CN109429715A - 一种气吸式水果采摘装置 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种气吸式水果采摘装置，所述的采摘装置包括一吸附接头，所述的吸附接头包括管状的吸附接头本体、连通至所述的吸附接头本体外壁上的支管，所述的采摘装置还包括一中空结构的手持杆，所述的手持杆的上端部与所述的支管的下端部相连通，所述的手持杆的下端部连通至一真空泵，所述的吸附接头本体的上端部为水果入口，所述的吸附接头本体的下端部连通一用于输送水果的管道，所述的吸附接头本体与所述的管道之间还设置有一单向阀。该气吸式水果采摘装置，在降低人工采摘难度的同时，还可以大大提高采摘效率，实现无损采摘，保障果实品质。从而实现低成本高效率高品质的采摘收获作业。
Description
技术领域
本申请涉及一种气吸式水果采摘装置。
背景技术
如图1所示，为现有技术中的一种气吸式采摘装置，以采摘红枣为例，风机1’转动产生足够的风速，在三通管道3’的作用下，使吸管2’产生足够负压，捡拾枣与杂物，当红枣与杂物经吸管2’进入三通管道3’时，因气流方向改变三通管道3’出口处为正压值，红枣等杂物被气流吹送到分选管道5’后，因气流管道变大，流速减慢重的红枣落入收集框6’中，枣叶等杂物因较轻被吹出分选箱，完成整个红枣捡拾和杂物分离过程。
目前为止，我国大都采用机械手来进行苹果的采摘，虽然机械手采摘在苹果采摘过程中的大量应用能够极大地提高采摘效率、节约成本，但同时水果在采摘过程中容易产生机械损伤，机械损伤也是病源微生物的入侵之门，是导致水果霉烂的最主要的原因。不但如此，采用切断果柄的方式还容易造成切刀出现磨损情况，所以必须要经常更换切刀，增加了劳动成本，而且在果实的果柄比较短的时候，这种方法也不适用于果实的采摘工作。
当前农业机器人技术还不够成熟，利用农业机器人实际采摘的成本甚至高于人工采摘，因此，农业机器人采摘还难以推广应用。目前，在苹果采摘作业的过程中，采用人机协作的工作模式进行采摘是比较理想的状态。本项目针对果树上挂果位置较高，必须借助登高车作业才能采摘的果实，利用低成本的材料，开发设计一款辅助人工采摘装置，在降低人工采摘难度的同时，还可以大大提高采摘效率，实现无损采摘，保障果实品质。从而实现低成本高效率高品质的采摘收获作业。
中国专利CN 103782725B、CN 107771528A、CN 104871735B公布了使用负压，对被采摘水果进行吸附采摘，但是这些采摘机存在结构相对复杂，使用不方便的缺陷。
发明内容
本申请要解决的技术问题是提供一种气吸式水果采摘装置。
为了解决上述技术问题，本申请提供了一种气吸式水果采摘装置，所述的采摘装置包括一吸附接头，所述的吸附接头包括管状的吸附接头本体、连通至所述的吸附接头本体外壁上的支管，所述的采摘装置还包括一中空结构的手持杆，所述的手持杆的上端部与所述的支管的下端部相连通，所述的手持杆的下端部连通至一真空泵，所述的吸附接头本体的上端部为水果入口，所述的吸附接头本体的下端部连通一用于输送水果的管道，所述的吸附接头本体与所述的管道之间还设置有一单向阀。
优选地，所述的单向阀包括圆筒状壳体、设置在壳体内壁上的沿壳体周向排列的多个合页，所述的合页包括第一页片、第二页片、转轴、连接在所述的第二页片上的挡板，所述的转轴套设有扭簧，所述的第一页片固定在所述的壳体的内壁上，所述的单向阀具有打开状态及关闭状态，当所述的单向阀处于关闭状态时，所述的挡板相互拼接或部分重叠，将通道阻挡；当所述的单向阀处于打开状态时，所述的挡板受到一从上至下的推力，克服所述的扭簧的弹力，向下运动，使通道打开。
优选地，所述的挡板为三角形，所述的挡板的一边缘固定在所述的第二页片上，当所述的单向阀处于关闭状态时，所述的挡板的另外两条边与相邻的挡板相接触。
优选地，所述的吸附接头本体为弧形管，所述的吸附接头本体的弯度为13°～17°，所述的支管与所述的吸附接头本体的入口处管道的夹角为28°～32°。
优选地，所述的吸附接头本体的上端部还设置有一吸附套头，所述的吸附套头为弹性材料制成，所述的吸附套头具有一供水果进入的孔洞，所述的孔洞在受到挤压时能够变大。
