CN109937702A - 自动式水果采摘器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动式水果采摘器，包括穿戴装置、采摘装置和输送装置。穿戴装置与人体腰部和肩部适配，减轻了人手臂负重；采摘装置包括握持杆、剪刀、微触开关、控制系统、控制拉绳。剪刀位于握持杆上端，微触开关位于剪刀两刀刃中间，并与控制系统连接。控制拉绳两端分别与剪刀、控制系统连接。人手移动握持杆靠近水果，水果柄触碰微触开关时，控制系统带动控制拉绳拉紧剪刀采摘水果。输送装置与握持杆连接，包括管道伸缩器、输送管道。控制拉绳带动剪刀转动时，管道伸缩器自动伸缩，实现布料管段管口的变化，管道收缩减少了输送管道移动时与树枝间的碰撞。自动采摘方式和管道伸缩器的设置使采摘器更加灵活便捷。

Description

自动式水果采摘器

技术领域

本发明涉及农用工具技术领域，具体地，涉及一种水果采摘设备。

背景技术

在水果采摘过程中，人工采摘高处水果经常需要借助梯子，因此水果采摘作业不仅消耗时间长，劳动强度大，而且是一项具有危险性的劳动作业，因此实现水果采摘的机械化变得越来越迫切。

目前国内外已研发出多种水果采摘机器。大型采摘机器，比如德国机械化采摘苹果，对果树进行摇晃震荡。也有大型机械辅助人工采摘设备，采用升降机将人送至不同高度进行采摘。这些设备虽然效率很高，但往往制造成本和维修成本较高，有很多应用限制。

对于小型采摘器，比较常见的是在握持杆下端设置手闸，控制握持杆上端剪刀进行采摘，这种采摘方式人手负担较重，在承受采摘器重力的同时还需要紧握手闸，剪断树枝。一些采摘器通过对水果拉拽进行采摘，这种采摘方式往往由于结构设置的不合理性使采摘较为费力，且会对树枝造成一定损伤。对于输送装置，比较常见的是剪刀剪下水果后落入网兜中，网兜放满后再把水果放到地上，但随着网兜中水果的增多，人的负重也不断增加，大大降低采摘效率。有些采摘器采用输送管道代替网兜，使水果直接落到地上，但这些输送管道往往不能收缩，占用空间较大，采摘器在移动过程中易与树枝钩挂或者挤压碰撞，且树枝密集处的水果不易采摘，大大降低了采摘器移动的灵活性和移动范围。

发明内容

本发明的目的在于：针对现有机械采摘装置存在的上述缺点，提供一种自动式水果采摘器。该采摘器通过机械与电相结合的方式简化采摘部分的机械结构，不需要人力采摘，操作简单，效率较高。同时设计一种输送管道可伸缩装置，管道收缩后采摘器在树枝间移动更灵活。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种自动式水果采摘器，包括穿戴装置、采摘装置和输送装置。穿戴装置包括腰带、肩带、万向铰链、缓冲器；采摘装置由握持杆、剪刀、弹簧一、固定板、微动开关、控制拉绳、舵机臂、舵机、控制盒连接组成，其中剪刀位于握持杆顶端，微动开关位于剪刀两刀刃中间，并与控制盒相连；输送装置包括管道伸缩器、输送管道。人手持握持杆靠近水果，当水果柄触碰剪刀处的微动开关时，控制盒控制舵机转动，舵机臂拉动控制拉绳，控制拉绳拉动剪刀剪切水果柄，此时剪刀的转动带动管道伸缩器伸张，输送管道伸展开，实现水果的输送和缓冲。水果掉落之后，控制盒控制舵机复位，舵机臂复位，剪刀在弹簧一弹力作用下自动复位，管道伸缩器也在剪刀的拉动下呈收缩状态。管道的收缩有效的减少了采摘器在移动过程中与树枝的碰撞，有效的增加了采摘器的移动范围，提高了采摘器的灵活性。同时腰带和肩带的设计有效地减轻了手臂负重，自动采摘的设计使采摘过程更加简便省力。

作为优选方案，缓冲器由缓冲架、四个扇形叶片、四个压缩弹簧组成。其中四个扇形叶片圆周端固定在缓冲架上，四个弹簧两端分别固定在缓冲架和扇形叶片中部，起支撑作用。当水果掉落在缓冲器上，水果的速度和重力使压缩弹簧压缩，缓冲口逐渐扩大，使水果掉落，水果掉落后，扇形叶片在压缩弹簧弹力作用下复位，缓冲口缩小。

