CN111194615A - 一种落地林果捡拾机器人 - Google Patents

Abstract

本发明属于自动化技术领域，涉及一种落地林果捡拾机器人，包括联合供电装置、自走式移动底盘、操纵控制装置，其特征在于：还包括捡拾器、集果器、输送机构、水平摆动机构，集果器滚动设置于自走式移动底盘上，输送机构设置于集果器上，联合供电装置、捡拾器均设置于输送机构上，水平摆动机构一端对称设置于自走式移动底盘上，另一端与输送机构铰装，操纵控制装置分别与自走式移动底盘、输送机构、水平摆动机构控制连接。本发明结构设计科学合理，具有自主移动和避障、捡拾清杂同步进行、适应果园复杂多样的地形条件、捡拾效率高、效果好、损伤少、适用范围广等优点，是一种具有较高创新性的落地林果捡拾机器人。

Description

一种落地林果捡拾机器人

技术领域

本发明属于自动化技术领域，特别涉及一种落地林果捡拾机器人。

背景技术

近年来，我国各类林果栽植面积一直迅猛增加，总产量一直稳居世界第一。林果产业已经成为我国种植业中位列粮食、蔬菜之后的第三大产业。林果收获作为果园生产全过程中的重要环节，具有季节性强、劳动密集的特点，所用劳动力数量约占整个生产过程的35％～45％。常见的林果收获方式主要有两种：树上果品一次性联合收获和树上果品摇落-集果-捡拾的分段收获。由于我国果园种植密度大，果园地表情况复杂多样，大型林果收获机和接果装置无法在果园灵活作业，所以分段收获方式更加适合于我国的果园收获作业。但是，我国林果收获作业机械化程度较低，特别是捡拾环节主要还是依靠人工完成，存在劳动强度大、作业效率低和人力成本费用高等问题，严重制约了我国林果产业的健康发展。因此，对于林果自动化收获机械的需求也日益紧迫。

早在二十世纪五六十年代，国外研究学者就对林果收获机械进行了相关研究，目前已经有比较成熟的机型，比如澳大利亚医学管理人员协会会员公司设计制造的SEMEK自走式榛子收获机，通过前端的两个大圆盘集果器进行集果，然后通过滚筒毛刷进行捡拾，再通过输送装置将榛子送至栅格板进行清杂，而后实现收集。W.Jack CroftWichita发明了一种自走式山核桃收获机，采用钢板将地面上的山核桃梳刷成统一厚度，再采用错位对置的捡拾辊进行捡拾，被拾起的山核桃在惯性作用下落入振动筛进行清杂和输送，最终通过输送带和输送辊进入集果箱。总体而言，国外大多是采用了圆盘毛刷或者铲刷相结合的方式来进行果实的捡拾，整体设备外形较大，转弯半径大，机器作业不灵活，不适合我国的果园条件和林果收获方式。

近年来，我国也开展了林果收获机械的研究，但大多还处于试验室阶段，离推广应用还存在一定差距。其中，较为典型的研究成果有，石河子大学机械工程学院研制的4ZZ-2Y型红枣收获机，采用安装在旋转轴上的树脂片对落地红枣进行集条，然后利用入土的弯形钢齿进行捡拾。该设备由于树脂片安装缺少自由度，弯形钢齿不具备仿形功能，作业效果欠佳。武汉威明德公司冯冰等人发明了一种林果收获机，通过圆盘毛刷将落在地面的果实收集成一行，采用抖动式拾果器利用振动和惯性原理将收集成行的果实拾起，落入抖动式拾果器后方；通过弹齿搂果器的旋转将果实带到输送带上，完成果实的收获作业。该设备在使用过程中会扫入很多树叶树枝等杂物，从而易导致输送堵塞或卡绊，而且也为后续的分拣处理带来较大的麻烦。石河子大学还研制了一种气吸式红枣收获机，在实际使用中发现该设备同样存在容易将杂物吸入堵塞管道的情况，工作时还会因有气流致使地面尘土扬起导致作业环境恶劣，而且捡拾作业过程中需要人工扶持，捡拾效率不高。此外，还有一种铲拨式捡拾装置，可以通过拨动前方果实使落果进入铲板中来完成捡拾动作。该装置对地面平整度要求较高，实际使用时漏捡率高，捡拾收获效率较低，除此之外该装置易将树枝等杂物拨入，从而造成装置卡绊甚至损坏。

针对上述现有林果收获机械存在的问题以及我国林果产业对收获机械的实际需求，有必要开展适合我国果园特点的，集捡拾、清杂和收集功能于一体的林果自动化收获设备研究，提高林果收获的作业效率和质量，降低林果收获的人工成本，有效促进我国林果产业的快速健康发展。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以自动在果园行走，自主适应果园的地形条件和避障，操作简单，工作可靠，能够最大限度地降低漏检、降低果品损失的落地林果捡拾机器人。

