CN109699292A - 一种水果采摘装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水果采摘装置，其特征包括收集小车、采摘机构、伸缩机构、输送机构组成，收集小车前轮通过电机驱动，结合万向轮转动，实现运动功能，收集小车内部可与收集设备固联从而实现对水果的收集功能；采摘机构主要通过反向四连杆机构驱动切刀运动，将果柄切断或与内桶旋转配合将果柄拧断，从而实现采摘功能；伸缩机构主要由丝杆和滑轮组构成，通过丝杆与滑轮组同步工作实现伸缩臂的伸缩功能；输送机构主要通过设有减速片的弹性管道实现对水果的低速输送功能，水果通过自身重力导致减速片弯曲，消耗重力势能，达到减速目的。本发明能够实现水果机械化自动采摘的功能，能够有效降低果农的劳动强度与风险，提高水果采摘效率。

Description

一种水果采摘装置

技术领域

本发明属于机械自动化领域，具体涉及一种水果采摘装置

背景技术

我国是农业大国，蔬果业是农业的重要组成部分，我国山区丘陵地区面积广阔且大部分地区种植果树，采摘水果约占整个生产作业量的54％以上。目前他们的水果采摘主要使用手工采摘。手工采摘对于距离地面低于两米的果树而言，目前尚可应付，不过劳动强度大，且效率不高；对于高于两米以上的果树，一般要辅助于梯子等登高工具，这是极其不安全的。依赖人力的采摘方式采摘速度慢、效率低，且具有一定的危险性。从水果质量来讲，在人工采摘的过程中，由于受力不均，容易出现破损的情况，将影响水果的外观。不利于水果的存储、加工和出售，从而降低果农的经济收入。如图1所示的水果采集装置的应用，将是解决上述问题的重要途径之一。

目前研制出的水果采摘设备一般只能针对一种果实进行采摘，如果每一个品种都需采用专门的采摘器械，不仅使用率低、耗费大、成本高，而且不利于商品化的发展。夹持机构按夹持形式可分为串类水果采摘(一次采摘一串，如荔枝和龙眼)和单类球状水果采摘(一次采一个，如苹果和柑橘)。同类型的水果夹持机构的结构可以是相似的，设计相对容易。但是，既能夹持串类又能夹持球状水果的轻量化通用夹持机构是较难设计的。对于通用水果采摘机器人的研究，国内外取得的成果仍比较少。目前设计的智能化水果采摘系统中美国、英国、日本都已取得了一定的成就，但由于我国科学技术发展缓慢，起步较晚等现状制约了我国水果采摘机的发展。虽然很多国家在采摘机上取得了一些成就，但由于开发系统的局限性或生产成本较大致使不能投入到真正的生产中。由于20世纪开发环境的限制，造成了采摘机器人的作业进度较慢或投入成本较大等问题的经验教训。在设计智能化水果采摘机控制系统时直接采用目前市场上较为流行的开发平台不断促进采摘机在设计过程中减少开发费用，并且利用更加理想的操作平台来提高采摘机的实用价值。

专利CN145250562A公开方案为：一种水果采摘器设备，包括手柄、拉杆、支杆、爪杆、拉抓器、勾头和连接头；所述手柄安装于支杆一端且所述支杆侧壁安装有拉杆；所述支杆一端安装于连接头内部，并且所述连接头一端安装有爪杆；所述爪杆与连接头之间设置有拉抓器；所述爪杆一端安装有勾头。

专利CN144445290A公开方案为：一种水果采摘器，包括水果传输带、若干放置水果容器、剪刀、第一固定件、第二固定件、剪刀手柄、水果采摘器支架、水果收集袋固定件以及水果采摘器固定件；所述若干放置水果容器设置于所述水果传输带上，所述剪刀位于所述水果传输带的正上方；所述水果收集袋固定件设于所述水果采摘器支架的一端，所述水果采摘器固定件设于所述水果采摘器支架顶端，靠近所述水果收集袋固定件，且所述水果传输带一端延伸到所述水果收集袋固定件内部。本发明的水果采摘器，采摘的水果不会直接从高空落下，避免水果从高空落下而摔的变形或摔坏，可以很好的保护所要采摘的水果。

专利CN145167528A公开方案为：一种自发光水果采摘器，由摘爪、摘柄、开关、永久磁铁和线圈，LED灯、遥杆组成，摇杆与永久磁铁相连，转动摇杆即可使永久磁铁在伞柄内在水平方向转动，当转动摇杆时，永久磁铁跟着转动，此时，闭合电路中的一部分导体即线圈做切割磁感线运动，电路中产生感应电流，LED灯会发光，摘爪通过开关得到控制。

