CN110024557B - 一种菠萝采摘装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种菠萝采摘装置，包括车身单元、采摘单元和控制单元，采摘单元包括：安装框架，与车身单元连接；采摘手爪，可移动地安装于安装框架上；驱动源，与控制单元连接，驱动采摘手爪在初始位置和终止位置之间来回移动；转轴，两端通过扭簧支撑在安装框架上；挡板，安装于转轴上，初始时，限制采摘手爪由初始位置运动至终止位置；及收集板，收集板的一端位于终止位置的下方；其中，随着车身单元的移动，当挡板与菠萝碰触时，挡板由菠萝推动使得转轴绕自身轴线转动，菠萝被采摘手爪采摘后，采摘手爪运动至初始位置，挡板恢复至初始位置。本发明采用挡板触发的方式判断菠萝是否处于采摘位置，精度高，不会损伤菠萝杆，保证菠萝的多季生长。

Description

一种菠萝采摘装置

技术领域

本发明涉及农业设备技术领域，尤其涉及一种菠萝采摘装置。

背景技术

在国内外的研究中，已经实现了部分水果的机械化自动采摘，但针对菠萝的采摘尚未有良好的机械采摘方式。

现有技术中公开了一种安装在拖拉机前段的菠萝自动采机，采用圆盘式切刀一次采摘4排的方式对菠萝进行采摘，虽采摘效率高，但是采摘后的菠萝果实上依然会遗留一段果颈，后续仍然要进行加工，仍需人工加工，且实际种植中，成行种植的菠萝在种植密度上无法达到十分精确，且不符合我国目前农业以个体种植为主的情况，成本过于高昂。

现有技术中还存在将机器人技术应用到菠萝果实采摘的自动化采摘设备，例如现有技术公开了一种菠萝采摘机械手爪和一种用于菠萝采摘机械手臂末端的采摘执行装置，模拟人类采摘的定位、握紧、拧断、释放、等动作虽采摘精度高，但是采摘效率太低，且对于机械手的定位要求高，花费时间长，无法有效降低成本，并且，通过电子设备判断菠萝的位置存在精度低及处理时间长的问题。再者，以上两种设备都因为采用了大量电子元件，无法在田间完成维修。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种菠萝采摘装置，解决现有技术中通过电子设备判断菠萝位置导致精度低及处理时间长的问题以及现有技术中无法保证切割采摘过程中不伤菠萝植株的问题。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种菠萝采摘装置，包括车身单元、采摘单元和控制单元，所述采摘单元包括：

安装框架，与所述车身单元连接；

采摘手爪，可移动地安装于所述安装框架上；

驱动源，与所述控制单元连接，用于提供动力，可驱动所述采摘手爪在初始位置和终止位置之间来回移动；

转轴，两端支撑在所述安装框架上，所述转轴的两端与所述安装框架之间均设有扭簧，用于在所述转轴绕自身轴线转动后复位；

挡板，安装于所述转轴上，初始时，所述挡板位于所述初始位置和所述终止位置之间，并且能够限制所述采摘手爪由所述初始位置运动至所述终止位置；及

收集板，安装于所述安装框架上，所述收集板的一端位于所述终止位置的下方；

其中，随着车身单元的移动，当所述挡板与菠萝碰触时，所述挡板由于菠萝推动使得所述转轴绕自身轴线转动，菠萝被所述采摘手爪采摘后，所述采摘手爪运动至所述初始位置，所述挡板恢复至起始位置。

优选地，所述采摘单元还包括差速机构、丝杆和滑块，所述驱动源与所述差速机构连接，所述差速机构与所述丝杆的一端连接，所述丝杆可转动地安装于所述安装框架上，所述滑块与所述丝杆螺纹连接，所述采摘手爪与所述滑块连接。

优选地，所述驱动源为第一驱动电机，所述第一驱动电机的电机轴与所述差速机构的输入轴连接，所述差速机构的输出轴与所述丝杆的一端连接。

优选地，所述车身单元包括车架和设置于车架底端的车轮。

优选地，所述车架包括横杆和两个伸缩竖杆，所述横杆的两端分别由所述伸缩竖杆支撑。

优选地，所述伸缩竖杆包括第一支撑杆和第二支撑杆和定位销，所述第二支撑杆为空心杆，套设于所述第一支撑杆上，所述第一支撑杆和所述第二支撑杆上均对应设有若干通孔，所述定位销穿过所述第一支撑杆和所述第二支撑杆上的通孔。

优选地，所述车轮包括驱动轮和万向轮，所述驱动轮安装于所述伸缩竖杆的底端，车架还包括两根短杆，所述短杆与所述竖杆一一对应，所述短杆安装于所述竖杆靠近底端的位置，所述短杆可相对于所述竖杆折叠，所述万向轮安装于所述短杆上。

