CN110063136B - 水果采摘机果柄切割装置的设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水果采摘机果柄切割装置的设计方法，包括步骤：S1、提供固定盘、由多个切割刀片组成的刀片组及相对于固定盘可旋转且用于控制切割刀片进行旋转的旋转盘；处于打开状态的刀片组的中心处形成有让水果通过的第一避让孔；S2、根据固定盘的第二避让孔的直径和旋转盘的定位孔的直径，确定刀片本体的刀口的弦长；S3、根据固定盘的第二避让孔的直径，确定切割刀片的第一销轴的轴心与第二销轴的轴心之间的距离；S4、根据固定盘的第二避让孔的直径和切割刀片的第一销轴的轴心与第二销轴的轴心之间的距离，确定旋转盘的转角。采用该方法设计的水果采摘机果柄切割装置可以使果柄很好的定位被切断，减少采摘时对水果造成的损伤。

Description

水果采摘机果柄切割装置的设计方法

技术领域

本发明水果采摘技术领域，具体地说，本发明涉及一种水果采摘机果柄切割装置的设计方法。

背景技术

我国是世界第一大水果生产国和水果消费国，约占全球产量14％的水果种植业的迅速发展，增加了果园机械的市场需求。采摘作业比较复杂，季节性很强，若使用人工采摘，不仅效率低、劳动量大，而且容易造成果实的损伤。使用采摘机械既节省人工成本、提高采摘效率，又降低果品损伤率，显著提高果农的经济效益。因此，提高采摘作业机械化程度有重要的意义。随着农业从业者的减少及老龄化趋势不断加大，采摘机械的开发利用具有巨大的经济效益和广阔的市场前景。水果采摘机的未来市场广大，而水果采摘机最重要的部分就是果柄切割装置。目前在各个水果采摘器执行端多数运用扭抓式机械手或单侧切割刀头。机械手的弊端在于端头力的控制，刚性的机械手可能会使水果表面造成碰撞与挤压伤痕，采用扭转力使果柄断开达到采摘的目的，会对果柄造成严重破坏，影响美观。同时，机械采摘手设计笨拙，体积较大用料多，质量重。前端太重会导致力量输出较大，采摘人员在长期举杆采摘过程中十分容易产生疲劳。单侧性刀头一般都是通过旋转刀具从单侧切割，由于是单侧切入，果柄会相对发生移动，影响采摘效率，有时会因为偏移过大而导致刀头误伤水果。如何使水果采摘机执行端在与水果接触时不损伤水果，在采摘时能够精准定位，在不大面积破坏果柄的情况下迅速准确的将水果摘下，并且要求质量轻巧便携，结构紧凑，是水果采摘机设计中尚未很好解决的问题。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提供一种水果采摘机果柄切割装置的设计方法，采用该方法设计的水果采摘机果柄切割装置可以减少采摘时对水果造成的损伤。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：水果采摘机果柄切割装置的设计方法，包括步骤：

S1、提供固定盘、由多个切割刀片组成且用于剪切果柄的刀片组及相对于固定盘可旋转且用于控制切割刀片进行旋转的旋转盘；处于打开状态的刀片组的中心处形成有让水果通过的第一避让孔；

S2、切割刀片设计成具有刀片本体以及与刀片本体连接的第一销轴和第二销轴，旋转盘设计成具有让第一销轴插入的导向孔，固定盘设计成具有让第二销轴插入的安装孔和让水果通过的第二避让孔；