因此，若发明一种带有机械伸缩装置的，且能够靠电机驱动小车行进和剪切的水果采摘设备，能够降低果农劳动强度，降低劳动风险，提高采摘效率，具有广泛的应用前景。

发明内容

本发明的目的在于克服果农采摘作业中效率低强度大且具有一定风险的现象而设计出一种操作简单，劳动强度低，能够实现机械化采摘的水果采摘装置。

本发明为解决技术问题采用如下技术方案：

一种水果采摘装置，其特点在于：其主要包括收集小车、采摘机构、伸缩机构、输送机构组成；剪切外壳左端内部与左刀片滑动连接，所述左刀片与左滑动轴固联，所述左滑动轴与左剪切连接杆滑动连接，所述左剪切连接杆底部与外桶连接平台铰接；所述左剪切连接杆中部与连杆铰接，所述连杆与右剪切连接杆铰接，所述右剪切连接杆与剪切电机固联，所述右剪切连接杆与右滑动轴滑动连接，右刀片与所述右滑动轴固联，所述剪切外壳右端内部与所述右刀片滑动连接，所述剪切电机与所述外桶连接平台固联；所述左剪切连接杆、连杆、右剪切连接杆、剪切电机为两对，相对于外桶呈中心对称分布；

外桶顶部与剪切外壳固联，所述外桶中部与外桶旋转座固联，滚轮在所述外桶旋转座滚动连接，所述滚轮与内桶旋转座滚动连接，所述内桶旋转座与内桶固联；所述外桶底部与转动电机固联，所述转动电机通过键与摩擦轮固联；夹紧电机与所述内桶底部固联，所述夹紧电机通过键连接与夹紧垂直方向杆固联，所述夹紧垂直方向杆与夹紧调整杆铰接，所述夹紧调整杆与夹紧固定装置固联，所述夹紧电机、夹紧垂直方向杆、夹紧调整杆、夹紧固定装置为两对，呈对称分布。

所述伸缩机构由电机机座、电机、联轴器、丝杆、一节臂、一号滑轮、二号滑轮、二节臂、丝套、一号绳索、三节臂、一节臂1号接头、一节臂3号接头、三号滑轮、四号滑轮、五号滑轮、一节臂2号接头、一节臂4号接头、三节臂1号接头、三节臂2号接头、二号绳索、三号绳索、六号滑轮、七号滑轮构成，所述电机与电机机座固联，所述电机输出轴通过联轴器与丝杆连接，所述电机机座与一节臂固联，所述一节臂通过轴承支撑丝杆、所述丝杆与丝套螺旋连接，所述丝套与二节臂固联，所述一节臂与二节臂滑动接触，所述二节臂与三节臂滑动接触，所述六号滑轮、七号滑轮与一节臂铰接，所述一号滑轮、二号滑轮、四号滑轮、五号滑轮与二节臂铰接，所述三号滑轮与三节臂铰接，所述一号绳索与一节臂1号接头、一节臂3号接头固联，所述一号绳索与一号滑轮、二号滑轮、三号滑轮滑动连接；所述二号绳索与一节臂4号接头固联，所述二号绳索与三节臂1号接头固联，所述二号绳索与五号滑轮、六号滑轮滑动连接；所述三号绳索与一节臂2号接头固联，所述三号绳索与三节臂2号接头固联，所述三号绳索与四号滑轮、七号滑轮滑动连接。

所述输送机构由连接装置、输送装置和减速装置构成。卡头与头部硬输送管固联，所述头部硬输送管与软输送管固联，所述软输送管与减速片固联，所述软输送管与尾部硬输送管固联。

与现有技术相比，本发明有益效果体现在：

1.采摘机构通过反向四连杆机构能够使左右刀片在剪切过程中具有逐渐增大的横向力，提高了剪切过程的剪切力，提高了剪切效果。通过内桶的夹持旋转设计能够在刀片未能将果柄剪断时，通过夹持机构将水果抱紧和内桶的旋转将果柄拧断，通过两种剪切模式的结合，提高了应对不同水果品种的适应能力。

2.通过绳索与滑轮的结合，不仅可以在只使用一个电机的情况下，完成三节伸缩臂的同步伸缩，并且将大量零件组装在有限的圆桶空间内，极大减小了装置体积，便于平时的存放；转矩输出由电机带动中心杆，再带动采摘机构行进，输出稳定，且不会产生过大的圆跳动。

