动齿轮503的直径小于从动齿轮504的直径，从而使得动力传递机构不仅能传递动力，而且能达到减速增距的效果。

如图1、图5和图6所示，旋转控制机构5还包括设置于第二支持杆2上且为驱动电机501提供电能的蓄电池502，蓄电池502与驱动电机501为电连接，蓄电池502安装在第二支持杆2上。用于控制驱动电机501启动和停止的开关506设置于第二支持杆2上，采摘水果过程中，采摘人员通过按压开关506控制驱动电机501的启动和停止。

如图10所示为本旋转控制系统的电路原理图，控制器508是本系统的核心，包括微处理器509、存储器510和电机驱动电路511，蓄电池502与控制器508通过导线连接，控制器508连接驱动电机501，电源管理器507对蓄电池502实施管理，从控制器508引出按压开关506，对驱动电机501的启停实施控制。驱动电机501会将转速信号实时反馈给控制器508，以便控制器508对驱动电机501的转速实施更加精准的控制。图11所示为驱动电机501的驱动控制原理图，合上空气开关QS接通电源，按下启动开关SB，KM1通电吸合，主触头闭合接通电机，驱动电机501运行。

本旋转控制机构5位于采摘器下半部分，能够有效降低本发明的重心；电机驱动方式可以实现较大转矩输出，通过齿轮传动方式，结构紧凑，响应速度快。

如图1至图4所示，抓取装置4包括与第一支持杆1连接的基座401、与基座401转动连接的采摘爪402和与采摘爪402转动连接且与操纵装置连接的驱动杆403，驱动杆403相对于第一支持杆1可沿轴向进行移动，采摘爪402设置多个且所有采摘爪402为沿周向均匀分布。采摘爪402具有一定的长度且采摘爪402优选为圆弧形结构，采摘爪402的轴线与其旋转中心线相平行，采摘爪402的一端通过第一转轴404与基座401转动连接，该第一转轴404的轴线(也即采摘爪402的旋转中心线)与第一支持杆1的轴线在空间上相垂直，采摘爪402的一端位于基座401的外侧，采摘爪402朝向基座401外侧伸出。基座401是与第一支持杆1的端部固定连接，所有采摘爪402在基座401上是以第一支持杆1的轴线为中心线沿周向均匀分布且所有采摘爪402为同步运动。在抓取装置4处于夹紧状态时，所有采摘爪402相配合，夹紧水果，所有采摘爪402分布在水果的外侧四周。在抓取装置4由释放状态切换至夹紧状态的过程中，在操纵装置的作用下，所有采摘爪402同时朝向靠近水果的位置处进行偏转，最后夹紧待采摘的水果；在抓取装置4由夹紧状态切换至释放状态的过程中，在操纵装置的作用下，所有采摘爪402同时朝向远离水果的位置处进行偏转，与水果分离，解除对水果的夹紧，使得采摘的水果能够从抓取装置4上掉落。

如图1至图4所示，操纵装置包括相对于第一支持杆1可沿轴向进行移动的推拉杆9，第一支持杆1、基座401和第二支持杆2套设于推拉杆9上，驱动杆403的一端与推拉杆9连接，驱动杆403的另一端与采摘爪402转动连接，驱动杆403为沿推拉杆9的径向朝向推拉杆9的外侧伸出，驱动杆403设置多个且各个驱动杆403分别与一个采摘爪402连接，驱动杆403的数量与采摘爪402的数量相同。在第一支持杆1的轴向上，基座401位于第一支持杆1和驱动杆403之间。推拉杆9为圆杆，推拉杆9与第一支持杆1和第二支持杆2为同轴设置，推拉杆9依次穿过第二支持杆2、第一支持杆1和基座401，基座401的中心处具有让推拉杆9穿过的通孔。驱动杆403具有一定的长度，驱动杆403的长度方向与推拉杆9的轴线相垂直，驱动杆403的一端与推拉杆9的端部连接，所有采摘爪402分布在推拉杆9的该端部外侧四周，驱动杆403的另一端通过第二转轴405与采摘爪402的端部转动连接，第二转轴405的轴线与第一转轴404的轴线相平行，第二转轴405的轴线与推拉杆9的轴线之间的垂直距离小于第一转轴404的轴线与推拉杆9的轴线之间的垂直距离。所有驱动杆403在推拉杆9上为沿周向均匀分布，推拉杆9沿轴向进行移动的过程中，通过驱动杆403带动采摘爪402进行旋转且所有采摘爪402同步旋转，实现抓取装置4在夹紧状态与释放状态之间的切换。

作为优选的，如图1至图3所示，采摘爪402上设有用于与水果接触的防护垫406，防护垫406采用软质材料制成，如防护垫406采用橡胶材质制成。防护垫406是固定设置在采摘爪402的面朝推拉杆9的圆弧形表面上，防护垫406可以对水果起到保护作用，避免采摘过程中因采摘爪402直接接触水果而导致水果受损。

