CN111602511A - 一种半自动化桑叶采摘机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种半自动化桑叶采摘机，包括：电控系统、行走装置、龙门架机构、扶桑枝装置、上限位推杆组件、下限位推杆组件和采桑叶装置。行走装置与龙门架机构的装配，可实现在桑树种植园的跨桑树行走；并通过电控系统的在不同位置设置感应行程开关来分段控制电路的通路与断路、从而促使扶桑枝伺服电机及其驱动器驱动扶桑枝装置打开与闭合，进而促使采桑叶伺服电机及其驱动器驱动采桑叶装置的在上下位推杆组件之间，实现闭合与向下移动、打开与向上移动，最终实现采摘桑叶先后顺序的循环动作来实现扶桑、采桑；进一步降低桑农的劳动强度，帮助他们从繁重的劳动中解脱出，实现人机结合，灵活运行，提高桑叶采摘速度和采摘率。
Description
技术领域
本发明属于桑叶采摘机械技术领域，特别涉及一种半自动化桑叶采摘机。
背景技术
随着东桑西移工程的实施，目前全国的桑蚕养殖处于旺盛阶段，但是我国的采摘桑叶主要通过手工采摘，手工采摘时间长，劳动强度大，还会使农户的手部受伤。国家为保持农民收入持续较快增长，这就需要农业机械化的发展，农业机械化更是推进现代农业建设的重要物质基础。
近几年来，虽然采桑机械取得了一定的发展，如在桑叶采摘方面专利号为201120287574.3的桑叶采摘器，该工具具有速度快，采摘桑叶不伤手，体积小，可单手握在手心操作，左右手均可。重量轻，不到150克，适用各种桑树品种，对于大小不同的桑枝都可快速采摘；再如专利号为201220176574 的一种新型桑叶采摘机，其中间凹的S形的导板设置于储电池驱动器前下部，由带齿钉的传送带，收集风扇，滚轮，连杆，下收集板，轮子，打轮，上收集网，操纵杆，出叶口组成；也依然需要依靠大部分的人工劳力进行操作。这些采桑器的出现可以大大的降低农户的劳动强度，但是这些桑叶采摘器的设计都没有改变桑农的采摘模式，主要也还是依靠桑农的劳动力。
为此，基于目前的采摘模式和现状，进一步地减少工作人员的劳动力，急需一种能自动采摘桑叶的采摘机。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种至少部分解决上述技术问题的一种半自动化桑叶采摘机，可进一步降低桑农的劳动强度，帮助他们从繁重的劳动中解脱出，实现人机结合，灵活运行，提高桑叶采摘速度和采摘率。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种半自动化桑叶采摘机，包括：电控系统、行走装置、龙门架机构、扶桑枝装置、上限位推杆组件、下限位推杆组件和采桑叶装置；
其中，电控系统包括控制单元，及分别与控制单元连接的供电电池、电源开关、桑枝感应行程开关、扶桑运动行程开关、扶桑枝伺服电机及其驱动器、上位采桑叶行程开关、下位采桑叶行程开关、采桑叶伺服电机及其驱动器；
龙门架机构安装在所述行走装置上；所述龙门架机构的横梁上安装所述供电电池和控制单元；所述行走装置上安装所述电源开关；
所述龙门架机构的两个纵梁，自上而下依次安装：扶桑枝装置、上限位推杆组件、采桑叶装置、下限位推杆组件；
所述桑枝感应行程开关、扶桑运动行程开关、扶桑枝伺服电机及其驱动器，分别安装在所述扶桑枝装置上；
所述控制单元根据所述桑枝感应行程开关、扶桑运动行程开关的信号，控制扶桑枝伺服电机及其驱动器工作，实现扶桑枝装置的扶桑作业；
所述上位采桑叶行程开关安装在所述上限位推杆组件上；所述下位采桑叶行程开关安装在所述下限位推杆组件的下方，且位于所述行走装置上；所述采桑叶伺服电机及其驱动器安装在采桑叶装置上；
