CN109566097A - 一种荔枝采摘机 - Google Patents
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Abstract
本发明属于荔枝采摘技术领域，公开了一种荔枝采摘机，包括：行走小车；升降工作台，其固定安装于所述行走小车上；及机械手，其设置于所述升降工作台上，包括设于所述升降工作台上的立杆，用于采摘荔枝的采摘爪，及连接所述立杆和采摘爪的伸缩臂；其中，所述采摘爪包括与所述伸缩臂连接的爪指支架，相互平行布置于所述爪指支架上的多个爪指，驱动两相邻爪指相互靠近或远离的爪指驱动机构，设于所述爪指上方且刀口朝向所述爪指指尖的铲刀，及驱动所述铲刀沿所述爪指轴向伸出的铲刀驱动机构。本发明实现了高效的机械化采摘的同时，杜绝了果实的机械损伤。
Description
技术领域
本发明涉及荔枝采摘技术领域，尤其是涉及一种荔枝采摘机。
背景技术
荔枝是我国南方的特产水果，其栽培面积和产量均居全国之首。目前一直采用人工采摘，劳动强度大，效率低，费用高，采摘成本占生产成本的50％到65％。机械采摘是提高效率降低成本和改善劳动条件的有效途径。
荔枝皮薄肉多含水量高，当其受到过大的挤压、震动和撞击等力作用时，荔枝的果肉组织易出现细胞破裂、细胞破碎、细胞分离等机械损伤，损伤后的荔枝极易腐烂变质。据统计，每年荔枝采后因变质而造成的损失约占总产量的20％以上，因机械采摘而导致的损伤率达40％左右。因此，在推动高效机械采摘过程中，如何有效防止或减少采摘中的机械损伤是重点需要解决的问题。
发明内容
本发明的目的在于克服上述技术不足，提出一种荔枝采摘机，解决现有技术中机械采摘荔枝时机械损伤率高，及缺乏高效的机械采摘的技术问题。
为达到上述技术目的，本发明的技术方案提供一种荔枝采摘机，包括：
行走小车；
升降工作台，其固定安装于所述行走小车上；及
机械手，其设置于所述升降工作台上，包括设于所述升降工作台上的立杆，用于采摘荔枝的采摘爪，及连接所述立杆和采摘爪的伸缩臂；其中，所述采摘爪包括与所述伸缩臂连接的爪指支架，相互平行布置于所述爪指支架上的多个爪指，驱动两相邻爪指相互靠近或远离的爪指驱动机构，设于所述爪指上方且刀口朝向所述爪指指尖的铲刀，及驱动所述铲刀沿所述爪指轴向伸出的铲刀驱动机构。
与现有技术相比，本发明的有益效果包括：采用爪指加紧的方式对结有荔枝的枝丫进行夹持，凸轮和铲刀的巧妙配合使得对枝丫的切割动作有力而迅猛，实现了机械化采摘，并且爪指自始至终可以提供稳定的夹持力，完成采摘的荔枝也不会掉落，杜绝了果实的机械损伤；在升降工作台、立杆、伸缩臂等结构的配合下，采摘爪的工作范围更大更自由，并且行走小车提供了自由移动的条件，因此本方案可实现高效的机械采摘。
附图说明
图1是本发明的立体图；
图2是本发明的仰视图；
图3是采摘爪的仰视图；
图4是采摘爪的展开图；
图5是机械手的主视图；
图6是升降工作台的主视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
如图1所示，本发明提供了一种荔枝采摘机，包括：行走小车100，升降工作台200及机械手300。
如图2所示，行走小车100包括履带式底盘110，及分别驱动履带式底盘110两侧履带轮的两部行走驱动器120。履带式底盘110采用类似于坦克的履带结构，使得整个荔枝采摘机能满足果园地形环境需求。行走驱动器120优选电机，每个电机与一侧的其中至少一个履带轮传动连接，两部电机的同步驱动、差速驱动实现对行走小车100的直行驱动和转弯驱动。
升降工作台200固定安装于所述行走小车100上。
机械手300设置于所述升降工作台200上，包括设于所述升降工作台200上的立杆310，用于采摘荔枝的采摘爪330，及连接所述立杆310和采摘爪330的伸缩臂320。机械手300用于采摘果实，并将果实移至所述收纳盒250。
