CN109906760A - 一种凤梨科植物果实采摘装置、方法及应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种凤梨科植物果实采摘装置、方法及应用，包括车体、夹持支撑架、夹持机构、剪切机构和收集箱，所述车体连接竖杆，所述竖杆的垂直高度高于菠萝植株的平均高度，所述竖杆连接机械手支撑架，所述机械手支撑架连接夹持机构，所述剪切机构设于所述夹持机构的底侧，所述收集箱连接于车体，所述收集箱设有漏斗状件；所述夹持支撑架能够沿着所述竖杆在Z方向往复运动，所述夹持机构能够在所述夹持支撑架所在的平面沿X方向移动，所述漏斗状件能够在所述收集箱所在的平面沿Y方向移动。

Description

一种凤梨科植物果实采摘装置、方法及应用

技术领域

本发明涉及水果采摘领域，具体的，涉及一种凤梨科植物果实采摘装置、方法及应用。

背景技术

随着人们生活水平的提高和对热带水果的热爱,菠萝产业得到了较好的发展,菠萝种植面积有所提高。菠萝采摘季节性较强,只有半个月左右的收获的高峰期。目前除了少数果园配备半机械化辅助装置,国内水果主要以人工采收为主；整个采收作业短期内需要的人力,占到了整个菠萝生产成本的40％。在劳动力日益缺乏的情况下,菠萝农户希望能够通过机械化管理改变现状。发明人认为，研究开发菠萝采收机械与装备,对应缓解劳动力短缺,稳定采摘作业质量,减轻劳动强度,提高采摘生产效率和菠萝收获输送效率有重要意义,是未来发展的趋势。

在一些公开的技术文献中，公开了自动式菠萝采收机，其包括自动行走装置、自动伸缩机构和自动采摘机构。自动行走装置保障机器能在田间不同区域作业，自动伸缩机构用于辅助完成菠萝的采收工作，自动采摘机构用于完成菠萝的采摘和抓取，整个作业过程的自动化程度高。发明人认为，其采用自动伸缩机构控制自动采摘机构进行采摘，但是其实际上公开的自动伸缩机构在田间的复杂环境中有可能出现故障；并且现有的采摘机构不能直接完成装箱操作。

发明内容

针对现有缺乏自动化菠萝采摘机器，以及现有的自动化菠萝采摘机器人存在的不适用于具体生产环境的不足，本发明旨在提供一种凤梨科植物果实采摘装置及方法，本发明公开的凤梨科植物果实采摘装置及方法能够适用于我国广大种植菠萝的地区的自然环境。

本发明的第一目的，是提供一种凤梨科植物果实采摘装置。

本发明的第二目的，是提供一种凤梨科植物果实采摘方法。

本发明的第三目的，是提供一种凤梨科植物果实采摘装置的应用。

为实现上述发明目的，本发明公开了下述技术方案：

首先，本发明公开一种凤梨科植物果实采摘装置，包括车体、夹持支撑架、夹持机构、剪切机构和收集箱，所述车体连接竖杆，所述竖杆的垂直高度高于菠萝植株的平均高度，所述竖杆连接机械手支撑架，所述机械手支撑架连接夹持机构，所述剪切机构设于所述夹持机构的底侧，所述收集箱连接于车体，所述收集箱设有漏斗状件；

所述夹持支撑架能够沿着所述竖杆在Z方向往复运动，所述夹持机构能够在所述夹持支撑架所在的平面沿X方向移动，所述漏斗状件能够在所述收集箱所在的平面沿X和Y方向移动。

本发明的工作原理可以概括如下，所述夹持支撑架能够沿着竖杆在Z方向往复运动，所述夹持机构能够在X方向往复运动，配合驾驶车体，能够对果实进行空间定位，方便夹持机构对果实进行夹取，夹取之后使用剪切机构剪切果实茎秆，之后将果实摘取下来；为了方便果实的最终装箱，所述漏斗形件能够在收集箱内移动，以便于采摘之后的果实至今装进箱子里并定位。

其次，一种凤梨科植物果实采摘方法，其特征在于，包括以下步骤：

控制车体行驶至两排待采摘凤梨科植物中间的空道；

控制器控制垂直驱动器转动，夹持支撑架移动，夹持支撑架上第一X向运动滑轨控制夹持机构移动至一侧凤梨上方，第一夹板和第二夹板张开，夹持支撑架下移，使两个夹板罩住凤梨科植物果实；然后两个夹板夹住凤梨科植物果实；同时，夹板下方剪切机构工作，切割凤梨科植物果实茎杆，夹持支撑架上移，摘下凤梨科植物果实；