所述控制单元根据所述上位采桑叶行程开关、下位采桑叶行程开关的信号，控制采桑叶伺服电机及其驱动器，驱动采桑叶装置在所述上限位推杆组件、下限位推杆组件之间，沿所述龙门架机构的两个纵梁上下移动，实现采桑叶装置的采桑作业。
进一步地，所述行走装置包括两个相对称的行走机构；每个所述行走机构包括：定向滚轮组件、万向滚轮组件、支承横梁、桑叶收纳箱和手把；
所述支承横梁底部一端安装所述万向滚轮组件，底部另一端安装所述定向滚轮组件，顶部靠近所述定向滚轮组件的一端安装所述手把；所述电源开关安装在所述手把上；所述桑叶收纳箱安装在所述支承横梁的内侧；
两个所述支承横梁的上端面通过标准直角连接座与所述龙门架机构的两个纵梁固定连接；
两个相对应的桑叶收纳箱间隔预设距离；在所述桑叶收纳箱的前侧面设有斜梁，一端连接所述支承横梁的内侧面，另一端连接所述桑叶收纳箱远离支承横梁的端点；两个所述桑叶收纳箱之间前半部分形成V型导向口，作为桑树的导入口；后半部分形成狭长的通道，作为桑树的通过过道。
进一步地，所述定向滚轮组件和/或万向滚轮组件通过可调组件与所述支承横梁连接；
所述可调组件包括：可调节高度支承脚、调节螺母和锁紧螺母；
所述可调节高度支承脚下端安装滚轮组件，上端通过锁紧螺母安装在所述支承横梁上；所述调节螺母安装在所述可调节高度支承脚的传动螺杆上。
进一步地，所述桑叶收纳箱前端横截面呈梯形或三角形，使所述狭长的通道截面呈等腰梯形或等腰三角形。
进一步地，所述龙门架机构，包括两组封闭式传动导轨立柱、两件跨接横梁、标准角连接件；
所述封闭式传动导轨立柱构成纵梁；两件跨接横梁的两端通过标准角连接件上；
其中，所述封闭式传动导轨立柱装配有滚珠丝杆及其端头支承座、滑动导轨及纵向传动滑台；所述上限位推杆组件安装在所述滑动导轨上；所述采桑叶装置安装在所述纵向传动滑台上。
进一步地，所述扶桑枝装置包括左右两个相对称的扶桑机构；每一个所述扶桑机构由横向电动敞开式滚珠丝杆传动组件、滑动导轨组件、扶桑夹具、横向支承座构成；
所述滚珠丝杆传动组件、滑动导轨组件安装在所述横向支承座上；所述扶桑夹具安装在所述滑动导轨组件上；
所述滚珠丝杆传动组件上安装所述扶桑枝伺服电机及其驱动器；所述扶桑枝伺服电机及其驱动器通过所述滚珠丝杆传动组件驱动所述滑动导轨组件水平移动。
进一步地，所述采桑叶装置，包括：左右两个相对称的采桑机构；每一个所述采桑机构由齿条齿轮传动机构组件、摘叶刀组件、刀杆导向架、摘叶运动行程开关触碰杆和直角支承座构成；
其中，所述齿条齿轮传动机构组件、摘叶运动行程开关触碰杆安装在所述直角支承座上，且靠近所述直角支承座的纵向垂直内侧面；
所述刀杆导向架安装在所述直角支承座横向水平面上，且远离所述直角支承座的纵向垂直内侧面；所述刀杆导向架套住所述摘叶刀组件；所述齿条齿轮传动机构组件与所述摘叶刀组件连接；
所述摘叶运动行程开关触碰杆两端，分别与所述上位采桑叶行程开关、下位采桑叶行程开关对应；
所述控制单元控制采桑叶伺服电机及其驱动器工作，并带动所述封闭式传动导轨立柱上的滚珠丝杆旋转，实现所述直角支承座上下移动；当所述摘叶运动行程开关触碰杆的一端触碰到所述上位采桑叶行程开关或下位采桑叶行程开关时，控制所述采桑叶伺服电机反转工作，带动所述滚珠丝杆反向旋转；
所述直角支承座上下移动，带动所述齿条齿轮传动机构组件，通过所述摘叶刀组件实现采桑作业。
进一步地，所述上限位推杆组件，包括两组上限位机构；
每组上限位机构包括：上限位推杆、上调节螺钉、上锁紧螺母、上推杆支架；每组上限位机构安装在对应的所述封闭式传动导轨立柱上半部分的内侧面；
