CN110393089A - 高空水果采集系统及其操作方法 - Google Patents

Abstract

高空水果采集系统及其操作方法，其特征在于，包括驱动装置、采摘装置和输送收集装置，驱动装置驱动采摘装置，输送收集装置衔接采摘装置将离枝的水果送入收集处；采摘装置包括夹紧固定装置、剪刀和支撑部件，夹紧固定装置和剪刀均固定于支撑部件上，剪刀包括刀柄和用于剪切果枝的刀头，刀柄铰接刀头并带动刀头运动，夹紧固定装置包括用于夹紧固定果枝的夹紧端和推动端，推动端铰接夹紧端并带动夹紧端咬合夹紧；驱动装置包括一凸轮，刀柄和推动端分别衔接凸轮，凸轮交替推动刀柄和推动端。本发明固定果枝的部件以利于易损伤果实的采摘、采摘离枝后的果实自动进入收集装置、灵活高效、省力易操作、成本低、适用于散乱随机分布的水果采摘。

Description

高空水果采集系统及其操作方法

技术领域

本发明属于水果采摘装置领域，具体为高空水果采集系统及其操作方法。

背景技术

水果采摘的传统方式为手工采摘或手持刀具采摘等简单采摘方式，这些传统采摘方式工作效率低、劳动强度大，随着科技和经济的发展，出现了诸多机械化程度高的采摘机器。然而，水果种类繁多，生长方式各不相同，例如，荔枝、龙眼等散枝状水果散乱地分布于果树上，传统采摘不但工作量大，采摘者需要爬树或架梯进行采摘，采摘者人身安全得不到保障。另外，荔枝、龙眼等属于多汁易碰伤的水果，对机械触碰力度控制要求高，果实分布高低不均、随机无规律，以及单果成熟期不一致需要选择性采摘，这些特点导致它们也不适用机械化程度高的采摘机器。

发明内容

针对现有技术存在的上述问题，本发明的目的是提供一种设有固定果枝的部件以利于易损伤果实的采摘、采摘离枝后的果实自动进入收集装置、灵活高效、省力易操作、成本低、适用于果实散乱随机分布且高低不同的高空水果采集系统及其操作方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：

高空水果采集系统，其特征在于，包括驱动装置、采摘装置和输送收集装置，驱动装置驱动采摘装置采摘水果，使其离枝，输送收集装置与采摘装置衔接并将离枝的水果进行运输，送入收集处；采摘装置包括夹紧固定装置、剪刀和支撑部件，夹紧固定装置和剪刀均固定于支撑部件上，剪刀包括两铰接于中部的刀杆，刀杆包括分别位于铰接点两侧的刀柄和用于剪切果枝的刀头，刀柄连接刀头并带动刀头运动，夹紧固定装置包括两铰接于中部的夹紧杆，夹紧杆包括分别位于铰接点两侧的推动端和用于夹紧固定果枝的夹紧端，两推动端分别连接两夹紧端并带动两夹紧端咬合夹紧；驱动装置包括一凸轮，刀柄和推动端分别衔接凸轮，凸轮旋转并交替推动刀柄和推动端，刀柄和推动端分别带动刀头和夹紧端，使刀头剪切动作和夹紧端夹紧动作交替进行。

作为上述技术方案的进一步改进：

采摘装置还包括与支撑部件连接的手持连杆，手持连杆包括多个依次首尾相接的连杆单元，多个连杆单元可拆卸地连接。

多个连杆单元之间通过螺纹连接或卡接的活动连接方式，采摘者手握手持连杆以操作采摘装置作用于不同高度的水果。

输送收集装置包括输送通道和收容箱，输送通道为果实运行通道，其最上端位于夹紧固定装置和剪刀下方以接住离枝的果实，最下端伸入收容箱。

输送通道包括多个依次首尾相接的运输板，多个运输板之间活动连接并形成折返型的果实运行通道。

最上端的运输板通过钢丝与手持连杆连接。

驱动装置还包括中心轴，凸轮套接于中心轴外部，中心轴被驱动旋转并带动凸轮旋转。

夹紧固定装置呈剪刀形式，包括两个铰接的连接杆和两个铰接于中部的夹紧杆，两个夹紧杆铰接点的一侧为夹紧端，另一侧为推动端，两个推动端还分别和两个连接杆铰接形成四边形。即，两个推动端的一端与夹紧端铰接，另一端分别与两个连接杆12的一端铰接。