根据固定盘的第二避让孔的直径D₁和旋转盘的定位孔的直径D₂，确定刀片本体的刀口的弦长l₁，

S3、根据固定盘的第二避让孔的直径D₁和固定盘的内直径D₃，确定切割刀片的第一销轴的轴心与第二销轴的轴心之间的距离l₂，

S4、根据固定盘的第二避让孔的直径D₁和切割刀片的第一销轴的轴心与第二销轴的轴心之间的距离l₂，确定旋转盘的转角α，

90°＜θ≤120°。

所述导向孔设计为圆弧形孔，导向孔的长度大于所述第一销轴的直径且导向孔的轴线与第一销轴的轴线相平行。

对于周向上相邻的两个切割刀片，让其中一个切割刀片的第一销轴插入的导向孔的轴线与另一个切割刀片的第二销轴的轴线共线，导向孔以位于其径向上的第二销轴的圆心为圆心。

所述旋转盘上设有拨柄，拨柄用于承受外界施加的使旋转盘旋转的旋转力矩，所述固定盘设计成具有让拨柄穿过的第三避让孔。

所述固定盘设计成具有第一盘体和设置于第一盘体上的凸台，凸台设计成插入定位孔中，所述第二避让孔为在凸台上贯穿设置的圆孔，所述切割刀片通过第二销轴与凸台转动连接。

所述固定盘设计成还具有与所述第一盘体连接的外檐和与第一盘体相对布置的第二盘体，第一盘体和第二盘体均为圆盘状结构且第一盘体和第二盘体为同轴设置。

所述外檐为圆环形结构且外檐与所述第一盘体和第二盘体的外边缘连接，外檐与第一盘体和第二盘体为同轴设置，所述切割刀片位于第二盘体和所述凸台之间。

所述切割刀片的刀口的直径与所述第二避让孔的直径大小相同，在刀片组处于打开状态时，切割刀片的刀口与第二避让孔处于同轴状态，此时所有切割刀片分布在第二避让孔的四周。

所述刀片组设计成至少有四个切割刀片组成。

本发明水果采摘机果柄切割装置的设计方法，采用该方法设计的水果采摘机果柄切割装置可以结构紧凑，设计巧妙，可以使果柄很好的定位被切断，减少采摘时对水果造成的损伤，有助于提高水果采摘效率。

附图说明

本说明书包括以下附图，所示内容分别是：

图1是本发明水果采摘机果柄切割装置的设计方法的设计原理图；

图2是水果采摘机果柄切割装置的结构示意图；

图3是固定盘的结构示意图；

图4是旋转盘的结构示意图；

图5是切割刀片的结构示意图；

图6是固定盘与旋转盘的装配图；

图7是刀片组打开时总成装配背面示意图；

图8是刀片组打开时总成装配正面示意图；

图9是刀片组半闭合总成装配背面示意图；

图10是刀片组半闭合总成装配正面示意图；

图11是刀片组闭合时总成装配背面示意图；

图中标记为：1、固定盘；1A、第二避让孔；1B、凸台；1C、外檐；1D、第三避让孔；1E、第一盘体；1F、第二盘体；101、第一安装孔；102、第二安装孔；103、第三安装孔；104、第四安装孔；105、第五安装孔；106、第六安装孔；107、第七安装孔；108、第八安装孔；109、第九安装孔；110、第十安装孔；111、第十一安装孔；112、第十二安装孔；2、旋转盘；2A、拨柄；2B、定位孔；201、第一导向孔；202、第二导向孔；203、第三导向孔；204、第四导向孔；205、第五导向孔；206、第六导向孔；207、第七导向孔；208、第八导向孔；209、第九导向孔；210、第十导向孔；211、第十一导向孔；212、第十二导向孔；301、第一切割刀片；301A、第一销轴；301B、第二销轴；301C、刀口；301D、第一刀片本体；302、第二切割刀片；302A、第一销轴；302B、第二销轴；302C、刀口；302D、第二刀片本体；303、第三切割刀片；303A、第一销轴；303B、第二销轴；303C、刀口；303D、第三刀片本体；304、第四切割刀片；304A、第一销轴；304B、第二销轴；304C、刀口；304D、第四刀片本体；305、第五切割刀片；305A、第一销轴；305B、第二销轴；305C、刀口；305D、第五刀片本体；306、第六切割刀片；306A、第一销轴；306B、第二销轴；306C、刀口；306D、第六刀片本体；307、第七切割刀片；307A、第一销轴；307B、第二销轴；307C、刀口；307D、第七刀片本体；308、第八切割刀片；308A、第一销轴；308B、第二销轴；308C、刀口；308D、第八刀片本体；309、第九切割刀片；309A、第一销轴；309B、第二销轴；309C、刀口；309D、第九刀片本体；310、第十切割刀片；310A、第一销轴；310B、第二销轴；310C、刀口；310D、第十刀片本体；311、第十一切割刀片；311A、第一销轴；311B、第二销轴；311C、刀口；311D、第十一刀片本体；312、第十二切割刀片；312A、第一销轴；312B、第二销轴；312C、刀口；312D、第十二刀片本体；4、第一避让孔。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，目的是帮助本领域的技术人员对本发明的构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解，并有助于其实施。

如图1至图11所示，本发明提供了一种水果采摘机果柄切割装置的设计方法，包括如下的步骤：

S1、提供固定盘、由多个切割刀片组成的刀片组及相对于固定盘可旋转且用于控制切割刀片进行旋转的旋转盘；处于打开状态的刀片组的中心处形成有让水果通过的第一避让孔；

S2、切割刀片设计成具有刀片本体以及与刀片本体连接的第一销轴和第二销轴，旋转盘设计成具有让第一销轴插入的导向孔，固定盘设计成具有让第二销轴插入的安装孔和让水果通过的第二避让孔；

