CN110786140A - 一种多级缓冲设计的球形果实采收车 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种多级缓冲设计的球形果实采收车，包括安装有行走轮的车架，以及自上而下依次安装在所述车架上的采摘模块、传送带模块、旋转分离模块和装箱模块，所述采摘模块的出料口连通伸至传送带模块进料口的可伸缩软管，所述传动带模块的出料端延伸至旋转分离模块的进料口，旋转分离模块的出料口设有延伸至装箱模块进料口的缓冲轨道管。本发明通过采摘模块与传送带模块之间的可伸缩软管实现一级缓冲，通过传送带模块的可调速度输送实现第二级缓冲，通过缓冲轨道管实现第三级缓冲，通过果实收集箱的升降实现第四级缓冲，从而通过四级缓冲的设置减轻了采摘收集过程中果实受到的损伤。
Description
技术领域
本发明涉及球形果实采摘设备领域，尤其涉及到一种多级缓冲设计的球形果实采收车。
背景技术
我国果树种植面积较大，在生产过程中，采摘作业季节性强、劳动密集，仍以人工为主，且果树一般较高，果农不断爬树或登梯导致工作强度大、劳动成本高且存在安全隐患。国内的果园采摘机械存在果实定位不准、采摘效率低、果实损伤率高等问题，降低了果实品质和产业效益。因此，研究开发一种可有效降低球形果实采摘及装箱过程中果实机械化损伤的采收一体化小车，对我国林果业机械化水平的提高及国民经济的发展具有极其重要的现实意义。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种多级缓冲设计的球形果实采收车，该小车具备辅助采摘果实及自动收集装箱功能，具有工作平稳、安全可靠、减损效果好、采收效率快的工作特点，通过四级缓冲设计，有效降低了采摘及装箱过程中果实机械化损伤，同时提高了作业人员工作效率。
本发明是通过如下技术方案实现的，提供一种多级缓冲设计的球形果实采收车，包括安装有行走轮的车架，以及自上而下依次安装在所述车架上的采摘模块、传送带模块、旋转分离模块和装箱模块，所述采摘模块的出料口连通伸至传送带模块进料口的可伸缩软管，所述传动带模块的出料端延伸至旋转分离模块的进料口，旋转分离模块的出料口设有延伸至装箱模块进料口的缓冲轨道管。
本方案通过采摘模块进行采摘，采摘后的果实经可伸缩软管下落，实现第一级缓冲，果实由传送带模块传送，实现第二级缓冲，由传送带滚至旋转分离模块中果实通过缓冲轨道管滚落，实现第三级缓冲，从而大幅减小了果实从采摘到装箱过程中的损伤。
作为优化，所述装箱模块包括安装在车架上的第一升降机构和固设在所述第一升降机构伸出端的支撑板，所述支撑板上放置有果实收集箱，所述缓冲轨道管沿竖直方向的投影位于果实收集箱的进料口沿竖直方向的投影之内。本优化方案通过第一升降机构带动支撑板上下移动，从而带动果实收集箱上下移动，在收集时，第一升降机构起始位置处于最高水平，以减小果实落差，随着果实不断落入果实收集箱，第一升降机构承托果实收集箱下降，实现第四级缓冲，进一步减小了果实损伤。
作为优化，所述旋转分离模块包括与车架固接的分离圆盘和固设在分离圆盘外圈的筒型挡板，分离圆盘的中心孔与筒型挡板之间的分离圆盘上开设有若干沿周向布置且位于缓冲轨道管进料端上方的落料孔，落料孔的下端即为旋转分离模块的出料口，分离圆盘的中心孔中设有连接驱动装置的转盘，所述转盘上固接有向上延伸的旋转导向筒，所述旋转导向筒的侧壁上开设有果实通过口。本优化方案的旋转分离模块在使用时，果实落至转盘上的旋转导向筒内，在驱动装置带动转盘转动时，在离心力的作用下，转盘上的果实从果实通过口滚出，进而滚至落料口并从落料口落下，避免果实发生拥挤，也减小了果实间的碰撞。
作为优化，所述果实通过口的两侧固接有朝向落料孔所在侧延伸的导向板。本优化方案通过设置导向板，给果实的滚动提供导向，避免了果实在两落料孔之间停滞，从而保证果实能够顺利落至落料孔。
作为优化，所述缓冲轨道管包括上端与车架固接的竖管，以及与所述竖管的下端固接的弯管。本优化方案通过弯管的设置，进一步增加了对果实下落的缓冲。