所述上限位推杆设有用于调节安装位置的长圆孔，通过两个螺钉紧固于所述上推杆支架上；所述上推杆支架设有两个安装螺钉孔位以及设有调节螺孔，调节螺孔轴向垂直于两个螺钉孔轴向；所述上调节螺钉配装在调节螺孔上，其轴向与所述上限位推杆轴向保持一致并处于一条直线上；
所述上位采桑叶行程开关安装在所述上调节螺钉上方，且位于所述上推杆支架上。
进一步地，所述下限位推杆组件，包括两组下限位机构；
每组下限位机构包括：下限位推杆、下调节螺钉、下锁紧螺母、下推杆支架；每组下限位机构安装在对应的所述封闭式传动导轨立柱下半部分的内侧面；
所述下限位推杆设有用于调节安装位置的长圆孔，通过两个螺钉紧固于所述下推杆支架上；所述下推杆支架设有两个安装螺钉孔位以及设有调节螺孔，调节螺孔轴向垂直于两个螺钉孔轴向；所述下调节螺钉配装在调节螺孔上，其轴向与所述下限位推杆轴向保持一致并处于一条直线上。
进一步地，所述标准直角连接座形状为等腰三角形，中部镂空。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1、行走装置与龙门架机构的装配，可实现在桑树种植园的跨桑树行走；并通过电控系统的在不同位置设置感应行程开关来分段控制电路的通路与断路、从而促使扶桑枝伺服电机及其驱动器驱动扶桑枝装置打开与闭合，进而促使采桑叶伺服电机及其驱动器驱动采桑叶装置的在上下位推杆组件之间，实现闭合与向下移动、打开与向上移动，最终实现采摘桑叶先后顺序的循环动作来实现扶桑、采桑；进一步降低桑农的劳动强度，帮助他们从繁重的劳动中解脱出，实现人机结合，灵活运行，提高桑叶采摘速度和采摘率。
2、行走装置上滚轮高度可调，可适应地理环境及桑树的高度；通过设置桑叶收纳箱形成V型导向口和狭长的通道，作为桑树的导入口及通过过道，实现扶桑枝、采摘桑叶、收集桑叶一体化。
3、控制单元获取桑枝感应行程开关、扶桑运动行程开关的感应信号，控制扶桑枝伺服电机及其驱动器作业，实现对扶桑枝装置扶桑作业的自动化控制，通过扶桑夹具实现对桑枝的固定，为采桑叶做好准备工作，提高作业效率。
4、采桑叶装置在上位采桑叶行程开关、下位采桑叶行程开关的感应下，控制单元实现对采桑叶伺服电机及其驱动器的自动化控制，通过齿条齿轮传动机构组件上下移动，驱动摘叶刀组件实现对桑叶的采摘，有效增加采桑的效率。
5、两个桑叶收纳箱前半部分为V形导入口，利于桑树的导入；两个前端横截面呈梯形或三角形，使后半部分形成的狭长通道截面呈等腰梯形或等腰三角形，利于桑树的通过；辅助扶桑装置的扶桑作业；可有效增加被采摘的桑枝数量。
附图说明
图1为本发明提供的半自动化桑叶采摘机的整体结构示意图；
图2为本发明提供的行走装置的结构示意图；
图3为本发明提供的龙门架机构的结构示意图；
图4为本发明提供的扶桑枝装置的结构示意图；
图5为本发明提供的上限位推杆组件的结构示意图；
图6为本发明提供的下限位推杆组件的结构示意图；
图7为本发明提供的采桑叶装置的结构示意图；
图8为本发明提供的采桑装置中纵向位移齿条组件的不同角度视图；
图9为本发明提供的电控系统逻辑图。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”“前端”、“后端”、“两端”、“一端”、“另一端”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。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1所示，一种半自动化桑叶采摘机，包括电控系统、行走装置1、龙门架机构2、扶桑枝装置3、上限位推杆组件4、下限位推杆组件5、采桑叶装置6；
其中，上述电控系统包括控制单元，及分别与控制单元连接的供电电池、电源开关、桑枝感应行程开关、扶桑运动行程开关、扶桑枝伺服电机及其驱动器、上位采桑叶行程开关、下位采桑叶行程开关、采桑叶伺服电机及其驱动器。