根据固定盘的第二避让孔的直径D₁和旋转盘的定位孔的直径D₂，确定刀片本体的刀口的弦长l₁，

S3、根据固定盘的第二避让孔的直径D₁和固定盘的内直径D₃，确定切割刀片的第一销轴的轴心与第二销轴的轴心之间的距离l₂，

S4、根据固定盘的第二避让孔的直径D₁和切割刀片的第一销轴的轴心与第二销轴的轴心之间的距离l₂，确定旋转盘的转角α，

具体地说，如图2至图11所示，刀片组用于剪切果柄，旋转盘2为可旋转的设置于固定盘1上且用于控制刀片组在闭合状态与打开状态之间进行切换的。固定盘1设计成内部中空的结构，旋转盘2和刀片组设置在固定盘1的内腔体中。在刀片组切换至打开状态后，形成的第一避让孔4的尺寸大于需采摘的水果的最大直径，待采摘的水果穿过第一避让孔4后，使与待采摘的水果相连的果柄进入第一避让孔4中，然后刀片组由打开状态切换至闭合状态后，刀片组可对与水果相连的果柄进行剪切，将果柄切断后，实现水果的采摘。固定盘1也具有让水果通过的第二避让孔1A，在第一避让孔4形成后，第二避让孔1A与第一避让孔4为相对布置且两者相连通，第二避让孔1A为圆孔，第二避让孔1A的直径大于需采摘的水果的最大直径。

如图2至图11所示，刀片组设计成由多个切割刀片组成，切割刀片至少设置四个，切割刀片为可旋转的设置于固定盘1上且所有切割刀片设计为沿周向均匀分布，切割刀片设置成由旋转盘2控制进行旋转，旋转盘2旋转时，可以带动所有切割刀片同步进行旋转，实现刀片组在闭合状态与打开状态之间的切换，切割刀片的旋转中心线与旋转盘2的旋转中心线相平行且所有切割刀片是以旋转盘2的旋转中心线为中心沿周向均匀分布，第一避让孔4的中心位于旋转盘2的旋转中心线上。在刀片组切换至闭合状态后，刀片组的中心处不能第一避让孔4，此时第一避让孔4的尺寸为0。

如图2至图11所示，切割刀片设计成具有刀片本体以及与刀片本体连接的第一销轴和第二销轴，旋转盘2设计成具有让第一销轴插入的导向孔，固定盘1设计成具有让第二销轴插入的安装孔。导向孔为圆弧形孔，导向孔的长度大于第一销轴的直径且导向孔的轴线与第一销轴的轴线相平行。旋转盘2为圆盘状结构，旋转盘2的旋转中心线也即其轴线，导向孔为在旋转盘2上沿其厚度方向(该厚度方向与旋转盘2的轴线相平行)贯穿设置的通孔，导向孔的数量与切割刀片的数量相同，所有导向孔是以旋转盘2的旋转中心线为中心沿周向均匀分布，导向孔位于旋转盘2的旋转中心线与旋转盘2的外边缘之间，各个导向孔中分别插入一个第一销轴，第一销轴与第二避让孔1A之间的距离大于第二销轴与第二避让孔1A之间的距离。刀片本体为圆弧形结构，第一销轴与刀片本体的第一端连接，第二销轴在刀片本体的长度方向上的两端之间的位置处与刀片本体连接，刀片本体的边缘处具有用于剪切果柄的刀口，刀口为圆弧形，刀口为从刀片本体的第二端开始朝向靠近第一端的位置处延伸，第一端和第二端为刀片本体的长度方向上的两端，刀片本体的第二端为尖端，刀口的轴线与第一销轴和第二销轴的轴线相平行，刀口的轴线与第一销轴的轴线之间的距离大于刀口的轴线与第二销轴的轴线之间的距离。这种刀片本体的剪切范围大，剪切效果好。