作为优选方案，剪刀位于握持杆上端，微动开关位于剪刀两刀刃中间底部，微动开关两端通过控制线路分别连接到控制盒输入端和控制系统接地端。刀片一通过固定板与握持杆固定连接，刀片二与控制拉绳、弹簧一连接，可自由转动。弹簧一两端分别固定在刀片二和固定板上，随刀片二的转动压缩或伸长。

作为优选方案，控制盒由电池、单片机以及转化板组成。转化板对控制盒内电路进行转接。单片机输入端(输出端)即控制盒输入端(输出端)。单片机输出端与舵机信号线连接，舵机与舵机臂连接，舵机臂与控制拉绳连接，控制拉绳与刀片二连接，从而实现单片机对刀片二的转动控制。

作为优选方案，所述输送装置从上到下由布料管段、可伸缩管段连接组成。布料管段通过管道伸缩器与握持杆连接，并在上管口设有管道伸缩器，下管口与可伸缩管段上管口相接。可伸缩管段下管口与穿戴装置中的缓冲器相接，从而降低水果掉落速度，减轻水果损伤。

作为优选方案，管道伸缩器位于布料管段上管口，控制管口大小，与握持杆相连接。管道伸缩器由布料管上管口外层、布料管上管口内层、压缩弹簧、弹簧拉绳、固定架一、固定架二组成。压缩弹簧为圆形弹簧，位于可伸缩管管口位置两夹层中间。固定架一，固定架二固定于压缩弹簧两端。弹簧拉绳穿过压缩弹簧中心，一端固定于固定架一，另一端固定于刀片二。当控制拉绳带动剪刀剪下水果时，刀片二转动，带动弹簧拉绳下移，弹簧拉绳在管道伸缩器外部长度缩短，内部长度增加，在压缩弹簧的弹力作用下，管道伸缩器伸张，布料管段管口张开，实现水果的输送；当刀片二复位时，弹簧拉绳上移，压缩弹簧受到固定架一的压缩，布料管口缩小，减少了采摘器移动时与树枝的碰撞，扩大了采摘器的移动范围，增加了采摘器移动的灵活性。

作为优选方案，当水果剪下后，控制盒中单片机控制舵机复位，舵机臂带动控制拉绳，控制拉绳带动刀片二复位，刀片二带动弹簧拉绳上移，弹簧拉绳在管道伸缩器外部长度伸长，内部长度缩短，由于弹簧一弹性系数大于压缩弹簧弹性系数，压缩弹簧压缩，管道伸缩器收缩，布料管段管口闭合，管道伸缩器恢复为缩紧状态，从而避免了输送管道与树枝间的挤压碰撞，方便水果采摘器在树枝间的移动。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.尺寸较小，成本较低，操作简单，移动灵活；

2.将果柄触碰微触开关作为控制信号，无需安装摄像头或传感器，简单有效；

3.采用机电结合的方式采摘，电路自动控制剪刀的闭合与张开，操作简单，降低了劳动强度；

4.设置运输管道伸缩器，当采摘器未采摘水果时，水果运输管道处于收缩状态，使采摘器移动更灵活；

5.穿戴装置的设计有效的减轻了人的手臂负重，将部分负重转移到腰部和肩部，使人体负重更均衡。

附图说明

图1是本实施例的结构示意图。

图2是穿戴装置的结构示意图

图3是采摘装置的结构示意图

图4是输送装置的结构示意图

图5是缓冲器俯视图

图6是缓冲器侧视图

图7是管道伸缩器结构示意图

图8是本实施例的电路示意图

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及其优点更加清楚，以下结合附图及实施例，对本发明进一步解释说明。此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本实施例公开了一种自动式水果采摘器，如图1所示，包括穿戴装置(Ⅰ)、采摘装置(Ⅱ)、输送装置(Ⅲ)。如图2所示，穿戴装置(Ⅰ)包括腰带(11)、肩带(12)、万向铰链(13)、缓冲器(14)。如图3所示，采摘装置(Ⅱ)包括控制部分(21)、剪切部分(23)和握持杆(22)。采摘装置控制部分(21)包括控制盒(211)、舵机控制线(212)、舵机(213)、舵机臂(214)、控制拉绳(215)，其中控制盒(211)结构如图8所示，包括单片机(2111)、电池(2112)、以及转化板(2113)。采摘装置剪切部分(23)包括剪刀(236)、微动开关(233)、信号传输线(238)、弹簧一(231)、固定板(237)、固定架孔(236)、固定轨道(232)，其中剪刀刀片分为刀片一(234)、刀片二(235)。如图4所示，输送装置(Ⅲ)包括管道伸缩器(31)，布料管段(32)、可伸缩管段(33)。如图5、6所示，缓冲器(14)由缓冲架(141)、扇形叶片(142)、压缩弹簧(143)组成。如图7所示，管道伸缩器(31)由布料管口内层(313)，布料管口外层(314)，弹簧二(315)、弹簧拉绳(316)、固定架一(312)、固定架二(311)组成。