优选地，所述安装框架呈倒U形，包括横板和设置于横板两端的竖板，所述收集板与所述竖板垂直，并相对于水平面呈一定倾角。

优选地，还包括收集箱，所述收集箱用于收集从所述收集板滑落的菠萝。

本发明的有益效果：

1)本发明在工作时，驱动源工作，并且初始时挡板限制采摘手爪的移动，通过挡板判断菠萝的位置，当菠萝碰触到挡板后，菠萝推动挡板向车身后方运动，采摘手爪能够由初始位置向终止位置移动，当采摘手爪运动至终止位置时，由于收集板的阻挡，采摘手爪将菠萝从菠萝植株上分离并推至收集板上，然后采摘手爪返回至初始位置，挡板回复至起始位置，以此类推下一次采摘。因此，本发明不同于现有技术中采用的割取方式采摘菠萝，本发明通过采摘手爪的运动以及收集板的阻挡来完成掰取菠萝的工作，类似于人采摘菠萝的方式，不会损伤菠萝杆，保证菠萝的多季生长。

2)本发明对菠萝的种植密度要求低，通过挡板触发的方式判断菠萝是否处于采摘位置，确保不会因为菠萝种植密度的问题在采摘菠萝的过程中伤害到菠萝，并且精度高。通过挡板感应菠萝采摘，设备易维护。

附图说明

图1为根据本发明实施例的一种菠萝采摘装置的结构示意图。

图2为根据本发明实施例的车身单元的结构示意图。

图3为根据本发明实施例的采摘单元(除采摘手爪)的结构示意图。

附图标记：

1.车架；2.定位销；3.采摘手爪；4.驱动轮；5.万向轮；6.控制单元；7.第二驱动电机；8.滑块；9.丝杆；10.挡板；11.收集板；12.第一驱动电机；13.差速机构。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的一种菠萝采摘装置。

请参阅图1至图3，根据本发明实施例的一种菠萝采摘装置，包括车身单元、采摘单元、控制单元6和收集单元。

具体地，如图2所示，车身单元作为整个采摘装置的支撑并能够沿着地面行走，车身单元包括车架1和设置于车架1底端的车轮。车架1包括横杆和两个伸缩竖杆，所述横杆的两端分别由伸缩竖杆支撑，通过调节伸缩竖杆的高度调节横杆的高度。作为优选，本实施例中的伸缩竖杆包括第一支撑杆和第二支撑杆和定位销2，所述第二支撑杆为空心杆，套设于所述第一支撑杆上，所述第一支撑杆和所述第二支撑杆上均对应设有若干通孔，定位销2用于固定连接第一支撑杆和第二支撑杆，即定位销2穿过所述第一支撑杆和所述第二支撑杆上的通孔，通过改变定位销2穿过的通孔位置调节伸缩竖杆的高度。

第二支撑杆的底端向后弯折呈L型，车架1还包括两根短杆，短杆与第二支撑杆一一对应，短杆的一端安装于所述竖杆靠近底端的位置，所述短杆可相对于所述竖杆折叠，即短杆的一端通过合页等方式安装于竖杆上，车轮包括驱动轮4和万向轮5，第二支撑杆的底端均安装有驱动轮4，短杆上均安装有万向轮5，驱动轮4通过第二驱动电机7驱动。在本发明的工作过程中，可以人工调整万向轮5的方向，以调整小车的行驶方向。

如图1和图3所示，采摘单元包括安装框架、采摘手爪3、驱动源、转轴、挡板10、收集板11、差速机构13、丝杆9和滑块8。

进一步地，安装框架呈倒U形，包括横板和设置于横板两端的竖板，安装框架的横板通过吊耳安装于车架1的横杆上。

驱动源为第一驱动电机12，与控制单元6连接，用于提供动力，丝杆9的两端可转动地安装于安装支架上，安装支架固定在安装框架的横板下侧，滑块8与丝杆9螺纹连接，丝杆9转动，则滑块8移动。采摘手爪3通过连杆与滑块8连接，连杆竖直设置，使得采摘手爪3位于滑块8的正下方。丝杆9上设有两个限位开关，两个限位开关均与控制单元6连接，滑块在两个限位开关之间来回移动，当滑块8运动到某个限位开关时，控制单元6根据该限位开关的信号控制第一驱动电机12，以使电机反转，使得滑块8向反方向移动，由此使得采摘手爪3在初始位置和终止位置之间来回移动，滑块8在丝杆9上来回运动的极限位置的正下方分别为初始位置和终止位置。

转轴两端支撑在所述安装框架的两个竖板上，并位于采摘手爪3的下方，转轴的两端与所述安装框架之间均设有扭簧，用于在所述转轴绕自身轴线转动后复位。挡板10的底端固定在转轴上，初始时，挡板10位于初始位置和终止位置之间，并且挡板10的一端靠近初始位置，使得采摘手爪3无法由初始位置向终止位置运动。推动挡板10，则挡板10带动转轴绕自身轴线转动，取消对挡板10的推动力，则挡板10在扭簧的作用下恢复至起始位置。

收集板11的一端安装于安装框架的竖板内侧面，并与竖板垂直，收集板11的一端靠近终止位置并位于终止位置的下方，当采摘手爪3向终止位置移动的过程中，采摘手爪3将菠萝向收集板11方向推，由于收集板11的阻挡作用，菠萝从菠萝杆上掉落至收集板11上。作为优选，本实施例中，收集板11与水平面呈一定倾角，有益于菠萝顺利从收集板11上滑下。