如图2至图11所示，固定盘1设计成具有第一盘体1E和与第一盘体1E连接的凸台1B，第二避让孔1A为在凸台1B上贯穿设置的圆孔，切割刀片通过第二销轴与凸台1B转动连接，安装孔为在凸台1B上设置的圆孔。第一盘体1E为圆盘状结构，凸台1B为圆环形结构且凸台1B与第一盘体1E为同轴固定连接，凸台1B的外直径小于第一盘体1E的外直径，凸台1B沿轴向朝向第一盘体1E的一侧伸出，第一盘体1E的中心处具有让凸台1B插入的通孔，第二避让孔1A为凸台1B的中心孔，第二避让孔1A的轴线与凸台1B和第一盘体1E的轴线共线。安装孔的数量与切割刀片的数量相同，安装孔的轴线与第二避让孔1A的轴线相平行，所有安装孔是以第二避让孔1A的轴线为中心沿周向均匀分布，各个安装孔中分别插入一个第二销轴，凸台1B位于刀片本体和第一盘体1E之间。旋转盘2套设于凸台1B上，旋转盘2具有让凸台1B插入的定位孔2B，定位孔2B的直径与凸台1B的外直径大小相同，旋转盘2位于刀片组和第一盘体1E之间，旋转盘2可以绕着凸台1B相对于固定盘1发生转动。定位孔2B为在旋转盘2的中心处贯穿设置的圆孔，凸台1B插入定位孔2B中，旋转盘2与凸台1B同轴设置，所有导向孔分布在凸台1B的外侧四周。

如图2至图11所示，旋转盘2上设有拨柄2A，拨柄2A用于承受外界施加的使旋转盘2旋转的旋转力矩，方便控制旋转盘2进行旋转，拨柄2A设计成沿旋转盘2的径向朝向旋转盘2的外侧伸出且拨柄2A伸出至固定盘1的外部，固定盘1设计成具有让拨柄2A穿过的第三避让孔1D，拨柄2A的长度方向上的一端在旋转盘2的外边缘处与旋转盘2固定连接，拨柄2A的长度方向上的另一端位于固定盘1的外部。第三避让孔1D用于限定旋转盘2的转角范围，第三避让孔1D为弧形孔，第三避让孔1D的长度大于拨柄2A的宽度(拨柄2A的宽度方向与其长度方向相垂直且与第三入避让孔的轴线在空间上相垂直)，拨柄2A运动的极限位置，也是旋转盘2运动的极限位置，拨柄2A带着旋转盘2转动，旋转盘2正、反转动的极限位置即是刀片组完全打开和闭合的两个极限位置。

如图2至图11所示，固定盘1设计成还具有与第一盘体1E连接的外檐1C和与第一盘体1E相对布置的第二盘体1F，第二盘体1F为圆盘状结构且第二盘体1F与第一盘体1E为同轴设置，第一盘体1E和第二盘体1F的外直径大小相同，凸台1B与第二盘体1F为同轴固定连接，第二盘体1F的中心处具有让水果通过的通孔，该通孔与第二避让孔1A为同轴设置且通孔的直径与第二避让孔1A的直径大小相同，切割刀片位于第二盘体1F和凸台1B之间。外檐1C位于第一盘体1E和第二盘体1F之间，外檐1C为圆环形结构且外檐1C与第一盘体1E和第二盘体1F的外边缘连接，所有切割刀片位于外檐1C的内部，外檐1C与第一盘体1E和第二盘体1F为同轴设置。第三避让孔1D为在外檐1C上沿径向贯穿设置的通孔，第三避让孔1D的弧度小于90度。

如图2至图11所示，切割刀片的刀口的直径与第二避让孔1A的直径大小相同，在刀片组处于打开状态时，切割刀片的刀口与第二避让孔1A处于同轴状态，此时所有切割刀片分布在第二避让孔1A的四周，切割刀片不会碰到通过第一避让孔4和第二避让孔1A的水果，避免造成水果的损伤。在旋转盘2控制刀片组由打开状态切换至闭合状态时，切割刀片绕第二销轴进行旋转，使得刀口朝向逐渐靠近第二避让孔1A的中心处移动，第一避让孔4的尺寸逐渐减小，最终所有刀片本体的第二端聚集在第二避让孔1A的中心处，切割刀片的圆弧形刀口相互交合从而达到切断果柄的作用。

上述结构的水果采摘机果柄切割装置的工作过程是：一开始将刀片组切换至打开状态，此时拨柄2A位于第三避让孔1D的第一端，如图7所示；当要被采摘的水果完全通过第二避让孔1A时，拨动拨柄2A，使拨柄2A带动旋转盘2顺时针转动，旋转盘2上的导向孔随旋转盘2发生转动；此时与旋转盘2的导向孔间隙配合的第一销轴沿着导向孔相对于导向孔逆时针转动，第一销轴相对于固定盘1是顺时针转动的；切割刀片在旋转盘2的推动下发生转动，切割刀片的刀口往第二避让孔1A的圆心处收拢，一步一步的靠近所要被采摘的水果的果柄，如图9所示。当拨柄2A拨动到第三避让孔1D的第二端(第三避让孔1D的第一端和第二端为第三避让孔1D的弧长方向上的相对两端)，此时刀片组处于闭合状态，如图11所示，此时要被采摘的水果的果柄就会被刀片组完全切断，果柄切割装置完成一次采摘工作(刀片组从完全闭合到完全打开状态)，旋转盘2转过的角度为α。再向右拨动拨柄2A使刀片完全打开，准备进行第二次采摘，如此往复，达到采摘目的，完成采摘工作。