其中，如图3和图4所示，所述采摘爪330包括与所述伸缩臂320连接的爪指支架331，相互平行布置于所述爪指支架331上的多个爪指332，驱动两相邻爪指332相互靠近或远离的爪指驱动机构333，设于所述爪指332上方且刀口朝向所述爪指332指尖的铲刀334，及驱动所述铲刀334沿所述爪指332轴向伸出的铲刀驱动机构335。采摘爪330在执行采摘动作时，首先将爪指332伸进待采摘的荔枝枝丫中，由爪指驱动机构333将两相邻爪指332相互靠近，直到夹持住枝丫，然后铲刀驱动机构335驱动铲刀334沿所述爪指332轴向伸出，切断夹持住的枝丫，完成结有果实的枝丫从植物主体的分离。铲刀驱动机构335再驱动铲刀334沿所述爪指332轴向收回，同时，机械手300动作，将采摘抓移动至收纳盒250，爪指驱动机构333再将夹持枝丫的两相邻爪指332反向移动，松开枝丫，果实由收纳盒250收集。
为了实现对上述爪指332的驱动，对所述爪指驱动机构333提出一种具体的方案：所述爪指驱动机构333包括相互平行设于所述爪指支架331上且与所述爪指332的轴向垂直的第一滑杆333a和第二滑杆333b，及驱动所述第一滑杆333a和第二滑杆333b沿它们的轴向发生相对运动的爪指驱动器333c；所述爪指332交替与所述第一滑杆333a或第二滑杆333b固连，即若其中一爪指332与第一滑杆333a固连，则与其相邻的爪指332就与第二滑杆333b固连。所述爪指驱动器333c可以采用已知的气缸、油缸、电机等，只要能驱动第一滑杆333a和第二滑杆333b沿它们的轴向发生相对运动即可，该相对运动带动相邻爪指332的靠近或远离，即实现了爪指332对枝丫的夹持或松开。为了提高爪指332夹持时的稳固性，任一所述爪指332与其相邻爪指332的相对面均设有防滑垫336，即爪指332的夹持面设有防滑垫336，防滑垫336优选软橡胶。
为了实现对上述爪指332的驱动，对所述爪指驱动机构333提出另一种具体的方案：所述爪指驱动机构333包括相互平行设于所述爪指支架331上且与所述爪指332的轴向垂直的第一滑杆333a和第二滑杆333b，及驱动所述第一滑杆333a和第二滑杆333b沿它们的轴向发生相对运动的爪指驱动器333c；每个所述爪指332包括沿其轴向对称的第一半指332a和第二半指332b，所述第一半指332a与所述第一滑杆333a固连，所述第二半指332b与所述第二滑杆333b固连。当然，也可以使所述第一半指332a与所述第二滑杆333b固连，所述第二半指332b与所述第一滑杆333a固连。在爪指332处于非夹持状态时，每个爪指332的第一半指332a与第二半指332b靠拢形成整体，便于作业时爪指332伸入枝丫的缝隙中。在爪指驱动器333c的驱动下，第一滑杆333a和第二滑杆333b沿它们的轴向发生相对运动，带动每个爪指332的第一半指332a与第二半指332b分离，均向与其相邻爪指332的第二半指332b、第一半指332a靠拢，直到以爪指332的第一半指332a与另一爪指332的第二半指332b夹持住位于它们之间的枝丫，此时即爪指332的夹持状态。所述爪指驱动器333c可以采用已知的气缸、油缸、电机等，只要能驱动第一滑杆333a和第二滑杆333b沿它们的轴向发生相对运动即可，该相对运动带动相邻半指的靠近或远离，即实现了爪指332对枝丫的夹持或松开。同样的，为了提高爪指332夹持时的稳固性，任一所述爪指332的第一半指332a或第二半指332b与其相邻爪指332的第二半指332b或第一半指332a的相对面均设有防滑垫336，防滑垫336优选软橡胶。