该控制单元可以是PLC控制器，也可以是加载了控制程序的单片机；其中PLC控制器是可编程逻辑控制器(Programmable Logic Controller，PLC)，一种具有微处理机的数字电子设备，用于自动化控制的数字逻辑控制器。PLC 控制器可以将上述桑枝感应行程开关、扶桑运动行程开关、扶桑枝伺服电机及其驱动器、上位采桑叶行程开关、下位采桑叶行程开关、采桑叶伺服电机及其驱动器的控制指令加载在内存内储存与执行。
龙门架机构2安装在行走装置1上；龙门架机构2的横梁上安装供电电池、控制单元；电源开关安装在行走装置上。龙门架机构2的两个纵梁，自上而下依次安装：扶桑枝装置3、上限位推杆组件4、采桑叶装置6、下限位推杆组件5；桑枝感应行程开关、扶桑运动行程开关、扶桑枝伺服电机及其驱动器，分别安装在扶桑枝装置3上；上位采桑叶行程开关安装在上限位推杆组件4上；下位采桑叶行程开关安装在下限位推杆组件的下方，且位于行走装置上。采桑叶伺服电机及其驱动器安装在龙门架机构(2)的纵梁上，用于驱动采桑叶装置6的上下移动；
控制单元根据桑枝感应行程开关、扶桑运动行程开关的信号，控制扶桑枝伺服电机及其驱动器工作，实现扶桑枝装置3的扶桑作业；并根据上位采桑叶行程开关、下位采桑叶行程开关的信号，采桑叶伺服电机及其驱动器，驱动采桑叶装置6在上限位推杆组件4、下限位推杆组件5之间，沿龙门架机构2的两个纵梁上下移动，实现采桑叶装置6的采桑作业。
本实施例中，通过行走装置与龙门架机构的装配，可实现在桑树种植园的跨桑树行走；并通过电控系统的在不同位置设置感应行程开关来分段控制电路的通路与断路、从而促使扶桑枝伺服电机及其驱动器驱动扶桑枝装置打开与闭合，进而促使采桑叶伺服电机及其驱动器驱动采桑叶装置的在上下位推杆组件之间，实现闭合与向下移动、打开与向上移动，最终实现采摘桑叶先后顺序的循环动作来实现扶桑、采桑；进一步降低桑农的劳动强度，帮助他们从繁重的劳动中解脱出，实现人机结合，灵活运行，提高桑叶采摘速度和采摘率。
进一步地，参照图2所示，该行走装置1包括两个相对称的行走机构；每个行走机构包括：定向滚轮组件101、万向滚轮组件102、支承横梁105、桑叶收纳箱107和手把108；
支承横梁105底部一端安装万向滚轮组件102，底部另一端安装定向滚轮组件101；顶部靠近所述定向滚轮组件101的一端安装手把108；手把108上安装电源开关，方便手动打开和关闭电源，启动作业；上述桑叶收纳箱107 安装在支承横梁105的内侧；两个支承横梁105的上端面通过标准直角连接座7与龙门架机构2的两个纵梁固定连接。该标准直角连接座7，外观为等腰三角形状，中部镂空以减轻设备总重量。
两个相对应的桑叶收纳箱107之间间隔预设距离，构成桑树的通过过道宽度；该预设距离根据桑树植株的生长情况进行设置。在桑叶收纳箱107的前侧面设有斜梁10701，一端连接支承横梁105的内侧面，另一端连接桑叶收纳箱107远离支承横梁105的端点；在增加桑叶收纳箱107牢固性的同时，可使两个桑叶收纳箱107之间前半部分形成V型导向口，作为桑树的导入口；该桑叶收纳箱107前端横截面呈梯形或三角形，后半部分形成狭长的通道，作为桑树的通过过道，使狭长的通道截面呈等腰梯形或等腰三角形。利于聚拢桑枝，提高通过性。
另外，为适应多种地理环境，比如带有坡度的地面，可将滚轮组件设置成高度可调；滚轮组件102通过可调组件与支承横梁105连接；该可调组件包括：可调节高度支承脚103、调节螺母104和锁紧螺母106；可调节高度支承脚103下端安装滚轮组件，上端通过锁紧螺母106安装在支承横梁105上；调节螺母104安装在可调节高度支承脚103的传动螺杆上。