其中，切割刀片的运动学参数本质上取决于圆弧形刀口的弦长、第一销轴和第二销轴的轴心之间的距离，以及第一销轴和第二销轴的轴心连线与刀口弦长之间的夹角。如图5所示，切割刀片的刀口的上端第一销轴右端的一段圆弧凹槽设计是为了避免刀片组在运动过程中发生干涉。

如图1至图11所示，设第二避让孔1A的直径为D₁，设定位孔2B的直径为D₂，设切割刀片的刀口的弦长(也即刀片本体的刀口的弦长)为l₁，则有

切割刀片的圆弧形刀口的弦长必须要大于或等于

才能满足工作要求。当切割刀片的刀口的弦长l₁等于

时，切割刀片的刀口正好与第二避让孔1A的边线重合，切割刀片刚好完全收纳于固定盘1的内腔体(固定盘1的内腔体为圆形腔体，该内腔体是由第一盘体、第二盘体和外檐包围形成)，在果柄切割装置工作过程中要求切割刀片能完全收纳于固定盘1中，从而避免与水果接触，避免伤到水果，所以

是切割刀片的刀口的最小弦长。同时，切割刀片的刀口的弦长l₁也不能过大超过凸台1B的半径。

如图1至图11所示，设旋转盘2相对于固定盘1旋转时的最大转动角度为α，果柄切割装置完成一次剪切，即刀片组从打开状态切换至闭合状态，这过程中旋转盘2转过的角度既是α。设第一销轴的轴心与第二销轴的轴心之间的垂直距离为l₂，设刀片本体的第一半部的长度方向与刀片本体的第二半部的长度方向之间的夹角为β，刀片本体的第一半部的长度是指刀片本体上的第一销轴的轴心与第二销轴的轴心之间的垂直距离(也即图1中A点和B点之间的距离)，刀片本体的第二半部的长度是指刀片本体上的第二销轴的轴心与刀片本体的第二端之间的垂直距离(也即图1中B点和C点之间的距离)。切割刀片的刀口的最小弦长为

刀片组完全打开时，刀片本体的第二端刚好落在第二避让孔1A的边线上，所以可知，当刀片组由闭合状态切换至打开状态后，切割刀片绕第二销轴逆时针转动了60°；要使转动过程中，所述刀片的上半段不超出固定盘1，则如图1所示，刀片本体的第一半部的长度方向与第二半部的长度方向之间的夹角β满足150°＜β≤180°。则：

其中，D₁为第二避让孔的直径，D₂为定位孔的直径，D₃为固定盘的内直径(也即外檐的内直径，也是固定盘的内腔体的直径)，l₂为第一销轴的轴心与第二销轴的轴心之间的垂直距离。

切割刀片要完成四周型收拢式采摘工作，至少需要四个切割刀片。在本实施例中，切割刀片共设置十二个，切割刀片越多，刀片组聚拢时，第一避让孔4越接近圆形，同时，针对非垂直地面生长的果实果柄，可在刀片组还未完全聚拢时就已经单向切割断，完成采摘工作，采摘效率高，单个刀片损伤程度低，刀片使用寿命长。

导向孔与第一销轴间隙配合，在导向孔随旋转盘2转动时，第一销轴沿导向孔运动。切割刀片的第一销轴的轴心与第二销轴的轴心之间的垂直距离l₂始终不变，并且要在运动中达到刀片组完全闭合和打开的状态，这就要求导向孔要有一定的形状、长度和位置要求。导向孔的弦长为l₂，对于周向上相邻的两个切割刀片，让其中一个切割刀片的第一销轴插入的导向孔的轴线与另一个切割刀片的第二销轴的轴线共线，也即导向孔以位于其径向上的第二销轴的圆心为圆心，导向孔的半径与l₂大小相等。