控制器通过第五电机控制夹持机构沿着X向运动轨道运动，夹持支撑加控制夹持机构的沿丝杠运动，确定夹持机构的位于漏斗形件正上方后，第二液压杆伸长，使夹板张开放下凤梨科植物果实。

再次，本发明还公开了一种凤梨科植物果实采摘装置的应用，具体应用于菠萝的采摘。

与现有技术相比，本发明取得了以下有益效果：

(1)本发明公开的采摘装置，自动装箱，合理的收集装置，极大的提高了凤梨科植物果实的采摘的效率，保证了菠萝的品质，降低了菠萝采摘的劳动强度。

(2)本发明所公开的采摘装置，利用漏斗形件进行针对采摘完成后的果实的排列，能够大量节省传统人工采摘中进行二次包装的时间；

(3)本发明所公开的采摘装置，结构相对简单，对维修要求低，故障率低。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1为实施例1立视图，

图2为实施例1侧视图。

图中，1.丝杠，2.夹持支撑架，3.X向运动轨道，401.第二液压杆，402.夹板，403.夹持杆，404.固定支撑杆，501.漏斗形件，502.漏斗固定件，503.收集箱，601.驱动电机，602.第一驱动轴，603.第二驱动轴，604.驱动锥齿轮，701.方向盘，702.竖直转向轴，703.水平转向轴，705.转向齿轮齿条机构，708.前轮主轴，8、垂直驱动器，9、连接件，10、长条形板。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

正如背景技术所述，针对现有缺乏自动化菠萝采摘机器，以及现有的自动化菠萝采摘机器人存在的不适用于具体生产环境的不足，本发明旨在提供一种凤梨科植物果实采摘装置及方法，本发明公开的凤梨科植物果实采摘装置及方法能够适用于我国广大种植菠萝的地区的自然环境。

现结合附图和具体实施方式对本发明进一步进行说明。

实施例1

实施例1公开了一种凤梨科植物果实采摘装置，包括车体、夹持支撑架2、夹持机构、剪切机构和收集箱503，所述车体连接竖杆，所述竖杆的垂直高度高于菠萝植株的平均高度，所述竖杆连接机械手支撑架，所述机械手支撑架连接夹持机构，所述剪切机构设于所述夹持机构的底侧，所述收集箱503连接于车体，所述收集箱503设有漏斗状件；

所述夹持支撑架2能够沿着所述竖杆在Z方向往复运动，所述夹持机构能够在所述夹持支撑架2所在的平面沿X方向移动，所述漏斗状件能够在所述收集箱503所在的平面沿X和Y方向移动。

在本实施例中，请参考图1，所述车体具体包括发动机、底盘、车身以及相关电器，底盘由传动系、行驶系、转向系和制动系四部分组成，所述车身四角分别焊接四个丝杠1，丝杠1的周侧还设有用于辅助固定丝杠1的长条形板10，所述长条形板10底端焊接于车身，顶部弯折90°，以便于丝杠1穿过，所述长条形板10的顶部弯折90°形成丝杠1固定部，丝杠1固定部设有圆孔，以便于丝杠1穿过；所述机夹持支撑架2呈矩形框形，所述夹持支撑架2的四角间接连接四个丝杠1。

优选的，所述支撑架采用钢构架。

优选的，所述圆孔与丝杠1之间通过轴承连接，所述丝杠1的顶端连接垂直驱动器8的驱动轴，所述丝杠1在垂直驱动器8的驱动下可转动。

进一步，所述夹持机构包括第一夹板和第二夹板，所述第一夹板和第二夹板连接驱动器，所述第一夹板和第二夹板能够相向或背向运动。

在本实施例中，所述夹持机构由夹持驱动机构连接并驱动，夹持驱动机构包括两个对称水平固定于夹持驱动机构支撑板上的液压杆，所述两个液压杆的杆端分别连接两个夹持杆403的一端，所述两个夹持杆403交叉分布，夹持杆403下部与夹板402上部之间预留有足够的空间，避免了菠萝果实上枝叶遭受破坏，两个夹持杆403的另一端分别固定第一夹板和第二夹板；夹板402顶端的两侧可转动的与固定支撑杆404连接，所述固定支撑杆404固定于夹持驱动机构支撑板上，所述固定支撑杆404用于对夹板402进行支撑限位作用，使夹板402只具有一个旋转的自由度。