作为优化，所述传送带模块包括安装有传送带的机架和驱动所述传送带转动的传送驱动装置，所述车架上固设有竖套管，所述机架上铰接有滑接在所述竖套管中的支撑杆，所述竖套管的管壁上螺纹连接有顶至支撑杆的紧定螺栓。本优化方案通过传送驱动装置驱动传送带转动，实现果实输送，可以通过调整传送带的转速提高缓冲效果；通过支撑杆在竖套管内的滑动改变机架的倾斜角度，满足不同果实的缓冲要求。
作为优化，所述采摘模块包括机械臂采摘机构和手持式采摘机构，所述机械臂采摘机构包括安装在车架上的第二升降机构和安装在第二升降机构活动部的直线滑轨机构，所述直线滑轨机构的活动部通过机械连接臂连接第一切割刀，所述第一切割刀的落料口连接伸至传送带模块进料口的可伸缩软管。
本优化方案的采摘模块既可以通过机械臂采摘机构进行采摘，也可通过手持式采摘机构进行采摘，还可二者同时进行采摘；通过机械臂采摘机构采摘时，利用第二升降机构及机械连接臂两连杆运动带动第一切割刀上下移动，实现切割高度的调整，通过直线滑轨机构及机械连接臂自旋杆自旋及两连杆摆动带动第一切割刀水平移动，增大采收面积。
作为优化，所述第二升降机构为剪叉式升降结构，所述直线滑轨机构包括固定在剪叉式升降结构顶框的滑槽滑杆和滑接在所述滑杆上的滑块，滑块连接机械连接臂自旋杆，所述滑杆在滑槽内运动使第一切割刀实现y方向移动，所述滑块在滑杆上运动使第一切割刀实现x方向移动。
作为优化，所述机械连接臂包括自下而上依次铰接的自旋杆、第一连杆和第二连杆，自旋杆与滑块固接且可实现360°自旋，第二连杆上端连接第一切割刀。本优化方案自旋杆与滑块固结且可实现360°自旋，通过自旋杆自旋、第一连杆和第二连杆运动实现第一切割刀的三维移动，第一连杆可为800mm连杆，第二连杆可为1000mm连杆，即第一连杆的长度为800mm，第二连杆的长度为1000mm。
作为优化，所述手持式采摘机构包括伸缩杆和安装所述伸缩杆一端的第二切割刀，伸缩杆上设有控制第二切割刀动作的电启动按钮，所述第二切割刀的落料口连接伸至传送带模块进料口的可伸缩软管。本优化方案的手持式采摘机构通过伸缩杆的设置可以调整第二切割刀的高度，从而满足更多的收获要求，切割刀本身的结构及与电启动按钮的连接采用现有技术。
本发明的有益效果为：通过采摘模块与传送带模块之间的可伸缩软管实现一级缓冲，通过传送带模块的可调速度输送实现第二级缓冲，通过缓冲轨道管实现第三级缓冲，通过果实收集箱的升降实现第四级缓冲，从而通过四级缓冲的设置减轻了采摘收集过程中果实受到的损伤。
附图说明
图1是本发明示意图；
图2是本发明右视图；
图3是本发明手持式采摘机构示意图；
图4是本发明旋转分离模块示意图；
图5是本发明系统控制框图示意图；
图6是本发明工作流程示意图；
图中所示：
1、采摘模块，106、挂环，107、伸缩杆，111、第一切割刀，112、机械连接臂，113、滑块，114、滑槽滑杆，115、第二升降机构，121、第二切割刀，122、第一杆体，123、第二杆体，124、第三杆体，125、电启动按钮，2、传送带模块，201、可伸缩软管，202、传送带，3、旋转分离模块，301、旋转导向筒，302、分离圆盘，303、缓冲轨道管，4、装箱模块，401、果实收集箱，402、第一升降机构，5、电器模块，501、控制箱，502、触摸显示屏。
具体实施方式
本发明用于大多数球形果实的采摘与收集装箱工作，根据本发明提供的装置，下面将参照图1、图2、图5和图6说明本发明的工作原理。
本发明提供了优选实施例，下面以苹果采摘为实施例，但不用限制本发明的范围。
一种多级缓冲设计的球形果实采收车，包括安装有行走轮的车架，以及自上而下依次安装在所述车架上的采摘模块1、传送带模块2、旋转分离模块3和装箱模块4，所述采摘模块1的出料口连通伸至传送带模块进料口的可伸缩软管201，所述传动带模块2的出料端延伸至旋转分离模块3的进料口，旋转分离模块3的出料口设有延伸至装箱模块进料口的缓冲轨道管303。