当采桑人员手握手把推动行走装置时，可以带动整台设备向前行走；可调节高度支承脚103由钢质法兰盘和传动螺杆焊接而成，钢质法兰盘大小及其开孔位置与滚轮组件自带的安装法兰盘一致；可调节高度支承脚103与滚轮组件通过锁紧螺母106锁紧连接。调节螺母104，材质一般为铸铁、碳钢、铝合金，设有可以手动扳转的把手，调节螺母104配装于可调节高度支承脚 103的传动螺杆上，人员可以通过正反旋转扳动调节螺母104，调节螺母104 就可以实现上下位移。
上述的两个支承横梁105，为左、右支承横梁，两者对称，材质通常为铸铁、碳钢、铝合金；支承横梁105设有与桑叶收纳箱107连接的安装孔。其中，两个下限位推杆组件5可安装在龙门架机构2的两个纵梁上，也可以安装在两个支承横梁105的中间部位，且与龙门架机构2的两个纵梁在同一直线上。因此，该支承横梁105上还设有下限位推杆组件5的安装空位，并设有下位采桑叶行程开关Ⅳ的安装位置。其两端各设有一个套筒通孔，其中一端还设有与手把安装连接的孔位，中间部位设有与龙门架机构2相连接的安装孔；支承横梁105通过套筒通孔套装在可调节高度的支承脚103的传动螺杆上，并搭在调节螺母104上端面。其中，该支承横梁105上
桑叶收纳箱107，材质一般为薄壁钢板或铝合金薄板；如图2所示，分为左收纳箱和右收纳箱，两者对称，通过螺钉紧固连接在对应的左、右支承横梁上，左收纳箱和右收纳箱安装固定后，两者之间前半部分形成V型导向口，作为桑树导入口，后半部分形成狭长的通道，作为桑树通过过道；手把108，靠近手握的一端设有电源开关安装孔10801，另一端设有与支承横梁安装连接的通孔，通过螺栓螺母与支承横梁紧固连接。
本实施例中，行走装置上滚轮高度可调，可适应地理环境及桑树的高度；通过设置桑叶收纳箱形成V型导向口和狭长的通道，作为桑树的导入口及通过过道，实现扶桑枝、采摘桑叶、收集桑叶一体化。
进一步地，如图3所示，龙门架机构2，其主要构成包括两组封闭式传动导轨立柱201、两件跨接横梁202、标准角连接件203；封闭式传动导轨立柱 201构成纵梁；两件跨接横梁202的两端通过标准角连接件203分别安装在两组封闭式传动导轨立柱201上。该标准角连接件203外观也可为直角三角形状，材质通常为铸铁、碳钢、铝合金，配装于封闭式传动导轨立柱下部，用于连接跨接横梁202和封闭式传动导轨立柱201，通过螺栓紧固连接；中部镂空以减轻设备总重量。
其中，封闭式传动导轨立柱201为精密电动封闭式传动导轨立柱滑台组件，自配有滚珠丝杆及其端头支承座20101、滑动导轨及纵向传动滑台20102，滑动导轨设有上限位推杆组件4安装孔位，纵向传动滑台20102用于配装采桑叶装置6，封闭式传动导轨立柱201上可安装采桑叶伺服电机及其驱动器Ⅴ。
跨接横梁202为通用铝合金型材件，用于连接两组封闭式传动导轨立柱 201，形成“门”字形，跨接横梁设有供电电池和控制单元的安装空位。
进一步地，如图4所示，上述扶桑枝装置3，包括两组横向电动敞开式滚珠丝杆传动组件301、两组滑动导轨组件302、一对扶桑夹具303、左右横向支承座304；滚珠丝杆传动组件301、滑动导轨组件302安装在横向支承座304 上；扶桑夹具303安装在滑动导轨组件302上；
滚珠丝杆传动组件301上安装扶桑枝伺服电机及其驱动器II；扶桑枝伺服电机及其驱动器II通过滚珠丝杆传动组件301驱动滑动导轨组件302，实现带动扶桑夹具303水平移动。
