CN109076787A - 半自动苹果采摘装置 - Google Patents

Abstract

半自动苹果采摘装置属于果实采摘技术领域，目的在于解决现有技术存在的人工采摘劳动强度大、采摘效率低以及机器采摘拉线容易断裂并且不能自动运输的问题。本发明包括：肩背包；一端和肩背包一侧连接的伸缩杆，实现俯仰和伸缩运动；设置在伸缩杆另一端的采摘单元；和采摘单元连接的苹果收容单元，苹果收容单元包括收纳筒和收集装置，收纳筒一端和采摘单元连接，另一端位于收集装置上端；以及设置在肩背包的控制系统，控制系统和采摘单元电连接。本发明将苹果送入剪切筒采摘，不会损伤苹果，还可以无死角采摘。减速筒用橡皮筋和弹性面料进行减速，层层缓冲，不仅使采摘可以连续进行，还不会对苹果造成损伤，提高采摘效率。

Description

半自动苹果采摘装置

技术领域

本发明属于果实采摘技术领域，具体涉及一种半自动苹果采摘装置。

背景技术

随着社会经济的发展，我国水果的种植面积不断增加，苹果作为我们经常食用的水果，其产量日益增加，苹果的采摘也成为急需解决的问题。

目前，现在的苹果采摘过程中基本是人手工进行、依托传统的拉线采摘器或三爪采摘器；对应人工采摘，采摘过程十分不便，采摘效率低，并且费时费力，劳动强度大；而目前现在水果的采摘使用的采摘器大都是采用传统的线拉采摘器，由于在采摘过程中，很多水果树枝高处，树枝杂乱，传统的采摘器的拉线在外容易钩住树枝，而且容易造成拉线断裂，所以采摘过程中传统的采摘器容易出现故障；由于苹果结果的角度多样性，现有的三爪采摘器采摘时需要摘一个放一个，不能实现自动运输，导致工作效率低，工作强度大。

发明内容

本发明的目的在于提出一种半自动苹果采摘装置，解决现有技术存在的人工采摘劳动强度大、采摘效率低以及机器采摘拉线容易断裂并且不能自动运输的问题。

为实现上述目的，本发明的半自动苹果采摘装置包括：

肩背包；

一端和所述肩背包一侧连接的伸缩杆，实现俯仰和伸缩运动；

设置在所述伸缩杆另一端的采摘单元；

和所述采摘单元连接的苹果收容单元，所述苹果收容单元包括收纳筒和收集装置，所述收纳筒一端和采摘单元连接，另一端位于所述收集装置上端；

以及设置在所述肩背包的控制系统，所述控制系统和所述采摘单元电连接。

所述收纳筒为减速筒，所述减速筒包括：

软质的筒体，所述筒体和所述剪切筒内部连通；

以及沿长度方向均匀分布在所述筒体内部的多组减速单元。

每组所述减速单元包括：

一端和所述筒体内部固定连接的圆筒，所述圆筒为弹性面料；

以及设置在圆筒另一端的橡皮筋，所述橡皮筋自然状态时的直径小于采摘苹果的果径。

所述筒体为布料结构，所述圆筒为尼龙、莱卡或特达。

所述采摘单元包括：

固定在所述伸缩杆另一端端部的直流电机，所述直流电机和所述控制系统电连接；

以及一端和所述直流电机输出轴固定连接的剪切筒，所述剪切筒侧壁位于下部位置和所述收纳筒一端连通。

所述剪切筒包括：

剪切外筒，所述剪切外筒包括外筒体、圆周均布在所述外筒体一端的多个外筒三角形凸起以及设置在所述外筒体侧壁上的T型槽口，所述T型槽口和所述减速筒上端连接；

同轴设置在所述剪切外筒内部的剪切内筒，所述剪切内筒和所述剪切外筒转动配合；所述剪切内筒包括内筒体、圆周均布在所述内筒体一端端部的多个内筒三角形凸起以及设置在所述内筒体侧壁上的弧形槽口，多个所述内筒三角形凸起与多个所述外筒三角形凸起交错设置；所述剪切内筒另一端封闭，封闭一端中心位置和直流电机的输出轴固定连接；所述剪切内筒和所述剪切外筒相对转动时，所述弧形槽口均和所述T型槽口相对设置；