在本实施例中，如图1至图3所示，采摘爪402共设置三个，驱动杆403也设置三个。

上述结构的抓取装置4，能够有效抓取高空的水果，采摘爪402打开后，其上端开口较大，能够方便实现对高空水果的包围夹紧，且适合不同尺寸的水果，沿周向分布的采摘爪402可以防止出现采摘过程中水果掉落的情况，其上设置的防护垫406可以避免水果破损。

如图1至图3和图7所示，支持装置还包括与第二支持杆2连接的第三支持杆3，第三支持杆3套设于推拉杆9上，第三支持杆3为两端开口且内部中空的圆杆，第三支持杆3与第一支持杆1和第二支持杆2为同轴设置，第一支持杆1插入第二支持杆2的一端，第三支持杆3与第二支持杆2的另一端固定连接，第一支持杆1和第三支持杆3分别朝向第二支持杆2的一侧延伸。操纵装置还包括与第三支持杆3连接的主柄6、与主柄6转动连接的副柄7以及与副柄7和推拉杆9转动连接的拉片8。推拉杆9依次穿过第三支持杆3、第二支持杆2、第一支持杆1和基座401，推拉杆9的一端与拉片8的一端转动连接且推拉杆9的该端位于第三支持杆3的外部，推拉杆9的另一端与驱动杆403连接，拉片8的另一端与副柄7转动连接，拉片8位于第三支持杆3的外部。副柄7和主柄6由采摘人员的手部握持，副柄7和主柄6均具有一定的长度，主柄6的长度方向上的一端与第三支持杆3固定连接，主柄6的长度方向上的另一端位于第三支持杆3的外部，主柄6的长度方向、副柄7的长度方向和第三支持杆3的轴线处于过第三支持杆3的轴线的同一平面内。副柄7的长度方向与主柄6的长度方向之间具有夹角且该夹角为锐角，副柄7的长度方向上的一端与主柄6转动连接，副柄7的长度方向上的另一端位于主柄6的外部，拉片8是在副柄7的长度方向上的两端之间的位置处与副柄7转动连接，副柄7的旋转中心线与拉片8的旋转中心线相平行且副柄7的旋转中心线与第三支持杆3的轴线在空间上相垂直。

在抓取装置4需由释放状态切换至夹紧状态的过程中，采摘人员的手部同时握住副柄7和主柄6，采摘人员的手部握紧，使得副柄7朝向靠近主柄6的方向旋转，副柄7通过拉片8拉动推拉杆9沿轴向移动，推拉杆9逐渐朝向第三支持杆3的外侧伸出，推拉杆9沿轴向进行移动时，通过驱动杆403带动采摘爪402进行旋转且所有采摘爪402同时朝向靠近水果的位置处进行偏转，最后采摘爪402夹紧待采摘的水果，抓取装置4切换至夹紧状态。采用这种机械方式实现采摘爪释放打开和夹紧，避免引入复杂的电气结构，巧妙的利用推拉杆9的轴向运动实现采摘爪的运动，设置复位弹簧10实现复位，快速简单，控制推拉杆9轴向运动机构设置于手柄处，操作方便。

如图8所示，推拉杆9上套设有复位弹簧10，推拉杆9上设有一挡板11，挡板11和复位弹簧10位于第三支持杆3的内部，复位弹簧10夹在挡板11与第三支持杆3的端部设置的端盖12之间，复位弹簧10优选为圆柱螺旋弹簧且为压缩弹簧，挡板11与推拉杆9固定连接且挡板11朝向推拉杆9的外侧伸出，复位弹簧10是用于对挡板11提供使其朝向远离端盖12的位置处进行移动的弹性作用力。第三支持杆3的长度方向上的一端与第二支持杆2固定连接，端盖12设置于第三支持杆3的长度方向上的另一端且该端盖12与第三支持杆3固定连接，端盖12的中心处具有让推拉杆9穿过的避让孔，该避让孔为在端盖12上贯穿设置的通孔且避让孔为圆孔，避让孔的直径不小于推拉杆9的直径，避让孔的直径小于复位弹簧10的直径，推拉杆9穿过端盖12的避让孔后朝向外侧伸出。在抓取装置4需由释放状态切换至夹紧状态的过程中，推拉杆9沿轴向进行移动，推拉杆9带动挡板11朝向靠近端盖12的位置处进行移动，复位弹簧10被压缩，进行蓄能。在抓取装置4需由夹紧状态切换至释放状态的过程中，采摘人员释放副柄7，采摘人员不再握紧副柄7，在复位弹簧10的作用下，复位弹簧10推动挡板11朝向远离端盖12的位置处进行移动，挡板11带动推拉杆9同时沿轴向进行移动，推拉杆9逐渐朝向基座401的外侧伸出，推拉杆9沿轴向进行移动时，通过拉片8拉动副柄7朝向远离主柄6的方向旋转，同时通过驱动杆403带动采摘爪402进行旋转且所有采摘爪402同时朝向远离水果的位置处进行偏转，解除对水果的夹紧，抓取装置4切换至释放状态，使得采摘的水果能够从抓取装置4上掉落。