优选地，所述的手持杆与所述的真空泵之间还设置有一负压管，所述的手持杆的下端部还设置有一调压阀。
优选地，所述的手持杆的下端部为直径变大的加粗段，所述的加粗段的外壁上设置有多个键槽，所述的负压管的上端部设置一橡胶套头，所述的负压管上还套设有一固定接头，所述的固定接头上设置有多个与所述的键槽相配合的键，所述的固定接头插入所述的手持杆的下端部，所述的键卡入所述的键槽内。
优选地，所述的采摘装置还包括一设于所述的管道下端的收集箱，所述的管道为PVC波纹管。
优选地，所述的手持杆上还设置有阀门安装部，所述的阀门安装部上开设有多个第一通孔，所述的阀门安装部上设置有一能够上下滑动的手推阀门，所述的手推阀门上设置有多个与所述的第一通孔相配合的第二通孔，所述的手推阀门具有打开状态及关闭状态，当所述的手推阀门处于打开状态时，所述的第二通孔与所述的第一通孔相连通，当所述的手推阀门处于关闭状态时，所述的第一通孔被手推阀门堵住。
优选地，所述的采摘状态还包括运输车，所述的收集箱与真空泵设于所述的运输车内。
本申请的一种气吸式水果采摘装置，在真空泵的负压吸力的作用下进气口被苹果堵住，吸附接头内真空度瞬间增强，苹果在较大的负压吸力下果梗被拉断，苹果被吸入吸附接头内，由于惯性以及在重力的作用下，苹果撞开自动单向阀，进入PVC波纹管，随后自动单向阀将自动关闭，苹果经由PVC波纹管落入收集箱，此时一次完整的采摘苹果的过程就完成了。该气吸式水果采摘装置，在降低人工采摘难度的同时，还可以大大提高采摘效率，实现无损采摘，保障果实品质。从而实现低成本高效率高品质的采摘收获作业。
附图说明
图1是现有技术中的气吸式采摘装置结构示意图；
图2是本申请的气吸式水果采摘装置的结构示意图；
图3是本申请的吸附接头的结构示意图；
图3(a)是设计方案一的吸附接头的结构示意图；
图3(b)是设计方案二的吸附接头的结构示意图；
图4是本申请的单向阀的结构示意图；
图5是本申请的吸附套头的结构示意图；
图6是本申请的合页的结构示意图；
图7是本申请的手持杆的部分结构示意图；
图8是本申请的手推阀门的结构示意图，
其中：1’、风机；2’、吸管；3’、三通管道；4’、机架；5’、分选管道；6’、收集框；7’、集杂袋；
1、苹果；2、吸附套头；3、吸附接头；4、单向阀；5、手持杆；6、波纹管；7、调压阀；8、负压管；9、收集箱；10、真空泵；11、运输车；
31、吸附接头本体；32、支管；41、壳体；42、合页；43、挡板；
51、键槽；100、固定接头；101、键；81、橡胶套头。
52、阀门安装部；53、手推阀门；531、第二通孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本申请作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本申请并能予以实施，但所举实施例不作为对本申请的限定。
如图2所示，为本申请的气吸式水果采摘装置，所述的采摘装置包括一吸附接头3，所述的吸附接头3包括管状的吸附接头本体31、连通至所述的吸附接头本体31外壁上的支管32，所述的采摘装置还包括一中空结构的手持杆5，所述的手持杆5的上端部与所述的支管32的下端部相连通，所述的手持杆5的下端部连通至一真空泵10，所述的吸附接头本体31的上端部为水果入口，所述的吸附接头本体31的下端部连通一用于输送水果的管道，所述的吸附接头本体31与所述的管道之间还设置有一单向阀4。所述的手持杆5与所述的真空泵10之间还设置有一负压管8，所述的手持杆5的下端部还设置有一调压阀7。所述的采摘装置还包括一设于所述的管道下端的收集箱9，所述的管道为PVC波纹管6。所述的采摘状态还包括履带运输车11，所述的收集箱9与真空泵10设于所述的履带运输车11内。
如图3所示，为本申请的吸附接头3，所述的吸附接头本体31为弧形管，所述的吸附接头本体31的弯度为13°～17°，所述的支管32与所述的吸附接头本体31的入口处管道的夹角为28°～32°。优选地，所述的吸附接头本体31的弯度为15°，所述的支管32与所述的吸附接头本体31的入口处管道的夹角为30°。将本申请的吸附接头3优化了进气口和圆筒连接处的弧形设计和下端水果出口处的弯曲设计，减少了涡流的发生和压力损失。