可拆卸设置在所述内筒三角形凸起齿边的剪切刀片；

以及电机支架，所述剪切外筒和直流电机分别与所述电机支架固定连接，电机支架固定在所述伸缩杆端部。

所述内筒三角形凸起和外筒三角形凸起尖端处均加工有倒角。

所述伸缩杆和所述肩背包连接处还设置有阻尼铰链。

所述控制系统包括单片机、开关和电源；所述开关和电源分别与所述单片机电连接，所述单片机和所述电源分别通过电线和所述采摘单元的直流电机连接。

本发明的有益效果为：本发明的半自动苹果采摘装置将传统人工采摘和手持辅助装置变为背负式，将承重部位变为人体肩部和背部，使得整体便携，安全，降低采摘的工作强度。将苹果送入剪切筒采摘，不会损伤苹果，还可以无死角采摘。减速筒用橡皮筋和弹性面料进行减速，层层缓冲，不仅使采摘可以连续进行，还不会对苹果造成损伤，提高采摘效率。

附图说明

图1为本发明的半自动苹果采摘装置整体结构示意图；

图2为本发明的半自动苹果采摘装置中控制系统结构示意图；

图3为本发明的半自动苹果采摘装置中减速筒结构示意图；

图4为本发明的半自动苹果采摘装置中剪切筒结构示意图；

图5为本发明的半自动苹果采摘装置中剪切内筒结构示意图；

图6为本发明的半自动苹果采摘装置中伸缩杆结构示意图；

图7为本发明的半自动苹果采摘装置中固定锁紧结构示意图；

其中：1、肩背包，101、背部铝管，102、背部铝板，2、伸缩杆，201、第一伸缩体，202、第二伸缩体，203、连接块，204、限位块，205、Z型板，206、连接轴，207、挡板，208、弹簧，3、采摘单元，301、直流电机，302、剪切外筒，303、外筒体，304、外筒三角形凸起，305、T型槽口，306、剪切内筒，307、内筒体，308、内筒三角形凸起，309、弧形槽口，310、剪切刀片，311、电机支架，4、苹果收容单元，401、减速筒，402、筒体，403、橡皮筋，404、圆筒，5、控制系统，501、单片机，502、开关，503、电源，6、阻尼铰链，7、连接件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

参见附图1-附图5，本发明的半自动苹果采摘装置包括：

肩背包1；

一端和所述肩背包1一侧通过铰链连接的伸缩杆2，实现俯仰和伸缩运动；

设置在所述伸缩杆2另一端的采摘单元3；

和所述采摘单元3连接的苹果收容单元4，所述苹果收容单元4包括收纳筒和收集装置，所述收纳筒一端和采摘单元3连接，另一端位于所述收集装置上端；

以及设置在所述肩背包1的控制系统5，所述控制系统5和所述采摘单元3电连接。

肩背包1在使用的过程中，和背部铝板102相连，背部铝板102小于肩背包1大小，用布和针线穿过背部铝板102中间的孔缝制连接。阻尼铰链6是通过连接件7和背部铝板102相连。背部铝管101起转动作用，和伸缩杆2相连，背部铝管101通过轴承座和背部铝板102相连。

所述收纳筒为减速筒401，所述减速筒401包括：

软质的筒体402，所述筒体402和所述剪切筒内部连通；

以及沿长度方向均匀分布在所述筒体402内部的多组减速单元。

每组所述减速单元包括：

一端和所述筒体402内部固定连接的圆筒404，所述圆筒404为弹性面料；

以及设置在圆筒404另一端的橡皮筋403，所述橡皮筋403自然状态时的直径小于采摘苹果的果径。一般苹果果径在50～100mm之间，即橡皮筋403自然状态时直径小于50mm。

所述筒体402为布料结构，所述圆筒404为尼龙、莱卡或特达。

所述采摘单元3包括：

固定在所述伸缩杆2另一端端部的直流电机301，所述直流电机301和所述控制系统5电连接；

以及一端和所述直流电机301输出轴固定连接的剪切筒，所述剪切筒侧壁位于下部位置和所述收纳筒一端连通。在使用时，剪切筒相对于水平呈上倾角度，保障苹果能在剪切筒中滚动掉落。

所述剪切筒包括：

剪切外筒302，所述剪切外筒302包括外筒体303、圆周均布在所述外筒体303一端的多个外筒三角形凸起304以及设置在所述外筒体303侧壁上的T型槽口305，所述T型槽口305和所述减速筒401上端连接；

同轴设置在所述剪切外筒302内部的剪切内筒306，所述剪切内筒306和所述剪切外筒302转动配合；所述剪切内筒306包括内筒体307、圆周均布在所述内筒体307一端端部的多个内筒三角形凸起308以及设置在所述内筒体307侧壁上的弧形槽口309，多个所述内筒三角形凸起308与多个所述外筒三角形凸起304交错设置；所述剪切内筒306另一端封闭，封闭一端中心位置和直流电机301的输出轴固定连接；所述剪切内筒306和所述剪切外筒302相对转动时，所述弧形槽口309均和所述T型槽口305相对设置；

