CN109952859B - 旋拧式菠萝采摘装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋拧式菠萝采摘装置，包括摆动电机、夹持机构和采摘头，采摘头包括底座和弧形的滑道，夹持机构包括双面齿条；滑道的尾端设有与滑道垂直的直线滑槽，底座设于所述滑道内，滑槽中设有双面齿条；曲柄和连杆与双面齿条共同组成曲柄滑块机构；夹持机构包括一对夹子，双面齿条的两侧分别啮合有齿轮，齿轮与齿轮杆上的齿轮结构啮合，每个齿轮杆分别与一个夹子的后端铰接。夹子的中后部与摆杆的一端铰接，摆杆的另一端与底座铰接，齿轮杆、摆杆、夹子构成两个双摇杆机构。采用一个驱动装置同时实现夹紧与旋拧采摘的功能，具有高效节能、精准采摘以及对枝叶的损伤小的特点。

Description

旋拧式菠萝采摘装置

技术领域

本发明涉及一种菠萝采摘机械，尤其涉及一种旋拧式菠萝采摘装置。

背景技术

菠萝作为一种多年生水果，在我国的种植面积越来越大，其结构的特殊性决定其不便于一次性大面积的机械化采摘，只能分批有针对性地采摘；而且在采摘的同时还必须维持好菠萝植株的正常生长，以免影响其下一年的结果情况。目前，在菠萝采摘机械化方面的应用还比较落后，基本上还是依靠人工采摘，这就使得收割成本大幅增加，占到菠萝种植过程中的40％左右。由于菠萝叶子上有锋利的锐齿，果皮坚硬有凸起而且带有芒刺，农民在采摘菠萝时需要穿上防护服和眼罩，以防止菠萝叶割伤身体。同时，菠萝的成熟期正值夏季，这就使得农民的劳动环境更加恶劣，因此自动化采摘机械装置的研究与应用已成为必然趋势。

现有技术中，近年来国内外学者也对菠萝采摘装置做了大量研究及实际应用。

2018年广西科技大学杨小龙等的“一种菠萝采摘装置(申请号：201810907231.9)”采用套筒固定菠萝后，通过套筒下方步进电机上的刀片切断菠萝果柄实现菠萝果实的采摘。2018年华东交通大学陈齐平等的“一种便携式电动菠萝采摘器(申请号：201811077096.6)”通过固定夹的空间运动来夹紧菠萝，再旋转固定夹实现菠萝果实的采摘。

上述现有技术均将夹紧与采摘机构分开驱动，需要考虑两者之间的时序关系进行控制。

发明内容

本发明的目的是提供一种旋拧式菠萝采摘装置。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的旋拧式菠萝采摘装置，包括动力源、夹持机构和采摘头，所述动力源包括摆动电机，所述采摘头包括底座和弧形的滑道；

所述滑道的尾端设有与滑道垂直的直线滑槽，沿所述直线滑槽向滑道外侧延伸有支架，所述摆动电机固定在所述支架上，所述底座设于所述滑道内，所述底座上设有滑槽，所述滑槽中设有双面齿条，所述滑槽与直线滑槽对齐时形成所述双面齿条的整体滑动轨道；

曲柄和连杆与双面齿条共同组成曲柄滑块机构，所述曲柄一端固定安装在摆动电机的输出轴端，所述连杆的两端分别与曲柄另一端和双面齿条的后端铰接，所述双面齿条的前端与所述底座之间设有弹簧。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明实施例提供的旋拧式菠萝采摘装置，采用一个驱动装置同时实现夹紧与旋拧采摘的功能，具有高效节能、精准采摘以及对枝叶的损伤小的特点。

附图说明

图1为本发明实施例提供的旋拧式菠萝采摘装置整体结构示意图。

图2为本发明实施例提供的旋拧式菠萝采摘装置整体零件明细示意图。

图3为本发明实施例中夹持机构的局部示意图。

图4、图5分别为本发明实施例旋拧阶段的瞬时示意图。

图中，1-摆动电机、2-挡圈、3-法兰盖、4-滑道、5-沉头螺钉、6-曲柄、7-连杆、8-铰链轴、9-法兰盖、10-挡圈、11-底座、12-双面齿条、13-齿轮、14-齿轮杆、15-摆杆、16-铰链轴、17-法兰轴套、18-弹簧、19-铰链轴、20-夹子、21-直线滑槽。