优选的，所述第一夹板和第二夹板的形状均为与菠萝外形相匹配的圆弧型，所述夹板402上具有多个通孔，用于减轻夹板402的重量。

进一步，所述剪切机构包括剪切刀，所述剪切刀连接剪切动力源。

在本实施例中，剪切机构可以选择电动果枝剪刀，此为现有技术中常用手段，不再赘述。

进一步，所述车体的驱动方式为后轮驱动，后轮驱动器连接并驱动后轮；

所述车体还设有转向机构，所述转向机构实现前轮转向。

在本实施例中，所述车体的行驶系包括车架、车桥和车轮，所述车架的底部设有车桥，所述车桥通过悬架与车架连接，本实施例中共设有2个车桥，根据习惯分别成为前车桥和后车桥；

所述车体的传动系包括第一传动轴和第二传动轴，车架的前端放置驱动电机601，驱动电机601通过皮带与车体下方第一驱动轴602相连，第一驱动轴602通过驱动锥齿轮604与第二驱动轴603相连，第二驱动轴603连接后车桥进而实现后轮驱动；

所述车体的转向系包括转向方向盘701，转向方向盘701连接竖直转向轴702，竖直转向轴702通过转向锥齿轮连接水平转向轴703，水平转向轴703通过转向齿轮与转向齿条相啮合，通过转向齿条的水平移动驱动转向横拉杆拉动前轮发生偏转，实现前轮转向。

制动系为普通的脚制动系，此处不再赘述。

进一步，所述夹持支撑架2通过连接件9连接丝杠1，所述连接件9包括齿条，齿条通过丝杠1滑块连接于所述丝杠1；所述夹持支撑架2通过齿轮连接所述齿条，以实现所述夹持支撑架2沿齿条移动。所述丝杠1滑块包括一通孔，所述通孔内侧设有与丝杠1的外螺纹相配合的内螺纹，所述丝杠1滑块外侧通过杆件连接框状的夹持支撑架2的边角。

当4个丝杠1同时向同一方向旋转的时候，由于丝杠1传动，以及在丝杠1的径向方向所述丝杠1滑块具有约束，因此所述的丝杠1滑块能够将丝杠1的转动转化为在垂直方向的直线运动，进而带动夹持支撑架2在垂直方向运动。

进一步，4个丝杠1均连接垂直驱动器8，所述垂直驱动器8能够驱动所述丝杠1滑块沿所述丝杠1往复运动。

在本实施例中，为了实现所述夹持支撑架2的平稳运转，4个丝杠1需要同时转动，因此，4个丝杠1所连接的垂直驱动器8均采用步进电机，分别为第一～第四电机，4个步进电机均连接同一控制器，便于控制器同时控制4个步进电机同时启动/关闭/调速。

进一步，所述夹持支撑架2的中间部设有X向运动轨道3，X向运动轨道3焊接或采用螺栓连接所述夹持支撑架2，所述X向运动轨道3的底端焊接第一轨道齿条，所述夹持机构通过第一齿轮与所述第一轨道齿条啮合，所述第一齿轮连接第五电机，所述第五电机连接控制器；为了便于固定所述夹持机构，所述夹持机构的夹持驱动机构支撑板顶端设有倒U形件，倒U形件套于所述X向运动轨道3。

进一步，所述车体还设有用于接受果实的盒体，所述盒体固定于车体底面；所述盒体内设有漏斗形件，所述漏斗形件能够在盒体内运动。

优选的，所述X向运动轨道3的长度大于所述夹取支撑架的宽度，以便于采摘两侧的凤梨果实。

实施例2

实施例2公开了一种凤梨科植物果实采摘，使用如实施例1所公开的装置，包括如下步骤：

步骤1：控制车体行驶至两排待采摘菠萝中间的空道；

步骤2：控制器控制第一～第四电机向同一方向转动，夹持支撑架2移动到合适高度，夹持支撑架2上第一X向运动滑轨控制夹持机构移动至一侧菠萝上方，液压杆伸长，使第一夹板和第二夹板张开，夹持支撑架2下移，使两个夹板402罩住菠萝，第二液压杆401回缩，两个夹板402夹住菠萝，同时，夹板402下方剪切机构工作，切割菠萝茎杆，夹持支撑架2上移，摘下菠萝；