可拆卸设置在所述内筒三角形凸起308齿边的剪切刀片310；

以及电机支架311，所述剪切外筒302和直流电机301分别与所述电机支架311固定连接，电机支架311固定在所述伸缩杆2端部。

所述内筒三角形凸起308和外筒三角形凸起304尖端处均加工有倒角。

所述伸缩杆2和所述肩背包1连接处还设置有阻尼铰链6。

阻尼铰链6是在密闭的缸体内充入和外界大气压有一定压差的惰性气体或油性混合物，进而利用作用在活塞杆横截面上的压力差完成气撑自由运动。

所述控制系统5包括单片机501、开关502和电源503；所述开关502和电源503分别与所述单片机501电连接，所述单片机501和所述电源503分别通过电线和所述采摘单元3的直流电机301连接。

参见附图6，所述伸缩杆2包括：

第一伸缩体201，所述第一伸缩体201一端和固定在所述肩背包1上的背部铝管101一端通过连接块203转动连接；

以及一端和所述第一伸缩体201另一端通过一个固定锁紧结构连接的第二伸缩体202，所述第二伸缩体202相对所述第一伸缩体201整体伸长或缩短，并通过固定锁紧结构实现伸长后的固定。

参见附图7，所述固定锁紧结构包括：

固定在所述第一伸缩体201另一端的限位块204；所述第二伸缩体202的一端和所述限位块204一个通孔滑动配合，所述第一伸缩体201和所述第二伸缩体202轴线平行；

固定在所述限位块204侧壁上的Z型板205；

穿过所述Z型板205远离限位块204一端的横板并和所述限位块204沿所述第二伸缩体202径向滑动配合的连接轴206，所述连接轴206上设置有挡板207；所述第二伸缩体202相对第一伸缩体201完全伸出时，第二伸缩体202和所述连接轴206对应位置设置有连接孔，所述连接轴206完全伸入到所述连接孔时，所述连接轴206上的挡板207和所述限位块204侧壁贴合；

以及设置在连接轴206上的挡板207和所述Z型板205远离限位块204一端的横板之间的弹簧208，所述弹簧208套在所述连接轴206上，当所述连接轴206端部和所述第二伸缩体202外壁接触时，弹簧208处于压缩状态，当连接轴206完全伸入到连接孔中时，弹簧208处于自然状态。

所述第一伸缩体201和所述第二伸缩体202结构相同，均为杆状结构，自身可收缩。具体伸缩结构可以是两个套在一起的管状结构，一个上设置有滑槽，一个上设置有挡块，挡块和滑槽的滑动配合实现第一伸缩体和第二伸缩体沿轴向伸缩时的导向。

本发明所述的伸缩杆2包括第一伸缩体201和第二伸缩体202，还可以包括第三伸缩体、第四伸缩体……第n伸缩体，相邻两个伸缩体的连接方式和第一伸缩体201与第二伸缩体202的连接方式相同。

采用本发明的半自动苹果采摘装置采摘苹果的过程为：采摘者背上肩背包1，左手拿着控制系统5中的开关502按钮，右手持伸缩杆2，剪切筒上倾，与水平位置有一定角度，在手持伸缩杆2时，阻尼铰链6提供助力作用。当采摘者看到想要采摘的苹果后，右手持伸缩杆2伸缩转动，将苹果大部分伸入剪切筒中，让苹果果柄在剪切筒锯齿之间。左手按动开关502按钮，由控制系统5中的单片机501控制直流电机301通断，带动剪切内筒306转动，将苹果果柄切断。苹果脱离果树后，因自重从T型口掉落到减速筒401中。苹果在减速筒401中进行下落，将苹果下落的动能转化为橡皮筋403的弹性势能和摩擦的热能。这样能尽量减少苹果在下落过程中的速度。最后苹果以一个较低的速度从减速筒401中掉落，进入收集装置中。

减速筒401工作过程为：苹果下落时，苹果果径大于弹性面料和橡皮筋403所围成的圆筒404直径，苹果将弹性面料和橡皮筋403撑开，将动能转化为弹性面料和橡皮筋403的弹性势能和摩擦热能。这样苹果在不经过弹性面料和橡皮筋403围成的圆筒404时加速，在经过时减速，这样苹果在从减速筒401中以一个较低的速度掉落到收集装置中。例如一个果径为80mm的苹果从2.5m的树上下落时，若不考虑减速，掉落到地面动能约为7.5J，若经过减速筒401减速，最后的动能为(7.5-0.0008*k*t-Wf)J,其中k为橡皮筋403和弹性面料的弹性系数之和，t为弹性面料和橡皮筋403围成的圆筒404的个数，Wf为摩擦力做功，选用弹性系数为500N/m的橡皮筋403和弹性面料，考虑到苹果掉落时要保留很小的动能，故t选取9，在2.5m的减速筒401中应设置9个弹性面料和橡皮筋403围成的圆筒404。