具体地，如图1、2所示，握持杆(22)通过万向铰链(13)固定在穿戴装置(Ⅰ)上，输送装置(Ⅲ)与穿戴装置(Ⅰ)上的缓冲器(14)连接，将采摘器重量部分转移到腰部和肩部，减轻手臂负重。

如图3所示，采摘装置控制部分(21)中，控制盒(211)通过舵机控制线(212)与舵机(213)连接，并进行控制。舵机(213)输出端与舵机臂(214)连接，并带动其转动。控制拉绳(215)固定于舵机臂(214)上，在舵机臂(214)的牵动下上下移动。

如图3所示，采摘装置剪切部分(22)中，微动开关(233)固定在固定板(237)上，位于剪刀(236)剪口处，并通过信号传输线(238)对控制盒(211)进行信号反馈。剪刀刀片一(234)固定于固定板(237)上，刀片二(235)为活动端，同时与控制拉绳(215)、弹簧一(231)、弹簧拉绳(316)连接，弹簧一(231)两端分别与固定板(237)和刀片二(235)连接。当控制拉绳(215)拉动刀片二(235)使剪刀(236)闭合时，弹簧一(231)被压缩，弹簧拉绳(316)下移；当舵机(213)复位时，控制拉绳(215)对刀片二(235)不再施加拉力，刀片二(235)在弹簧一(231)的弹力作用下复位，弹簧一(231)恢复自然长度，弹簧拉绳(316)上移。

如图1、4所示，管道伸缩器(31)固定在采摘装置固定板(237)上，位于布料管段(32)管口，控制管口的大小。布料管段(32)与可伸缩管段(33)连接，可伸缩管段(33)与穿戴装置(Ⅰ)上的缓冲器(14)连接。当水果被剪下时，管道伸缩器(31)自动伸张，布料管口扩大，水果顺着管道落下，在缓冲器(14)处进行速度缓冲。

如图2、5、6所示，缓冲器(14)固定在穿戴装置(Ⅰ)上，扇形叶片(142)固定在缓冲架(141)上，压缩弹簧(143)两端分别连接在缓冲架(141)和扇形叶片(142)上。当水果掉落在缓冲器(14)上，水果的速度和重力使压缩弹簧(143)压缩，缓冲口逐渐扩大，使水果掉落，水果掉落后扇形叶片(142)在压缩弹簧(143)弹力作用下复位，缓冲口缩小。

如图7所示，布料管口初始状态为收缩状态，弹簧二(315)为圆形弹簧，初始状态为压缩状态。弹簧二(315)位于布料管口两层中间，弹簧二(315)一端固定于固定架一(312)，另一端固定于固定架二(311)。弹簧拉绳(316)穿过弹簧二(315)中心，一端固定于固定架一(312)，另一端穿过固定架二(311)固定于刀片二(235)，由于弹簧二(315)的弹性系数小于弹簧一(231)的弹性系数，因此刀片二(235)不会因弹簧二(315)的弹力作用而转动。当控制盒(211)控制刀片二(235)转动，剪刀(236)闭合时，刀片二(235)带动弹簧拉绳(316)下移，弹簧拉绳(316)在固定架二(311)外部长度缩短，内部长度增长，在弹簧二(315)的弹力作用下，布料管口扩张，使剪下的水果顺利进入输送管道。

如图8所示，在本装置的电路系统中，电池(2112)通过转化板(2113)对单片机(2111)和舵机(213)进行供电。微动开关两端通过信号传输线(238)分别与单片机输入端和电路接地端连接，对单片机(2111)进行信号传递。单片机输出端通过舵机控制线(212)与舵机(213)进行连接，对舵机(213)进行控制。

本实施例的工作过程为：

1.工作人员佩戴穿戴装置(Ⅰ)，手持握持杆(22)靠近果树。由于握持杆(22)通过万向铰链(13)与穿戴装置(Ⅰ)连接，且输送装置(Ⅲ)设有可伸缩管段(33)，因此握持杆(22)可以任意方向转动。人手控制握持杆(22)，使采摘装置剪切部分(23)靠近水果。