优选的，还设有一弹簧，弹簧两端分别连接两个推动端的连接点和两个连接杆的连接点。

两个推动端之间的夹角增大时，两个夹紧端逐渐咬合，且与两个推动端之间的夹角相对的两个连接杆之间的夹角增大；两个推动端之间的夹角减小时，两个夹紧端逐渐张开，且与两个推动端之间的夹角相对的两个连接杆之间的夹角减小。

优选的，两个夹紧端彼此咬合的一侧为锯齿状。

两个连接杆的连接点和凸轮的中心轴间隔设置，随着凸轮的旋转，凸轮周期性地接触两个连接杆的连接处并推动两个连接杆，两个推动端的连接点和两个连接杆的连接点之间的距离减小，弹簧被压缩，两个推动端之间的夹角增大，夹紧端咬合夹紧。

凸轮脱离两个连接杆后，弹簧释放弹性势能，夹紧固定装置复位还原，夹紧端逐渐张开。

剪刀包括两个推动杆和两个铰接于中部的刀杆，铰接点一侧的刀杆为刀头，另一侧为刀柄，两个刀柄以铰接点为基点转动并带动两个刀头咬合或张开，刀柄的一端与刀头一端铰接，另一端开有滑槽，两个推动杆的一端通过销分别滑设于两滑槽内，另一端相对间隔设置，两个推动杆相对间隔设置的两端距离不大于凸轮的旋转跨度。

剪刀还包括固定在支撑部件的两个卡扣，两个推动杆分别穿过两个卡扣并沿着卡扣移动，卡扣的作用为引导和限定两个推动杆的移动方向，使推动杆沿着指定方向推动两个刀柄。

优选的，凸轮的侧面为连续的、凹凸性交替改变的曲面，形成具有凸出部分和凹陷部分的结构。

两个推动杆相对间隔设置的两端接触凸轮的测面，且两端同时接触凸轮侧面的凹陷部分或凸出部分，随着凸轮的旋转，凸轮推动两个推动杆，使两个推动杆相对间隔设置的两端之间的距离周期性改变。两个推动杆相对间隔设置的两端之间的距离由小增大时，推动杆推动两个刀柄，两个刀柄之间的夹角增大，两个刀头逐渐咬合，两个刀柄之间的夹角减小时，两个刀头逐渐张开。

两个刀杆所在平面和两个夹紧杆所在的平面平行，并且两个刀杆的铰接点和两个夹紧杆的铰接点的连线垂直于两个所述平面。

两个刀头和两个夹紧端位于两个铰接点的同一测，相应的，两个刀柄和两个推动端位于两个铰接点的同一侧。

随着凸轮的旋转，凸轮的凸出部分交替接触并推动两个推动杆和两个连接杆的连接处。

驱动装置还包括电机和组合齿轮，组合齿轮两端分别连接中心轴和电机。

收容箱上设有手推杆和支撑杆，支撑杆两端分别连接收容箱和手持连杆。利用上述高空水果采集系统进行水果采摘的操作方法，包括如下步骤：

步骤一：将所述水果采集系统运送至待采摘区域，组装手持连杆和输送收集装置：将手持连杆的多个连杆单元依次首位相接，一端连接支撑部件；将输送通道的多个运输板依次首位相接，形成折返形运输通道，最上端的运输板位于夹紧固定装置和剪刀下方，通过钢丝与手持连杆连接，最下端的运输板下端伸入收容箱；

步骤二：将采集系统推动至待采摘的果树下，启动驱动装置，手握手持连杆，将剪刀和夹紧固定装置对准待采摘的果枝，对准后，系统自动采摘水果，离枝的水果沿着输送通道滑入收容箱。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：电机驱动采摘，手动定位，半自动化系统，操作灵活省力，适用于散乱随机分布且高低不同的荔枝、龙眼等的采摘；设有夹紧固定果枝的部件，采摘迅速准确，利于易损伤水果的采摘；设有运输收集系统，采摘离枝后的果实自动进入收集装置，降低了采摘者的劳动强度，提高了采摘效率；系统易操作、稳定可靠、成本低。