步骤3：控制器通过第五电机控制夹持机构沿着X向运动轨道3运动，夹持支撑加控制夹持机构的沿丝杠1运动，确定夹持机构的位于盒体正上方后，第二液压杆401伸长，使夹板402张开放下菠萝，

同时由漏斗形件选择电机通过钢丝牵动绕过8字固定件控制的漏斗形件下方口，移至左端或右端收集箱503对应位置，保证菠萝平稳顺利收集，在菠萝进入收集箱503后，第二电机驱动第二水平移动副移动调整收集箱503与收集漏斗形件相对位置，保证菠萝顺序摆放，并在收集箱503满时，收集电机驱动下将收集箱503由车体后部移出。车体另一侧的菠萝采用上述相同的步骤进行采摘。

实施例3

实施例1所示的凤梨科植物果实采摘装置在菠萝采摘领域的应用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种凤梨科植物果实采摘装置，其特征在于，包括车体、夹持支撑架、夹持机构、剪切机构和收集箱，所述车体连接竖杆，所述竖杆的垂直高度高于菠萝植株的平均高度，所述竖杆连接机械手支撑架，所述机械手支撑架连接夹持机构，所述剪切机构设于所述夹持机构的底侧，所述收集箱连接于车体，所述收集箱设有漏斗状件；

所述夹持支撑架能够沿着所述竖杆在Z方向往复运动，所述夹持机构能够在所述夹持支撑架所在的平面沿X方向移动，所述漏斗状件能够在所述收集箱所在的平面沿X和Y方向移动。

2.如权利要求1所述的凤梨科植物果实采摘装置，其特征在于，所述夹持机构包括第一夹板和第二夹板，所述第一夹板和第二夹板连接驱动器，所述第一夹板和第二夹板能够相向或背向运动。

3.如权利要求1所述的凤梨科植物果实采摘装置，其特征在于：所述漏斗状件连接第二电机，所述第二电机连接控制器。

4.如权利要求1所述的凤梨科植物果实采摘装置，其特征在于：所述夹持支撑架呈框状。

5.如权利要求1所述的凤梨科植物果实采摘装置，其特征在于：所述竖杆包括多根，所述竖杆为丝杠，丝杠通过连接件与夹持支撑架相连，进而实现夹持支撑架在Z方向的往复运动。

6.如权利要求5所述的凤梨科植物果实采摘装置，其特征在于：所述连接件包括丝杠滑块，所述丝杠滑块螺纹连接丝杠，所述丝杠连接垂直驱动器，所述垂直驱动器连接控制器，所述垂直驱动器能够驱动所述丝杠滑块沿所述丝杠往复运动。

7.如权利要求1所述的凤梨科植物果实采摘装置，其特征在于：所述夹持支撑架设有X向运动轨道，所述夹持机构连接于所述X向运动轨道，所述夹持机构能够沿着所述X向运动轨道往复运动。

8.如权利要求7所述的凤梨科植物果实采摘装置，其特征在于：所述X向运动轨道包括第一轨道齿条，所述夹持机构设有第一齿轮，所述第一齿轮啮合于所述第一轨道齿条，所述齿轮连接第五电机，所述第五电机连接控制器。

9.如权利要求1～8任意一项所述的一种凤梨科植物果实采摘方法，其特征在于，包括以下步骤：

控制车体行驶至两排待采摘凤梨科植物中间的空道；

控制器控制垂直驱动器转动，夹持支撑架移动，夹持支撑架上第一X向运动滑轨控制夹持机构移动至一侧凤梨上方，第一夹板和第二夹板张开，夹持支撑架下移，使两个夹板罩住凤梨科植物果实；然后两个夹板夹住凤梨科植物果实；同时，夹板下方剪切机构工作，切割凤梨科植物果实茎杆，夹持支撑架上移，摘下凤梨科植物果实；

控制器通过第五电机控制夹持机构沿着X向运动轨道运动，夹持支撑加控制夹持机构的沿丝杠运动，确定夹持机构的位于漏斗形件正上方后，第二液压杆伸长，使夹板张开放下凤梨科植物果实。

10.如权利要求1～8任意一项所述的凤梨科植物果实采摘装置在菠萝采摘领域的应用。