2.剪刀(236)初始状态状态为张开状态，当水果柄触碰剪切部分的微动开关(233)时，微动开关(233)闭合，由于微动开关(233)通过信号传输线(238)与控制盒(211)中的单片机(2111)输入端相接，单片机(2111)接收到微动开关(233)闭合的信号，对舵机(213)发出顺时针旋转指令。舵机(213)转动带动舵机臂(214)顺时针转动，与舵机臂(214)相连的控制拉绳(215)下移，从而拉动刀片二(235)转动，剪刀(236)闭合，剪下水果柄，此时与刀片二(235)连接的弹簧一(231)被压缩。

3.布料管段(32)管口初始状态为缩紧状态，当刀片二(235)转动，水果被剪下的同时，与刀片二(235)相连的弹簧拉绳(316)下移，弹簧拉绳(316)位于固定架二(311)外部的长度缩短，管道伸缩器(31)内部的弹簧拉绳(316)长度增长，在弹簧二(315)弹力作用下，管道伸缩器(31)带动布料管口伸张，水果从布料管口落入输送装置(Ⅲ)。

4.水果被剪下后，控制盒(211)停滞0.2秒，待水果落入可伸缩管段(33)后，控制盒(211)再次对舵机(213)发出指令，控制舵机(213)复位，舵机臂(214)拉动控制拉绳(215)上移，控制拉绳(215)对刀片二(235)的拉力消失，刀片二(235)在弹簧一(231)的弹力作用下复位，剪刀(236)恢复张开状态。在刀片二(235)的带动下，弹簧拉绳(316)上移，管道伸缩器(31)收缩，布料管段(32)呈收缩状态。

5.水果落入可伸缩管段(33)后，经过腰部的缓冲器(14)进行速度缓冲，水果由于本身的速度和重力对缓冲器(14)中的扇形叶片(142)挤压，与之相连的压缩弹簧(143)受力压缩，水果的速度由于压缩弹簧(143)的阻力作用而逐渐降低，缓冲口逐渐增大，水果经减速后以较低速度落到地上，扇形叶片(142)也在压缩弹簧(143)的弹力作用下恢复原位。

Claims (3)

1.一种自动式水果采摘器，包括：采摘装置，输送装置，穿戴装置；其特征在于，

所述采摘装置包括握持杆、剪刀、弹簧一、固定板、微触开关、控制线路、控制盒、舵机、舵机臂、控制拉绳，其中控制盒包括电池、单片机以及控制电路，剪刀位于握持杆上端，包括刀片一和刀片二，微触开关位于剪刀两片刀刃中间，并通过控制线路与控制盒输入端连接，刀片一固定在固定板上，刀片二为活动端，同时与控制拉绳、弹簧一连接，弹簧一两端分别与刀片二和固定板连接，控制拉绳一端与刀片二连接，另一端与控制盒输出端连接，通过人手移动握持杆靠近水果，当水果柄触碰剪刀中间的微触开关时，控制盒带动舵机进而带动控制拉绳下拉刀片二，剪刀闭合，从而实现水果的自动采摘，此时弹簧一被压缩，控制盒再次控制舵机复位，刀片二在弹簧一的弹力作用下复位；

所述输送装置包括管道伸缩器、输送管道，其中管道伸缩器位于输送管道管口，由管道外层、管道内层、弹簧二、弹簧拉绳、固定架一、固定架二组成，弹簧二为圆形弹簧，位于输送管道管口内外层之间，弹簧二两端与固定架一、固定架二固定连接，弹簧拉绳一端固定于固定架一，穿过弹簧二中心和固定架二，另一端固定于刀片二，通过刀片二的转动来控制弹簧拉绳在固定架二外部长度的变化，同时引起弹簧二的伸张或收缩，进而实现输送管口的伸张收缩；

所述穿戴装置包括腰带、肩带、万向铰链、缓冲器，腰带、肩带用于与人体的腰部和肩部适配，将部分负重转移到腰部和肩部，使人体负担更均衡；万向铰链用于连接穿戴装置与握持杆；缓冲器与水果输送管道连接，对水果的运输进行缓冲。

2.根据权利要求1所述的自动式水果采摘器，其特征在于，所述输送装置中的输送管道从上往下由布料管段、可伸缩管段连接组成，可伸缩管段一端与布料管段连接，另一端与穿戴装置上的缓冲器连接。

3.根据权利要求1所述的自动式水果采摘器，其特征在于，所述穿戴装置中的缓冲器由短圆柱形缓冲架、四个扇形叶片、四个压缩弹簧组成，其中四个扇形叶片固定在缓冲架上，四个压缩弹簧的两端分别连接在四个扇形叶片和圆柱形缓冲架上。