具体实施方式

下面将对本发明实施例作进一步地详细描述。本发明实施例中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

本发明的旋拧式菠萝采摘装置，其较佳的具体实施方式是：

包括动力源、夹持机构和采摘头，所述动力源包括摆动电机，所述采摘头包括底座和弧形的滑道；

所述滑道的尾端设有与滑道垂直的直线滑槽，沿所述直线滑槽向滑道外侧延伸有支架，所述摆动电机固定在所述支架上，所述底座设于所述滑道内，所述底座上设有滑槽，所述滑槽中设有双面齿条，所述滑槽与直线滑槽对齐时形成所述双面齿条的整体滑动轨道；

曲柄和连杆与双面齿条共同组成曲柄滑块机构，所述曲柄一端固定安装在摆动电机的输出轴端，所述连杆的两端分别与曲柄另一端和双面齿条的后端铰接，所述双面齿条的前端与所述底座之间设有弹簧。

所述夹持机构包括一对夹子，所述双面齿条的两侧分别啮合有齿轮，齿轮与齿轮杆上的齿轮结构啮合，每个齿轮杆分别与一个夹子的后端铰接。

所述夹子的中后部与摆杆的一端铰接，所述摆杆的另一端与底座铰接，所述齿轮杆、摆杆、夹子构成两个双摇杆机构。

所述弹簧置于所述底座前部的空腔内，弹簧与所述底座头部内腔之间装有软质垫片。

每个铰接部位都设有法兰盖。

所述摆动电机与所述滑道尾端的支架之间通过沉头螺钉固定。

所述夹子内面夹持果实的部分采用高韧性、软质地材质。

本发明的旋拧式菠萝采摘装置，采用一个驱动装置同时实现夹紧与旋拧采摘的功能，具有高效节能、精准采摘以及对枝叶的损伤小的特点。

本发明的旋拧式菠萝采摘装置，无需时序控制，仅需一个摆动电机便可实现从夹持到旋拧采摘的整体功能；装置将菠萝采摘分为夹持、旋拧、复位和松开四个阶段性动作；摆动电机带动曲柄滑块机构，通过滑块在圆弧槽中的移动来完成旋拧从而实现果实与植株的分离；连杆带动底座做平面运动；连杆带动双面齿条做往复直线运动；双面齿条通过齿轮、齿轮杆和摆杆带动夹子做平面运动。

本发明主要由动力源、夹持机构和采摘头构成，所述动力源为一摆动电机，其固定在滑道尾端，所述夹持机构主要由一曲柄滑块机构、齿轮齿条传动机构以及双摇杆机构串联组成。

所述曲柄滑块机构由曲柄、连杆与双面齿条共同组成，曲柄与摆动电机相接，摆动电机转动时驱动曲柄转动，与曲柄相连的摇杆推动双面齿条沿着底座滑槽向前做进给运动。

所述双面齿条、齿轮与齿轮杆构成轮系传动机构，所述双面齿条作为动力传递媒介，将动力通过轮系机构传递到连接夹子的双摇杆机构中。

所述双摇杆机构包括齿轮杆、摆杆与夹子，齿轮杆与摆杆的作用长度相同，夹子做平面运动，实现夹持和松开的功能。

所述弹簧内置于所述底座头部的空腔内，对双面齿条的进给空间起到限制作用，以防止夹子夹持时相对距离过小损坏果实。

弹簧与底座头部内腔之间装有软质垫片，为防止果实挤压提供极限阻尼保护。

所述铰链铰接处都设有法兰盖以防止转动副脱落。

所述摆动电机与滑道尾端通过沉头螺钉固定。

所述夹子用来夹持果实的部分采用高韧性、软质地材质。

本发明相对于现有技术具有如下的有益效果：

设置在底座头部的弹簧对于夹子夹果实的力度起到反馈调节作用，依靠夹子对果实的实时压力控制双面齿条的进给，对果实起到保护作用。

所述滑道的曲率半径较大，使得采摘果实所需力矩一定时，力臂较大，用力较小，使得所需的功率大大减小，起到了节省能源的作用。

本发明夹持机构采用齿轮齿条的轮系传动，其传动效率高，传动比准确，大大减小了装置的故障率，降低了功耗。

具体实施例：

如图1至图5所示，主要由动力源、夹持机构和采摘头构成，其中动力源为一摆动电机，夹持机构主要由一曲柄滑块机构、齿轮齿条传动机构以及双摇杆机构串联组成，通过安装在连杆上的夹持部分进行平面运动来夹持菠萝；采摘头机构为一曲柄滑块机构，通过安装在弧形滑槽中的弧形滑块完成圆周运动，从而驱动夹紧装置整体旋转将菠萝拧下，实现采摘功能。