附图说明

图1为本发明一个实施例的采摘装置示意图；

图2为本发明一个实施例的夹紧固定装置结构示意图；

图3为本发明一个实施例的剪刀结构示意图；

图4为本发明一个实施例的系统示意图。

附图标记

1、夹紧固定装置，11、夹紧杆，111、夹紧端，112、推动端，12、连接杆，2、剪刀，21、刀杆，211、刀头，212、刀柄，22、推动杆，23、滑槽，24、卡扣，3、支撑部件，4、手持连杆，5、运输板，6、收容箱，61、手推杆，62、支撑杆，7、驱动装置，71、凸轮，72、中心轴。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明提供的高空水果采集系统及其操作方法作进一步详细、完整地说明。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

高空水果采集系统，包括采摘装置、驱动装置7和输送收集装置。驱动装置7驱动采摘装置采摘水果，使其离枝，输送收集装置将离枝的水果进行运输，送入收容箱6。

采摘装置如图1～图4所示，包括夹紧固定装置1、剪刀2、支撑部件3和手持连杆4。夹紧固定装置1、剪刀2和手持连杆4均固定在支撑部件3上，采摘者手握手持连杆4以操作采摘装置。

夹紧固定装置1固定于支撑部件3上，如图2所示，夹紧固定装置1呈剪刀形式，包括两个铰接的连接杆12和两个铰接于中部的夹紧杆11，两个夹紧杆11的铰接点一侧为夹紧端111，另一侧为推动端112，两个推动端112的一端与夹紧端111铰接，另一端分别与两个连接杆12的一端铰接，两个推动端112和两个连接杆12依次连接形成四边形。两个推动端112之间的夹角增大时，两个夹紧端111逐渐咬合，且与两个推动端112之间的夹角相对的两个连接杆12之间的夹角增大；两个推动端112之间的夹角减小时，两个夹紧端111逐渐张开，且与两个推动端112之间的夹角相对的两个连接杆12之间的夹角减小。夹紧固定装置1还设有一弹簧，弹簧两端分别连接两个推动端112的连接点和两个连接杆12的连接点。夹紧固定装置1的作用是在进行采摘工作时，固定所要剪切的果枝，便于剪刀2准确、迅速地切断果枝，防止在进行工作时，果枝脱离剪刀2的切断范围。进一步的，两个夹紧端111彼此咬合的一侧为锯齿状，在固定物体时，锯齿状的两个夹紧端111咬合时摩擦力较大，固定效果好。

剪刀2如图3所述，安装在支撑部件3上，包括两个推动杆22和两个彼此铰接于中部的刀杆21，铰接点一侧的刀杆21为刀头211，另一侧为刀柄212，两个刀柄212之间的夹角增大时，两个刀头211逐渐咬合，两个刀柄212之间的夹角减小时，两个刀头211逐渐张开。刀柄212的一端与刀头211一端铰接，另一端开有滑槽23，两个推动杆22的一端通过销分别滑设于两滑槽23内，另一端相对间隔设置。剪刀2还包括固定在支撑部件3的两个卡扣24，两个推动杆22分别穿过两个卡扣24并沿着卡扣24移动，卡扣24的作用为引导和限定两个推动杆22的移动方向，使推动杆22沿着指定方向推动两个刀柄212。

手持连杆4包括多个依次首尾相接的连杆单元，多个连杆单元可拆卸地连接以改变手持连杆4的长度，适用不同高度和远度的水果采摘，且拆卸后便于收纳和携带。多个连杆单元之间通过螺纹连接或卡接等活动连接方式。材质上，宜采用质量轻、强度好、耐蚀性好的材料，例如铝合金。

驱动装置7固定在支撑部件3上，包括电机、组合齿轮、中心轴72和凸轮71。中心轴72设置于支撑部件3上，凸轮71套接于中心轴72外部，凸轮71和中心轴72位于两个推动杆22之间，较佳的，位于两个推动杆22相对间隔设置的两端之间。凸轮71的侧面为连续的、凹凸性交替改变的曲面，形成具有凸出部分和凹陷部分的结构。组合齿轮两端分别连接中心轴72和电机，组合齿轮将电机的驱动传动至中心轴72，中心轴72带动凸轮71旋转。两个推动杆22相对间隔设置的两端距离不大于凸轮71的旋转跨度，两个推动杆22相对间隔设置的两端接触凸轮71的测面，且两端同时接触凸轮71侧面的凹陷部分或凸出部分。由于凸轮71侧面凹凸性交替改变的特性，当中心轴72带动凸轮71旋转时，凸轮71推动两个推动杆22，由于卡扣24的导向作用，使两个推动杆22相对间隔设置的两端距离在一最大值和最小值之间连续改变：当凸轮71推动两个推动杆22使其相对间隔设置的两端距离由小增大时，两个推动杆22滑设于滑槽23的一端推动两个刀柄212运动，使两个刀柄212之间的夹角增大，且两个刀头211逐渐咬合；当两个推动杆22相对间隔设置的两端距离由大减小时，两个推动杆22滑设于滑槽23的一端推动两个刀柄212运动，使两个刀柄212之间的夹角增大，且两个刀头211逐渐咬合。