本发明解决其技术问题是通过以下技术方案实现的：

一种落地林果捡拾机器人，包括联合供电装置、自走式移动底盘、操纵控制装置，其特征在于：还包括捡拾器、集果器、输送机构、水平摆动机构，集果器滚动设置于自走式移动底盘上，输送机构设置于集果器上，联合供电装置、捡拾器均设置于输送机构上，水平摆动机构一端对称设置于自走式移动底盘上，另一端与输送机构铰装，操纵控制装置分别与自走式移动底盘、输送机构、水平摆动机构控制连接。

而且，所述捡拾器为三个，三个捡拾器均布设置于输送机构上，均由捡拾器轴、圆盘钢丝架、弹簧钢丝组成，捡拾器轴对称设置于输送机构上，圆盘钢丝架对应转动设置于捡拾器轴上，弹簧钢丝相互交织周向均布设置于圆盘钢丝架上。

而且，所述集果器，由支杆、箱体座、集果箱体、集果抽屉组成，支杆呈矩形对称滚动设置于自走式移动底盘上，箱体座设置于支杆上，集果箱体固装于箱体座顶面，集果抽屉设置于集果箱体内。

而且，所述集果箱体，其上方制有矩形开口且矩形开口两侧分别制有多个弧形凸起。

而且，所述输送机构，由输送电机、链轮轴架、链轮轴、链轮、链条组成，链轮轴架呈矩形竖直固装于箱体座四角部，链轮轴呈矩形水平设置于链轮轴架上，链轮对称设置于链轮轴架两端，链条设置于链轮上，输送电机设置于链轮轴架上且与链轮轴传动连接。

而且，所述水平摆动机构，由摆动电机、曲轴组成，曲轴一端对称设置于自走式移动底盘上，另一端与链轮轴铰装，摆动电机设置于自走式移动底盘上且与曲轴传动连接。

本发明的优点和有益效果为：

1.本发明设置有自走式移动底盘，具有自主移动和避障功能，能够适应果园复杂多样的地形条件。

2.本发明设置有捡拾器，捡拾器采用弹簧钢丝材料做成橄榄球状，具有一定的仿形功能，能够适应果园复杂的地面条件，提高捡拾效果，降低漏检率和对果品的损伤。

3.本发明捡拾器的弹簧钢丝数量可根据捡拾果品直径大小而设置，可以通过调整弹簧钢丝的密度来适应不同大小果实品种的捡拾需求，适用范围广。

4.本发明设置有水平摆动机构，捡拾清杂同步进行，能够进一步提高清杂和捡拾的效果。

5.本发明设置有输送机构和集果器，可以实现果实的连续收集，具有较高的作业效率。

6.本发明结构设计科学合理，具有自主移动和避障、捡拾清杂同步进行、适应果园复杂多样的地形条件、捡拾效率高、效果好、损伤少、适用范围广等优点，是一种具有较高创新性的落地林果捡拾机器人。

附图说明

图1为落地林果捡拾机器人结构示意图；

图2为1的左视图；

图3为捡拾器结构示意图；

图4为捡拾器结构示意图；

图5为输送机构结构示意图(不含输送电机)；

图6为集果器结构示意图(不含支杆)；

图7为水平摆动机构结构示意图。

附图标注说明：

1-联合供电装置，2-输送机构，3-捡拾器，4-集果器，5-自走式移动底盘，6-水平摆动机构，7-捡拾器轴，8-弹簧钢丝，9-圆盘钢丝架，10-U型连接件，11-链轮轴架，12-链轮，13-链条，14-链轮轴，15-集果抽屉，16-矩形开口，17-弧形凸起，18-集果箱体，19-箱体座，20-支杆。

具体实施方式

下面通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

一种落地林果捡拾机器人，包括联合供电装置1、自走式移动底盘5、操纵控制装置，其还包括捡拾器3、集果器4、输送机构2、水平摆动机构6，集果器滚动设置于自走式移动底盘上，输送机构设置于集果器上，联合供电装置、捡拾器均设置于输送机构上，水平摆动机构一端对称设置于自走式移动底盘上，另一端与输送机构铰装，操纵控制装置分别与自走式移动底盘、输送机构、水平摆动机构控制连接。

捡拾器为三个，三个捡拾器均布设置于输送机构的链条上，均由捡拾器轴7、圆盘钢丝架9、弹簧钢丝8组成，捡拾器轴经U型连接件10设置于输送机构的链条上，圆盘钢丝架对称固装于捡拾器轴上，弹簧钢丝相互交织周向均布设置于圆盘钢丝架上。

弹簧钢丝，其数量依据捡拾果品直径大小而定。捡拾器最大直径为一百八十毫米，沿圆周方向均布弹簧钢丝的数量由可捡拾果实的最小直径决定。以捡拾果实的直径在二十毫米至五十毫米范围为例，捡拾器最大直径处的周长为五百六十五毫米，弹簧钢丝沿圆周均布数量约为三十根。