3.输送机构的两端采用卡头装置，可以灵活的改变输送管的尺寸以适应不同水果尺寸大小，提高了本机器的灵活性。

4.输送管采用折叠结构，有利于减小机器的尺寸，减小其占用空间。

5.输送管内部采用软质的减速片，可以减小水果的下落速度，以防止采摘过程中出现水果的损坏。

附图说明

图1为水果采摘装置示意图；

图2为采摘机构主视图；

图3为采摘机构刨面图；

图4为伸缩机构结构示意图；

图5为输送机构示意图；

图6为输送机构减速片放大图；

其中：1收集小车，2采摘机构，3伸缩机构，4输送机构，5剪切外壳，6左刀片，7左滑动轴，8左剪切连接杆，9外桶连接平台，10连杆，11右剪切连接杆，12剪切电机，13右滑动轴，14右刀片，15外桶，16外桶旋转座，17滚轮，18内桶旋转座，19内桶，20转动电机，21摩擦轮，22夹紧电机，23夹紧垂直方向杆，24夹紧调整杆，25夹紧固定装置，26电机机座，27电机，28联轴器，29丝杆，30一节臂，31一号滑轮，32二号滑轮，33二节臂，34丝套，35一号绳索，36三节臂，37一节臂1号接头，38一节臂3号接头，39三号滑轮，40四号滑轮，41五号滑轮，42一节臂2号接头，43一节臂4号接头，44三节臂1号接头，45三节臂2号接头，46二号绳索，47三号绳索，48六号滑轮，49七号滑轮，50卡头，51头部硬输送管，52软输送管，53减速片，54尾部硬输送管。

具体实施方式

如图1所示，本发明涉及一种水果采摘装置，其特征主要由收集小车、采摘机构、伸缩机构、输送机构组成，收集小车主要通过电机带动差速器与万向轮配合为装置实现运动前后运动和左右转弯功能；采摘机构主要通过剪断与扭断两种方式实现剪切，前者通过刀片的剪切力将果柄剪断，后者通过刀片保持剪切力，夹紧固定装置将水果夹紧与内桶旋转相配合将果柄拧断，从而实现剪切效果；伸缩机构通过丝杆带动二节臂运动，二节臂运动带动内置滑轮组运动从而实现二三节同步运动，从而实现伸缩功能；输送机构主要通过输送管内置柔性减速片将下落的水果减速，并通过折叠管壁实现在输送机构的伸缩功能。

收集小车1在距果树一定距离内，由电机驱动伸缩机构3带动采摘机构2对水果进行定位，对水果定位后，伸缩机构3外伸，如图4所示，伸缩机构3外伸时，电机27与电机机座26固联，通过电机27旋转带动联轴器28旋转从而带动丝杆29旋转，使丝套34带动二节臂33向一节臂30外滑动伸出，当二节臂33伸出时，连接在二节臂上33的四号滑轮40与五号滑轮41上升，带动二号绳索46与三号绳索47滑动，二号绳索46在五号滑轮41与六号滑轮48之间距离增大，一节臂4号接头43与六号滑轮48之间长度不变，由于二号绳索46总长度不变，五号滑轮41与三节臂1号接头44之间的长度减短，同时三号绳索47在四号滑轮40与七号滑轮49之间距离增大，一节臂2号接头42与七号滑轮49之间长度不变，由于三号绳索47总长度不变，四号滑轮40与三节臂2号接头45之间的长度减短，三节臂36随二号绳索46、三号绳索47向二节臂33外滑动伸出，从而实现了二节臂33与三节臂36的同步伸出，外桶连接平台9与三节臂36固联。

当水果进入采摘机构2后，如图2和图3所示，剪切电机12与右剪切连接杆11固联，右剪切连接杆11与右滑动轴13滑动连接，右滑动轴13与右刀片14固联，右剪切连接杆11与连杆10铰接，连杆10与左剪切连接杆8铰接，左剪切连接杆8与左滑动轴7滑动连接，左滑动轴7与左刀片6固联，左刀片6与右刀片14在剪切外壳5内部滑动连接，所以左刀片6与右刀片14可以实现左右运动，若果柄未被切断，左刀片6与右刀片14保持剪切状态，夹紧电机22与夹紧垂直方向杆23固联，夹紧垂直方向杆23与夹紧调整杆24铰接，夹紧调整杆24与夹紧固定装置25固联，夹紧固定装置25能够实现上下前后运动将水果夹紧，转动电机20通过键连接与摩擦轮21固联，内桶19与内桶旋转座18固联，内桶旋转座18与滚轮17滚动连接，滚轮17与外桶旋转座16滚动连接，外桶旋转座16与外桶15固联，从而内桶19可实现转动，从而将果柄拧断。

如图5和图6所示，当水果由采摘机构2剪下后进入输送机构4，通过卡头50后进入头部硬输送管51，经过软输送管52上部分时，水果以很低的速度落在减速片53上，利用水果自身所受重力压弯上述减速片53后继续落下，上述减速片53在水果落下后利用自身弹性恢复成水果落下前的状态。与上述过程相同，水果继续下落，依次经过减速片53，到达尾部硬输送管54，经过收集小车1上的孔洞进入收纳桶内。