针对前述爪指驱动器333c提出一种具体方案：所述爪指驱动器333c包括电动推杆333c1、缓冲器333c2和第一复位弹簧333c3；所述电动推杆333c1的固定端与所述第一滑杆333a固连，自由端通过所述缓冲器333c2与所述第二滑杆333b固连；所述第一滑杆333a、第二滑杆333b与所述爪指支架331之间均设有所述第一复位弹簧333c3。电动推杆333c1的两端分别与第一滑杆333a、第二滑杆333b固连，当电动推杆333c1伸长或缩短时，带动第一滑杆333a和第二滑杆333b相对运动。缓冲器333c2使第一滑杆333a和第二滑杆333b相对运动为柔性的，避免爪指332将所夹持的枝丫夹碎，导致荔枝果实掉落造成损伤。第一复位弹簧333c3可以在电动推杆333c1取消推动力后帮助第一滑杆333a和第二滑杆333b反向运动，即使爪指332松开所夹持的枝丫，利于采摘的果实落入收纳盒250。
为了便于安装，并配合上述爪指驱动的第一种方案，电动推杆333c1的固定端与其中一固连于所述第一滑杆333a的所述爪指332固连，从而达到电动推杆333c1的固定端间接与第一滑杆333a固连的目的；同样的，电动推杆333c1的自由端与另一固连于所述第二滑杆333b的所述爪指332固连，从而达到电动推杆333c1的自由端间接与第二滑杆333b固连的目的。
为了便于安装，并配合上述爪指驱动的第二种方案，电动推杆333c1的固定端与固连于所述第一滑杆333a的所述第一半指332a固连，从而达到电动推杆333c1的固定端间接与第一滑杆333a固连的目的；同样的，电动推杆333c1的自由端与固连于所述第二滑杆333b的所述第二半指332b固连，从而达到电动推杆333c1的自由端间接与第二滑杆333b固连的目的。可以理解的是，作为镜像方案，电动推杆333c1的固定端可以与前述第二半指332b固连，自由端可以与前述第一半指332a固连。
为实现对上述铲刀334的驱动，对所述铲刀驱动机构335提出一种具体的方案：如图4所示，所述铲刀驱动机构335包括设于所述爪指支架331上且与所述铲刀334滑动连接的铲刀导轨335a，分别连接所述铲刀334及所述爪指支架331的第二复位弹簧335b和第一剪叉335c，设于所述爪指支架331上且与所述第一剪叉335c抵接的凸轮335d，及驱动所述凸轮335d旋转的第一剪叉驱动器335e。第一剪叉驱动器335e可以采用电机，并且电机输出轴与凸轮335d之间优先采用带传动连接方式，当爪指332夹紧荔枝枝丫后，由电机带动凸轮335d旋转推动第一剪叉335c发生形变，铲刀334随第一剪叉335c移动从而使第二复位弹簧335b发生形变而蓄力。当凸轮335d转到缺口极限位置时，第一剪叉335c失去凸轮335d的顶推作用，第二复位弹簧335b积攒的弹性势能使得铲刀334瞬间弹出以铲断被爪指332夹持住的荔枝枝丫，完成采摘动作。
为实现上述机械手300在水平方向上的自由旋转，对所述立杆310提出一种具体的方案：如图5所示，所述立杆310包括连接所述升降工作台200和所述伸缩臂320的轴系311，及驱动所述轴系311运转的轴系驱动器312。轴系驱动器312可以采用电机等已知的驱动器，轴系驱动器312的输出端与所述轴系311之间优选齿轮啮合的连接方式，以实现立杆310自由旋转的同时具备自锁能力，保证运动的精准度需要。更进一步的，所述轴系驱动器312可以包括旋转电机312a及升降气缸312b，分别实现立杆310的旋转及升降，增大机械手300的作业范围。
所述升降工作台200包括与所述行走小车100固定连接的框架210，位于所述框架210上用于连接所述立杆310的平台220，两端分别连接所述框架210和所述平台220的第三剪叉230，及驱动所述第三剪叉230伸缩的第三剪叉驱动器240；其中所述平台220上设置收纳盒250。第三剪叉230实质是由多组平行四杆机构构成，故而有放大行程的作用。如图6所示，第三剪叉230下部的两个自由端，一个与所述框架210底部铰接固定，一个通过设于所述框架210底部的滑轨211构成滑动连接副；同样的，第三剪叉230上部的两个自由端，一个与所述平台220底面铰接固定，一个通过设于所述平台220底面的滑轨构成滑动连接副。在第三剪叉驱动器240的作用下，第三剪叉230上部的两个自由端、下部的两个自由端同步发生相向或背离移动，使第三剪叉230发生纵向延展或纵向收缩，即使所述平台220上升或下降。考虑到升降工作台200的自重及升降工作台200上机械手300、采摘果实的重量，所述第三剪叉驱动器240优先采用直线式液压缸，以适应必须的载荷。