装箱模块4包括安装在车架上的第一升降机构402和固设在所述第一升降机构伸出端的支撑板，所述支撑板上放置有果实收集箱401，支撑板上设有向上的凸起以方便固定果实收集箱。为合理利用空间，车架可额外存放两个收集箱。缓冲轨道管沿竖直方向的投影位于果实收集箱的进料口沿竖直方向的投影之内。本实施例的第一升降机构可以为丝杠式升降机构，可以实现高度调节的连续性，具体采用电动推杆，将支撑板固定在电动推杆的推杆部上端，结构简单且操作方便。
旋转分离模块3包括与车架固接的分离圆盘302和固设在分离圆盘外圈的筒型挡板，分离圆盘302的中心孔与筒型挡板之间的分离圆盘上开设有六个沿周向布置且位于缓冲轨道管进料端上方的落料孔，落料孔的下端即为旋转分离模块的出料口。分离圆盘的中心孔中设有连接驱动装置的转盘，所述转盘上固接有向上延伸的旋转导向筒301，所述旋转导向筒301的侧壁上开设有果实通过口，果实通过口的两侧固接有朝向落料孔所在侧延伸的导向板，旋转导向筒301的侧壁内侧面贴有缓冲层，以减小对果实的碰撞损伤。
缓冲轨道管303包括上端与车架固接的竖管，以及与所述竖管的下端固接的弯管，且弯管为1/4圆弧。
传送带模块2包括安装有传送带202的机架和驱动所述传送带转动的传送驱动装置，传送带高度、角度可调节，传送带上固装有向外延伸的若干沿周向分布的隔板，隔板间距及传送带宽为240mm，传送带和隔板上均设置有缓冲层，以缓冲对果实的碰撞损伤。车架上固设有沿竖直方向延伸的竖套管，所述机架上铰接有滑接在所述竖套管中的支撑杆，所述竖套管的管壁上螺纹连接有顶至支撑杆的紧定螺栓。
采摘模块1包括机械臂采摘机构和手持式采摘机构，所述机械臂采摘机构包括安装在车架上的第二升降机构115和安装在第二升降机构活动部的直线滑轨机构，所述直线滑轨机构的活动部通过机械连接臂连接第一切割刀111，所述第一切割刀的落料口连接伸至传送带模块进料口的可伸缩软管。本实施例的第二升降机构为剪叉式升降结构，所述直线滑轨机构包括固定在剪叉式升降结构顶框的滑槽滑杆114和滑接在所述滑杆上的滑块113，所述滑杆在滑槽内运动使第一切割刀实现y方向移动，所述滑块在滑杆上运动使第一切割刀实现x方向移动。所述机械连接臂包括自下而上依次铰接的300mm自旋杆、800mm连杆、1000mm连杆，自旋杆与滑块113固结且可实现360°自旋，800mm连杆连接自旋杆，1000mm连杆连接第一切割刀，通过自旋杆自旋及两连杆运动实现第一切割刀的三维移动。连杆之间的角度可通过拧紧铰接处的铰轴而增大摩擦力进行固定；也可以是分别通过电机带动800mm连杆、1000mm连杆转动，实现连杆间夹角的调节和固定；也可通过电动推杆推动连杆绕铰接点转动。
手持式采摘机构包括伸缩杆107和安装所述伸缩杆一端的第二切割刀121，车架上设有挂放伸缩杆的挂环106。伸缩杆包括沿轴向依次套设滑接的第一杆体122、第二杆体123和第三杆体124，伸缩杆上设有控制第二切割刀动作的电启动按钮125，所述第二切割刀的落料口连接伸至传送带模块进料口的可伸缩软管。可通过更换不同直径割刀以适应于不同品种、不同直径的球形果实采摘，可伸缩软管201为PVC材质，具有良好的伸缩性及柔韧性，直径为200mm。
本实施例的车架上还安装有电器模块5，电器模块5包括控制箱501、多模块的驱动电机、触摸显示屏502、霍尔传感器、光电开关、蜂鸣报警器、单片机及接线、电池。由触摸屏控制机械臂的切割刀采摘，电启动按钮控制手持采摘切割刀，传感器感应及算法自动控制传送带、旋转导向筒及收集箱升降机构，通过可伸缩软管、传送带、旋转分离模块和收集箱的升降结构配合实现四级缓冲。
本发明可由果农在园间推行，发现苹果时，可以由触摸屏控制机械臂摘取高处苹果，采摘高度约为1.5～4m，亦可由手持式采摘中低处苹果，采摘高度约为0～3m，苹果被采摘后经由可伸缩软管缓冲落入传送带，实现第一级缓冲，在割刀动作完成时间t0后，控制系统启动传送带，传送带速度可调，实现第二级缓冲，在设定时间t1后，旋转导向筒开始转动，落入导向筒的苹果由于离心力滚离圆心，落入分离圆盘的六个落料孔之一，经由缓冲轨道管落入收集箱，实现第三级缓冲。收集箱升降机构起始位置处于最高水平，由收集箱上方四个光电开关检测收集箱内苹果存量，随着苹果不断落入收集箱，升降机构承托收集箱下降，实现第四级缓冲，当收集箱内苹果到达预设存量，霍尔传感器检测到收集箱位置，由控制系统给予声音警告，此时果农将存满的收集箱转移至另两个预设的位置，在升降机构上放置空收集箱，重复上述过程，直至三位置收集箱装满完成一次采集活动。