如图3、3(a)、3(b)所示，对三种模型进行了ANSYS对吸气口的压力损失的仿真分析：在进口质量流量为0.15kg/s，20℃时，设计方案一背压损失为33.1kPa，设计方案二背压损失为27.2kPa，设计方案三，即本申请的背压损失为14.2kPa。得出了本发明所采用结构压力损失最小的结论。
如图4和6所示，所述的单向阀4包括圆筒状壳体41、设置在壳体41内壁上的沿壳体41周向排列的多个合页42，所述的合页42包括第一页片、第二页片、转轴、连接在所述的第二页片上的挡板43，所述的转轴套设有扭簧，所述的第一页片固定在所述的壳体41的内壁上，所述的单向阀4具有打开状态及关闭状态，当所述的单向阀4处于关闭状态时，所述的挡板43相互拼接或部分重叠，将通道阻挡；当所述的单向阀4处于打开状态时，所述的挡板43受到一从上至下的推力，克服所述的扭簧的弹力，向下运动，使通道打开。所述的挡板43为三角形，所述的挡板43具有一橡胶材料制成的外层，所述的挡板43的一边缘固定在所述的第二页片上，当所述的单向阀4处于关闭状态时，所述的挡板43的另外两条边与相邻的挡板43相接触。挡板43采用三角形设计，外套橡胶，提高各挡板43间的容错性能，提高密闭性。
如图5所示，所述的吸附接头本体31的上端部还设置有一吸附套头2，所述的吸附套头2为弹性材料制成，所述的吸附套头2具有一供水果进入的孔洞，所述的孔洞在受到挤压时能够变大。以苹果为例，在实际使用中，苹果的体积具有较大的差异，为了使装置具有对大小不同的苹果都能进行采摘的功能，同时提高装置的气密性以保证采摘的成功，优选地，吸附套头2中心孔洞为55mm，小于苹果的一般直径，在采摘苹果1时，能够根据苹果1的直径大小进行胀缩，从而始终紧贴苹果1表面，可确保在苹果1顺利通过的同时保持较高的密封性。本发明能够采用天然乳胶作为制作吸附套头2的材料。天然乳胶具有耐酸，耐碱，耐腐蚀，经久耐用不易变形等优点，而且能够实现较大的弹性形变，可在容许直径差异较大的苹果1通过的同时与苹果1表面紧密贴合。在试验中，天然乳胶与苹果1表面之间的摩擦力相对较小，能减少苹果1所受拉力，保护苹果1。由于天然乳胶较软，本发明在吸附套头2与吸附接头3内壁之间增加了多层海绵用于辅助定形。
在手持杆5和负压管8的连接中，考虑到操作工手持杆5件采摘水果时，需要的高自由度导致的杆件旋转和位移，手持杆5必须和负压管8能够实现同心旋转而不产生漏气，保证良好的气密性和自由度。因此，基于以上设计的目标，本发明设计了如图7所示，所述的手持杆5的下端部为直径变大的加粗段，所述的加粗段的外壁上设置有多个键槽51，所述的负压管8的上端部设置一橡胶套头81，所述的橡胶套头上还套设有一固定接头100，所述的固定接头100上设置有多个与所述的键槽51相配合的键101，所述的固定接头100插入所述的手持杆5的下端部，所述的键101卡入所述的键槽51内。
此设计的优点在于，橡胶套头81能够相对固定接头100和手持杆5相对转动，橡胶套头81能够保证气密性。本申请的橡胶套头81采用弹性适中，不易变形的硬质橡胶，同时对橡胶表面做特殊处理，使得与手持杆5内孔凹槽的摩擦力不会太大，实现轻松的相对转动。在充分考虑了实际采摘的复杂工况，结合了人机工程学原理的基础上，此连接结构能够满足大多数采摘情景，而不会出现因手持杆5转动产生的吸气管折皱、操作费力等情况，有效地提高了采摘效率，减少了劳动损耗。
如图8所示，所述的手持杆5上还设置有阀门安装部52，所述的阀门安装部52上开设有多个第一通孔，所述的阀门安装部52上设置有一能够上下滑动的手推阀门53，所述的手推阀门53上设置有多个与所述的第一通孔相配合的第二通孔531，所述的手推阀门53具有打开状态及关闭状态，当所述的手推阀门53处于打开状态时，所述的第二通孔531与所述的第一通孔相连通，当所述的手推阀门53处于关闭状态时，所述的第一通孔被手推阀门53堵住。