具体地，横向电动敞开式滚珠丝杆传动组件301，自配有滚珠丝杆30101 及横向支承座30102和丝杆传动滑台30103、伺服电机连接座30104、丝杆端头支承座30105。伺服电机连接座30104用于固定安装扶桑枝伺服电机及其驱动器II；滑动导轨组件302包括滑动导轨30201及导轨滑台30202；扶桑夹具 303，包含侧面设有防撞塑料或橡胶的扶桑夹头30301、夹头连接板30302；扶桑夹头303材质一般为钢铁件或者铝合金，其与夹头连接板30302一端通过螺钉紧固连接；夹头连接板30302材质一般为钢铁件或者铝合金，其中间部位与导轨滑台30202通过螺钉紧固连接，另外一端与上述丝杆传动滑台 30103通过螺钉紧固连接。左右横向支承座304，其材质通常为碳钢、铸铁、铝合金，支承座水平面30401用于安装支承上述横向电动敞开式滚珠丝杆传动组件301、滑动导轨组件302，中间部位设有扶桑运动行程开关安装孔位，并安装扶桑运动行程开关；靠近扶桑夹头的一端设有桑枝感应行程开关I安装孔位，并安装桑枝感应行程开关Ⅰ。通过螺钉紧固各组件以及上述行程开关，支承座竖直平面30402与龙门架立柱2通过螺栓紧固连接。
扶桑枝装置的工作原理与主要作用为：当桑枝感应行程开关I被靠近桑树梢位置的桑枝主干触碰时，就会触发左右两台扶桑枝伺服电机工作并带动与其连接的滚珠丝杆30101旋转，滚珠丝杆30101的旋转将使左右丝杆传动滑台30103向中间靠拢，即安装在丝杆传动滑台30103上的扶桑夹具303同时向中间合拢，直至夹头连接板中间的扶桑运动行程开关触动杆触碰到行程开关时，上述扶桑枝伺服电机停止工作，同时扶桑夹头夹住靠近桑树梢位置的桑枝主干部位，使得桑树梢相对稳定，不会产生摇摆；此时，控制单元控制采桑叶伺服电机开始工作。
本实施例中，控制单元获取桑枝感应行程开关、扶桑运动行程开关的感应信号，控制扶桑枝伺服电机及其驱动器作业，实现对扶桑枝装置扶桑作业的自动化控制，通过扶桑夹具实现对桑枝的固定，为采桑叶做好准备工作，提高作业效率。
进一步地，如图5所示，上限位推杆组件4为两组上限位机构，每一组包括上限位推杆401、上调节螺钉402、上锁紧螺母403、上推杆支架404；每组上限位机构安装在对应的封闭式传动导轨立柱201上半部分的内侧面；
上限位推杆401材质为中碳钢，需经过调质处理，设有可以调节安装位置的长圆孔，通过两个螺钉紧固于上推杆支架404上；上推杆支架404，设有两个上限位推杆401安装螺钉孔位以及设有调节螺孔，调节螺孔轴向垂直于两个上限位推杆401安装螺钉孔轴向，上调节螺钉402配装在调节螺孔上，其轴向与上限位推杆401轴向保持一致并基本处于一条直线上。
当上限位推杆401安装于上推杆支架404时，通过旋扭上调节螺钉402，使螺钉端面顶住上限位推杆401端面时，旋扭上锁紧螺母403将上调节螺钉402锁死，锁死的上调节螺钉402可以保证上限位推杆401在受到推力时一直保持位置稳定不变；当发现已经安装固定好的上限位推杆401的位置不适用于设备正常工作时，此时可以通过松开上锁紧螺母403，再通过旋扭上调节螺钉402对上限位推杆401位置进行微调，直至符合位置要求后，再次旋扭上锁紧螺母403将上调节螺钉402锁死。
该上限位推杆组件4设置于龙门架机构2的封闭式纵向滑动导轨立柱上半部较高的位置，其具体位置需要根据桑树的实际高度进行设置。其中，上位采桑叶行程开关Ⅲ安装在上调节螺钉402上方，且位于上推杆支架404上。
进一步地，参照图6所述，下限位推杆组件5为两组下限位机构；每一组下限位机构，包括下限位推杆501、下调节螺钉502、下锁紧螺母503、下推杆支架504；每组下限位机构安装在对应的封闭式传动导轨立柱下半部分的内侧面。