参见图1，为旋拧式菠萝采摘装置的整体示意图，由动力源、夹持机构和采摘头三部分构成。

参见图2，曲柄6、连杆7与双面齿条12共同组成一曲柄滑块机构，动力源为一摆动电机1，曲柄6固定安装在摆动电机1输出轴端，连杆7两端分别与曲柄6末端及双面齿条12铰接，双面齿条12无齿的端部与底座11的滑槽以及滑道4内直线滑槽均接触，由于其限位导向左右从而使底座11与滑道4相对静止，当电机顺时针回转时，通过连杆驱动双面齿条12向上运动。进一步的，双面齿条12与齿轮13啮合，齿轮13与齿轮杆14上的齿轮结构啮合，从而驱动两侧两个齿轮杆14旋转，而两个齿轮杆14、摆杆15、夹子20构成两个双摇杆机构。齿轮杆14的旋转带动作为连杆的两个夹子20实现平面运动，从而完成菠萝接触夹持功能。夹持完成后双面齿条12侧面与滑道4端面脱离接触状态，在弹簧18的反馈调节作用下，双面齿条12停止相对于底座11的移动，其成为一个整体，共同相对于滑道4开始运动，装置切换到旋拧采摘模式。

进一步的，摆动电机1继续顺时针转动，驱动曲柄6，通过连杆7带动夹持机构、底座11，一同相对于滑道4做逆时针旋转运动，参见图4、图5，由于夹子20内壁与果实之间的接触摩擦作用带动果实共同旋转，使菠萝在果柄处产生剪切作用，从而将果实从枝干上拧下来。

进一步的，当摆动电机1驱动曲柄6反向逆时针转动时，通过连杆7带动底座11沿滑道4顺时针转动，回到相对于滑道4的初始位置，使双面齿条12端部进入滑道4的直线滑槽内，底座11与双面齿条12脱离整体状态，双面齿条12相对于底座11内滑槽移动，从而切换为夹持机构模式。

进一步的，摆动电机1继续逆时针转动，在曲柄6和连杆7的驱动作用下，双面齿条12沿底座11滑槽向后滑移，与双面齿条12相啮合的轮系机构均反向转动，轮系末端所连接的双摇杆机构向外平移，夹子20相对松开，果实在重力作用下脱落，一轮采摘完成。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种旋拧式菠萝采摘装置，其特征在于，包括动力源、夹持机构和采摘头，所述动力源包括摆动电机(1)，所述采摘头包括底座(11)和弧形的滑道(4)；

所述滑道(4)的尾端设有与滑道(4)垂直的直线滑槽(21)，沿所述直线滑槽(21)向滑道(4)外侧延伸有支架，所述摆动电机(1)固定在所述支架上，所述底座(11)设于所述滑道(4)内，所述底座(11)上设有滑槽，所述底座(11)上的滑槽中设有双面齿条(12)，所述底座(11)上的滑槽与直线滑槽(21)对齐时形成所述双面齿条(12)的整体滑动轨道；

曲柄(6)和连杆(7)与双面齿条(12)共同组成曲柄滑块机构，所述曲柄(6)一端固定安装在摆动电机(1)的输出轴端，所述连杆(7)的两端分别与曲柄(6)另一端和双面齿条(12)的后端铰接，所述双面齿条(12)的前端与所述底座之间设有弹簧(18)。

2.根据权利要求1所述的旋拧式菠萝采摘装置，其特征在于，所述夹持机构包括一对夹子(20)，所述双面齿条(12)的两侧分别啮合有齿轮(13)，齿轮(13)与齿轮杆(14)上的齿轮结构啮合，每个齿轮杆(14)分别与一个夹子(20)的后端铰接。

3.根据权利要求2所述的旋拧式菠萝采摘装置，其特征在于，所述夹子(20)的中后部与摆杆(15)的一端铰接，所述摆杆(15)的另一端与底座(11)铰接，所述齿轮杆(14)、摆杆(15)、夹子(20)构成两个双摇杆机构。

4.根据权利要求3所述的旋拧式菠萝采摘装置，其特征在于，所述夹子(20)内面夹持果实的部分采用高韧性、软质地材质。

5.根据权利要求1至4任一项所述的旋拧式菠萝采摘装置，其特征在于，所述弹簧(18)置于所述底座前部的空腔内，弹簧(18)与所述底座(11)头部内腔之间装有软质垫片。

6.根据权利要求1至4任一项所述的旋拧式菠萝采摘装置，其特征在于，每个铰接部位都设有法兰盖。

7.根据权利要求1至4任一项所述的旋拧式菠萝采摘装置，其特征在于，所述摆动电机(1)与所述滑道(4)尾端的支架之间通过沉头螺钉固定。

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