以切割刀片的刀口的弦过固定盘1的圆心时，第一销轴的位置为起点(该起点位置为导向孔的第一端，也即导向孔的最高点)，顺时针旋转60°后；以旋转过后第一销轴的位置作为终点(该终点位置为导向孔的第二端，也即导向孔的最低点，导向孔的第一端和第二端为导向孔的弧长方向上的相对两端，导向孔的第一端与第二避让孔1A的轴线之间的距离大于导向孔的第二端与第二避让孔1A的轴线之间的距离)。在果柄切割装置工作时，第一销轴处在导向孔的最高点即为刀片组完全闭合时的状态；所述第一销轴处在导向孔的最低点即为刀片组完全打开，并收纳于固定盘1内部时的状态。

旋转盘2的转动方向设计成一定与第一销轴沿导向孔转动的方向相反，但切割刀片相对于固定盘1来说，切割刀片的旋转方向与旋转盘2的旋转方向一致，只是两者的旋转速度不同。切割刀片的两销轴之间的距离l₂是固定的，若旋转盘2的转动方向一定与第一销轴沿导向孔转动的方向相同则会出现卡死现象。

拨柄2A与所有导向孔中的其中一个设定位置处的导向孔相对应，拨柄2A位于该设定位置处的导向孔的第一端与旋转盘2的圆心连线的延长线上，该设定位置处的导向孔并位于旋转盘2的圆心和拨柄2A之间。拨柄2A与第三避让孔1D为间隙配合，拨柄2A限定在第三避让孔1D中，果柄切割装置工作时，拨动拨柄2A带动旋转盘2转动，从而带动刀片组达到完全打开与闭合的状态。

如图1所示，E点和D点之间的连线为设定位置处的导向孔的弦(也即导向孔的第一端和第二端之间的距离)，点A、点B和点C的连线表示与该设定位置处的导向孔相对应的切割刀片，此时，刀片组处于闭合状态，第一销轴在导向孔的最高点；当拨柄2A带动旋转盘2转过α角时，ED弦的新位置为E′D′，对应的切割刀片的新位置为A′B′C′，此时，刀片组处于完全打开的状态，第一销轴在导向孔的最低点。由于旋转盘2以C点为圆心作旋转运动，所以D′C＝DC，E′C＝EC；因此可求得刀片开合时，对应的旋转盘2的转角α为：

其中，D₁为第二避让孔的直径，D₂为定位孔的直径，D₃为固定盘的内直径，l₂为第一销轴的轴心与第二销轴的轴心之间的垂直距离；θ＝β-γ，β为刀片本体的第一半部的长度方向与第二半部的长度方向之间的夹角，γ为刀片组在闭合状态与打开状态之间切换时切割刀片相对于固定盘旋转时的最大转动角度，在本实施例中，γ＝60°。

果柄切割装置在整体装配时要注意装配细节与技巧，即在果柄切割装置工作的两种极限状态下，各部分所处的位置进行装配：如图6所示，果柄切割装置在整体装配时要注意，在整体刀片组完全打开的状态下，将切割刀片的第一销轴放在导向孔的最低端，拨柄2A放在第三避让孔1D的最右端。或者如图10所示，在整个刀片组完全闭合的状态下，将切割刀片的第一销轴放在导向孔的最高端，拨柄2A放在第三避让孔1D的最左端。否则整个果柄切割装置将无法正常工作。