为实现上述机械手300的伸缩，对所述伸缩臂320提出一种具体的方案：请再次参阅图5，所述伸缩臂320包括连接所述立杆310和采摘爪330的第二剪叉321，及驱动第二剪叉321伸缩的第二剪叉驱动器322。第二剪叉驱动器322可以采用气缸、油缸、电机等已知的驱动器。更具体的，第二剪叉驱动器322的一端连接所述立杆310、另一端通过曲轴连接所述第二剪叉321。进一步的优化，所述伸缩臂320与所述采摘爪330之间可以采用铰接的连接方式，配合一个气缸、油缸或电机等驱动器，实现采摘爪330上下角度的可调，即增加了机械手300腕部的自由度，为机械手300提供更灵活的采摘角度。
以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (10)
1.一种荔枝采摘机，其特征在于包括：
行走小车；
升降工作台，其固定安装于所述行走小车上；及
机械手，其设置于所述升降工作台上，包括设于所述升降工作台上的立杆，用于采摘荔枝的采摘爪，及连接所述立杆和采摘爪的伸缩臂；其中，所述采摘爪包括与所述伸缩臂连接的爪指支架，相互平行布置于所述爪指支架上的多个爪指，驱动两相邻爪指相互靠近或远离的爪指驱动机构，设于所述爪指上方且刀口朝向所述爪指指尖的铲刀，及驱动所述铲刀沿所述爪指轴向伸出的铲刀驱动机构。
2.根据权利要求1所述的荔枝采摘机，其特征在于：所述爪指驱动机构包括相互平行设于所述爪指支架上且与所述爪指的轴向垂直的第一滑杆和第二滑杆，及驱动所述第一滑杆和第二滑杆沿它们的轴向发生相对运动的爪指驱动器；所述爪指交替与所述第一滑杆或第二滑杆固连。
3.根据权利要求1所述的荔枝采摘机，其特征在于：所述爪指驱动机构包括相互平行设于所述爪指支架上且与所述爪指的轴向垂直的第一滑杆和第二滑杆，及驱动所述第一滑杆和第二滑杆沿它们的轴向发生相对运动的爪指驱动器；每个所述爪指包括沿其轴向对称的第一半指和第二半指，所述第一半指与所述第一滑杆固连，所述第二半指与所述第二滑杆固连。
4.根据权利要求3所述的荔枝采摘机，其特征在于：任一所述爪指的第一半指或第二半指与其相邻爪指的第二半指或第一半指的相对面均设有防滑垫。
5.根据权利要求2或3或4所述的荔枝采摘机，其特征在于：所述爪指驱动器包括电动推杆、缓冲器和第一复位弹簧；所述电动推杆的固定端与所述第一滑杆固连，自由端通过所述缓冲器与所述第二滑杆固连；所述第一滑杆、第二滑杆与所述爪指支架之间均设有所述第一复位弹簧。
6.根据权利要求1所述的荔枝采摘机，其特征在于：所述铲刀驱动机构包括设于所述爪指支架上且与所述铲刀滑动连接的铲刀导轨，分别连接所述铲刀及所述爪指支架的第二复位弹簧和第一剪叉，设于所述爪指支架上且与所述第一剪叉抵接的凸轮，及驱动所述凸轮旋转的第一剪叉驱动器。
7.根据权利要求1所述的荔枝采摘机，其特征在于：所述立杆包括连接所述升降工作台和所述伸缩臂的轴系，及驱动所述轴系运转的轴系驱动器。
8.根据权利要求1所述的荔枝采摘机，其特征在于：所述伸缩臂包括连接所述立杆和采摘爪的第二剪叉，及驱动第二剪叉伸缩的第二剪叉驱动器。
9.根据权利要求1所述的荔枝采摘机，其特征在于：所述升降工作台包括与所述行走小车固定连接的框架，位于所述框架上用于连接所述立杆的平台，两端分别连接所述框架和所述平台的第三剪叉，及驱动所述第三剪叉伸缩的第三剪叉驱动器；其中所述平台上设置收纳盒。
10.根据权利要求1所述的荔枝采摘机，其特征在于：所述行走小车包括履带式底盘，及分别驱动履带式底盘两侧履带轮的两部行走驱动器。
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