下限位推杆501材质为中碳钢，需经过调质处理，设有可以调节安装位置的长圆孔，通过两个螺钉紧固于下推杆支架504上；下推杆支架504，设有两个下限位推杆501安装螺钉孔位以及设有调节螺孔，调节螺孔轴向垂直于两个下限位推杆501安装螺钉孔轴向，下调节螺钉502配装在调节螺孔上，其轴向与下限位推杆501轴向保持一致并基本处于一条直线上。
当下限位推杆501安装于下推杆支架504时，通过旋扭下调节螺钉502，使螺钉端面顶住下限位推杆501端面时，旋扭下锁紧螺母503将下调节螺钉 502锁死，锁死的下调节螺钉502可以保证下限位推杆501在受到推力时一直保持位置稳定不变；当发现已经安装固定好的下限位推杆501的位置不适用于设备正常工作时，此时可以通过松开下锁紧螺母503，再通过旋扭下调节螺钉502对下限位推杆501位置进行微调，直至符合位置要求后，再次旋扭下锁紧螺母503将下调节螺钉502锁死。
上限位推杆组件5设置于龙门架机构2的封闭式纵向滑动导轨立柱下半部较低的位置，其具体位置需要根据桑树的实际高度进行设置。
进一步地，如图7所示，采桑叶装置6，包括左右齿条齿轮传动机构组件 601、左右摘叶刀组件602、左右刀杆导向架603、两组摘叶运动行程开关触碰杆604和两组直角支承座605。
其中，齿条齿轮传动机构组件601、摘叶运动行程开关触碰杆604安装在直角支承座605上，且靠近直角支承座605的纵向垂直内侧面；
刀杆导向架603安装在直角支承座605横向水平面上，且远离直角支承座605 的纵向垂直内侧面；刀杆导向架603套住摘叶刀组件602；齿条齿轮传动机构组件601与摘叶刀组件602连接；摘叶运动行程开关触碰杆604两端，分别与上位采桑叶行程开关Ⅲ、下位采桑叶行程开关Ⅳ对应；该摘叶运动行程开关触碰杆604用于触发齿条齿轮传动机构组件601的启动指令；齿条齿轮传动机构组件601与摘叶刀组件602连接。可实现通过齿条齿轮传动机构组件上下移动，驱动摘叶刀组件实现对桑叶的采摘，有效增加采桑的效率。
进一步地，采桑叶装置6可配装于龙门架纵向滑台20102上；齿条齿轮传动机构组件601，具体包括纵向位移齿条组件60101、固定齿轮组件60102、轴承座组件60103、横向位移齿条组件60104；
纵向位移齿条组件60101安装在直角支承座605的纵向垂直内侧面；横向位移齿条组件60104安装在直角支承座605的横向水平面上；固定齿轮组件60102通过轴承座组件60103安装在直角支承座605上，使固定齿轮组件 60102分别与纵向位移齿条组件60101和横向位移齿条组件60104啮合；横向位移齿条组件60104的一端与摘叶刀组件602连接。
如图8所示，纵向位移齿条组件60101，具体包括纵向齿条6010101、纵向固定滑座6010102、纵向滑盖6010103、辅助推力扭簧6010104；
纵向固定滑座6010102侧边设有挡块601010201，可防止齿条与齿轮啮合时齿条发生水平位移；中间设有凹坑601010202，便于安装扭簧。
纵向滑盖6010103靠近左右两侧边处，左侧边高位与右侧边低分别设有扭簧固定凸柱601010301(或者左侧边低位与右侧边高分别设有扭簧固定凸柱)，纵向固定滑座60010102与纵向滑盖6010103两者组合形成腔体，腔体设有辅助推力扭簧6010104；
辅助推力扭簧6010104，设有所需位移距离推力换向零界点，其两端钢线分别扭曲形成圆圈，此圆圈恰好可以套在上述扭簧固定凸柱601010301上。上述纵向齿条6010101固定在纵向滑盖6010103上，扭簧6010104固定在纵向滑盖6010103的另一面(纵向滑盖6010103一面固定齿条，一面固定扭簧)。
纵向位移齿条6010101与固定齿轮组件60102啮合，固定齿轮组件60102 与横向位移齿条组件60104啮合。