由于在小车工作过程中，第一驱动电机12一直处于运转状态，而挡板10未碰触到菠萝时，采摘手爪3由于挡板10的限制不能由初始位置向终止位置移动，故在第一驱动电机12与丝杆9之间设置差速机构13，第一驱动电机12的电机轴与所述差速机构13的输入轴连接，所述差速机构13的输出轴与所述丝杆9的一端连接，通过差速机构13的抱环阻尼来实现将力矩分配。

根据本发明实施例的一种菠萝采摘装置还包括收集单元，收集单元包括收集箱，采摘手爪3将菠萝从菠萝杆上摘取后，将菠萝推向收集板11上，由收集板11滑落至收集箱或者由收集板11通过传送通道滑落至收集箱，完成菠萝的收集。

本发明的工作过程：

启动第二驱动电机7，使得小车在菠萝垄地前进，同时启动第一驱动电机12，当菠萝碰到挡板10时，挡板10将被菠萝植株推动和菠萝推动，向后翻转，此时滑块8沿丝杆9轴向方向运动，滑块8下方的采摘手爪3将推动菠萝果实沿丝杆9轴向方向运动，当菠萝碰触到收集板11时，由于菠萝被采摘手爪3推动将继续前进，菠萝将被掰下菠萝将顺着收集板11滑入收集单元，当完成上述动作后，控制单元6控制第一驱动电机12反转，滑块8带动采摘手爪3回归原位，挡板10也复位至起始位置，进入下一次采摘动作。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种菠萝采摘装置，其特征在于，包括车身单元、采摘单元和控制单元(6)，所述采摘单元包括：

安装框架，与所述车身单元连接；

采摘手爪(3)，可移动地安装于所述安装框架上；

驱动源，与所述控制单元(6)连接，用于提供动力，可驱动所述采摘手爪(3)在初始位置和终止位置之间来回移动；

转轴，两端支撑在所述安装框架上，所述转轴的两端与所述安装框架之间均设有扭簧，用于在所述转轴绕自身轴线转动后复位；

挡板(10)，安装于所述转轴上，初始时，所述挡板(10)位于所述初始位置和所述终止位置之间，并且能够限制所述采摘手爪(3)由所述初始位置运动至所述终止位置；及

收集板(11)，安装于所述安装框架上，所述收集板(11)的一端位于所述终止位置的下方；

其中，随着车身单元的移动，当所述挡板(10)与菠萝碰触时，所述挡板(10)由于菠萝推动使得所述转轴绕自身轴线转动，菠萝被所述采摘手爪(3)采摘后，所述采摘手爪(3)运动至所述初始位置，所述挡板(10)恢复至起始位置。

2.根据权利要求1所述的菠萝采摘装置，其特征在于，所述采摘单元还包括差速机构(13)、丝杆(9)和滑块(8)，所述驱动源与所述差速机构(13)连接，所述差速机构(13)与所述丝杆(9)的一端连接，所述丝杆(9)可转动地安装于所述安装框架上，所述滑块(8)与所述丝杆(9)螺纹连接，所述采摘手爪(3)与所述滑块(8)连接。

3.根据权利要求2所述的菠萝采摘装置，其特征在于，所述驱动源为第一驱动电机(12)，所述第一驱动电机(12)的电机轴与所述差速机构(13)的输入轴连接，所述差速机构(13)的输出轴与所述丝杆(9)的一端连接。

4.根据权利要求1所述的菠萝采摘装置，其特征在于，所述车身单元包括车架(1)和设置于车架(1)底端的车轮。

5.根据权利要求4所述的菠萝采摘装置，其特征在于，所述车架(1)包括横杆和两个伸缩竖杆，所述横杆的两端分别由所述伸缩竖杆支撑。

6.根据权利要求5所述的菠萝采摘装置，其特征在于，所述伸缩竖杆包括第一支撑杆、第二支撑杆和定位销(2)，所述第二支撑杆为空心杆，套设于所述第一支撑杆上，所述第一支撑杆和所述第二支撑杆上均对应设有若干通孔，所述定位销(2)穿过所述第一支撑杆和所述第二支撑杆上的通孔。

7.根据权利要求5所述的菠萝采摘装置，其特征在于，所述车轮包括驱动轮(4)和万向轮(5)，所述驱动轮(4)安装于所述伸缩竖杆的底端，车架(1)还包括两根短杆，所述短杆与所述伸缩竖杆一一对应，所述短杆安装于所述伸缩竖杆靠近底端的位置，所述短杆可相对于所述伸缩竖杆折叠，所述万向轮(5)安装于所述短杆上。

8.根据权利要求1所述的菠萝采摘装置，其特征在于，所述安装框架呈倒U形，包括横板和设置于横板两端的竖板，所述收集板(11)与所述竖板垂直，并相对于水平面呈一定倾角。

9.根据权利要求1所述的菠萝采摘装置，其特征在于，还包括收集箱，所述收集箱用于收集从所述收集板(11)滑落的菠萝。

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