在本实施例中，如图2至图11所示，切割刀片共设置十二个，分别为第一切割刀片301、第二切割刀片302、第三切割刀片303、第四切割刀片304、第五切割刀片305、第六切割刀片306、第七切割刀片307、第八切割刀片308、第九切割刀片309、第十切割刀片310、第十一切割刀片311和第十二切割刀片312。第一切割刀片301包括第一刀片本体301D以及设置于第一刀片本体301D上的第一销轴301A和第二销轴301B，第二切割刀片302包括第二刀片本体302D以及设置于第二刀片本体302D上的第一销轴302A和第二销轴302B，第三切割刀片303包括第三刀片本体303D以及设置于第三刀片本体303D上的第一销轴303A和第二销轴303B，第四切割刀片304包括第四刀片本体304D以及设置于第四刀片本体304D上的第一销轴304A和第二销轴304B，第五切割刀片305包括第五刀片本体305D以及设置于第五刀片本体305D上的第一销轴305A和第二销轴305B，第六切割刀片306包括第六刀片本体306D以及设置于第六刀片本体306D上的第一销轴306A和第二销轴306B，第七切割刀片307包括第七刀片本体307D以及设置于第七刀片本体307D上的第一销轴307A和第二销轴307B，第八切割刀片308包括第八刀片本体308D以及设置于第八刀片本体308D上的第一销轴308A和第二销轴308B，第九切割刀片309包括第九刀片本体309D以及设置于第九刀片本体309D上的第一销轴309A和第二销轴309B，第十切割刀片310包括第十刀片本体310D以及设置于第十刀片本体310D上的第一销轴310A和第二销轴310B，第十一切割刀片311包括第十一刀片本体311D以及设置于第十一刀片本体311D上的第一销轴311A和第二销轴311B，第十二切割刀片312包括第十二刀片本体312D以及设置于第十二刀片本体312D上的第一销轴312A和第二销轴312B。旋转盘2上设置十二个导向孔，分别为第一导向孔201、第二导向孔202、第三导向孔203、第四导向孔204、第五导向孔205、第六导向孔206、第七导向孔207、第八导向孔208、第九导向孔209、第十导向孔210、第十一导向孔211和第十二导向孔212，拨柄2A位于第六导向孔206的第一端与旋转盘2的圆心连线的延长线上。凸台1B上共设置十二个安装孔，分别为第一安装孔101、第二安装孔102、第三安装孔103、第四安装孔104、第五安装孔105、第六安装孔106、第七安装孔107、第八安装孔108、第九安装孔109、第十安装孔110、第十一安装孔111和第十二安装孔112。第一切割刀片301的第一销轴301A插入第一导向孔201中，第一切割刀片301的第二销轴301B插入第二安装孔102中；第二切割刀片302的第一销轴302A插入第二导向孔202中，第二切割刀片302的第二销轴302B插入第二安装孔102中；第三切割刀片303的第一销轴303A插入第三导向孔203中，第三切割刀片303的第二销轴303B插入第三安装孔103中；第四切割刀片304的第一销轴304A插入第四导向孔204中，第四切割刀片304的第二销轴304B插入第四安装孔104中；第五切割刀片305的第一销轴305A插入第五导向孔205中，第五切割刀片305的第二销轴305B插入第五安装孔105中；第六切割刀片306的第一销轴306A插入第六导向孔206中，第六切割刀片306的第二销轴306B插入第六安装孔106中；第七切割刀片307的第一销轴307A插入第七导向孔207中，第七切割刀片307的第二销轴307B插入第七安装孔107中；第八切割刀片308的第一销轴308A插入第八导向孔208中，第八切割刀片308的第二销轴308B插入第八安装孔108中；第九切割刀片309的第一销轴309A插入第九导向孔209中，第九切割刀片309的第二销轴309B插入第九安装孔109中；第十切割刀片310的第一销轴310A插入第十导向孔210中，第十切割刀片310的第二销轴310B插入第十安装孔110中；第十一切割刀片311的第一销轴311A插入第十一导向孔211中，第十一切割刀片311的第二销轴311B插入第十一安装孔111中；第十二切割刀片312的第一销轴312A插入第十二导向孔212中，第十二切割刀片312的第二销轴312B插入第十二安装孔112中。

拨柄与外设的驱动装置连接，由驱动装置提供使旋转盘进行旋转的旋转力矩，驱动装置具有多种形式，如驱动装置由电动机和曲柄摇杆机构组成，电动机驱动曲柄摇杆机构的曲柄，并将该曲柄摇杆机构的摇杆摆角设定为刀片组开合时所对应的拨柄转角α，这样，可在水果采摘机的手持端，通过电动机的连续转动实现拨柄的摆动。

上述结构的果柄切割装置的主要创新点如下：

1、导向孔的设计。利用靠模原理，巧妙的将销轴运动转换成刀片组末端运动，达到刀片组开、合效果。导向孔两端的极限位置就是刀片开合的极限位置：导向孔最高端是刀片闭合位置；最低端是刀片完全打开的位置。导向孔的设计位置和设计长度都影响着切割刀片的运动和开合程度。如果设计的不好便会出现切割刀片不能完全收纳于固定盘之下，或者切割刀片不能完全闭合。切割刀片不能完全收回的弊端有：一、刀片组的最大开口达不到所要采摘水果的直径，从而放不进水果不能达到采摘目的；二、如果刀片组打开后形成的第一避让孔的直径满足水果直径，也会因为切割刀片未完全收回而与水果发生碰撞，损坏水果。刀片组不能完全闭合，则无法切断水果果柄完成采摘工作。

2、切割刀盘的设计。切割刀片的大小形状同样决定着刀片组是否能够完全闭合与打开。切割刀片的运动学参数本质上取决于两圆柱销之间的距离、圆弧形刀口的弦长以及两圆柱销连线与圆弧形刀口弦长之间的夹角。