阻尼铰链6助力过程为：阻尼铰链6又称随意停，是一种具有单行程可调阻力的铰链，采摘过程中，要维持伸缩杆2不动，由阻尼铰链6和右手共同给伸缩杆2施加力，降低了右手工作强度。且如果采摘者中途因大意松开伸缩杆2，由于阻尼铰链6的助力作用，降低了伸缩杆2对人体腰部的冲击伤害。

Claims (9)

1.半自动苹果采摘装置，其特征在于，包括：

肩背包(1)；

一端和所述肩背包(1)一侧连接的伸缩杆(2)，实现俯仰和伸缩运动；

设置在所述伸缩杆(2)另一端的采摘单元(3)；

和所述采摘单元(3)连接的苹果收容单元(4)，所述苹果收容单元(4)包括收纳筒和收集装置，所述收纳筒一端和采摘单元(3)连接，另一端位于所述收集装置上端；

以及设置在所述肩背包(1)的控制系统(5)，所述控制系统(5)和所述采摘单元(3)电连接。

2.根据权利要求1所述的半自动苹果采摘装置，其特征在于，所述收纳筒为减速筒(401)，所述减速筒(401)包括：

软质的筒体(402)，所述筒体(402)和所述剪切筒内部连通；

以及沿长度方向均匀分布在所述筒体(402)内部的多组减速单元。

3.根据权利要求2所述的半自动苹果采摘装置，其特征在于，每组所述减速单元包括：

一端和所述筒体(402)内部固定连接的圆筒(404)，所述圆筒(404)为弹性面料；

以及设置在圆筒(404)另一端的橡皮筋(403)，所述橡皮筋(403)自然状态时的直径小于采摘苹果的果径。

4.根据权利要求2或3所述的半自动苹果采摘装置，其特征在于，所述筒体(402)为布料结构，所述圆筒(404)为尼龙、莱卡或特达。

5.根据权利要求1或2或3所述的半自动苹果采摘装置，其特征在于，所述采摘单元(3)包括：

固定在所述伸缩杆(2)另一端端部的直流电机(301)，所述直流电机(301)和所述控制系统(5)电连接；

以及一端和所述直流电机(301)输出轴固定连接的剪切筒，所述剪切筒侧壁位于下部位置和所述收纳筒一端连通。

6.根据权利要求5所述的半自动苹果采摘装置，其特征在于，所述剪切筒包括：

剪切外筒(302)，所述剪切外筒(302)包括外筒体(303)、圆周均布在所述外筒体(303)一端的多个外筒三角形凸起(304)以及设置在所述外筒体(303)侧壁上的T型槽口(305)，所述T型槽口(305)和所述减速筒(401)上端连接；

同轴设置在所述剪切外筒(302)内部的剪切内筒(306)，所述剪切内筒(306)和所述剪切外筒(302)转动配合；所述剪切内筒(306)包括内筒体(307)、圆周均布在所述内筒体(307)一端端部的多个内筒三角形凸起(308)以及设置在所述内筒体(307)侧壁上的弧形槽口(309)，多个所述内筒三角形凸起(308)与多个所述外筒三角形凸起(304)交错设置；所述剪切内筒(306)另一端封闭，封闭一端中心位置和直流电机(301)的输出轴固定连接；所述剪切内筒(306)和所述剪切外筒(302)相对转动时，所述弧形槽口(309)均和所述T型槽口(305)相对设置；

可拆卸设置在所述内筒三角形凸起(308)齿边的剪切刀片(310)；

以及电机支架(311)，所述剪切外筒(302)和直流电机(301)分别与所述电机支架(311)固定连接，电机支架(311)固定在所述伸缩杆(2)端部。

7.根据权利要求6所述的半自动苹果采摘装置，其特征在于，所述内筒三角形凸起(308)和外筒三角形凸起(304)尖端处均加工有倒角。

8.根据权利要求1所述的半自动苹果采摘装置，其特征在于，所述伸缩杆(2)和所述肩背包(1)连接处还设置有阻尼铰链(6)。

9.根据权利要求1所述的半自动苹果采摘装置，其特征在于，所述控制系统(5)包括单片机(501)、开关(502)和电源(503)；所述开关(502)和电源(503)分别与所述单片机(501)电连接，所述单片机(501)和所述电源(503)分别通过电线和所述采摘单元(3)的直流电机(301)连接。