如图1所示，剪刀2和夹紧固定装置1均设置在支撑部件3上，两个刀杆21所在平面和两个夹紧杆11所在的平面平行，并且两个刀杆21的铰接点和两个夹紧杆11的铰接点的连线垂直于两个所述平面。两个刀头211和两个夹紧端111位于两个铰接点的同一测，相应的，两个刀柄212和两个推动端112位于两个铰接点的同一侧。两个连接杆12的连接点和凸轮71间隔设置，且随着凸轮71的旋转，凸轮71周期性地接触两个连接杆12的连接处并推动两个连接杆12，进一步的，是凸轮71的凸出部分推动两个连接杆12，使两个连接杆12之间的夹角增大，两个推动端112的连接点和两个连接杆12的连接点之间的距离减小，两个推动端112之间的夹角增大，两个夹紧端111逐渐咬合。同时，所述弹簧被压缩，储存弹性势能，凸轮71旋转至脱离两个推动端112的连接处时，在所述弹簧的弹力作用下，两个推动端112的连接点和两个连接杆12的连接点之间的距离增大，夹紧固定装置1复位，两个夹紧端111逐渐张开。由上可知，在凸轮71不作用的前提下，剪刀2和夹紧固定装置1处于张开状态，在它们咬合后无需增加一步使它们重新张开的操作。要说明的是，随着凸轮71的旋转，凸轮71交替地推动两个连接杆12和两个推动杆22，使两个夹紧杆11和两个刀杆21交替的咬合或张开，两个夹紧杆11和两个刀杆21的咬合不同时进行。

输送收集装置如图4所示，包括输送通道和收容箱6，输送通道包括多个依次首尾相接的运输板5，运输板5为有一定弧度的弯板，弧度形成凹陷的通道。多个运输板5之间啮合相接或其它活动连接方式，形成折返型的运输通道。最上端的运输板5通过钢丝与手持连杆4连接，且位于夹紧固定装置1和剪刀2下方，以接住被剪刀2采摘离枝的水果。钢丝连接便于快速的安装或拆卸，节约组装时间，且稳固可靠。最下端的运输板5下端伸入收容箱6。被采摘离枝的水果通过折返型的输送通道进入收容箱6，折返型的输送路径交替改变水果的滑行方向，以减小其下落速度，减少水果的损伤。多个运输板5依次连接的形式可使采摘系统适用于不同高度等场景的水果采摘，且拆卸后便于收纳和携带。运输板5宜选用材质轻薄的材料，如轻薄的不锈钢，且内部光滑，不损伤滑行于其上的水果。收容箱6底部安装轮子，以推动滑行，省力高效。收容箱6上设有手推杆61和支撑杆62，采摘者站立时手握手推杆61推动收容箱6，支撑杆62两端分别连接收容箱6和手持连杆4，以支撑采摘装置，分担输送通道的重量，使系统整体更稳定可靠。

本发明的工作过程如下：手握手推杆61将采集系统推动至待采摘的果树下，启动驱动装置7，手握手持连杆4，将剪刀2和夹紧固定装置1对准待采摘的果枝，对准后，系统自动采摘水果，离枝的水果沿着输送通道滑入收容箱6。手握手持连杆4，轻松移动采摘装置，灵活改变剪刀2和夹紧固定装置1的位置，对不同高度和位置的水果进行采摘。对准后，系统自动采摘方式如下：凸轮71周期性旋转，交替地推动两个连接杆12和两个推动杆22，使两个夹紧杆11和两个刀杆21交替的咬合或张开。当两个夹紧杆11张开时，果枝进入两个夹紧杆11之间，然后夹紧杆11夹紧固定果枝，为接下来的剪切果枝做准备，此时两个刀杆21张开，接下来两个刀杆21咬合将被固定好的果枝剪断，同时两个夹紧杆11张开以松开连着树的残枝。