本发明的工作原理与具体工作过程：使用时，开启电源，真空泵10不断地增大真空罐的真空度，闭合调压阀7，调节手持杆5的长度以适应苹果1所在的高度，将吸附接头3靠近苹果1，并与苹果1贴合，在负压吸力的作用下唯一的进气口被苹果1堵住，装置内真空度瞬间增强，苹果1在较大的负压吸力下果梗被拉断，苹果1被吸入吸附接头3，由于惯性以及在重力的作用下，苹果1撞开自动单向阀4，进入PVC波纹管6，随后自动单向阀4将自动关闭，此时可以打开调压阀7降低装置内的负压，以保证装置的稳定性，苹果1经由PVC波纹管6落入收集箱9，此时一次完整的采摘苹果1的过程就完成了。
以上所述实施例仅是为充分说明本申请而所举的较佳的实施例，本申请的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本申请基础上所作的等同替代或变换，均在本申请的保护范围之内。本申请的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种气吸式水果采摘装置，其特征在于，所述的采摘装置包括一吸附接头，所述的吸附接头包括管状的吸附接头本体、连通至所述的吸附接头本体外壁上的支管，所述的采摘装置还包括一中空结构的手持杆，所述的手持杆的上端部与所述的支管的下端部相连通，所述的手持杆的下端部连通至一真空泵，所述的吸附接头本体的上端部为水果入口，所述的吸附接头本体的下端部连通一用于输送水果的管道，所述的吸附接头本体与所述的管道之间还设置有一单向阀。
2.如权利要求1所述的气吸式水果采摘装置，其特征在于，所述的单向阀包括圆筒状壳体、设置在壳体内壁上的沿壳体周向排列的多个合页，所述的合页包括第一页片、第二页片、转轴、连接在所述的第二页片上的挡板，所述的转轴套设有扭簧，所述的第一页片固定在所述的壳体的内壁上，
所述的单向阀具有打开状态及关闭状态，
当所述的单向阀处于关闭状态时，所述的挡板相互拼接或部分重叠，将通道阻挡；
当所述的单向阀处于打开状态时，所述的挡板受到一从上至下的推力，克服所述的扭簧的弹力，向下运动，使通道打开。
3.如权利要求2所述的气吸式水果采摘装置，其特征在于，所述的挡板为三角形，所述的挡板具有一橡胶材料制成的外层，所述的挡板的一边缘固定在所述的第二页片上，当所述的单向阀处于关闭状态时，所述的挡板的另外两条边与相邻的挡板相接触。
4.如权利要求1所述的气吸式水果采摘装置，其特征在于，所述的吸附接头本体为弧形管，所述的吸附接头本体的弯度为13°～17°，所述的支管与所述的吸附接头本体的入口处管道的夹角为28°～32°。
5.如权利要求1所述的气吸式水果采摘装置，其特征在于，所述的吸附接头本体的上端部还设置有一吸附套头，所述的吸附套头为弹性材料制成，所述的吸附套头具有一供水果进入的孔洞，所述的孔洞在受到挤压时能够变大。
6.如权利要求5所述的气吸式水果采摘装置，其特征在于，所述的手持杆与所述的真空泵之间还设置有一负压管，所述的手持杆的下端部还设置有一调压阀。
7.如权利要求6所述的气吸式水果采摘装置，其特征在于，所述的手持杆的下端部为直径变大的加粗段，所述的加粗段的外壁上设置有多个键槽，所述的负压管的上端部设置一橡胶套头，所述的橡胶套头外还套设有一固定接头，所述的固定接头上设置有多个与所述的键槽相配合的键，所述的固定接头插入所述的手持杆的下端部，所述的键卡入所述的键槽内。
8.如权利要求1所述的气吸式水果采摘装置，其特征在于，所述的采摘装置还包括一设于所述的管道下端的收集箱，所述的管道为PVC波纹管。
9.如权利要求1所述的气吸式水果采摘装置，其特征在于，所述的手持杆上还设置有阀门安装部，所述的阀门安装部上开设有多个第一通孔，所述的阀门安装部上设置有一能够上下滑动的手推阀门，所述的手推阀门上设置有多个与所述的第一通孔相配合的第二通孔，所述的手推阀门具有打开状态及关闭状态，当所述的手推阀门处于打开状态时，所述的第二通孔与所述的第一通孔相连通，当所述的手推阀门处于关闭状态时，所述的第一通孔被手推阀门堵住。
10.如权利要求8所述的气吸式水果采摘装置，其特征在于，所述的采摘状态还包括履带运输车，所述的收集箱与真空泵设于所述的运输车内。
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