如图4所示，伸缩机构3回缩时，通过电机27带动丝杆29旋转，使丝套34带动二节臂33向一节臂30内滑动缩回，当二节臂33缩回时，连接在二节臂33上的一号滑轮31与二号滑轮32下降，带动一号绳索35滑动，一号绳索35在一号滑轮31与一节臂1号接头37之间的长度增加，同时一号绳索35在二号滑轮32与一节臂3号接头38之间的长度增加，由于一号绳索35长度不变，所以一号绳索35通过三号滑轮39带动三节臂36向二节臂33内滑动缩回，从而实现二节臂33与三节臂36的同步缩回。

Claims (3)

1.一种水果采摘装置，其特征在于：其主要包括收集小车(1)、采摘机构(2)、伸缩机构(3)、输送机构(4)组成；剪切外壳(5)左端内部与左刀片(6)滑动连接，所述左刀片(6)与左滑动轴(7)固联，所述左滑动轴(7)与左剪切连接杆(8)滑动连接，所述左剪切连接杆(8)底部与外桶连接平台(9)铰接；所述左剪切连接杆(8)中部与连杆(10)铰接，所述连杆(10)与右剪切连接杆(11)铰接，所述右剪切连接杆(11)与剪切电机(12)固联，所述右剪切连接杆(11)与右滑动轴(13)滑动连接，右刀片(14)与所述右滑动轴(13)固联，所述剪切外壳(5)右端内部与所述右刀片(14)滑动连接，所述剪切电机(12)与所述外桶连接平台(9)固联；所述左剪切连接杆(8)、连杆(10)、右剪切连接杆(11)、剪切电机(12)为两对，相对于外桶(15)呈中心对称分布；

外桶(15)顶部与剪切外壳(5)固联，所述外桶(15)中部与外桶旋转座(16)固联，滚轮(17)在所述外桶旋转座(16)滚动连接，所述滚轮(17)与内桶旋转座(18)滚动连接，所述内桶旋转座(18)与内桶(19)固联；所述外桶(15)底部与转动电机(20)固联，所述转动电机(20)通过键与摩擦轮(21)固联；夹紧电机(22)与所述内桶(19)底部固联，所述夹紧电机(22)通过键连接与夹紧垂直方向杆(23)固联，所述夹紧垂直方向杆(23)与夹紧调整杆(24)铰接，所述夹紧调整杆(24)与夹紧固定装置(25)固联，所述夹紧电机(22)、夹紧垂直方向杆(23)、夹紧调整杆(24)、夹紧固定装置(25)为两对，呈对称分布。

2.根据权利要求书1所述的一种水果采摘装置，其特征在于所述伸缩机构(3)由电机机座(26)、电机(27)、联轴器(28)、丝杆(29)、一节臂(30)、一号滑轮(31)、二号滑轮(32)、二节臂(33)、丝套(34)、一号绳索(35)、三节臂(36)、一节臂1号接头(37)、一节臂3号接头(38)、三号滑轮(39)、四号滑轮(40)、五号滑轮(41)、一节臂2号接头(42)、一节臂4号接头(43)、三节臂1号接头(44)、三节臂2号接头(45)、二号绳索(46)、三号绳索(47)、六号滑轮(48)、七号滑轮(49)构成，所述电机(27)与电机机座(26)固联，所述电机(27)输出轴通过联轴器(28)与丝杆(29)键连接，所述电机机座(26)与一节臂(30)固联，所述一节臂(30)通过轴承支撑丝杆(29)、所述丝杆(29)与丝套(34)螺旋连接，所述丝套(34)与二节臂(33)固联，所述一节臂(30)与二节臂(33)滑动接触，所述二节臂(33)与三节臂(36)滑动接触，所述六号滑轮(48)、七号滑轮(49)与一节臂(30)铰接，所述一号滑轮(31)、二号滑轮(32)、四号滑轮(40)、五号滑轮(41)与二节臂(33)铰接，所述三号滑轮(39)与三节臂(36)铰接，所述一号绳索(35)与一节臂1号接头(37)、一节臂3号接头(38)固联，所述一号绳索(35)与一号滑轮(31)、二号滑轮(32)、三号滑轮(39)滑动连接；所述二号绳索(46)与一节臂4号接头(43)固联，所述二号绳索(46)与三节臂1号接头(44)固联，所述二号绳索(46)与五号滑轮(41)、六号滑轮(48)滑动连接；所述三号绳索(47)与一节臂2号接头(42)固联，所述三号绳索(47)与三节臂2号接头(45)固联，所述三号绳索(47)与四号滑轮(40)、七号滑轮(49)滑动连接。

3.根据权利要求书1所述的一种水果采摘装置，其特征在于所述输送机构由连接装置、输送装置和减速装置构成，卡头(50)与头部硬输送管(51)固联，所述头部硬输送管(51)与软输送管(52)固联，所述软输送管(52)与减速片(53)固联，所述软输送管(52)与尾部硬输送管(54)固联。