如图9所示，推拉杆9包括拉杆前段901、拉杆后段902和设置于拉杆后段902上的凸缘903，拉杆前段901和拉杆后段902具有一定的长度，拉杆前段901和拉杆后段902为圆柱形杆体，拉杆前段901的长度小于拉杆后段902的长度且拉杆前段901和拉杆后段902为同轴设置，基座401和第一支持杆1套设于拉杆前段901上，第一支持杆1、第二支持杆2和第三支持杆3套设于拉杆后段902上，挡板11设置于拉杆后段902上，复位弹簧10套设于拉杆后段902上。驱动杆403与拉杆前段901的长度方向上的一端固定连接，拉杆前段901的长度方向上的另一端的内部设有容纳凸缘903的容置槽，凸缘903为圆盘状结构且凸缘903与拉杆后段902为同轴设置，凸缘903的直径大于拉杆后段902的直径，凸缘903与拉杆后段902的长度方向上的一端固定连接，拉杆后段902的长度方向上的另一端与拉片8转动连接。容置槽为在拉杆前段901的内部设置的圆形凹槽，容置槽的直径不小于凸缘903的直径，拉杆前段901的端面上设有让拉杆后段902穿过的通孔，该通孔为圆孔且通孔的直径小于容置槽的直径。拉杆前段901可绕其轴线相对于凸缘903和拉杆后段902进行旋转，在旋转控制机构5驱动第一支持杆1带动抓取装置4进行旋转的过程中，抓取装置4带动拉杆前段901同步进行旋转。在拉杆后段902沿轴向进行移动时，拉杆后段902可通过凸缘903带动拉杆前段901同步进行移动，实现推拉杆9整体的轴向移动。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.半自动高空水果采摘器，其特征在于：包括支持装置、设置于支持装置上且用于抓取水果的抓取装置和设置于支持装置上且用于控制抓取装置在夹紧状态与松开状态之间进行切换的操纵装置。

2.根据权利要求1所述的半自动高空水果采摘器，其特征在于：所述支持装置包括第一支持杆、与第一支持杆为同轴设置的第二支持杆和设置于第二支持杆上且用于控制第一支持杆进行旋转的旋转控制机构，第一支持杆的一端与所述抓取装置连接，第一支持杆的另一端插入第二支持杆的内部且第一支持杆相对于第二支持杆可旋转。

3.根据权利要求2所述的半自动高空水果采摘器，其特征在于：所述第一支持杆与所述第二支持杆之间设有轴承。

4.根据权利要求2或3所述的半自动高空水果采摘器，其特征在于：所述旋转控制机构包括设置于所述第二支持杆上的驱动电机以及与驱动电机和所述第一支持杆连接且用于将驱动电机产生的旋转力传递至第一支持杆的动力传递机构。

5.根据权利要求4所述的半自动高空水果采摘器，其特征在于：所述动力传递机构包括与所述驱动电机连接的主动齿轮和套设于所述第一支持杆上且主动齿轮啮合的从动齿轮，从动齿轮位于所述第二支持杆和所述抓取装置之间。

6.根据权利要求2至5任一所述的半自动高空水果采摘器，其特征在于：所述抓取装置包括与所述第一支持杆连接的基座、与基座转动连接的采摘爪和与采摘爪转动连接且与所述操纵装置连接的驱动杆，驱动杆相对于第一支持杆可沿轴向进行移动，采摘爪设置多个且所有采摘爪为沿周向均匀分布。

7.根据权利要求6所述的半自动高空水果采摘器，其特征在于：所述操纵装置包括相对于所述第一支持杆可沿轴向进行移动的推拉杆，第一支持杆、所述基座和第二支持杆套设于推拉杆上，所述驱动杆的一端与推拉杆连接，驱动杆的另一端与所述采摘爪转动连接，驱动杆为沿推拉杆的径向朝向推拉杆的外侧伸出，驱动杆设置多个且各个驱动杆分别与一个采摘爪连接。

8.根据权利要求7所述的半自动高空水果采摘器，其特征在于：所述采摘爪共设置三个。

9.根据权利要求7或8所述的半自动高空水果采摘器，其特征在于：所述支持装置还包括与所述第二支持杆连接的第三支持杆，第三支持杆套设于所述推拉杆上，所述操纵装置还包括与第三支持杆连接的主柄、与主柄转动连接的副柄以及与副柄和推拉杆转动连接的拉片。

10.根据权利要求9所述的半自动高空水果采摘器，其特征在于：所述推拉杆上套设有复位弹簧，推拉杆上设有一挡板，挡板和复位弹簧位于所述第三支持杆的内部，复位弹簧夹在挡板与第三支持杆的端部设置的端盖之间。