3、第三避让孔的设计。第三避让孔对应的圆心角α的大小决定圆弧孔的长度。α既是第三避让孔对应的圆心角也是旋转盘旋转的角度，旋转盘通过旋转带动刀第一销轴沿旋转盘的导向孔运动，从而达到刀片完全打开、闭合的状态。

采用上述设计方法设计的果柄切割装置，具有如下的优点：

1、采用靠模原理，使刀具结构紧凑，设计巧妙。第二避让孔为圆形孔，果柄切割装置打开状态刀片完全隐藏，避免了传统切割装置刀片在外，划伤水果；

2、结构简单，轻便，避免了举杆操作时因执行端过重，导致采摘人员体力透支的弊端；

3、该果柄切割装置是圆形聚拢型，可以使果柄很好的定位被切断，避免了传统果柄切割装置单侧刀片式切割过程中果柄移动的弊端，同时也能在果实非垂直地面生长的情况下，有效准确单向切割。

以上结合附图对本发明进行了示例性描述。显然，本发明具体实现并不受上述方式的限制。只要是采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进；或未经改进，将本发明的上述构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.水果采摘机果柄切割装置的设计方法，其特征在于，包括步骤：

S1、提供固定盘、由多个切割刀片组成的刀片组及相对于固定盘可旋转且用于控制切割刀片进行旋转的旋转盘；处于打开状态的刀片组的中心处形成有让水果通过的第一避让孔；

S2、切割刀片设计成具有刀片本体以及与刀片本体连接的第一销轴和第二销轴，旋转盘设计成具有让第一销轴插入的导向孔，固定盘设计成具有让第二销轴插入的安装孔和让水果通过的第二避让孔；

根据固定盘的第二避让孔的直径D₁和旋转盘的定位孔的直径D₂，确定刀片本体的刀口的弦长

，

；

S3、根据固定盘的第二避让孔的直径D₁和固定盘的内直径D₃，确定切割刀片的第一销轴的轴心与第二销轴的轴心之间的距离

，

；

S4、根据固定盘的第二避让孔的直径D₁和切割刀片的第一销轴的轴心与第二销轴的轴心之间的距离

，确定旋转盘的转角a，

。

2.根据权利要求1所述的水果采摘机果柄切割装置的设计方法，其特征在于，90°＜θ≤120°。

3.根据权利要求1所述的水果采摘机果柄切割装置的设计方法，其特征在于，所述导向孔设计为圆弧形孔，导向孔的长度大于所述第一销轴的直径且导向孔的轴线与第一销轴的轴线相平行。

4.根据权利要求3所述的水果采摘机果柄切割装置的设计方法，其特征在于，对于周向上相邻的两个切割刀片，让其中一个切割刀片的第一销轴插入的导向孔的轴线与另一个切割刀片的第二销轴的轴线共线，导向孔以位于其径向上的第二销轴的圆心为圆心。

5.根据权利要求1至4任一所述的水果采摘机果柄切割装置的设计方法，其特征在于，所述旋转盘上设有拨柄，拨柄用于承受外界施加的使旋转盘旋转的旋转力矩，所述固定盘设计成具有让拨柄穿过的第三避让孔。

6.根据权利要求1至4任一所述的水果采摘机果柄切割装置的设计方法，其特征在于，所述固定盘设计成具有第一盘体和设置于第一盘体上的凸台，凸台设计成插入定位孔中，所述第二避让孔为在凸台上贯穿设置的圆孔，所述切割刀片通过第二销轴与凸台转动连接。

7.根据权利要求6所述的水果采摘机果柄切割装置的设计方法，其特征在于，所述固定盘设计成还具有与所述第一盘体连接的外檐和与第一盘体相对布置的第二盘体，第一盘体和第二盘体均为圆盘状结构且第一盘体和第二盘体为同轴设置。

8.根据权利要求7所述的水果采摘机果柄切割装置的设计方法，其特征在于，所述外檐为圆环形结构且外檐与所述第一盘体和第二盘体的外边缘连接，外檐与第一盘体和第二盘体为同轴设置，所述切割刀片位于第二盘体和所述凸台之间。

9.根据权利要求1至4任一所述的水果采摘机果柄切割装置的设计方法，其特征在于，所述切割刀片的刀口的直径与所述第二避让孔的直径大小相同，在刀片组处于打开状态时，切割刀片的刀口与第二避让孔处于同轴状态，此时所有切割刀片分布在第二避让孔的四周。

10.根据权利要求1至4任一所述的水果采摘机果柄切割装置的设计方法，其特征在于，所述刀片组设计成至少有四个切割刀片组成。

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