本发明的一种多级缓冲设计的球形果实采收车实现了球形果实采摘一体化功能，通过四级缓冲设计极大减轻果实机械化损伤，同时提高了作业人员工作效率，对果园作业机械自动化水平的提高及果实质量的保障具有显著意义。
当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。
Claims (10)
1.一种多级缓冲设计的球形果实采收车，其特征在于：包括安装有行走轮的车架，以及自上而下依次安装在所述车架上的采摘模块（1）、传送带模块（2）、旋转分离模块（3）和装箱模块（4），所述采摘模块（1）的出料口连通伸至传送带模块进料口的可伸缩软管（201），所述传动带模块（2）的出料端延伸至旋转分离模块（3）的进料口，旋转分离模块（3）的出料口设有延伸至装箱模块进料口的缓冲轨道管（303）。
2.根据权利要求1所述的一种多级缓冲设计的球形果实采收车，其特征在于：所述装箱模块（4）包括安装在车架上的第一升降机构（402）和固设在所述第一升降机构伸出端的支撑板，所述支撑板上放置有果实收集箱（401），所述缓冲轨道管沿竖直方向投影位于果实收集箱进料口沿竖直方向的投影内。
3.根据权利要求1所述的一种多级缓冲设计的球形果实采收车，其特征在于：所述旋转分离模块（3）包括与车架固接的分离圆盘（302）和固设在分离圆盘外圈的筒型挡板，分离圆盘（302）的中心孔与筒型挡板之间的分离圆盘上开设有若干沿周向布置且位于缓冲轨道管进料端上方的落料孔，分离圆盘的中心孔中设有连接驱动装置的转盘，所述转盘上固接有向上延伸的旋转导向筒（301），所述旋转导向筒（301）的侧壁上开设有果实通过口。
4.根据权利要求3所述的一种多级缓冲设计的球形果实采收车，其特征在于：所述果实通过口的两侧固接有朝向落料孔所在侧延伸的导向板。
5.根据权利要求3所述的一种多级缓冲设计的球形果实采收车，其特征在于：所述缓冲轨道管（303）包括上端与车架固接的竖管，以及与所述竖管的下端固接的弯管。
6.根据权利要求1所述的一种多级缓冲设计的球形果实采收车，其特征在于：所述传送带模块（2）包括安装有传送带（202）的机架和驱动所述传送带转动的传送驱动装置，所述车架上固设有竖套管，所述机架上铰接有滑接在所述竖套管中的支撑杆，所述竖套管管壁上螺纹连接有顶至支撑杆的紧定螺栓。
7.根据权利要求1所述的一种多级缓冲设计的球形果实采收车，其特征在于：所述采摘模块（1）包括机械臂采摘机构和手持式采摘机构，所述机械臂采摘机构包括安装在车架上的第二升降机构（115）和安装在第二升降机构活动部的直线滑轨机构，所述直线滑轨机构的活动部通过机械连接臂连接第一切割刀（111），所述第一切割刀落料口连接伸至传送带模块进料口的可伸缩软管。
8.根据权利要求7所述的一种多级缓冲设计的球形果实采收车，其特征在于：所述第二升降机构为剪叉式升降结构，所述直线滑轨机构包括固定在剪叉式升降结构顶框的滑槽滑杆（114）和滑接在所述滑杆上的滑块（113），所述滑杆在滑槽内运动使第一切割刀实现y方向移动，所述滑块在滑杆上运动使第一切割刀实现x方向移动。
9.根据权利要求8所述的一种多级缓冲设计的球形果实采收车，其特征在于：所述机械连接臂包括自下而上依次铰接的自旋杆、第一连杆和第二连杆，自旋杆与滑块固接且可实现360°自旋，第二连杆上端连接第一切割刀。
10.根据权利要求7所述的一种多级缓冲设计的球形果实采收车，其特征在于：所述手持式采摘机构包括伸缩杆和安装所述伸缩杆一端的第二切割刀（121），伸缩杆上设有控制第二切割刀动作的电启动按钮（125），所述第二切割刀的落料口连接伸至传送带模块进料口的可伸缩软管。
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