集果器，由支杆20、箱体座19、集果箱体18、集果抽屉15组成，支杆呈矩形对称铰装于自走式移动底盘上顶面，箱体座设置于支杆上，集果箱体固装于箱体座顶面，集果抽屉设置于集果箱体内。支杆底端设置有滚轮。

集果箱体，其上方制有矩形开口16且矩形开口两侧分别制有多个弧形凸起17。当捡拾器传送至集果器上方时，与弧形凸起产生挤压作用，相邻弹簧钢丝被撑开，间隙变大，便于果实落入集果器中。

输送机构，由输送电机、链轮轴架11、链轮轴14、链轮12、链条13组成，输送电机设置于箱体座上底部，链轮轴架呈矩形竖直固装于箱体座四角部，链轮轴呈矩形水平设置于链轮轴架上且与输送电机传动连接，链轮对称设置于链轮轴架两端，链条设置于链轮上。

水平摆动机构，由曲轴、摆动电机组成，曲轴一端设置于自走式移动底盘上，另一端与链轮轴铰装，摆动电机设置于自走式移动底盘上且与曲轴传动连接。

联合供电装置，包括太阳能电池和储电电池。用于与自走式移动底盘和输送电机、摆动电机供电。

自走式移动底盘包括底盘、四个行走轮、与行走轮相对应的四个驱动电机和四个减震器。底盘顶面设置有支杆滑道。

本发明的工作原理：

利用本发明一种落地林果捡拾机器人捡拾林果时，首先根据果品直径大小选择装配与之相匹配的捡拾器。将本落地林果捡拾机器人置于落有林果的林地，启动自走式移动底盘和水平摆动机构，自走式移动底盘在散落有林果的地面行走，捡拾器在自走式移动底盘带动下与地面产生摩擦并进行转动，当遇有林果时，林果即会将捡拾器上的弹簧钢丝分开而进入捡拾器内，林果进入后，弹簧钢丝在弹力作用下自动恢复原状。当第一个捡拾器捡拾一定数量林果后，启动输送机构，输送电机带动链轮轴、链轮、链条转动，同时设置于链条上的捡拾器跟随移动，直至第二个捡拾器处于底部捡拾位置。输送过程中，在水平摆动机构作用下，除移动底盘外的其它部件均处于水平往复运动中，第一个捡拾器中的林果可即可完成清杂工作。当第一个捡拾器到达集果器顶部矩形开口上方时，捡拾器的弹簧钢丝与弧形凸起产生挤压作用，相邻弹簧钢丝被拨开，间隙变大，果实落入集果箱体内集果抽屉中。如此循环，即可自动连续进行林果捡拾和清杂。集果抽屉装满或一定数量后，人工取出。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (6)

1.一种落地林果捡拾机器人，包括联合供电装置、自走式移动底盘、操纵控制装置，其特征在于：还包括捡拾器、集果器、输送机构、水平摆动机构，集果器滚动设置于自走式移动底盘上，输送机构设置于集果器上，联合供电装置、捡拾器均设置于输送机构上，水平摆动机构一端对称设置于自走式移动底盘上，另一端与输送机构铰装，操纵控制装置分别与自走式移动底盘、输送机构、水平摆动机构控制连接。

2.根据权利要求1所述的落地林果捡拾机器人，其特征在于：所述捡拾器为三个，三个捡拾器均布设置于输送机构上，均由捡拾器轴、圆盘钢丝架、弹簧钢丝组成，捡拾器轴对称设置于输送机构上，圆盘钢丝架对应转动设置于捡拾器轴上，弹簧钢丝相互交织周向均布设置于圆盘钢丝架上。

3.根据权利要求1所述的落地林果捡拾机器人，其特征在于：所述集果器，由支杆、箱体座、集果箱体、集果抽屉组成，支杆呈矩形对称滚动设置于自走式移动底盘上，箱体座设置于支杆上，集果箱体固装于箱体座顶面，集果抽屉设置于集果箱体内。

4.根据权利要求3所述的落地林果捡拾机器人，其特征在于：所述集果箱体，其上方制有矩形开口且矩形开口两侧分别制有多个弧形凸起。

5.根据权利要求1所述的落地林果捡拾机器人，其特征在于：所述输送机构，由输送电机、链轮轴架、链轮轴、链轮、链条组成，链轮轴架呈矩形竖直固装于箱体座四角部，链轮轴呈矩形水平设置于链轮轴架上，链轮对称设置于链轮轴架两端，链条设置于链轮上，输送电机设置于链轮轴架上且与链轮轴传动连接。

6.根据权利要求1所述的落地林果捡拾机器人，其特征在于：所述水平摆动机构，由摆动电机、曲轴组成，曲轴一端对称设置于自走式移动底盘上，另一端与链轮轴铰装，摆动电机设置于自走式移动底盘上且与曲轴传动连接。

Images