最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细地说明，不能理解为对本发明保护范围的限制，本领域的技术人员根据本发明的上述内容作出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.高空水果采集系统，其特征在于，包括驱动装置(7)、采摘装置和输送收集装置，驱动装置(7)驱动采摘装置采摘水果，使其离枝，输送收集装置与采摘装置衔接并将离枝的水果进行运输，送入收集处；

采摘装置包括夹紧固定装置(1)、剪刀(2)和支撑部件(3)，夹紧固定装置(1)和剪刀(2)均固定于支撑部件(3)上，剪刀(2)包括两铰接于中部的刀杆(21)，刀杆(21)包括分别位于铰接点两侧的刀柄(212)和用于剪切果枝的刀头(211)，刀柄(212)连接刀头(211)并带动刀头(211)运动，夹紧固定装置(1)包括两铰接于中部的夹紧杆(11)，夹紧杆(11)包括分别位于铰接点两侧的推动端(112)和用于夹紧固定果枝的夹紧端(111)，两推动端(112)分别连接两夹紧端(111)并带动两夹紧端(111)咬合夹紧；

驱动装置(7)包括一凸轮(71)，刀柄(212)和推动端(112)分别衔接凸轮(71)，凸轮(71)旋转并交替推动刀柄(212)和推动端(112)，刀柄(212)和推动端(112)分别带动刀头(211)和夹紧端(111)，使刀头(211)剪切动作和夹紧端(111)夹紧动作交替进行。

2.根据权利要求1所述的高空水果采集系统，其特征在于：两个刀杆(21)和两个夹紧杆(11)均为非交叉铰接于中部，两个刀杆(21)分别位于其铰接点的两侧，两个夹紧杆(11)分别位于其铰接点的两侧。

3.根据权利要求1所述的高空水果采集系统，其特征在于：采摘装置还包括与支撑部件(3)连接的手持连杆(4)，手持连杆(4)包括多个依次首尾相接的连杆单元，多个连杆单元可拆卸地连接。

4.根据权利要求1所述的高空水果采集系统，其特征在于：输送收集装置包括输送通道和收容箱(6)，输送通道为果实运行通道，其最上端位于夹紧固定装置(1)和剪刀(2)下方，最下端伸入收容箱(6)。

5.根据权利要求4所述的高空水果采集系统，其特征在于：输送通道包括多个依次首尾相接的运输板(5)，多个运输板(5)之间活动连接并形成折返型的果实运行通道。

6.根据权利要求1所述的高空水果采集系统，其特征在于：驱动装置(7)还包括中心轴(72)，凸轮(71)套接于中心轴(72)外部，中心轴(72)被驱动旋转并带动凸轮(71)旋转。

7.根据权利要求1所述的高空水果采集系统，其特征在于：剪刀(2)还包括两个推动杆(22)，刀柄(212)的两端分别连接刀头(211)一端和推动杆(22)的一端，两推动杆(22)的另一端相对间隔设置，两个推动杆(22)相对间隔设置的两端距离不大于凸轮(71)的旋转跨度。

8.根据权利要求7所述的高空水果采集系统，其特征在于：两个推动杆(22)相对间隔设置的两端接触凸轮(71)的侧面，随着凸轮(71)的旋转，两个推动杆(22)相对间隔设置的两端之间的距离周期性改变。

9.利用上述权利要求1～8任一所述的高空水果采集系统进行水果采摘的操作方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一：将所述水果采集系统运送至待采摘区域，组装手持连杆(4)和输送收集装置：将手持连杆(4)的多个连杆单元依次首位相接，一端连接支撑部件；将输送通道的多个运输板(5)依次首位相接，形成折返形运输通道，最上端的运输板(5)位于夹紧固定装置(1)和剪刀(2)下方，通过钢丝与手持连杆(4)连接，最下端的运输板(5)下端伸入收容箱(6)；

步骤二：将采集系统推动至待采摘的果树下，启动驱动装置(7)，手握手持连杆(4)，将剪刀(2)和夹紧固定装置(1)对准待采摘的果枝，对准后，系统自动采摘水果，离枝的水果沿着输送通道滑入收容箱(6)。