具体地，上述摘叶刀组件602，具体包括刀杆60201、刀片60202，两者通过螺钉紧固连接，刀杆60201另一端通过螺钉连接横向位移齿条60104外侧端；刀杆导向架603位于直角支承座605横向水平面靠近末端处，套住刀杆，对刀杆的位移起导向作用，刀片60202设有半圆形刀口。
上述摘叶运动行程开关触碰杆604，分为上触碰杆60401和下触碰杆 60402，上、下触碰杆各自设有自带调节螺杆60403，通过旋钮触碰杆螺杆60403 可以实现各自与行程开关触点的距离，方便定位调节。比如在组装该设备时需要进行手动调节螺杆，保证采桑装置6到达指定位置后触发行程开关。
直角支承座605，其材质为碳钢、铸铁或铝合金；直角支承座605的纵向垂直外侧面通过螺钉固定于纵向滑台20102上，内侧面通过螺栓与纵向位移齿条组件60101装配，横向水平面靠近直角端配装横向位移齿条组件60104。
采桑叶装置的工作原理与主要作用为：当扶桑枝装置的扶桑夹头夹住靠近桑树梢位置的桑枝主干部位，使得桑树梢相对稳定，不会产生摇摆时，控制单元控制采桑叶伺服电机及其驱动器Ⅴ工作，并带动封闭式传动导轨立柱 201上的滚珠丝杆旋转，实现直角支承座605上下移动；当摘叶运动行程开关触碰杆604的一端触碰到上位采桑叶行程开关Ⅲ或下位采桑叶行程开关Ⅳ时，控制采桑叶伺服电机反转工作，带动滚珠丝杆反向旋转；直角支承座605上下移动，带动齿条齿轮传动机构组件601，通过摘叶刀组件602实现采桑作业。
本实施例中，采桑叶装置在上位采桑叶行程开关、下位采桑叶行程开关的感应下，控制单元实现对采桑叶伺服电机及其驱动器的自动化控制，通过齿条齿轮传动机构组件上下移动，驱动摘叶刀组件实现对桑叶的采摘，有效增加采桑的效率。
本发明实施例提供的一种半自动桑叶采摘机，其整个工作过程为：
当人工开启设置于桑叶采摘机手把108上的电源开关，同时推动桑叶采摘机向前行走时，桑树树杆会沿着V形导向口10703通过采桑机，在此过程中，当处于高位的桑树杆触碰到设置于扶桑枝装置3上的桑枝感应行程开关，感应器立即反馈信号至控制单元，控制单元发出命令促使两台扶桑枝伺服电机进行扶桑枝工作，即左右两台扶桑枝伺服电机工作并带动与其连接的滚珠丝杆30101旋转，滚珠丝杆30101的旋转将左右丝杆传动滑台30103向中间靠拢，即安装在丝杆传动滑台30103上的扶桑夹具303同时向中间合拢，直至夹头连接板30302中间的扶桑运动行程开关触动杆触碰到行程开关时，扶桑伺服电机停止工作，同时扶桑夹头30301夹住靠近桑树梢位置的桑枝主干部位，使得桑树梢相对稳定，不会产生摇摆。
此时，采桑叶伺服电机开始工作，并带动封闭式传动导轨立柱201上的滚珠丝杆旋转，纵向传动滑台20102在滚珠丝杆的旋转推力下向上滑动，采桑叶装置6亦整体向上位移，直至纵向齿条6010101向上位移顶端面触碰到上限位推杆401时，纵向齿条6010101开始向下位移，并带动固定齿轮组件 60102逆时针旋转，从而带动横向位移齿条组件60104及安装在该齿条上的摘叶刀组件602向桑树杆靠拢，当位移距离超过辅助推力扭簧6010104的推力换向零界点时，扭簧6010104由原来的阻力立即转向变为辅助推送力，左右摘叶刀片60202夹持住桑树杆，并在辅助推送力下一直保持一定的夹紧力，此时，采桑叶装置6上的摘叶运动行程开关触碰杆604的上触碰杆60401恰好触碰到上位采桑叶行程开关，触发控制单元变换指令，使采桑叶伺服电机反转工作，带动滚珠丝杆反向旋转，纵向传动滑台20102亦反向位移(向下位移)，从而使采桑叶装置6向下位移，进行摘桑叶工作。
当采桑叶装置6向下位移直至下限位推杆501顶住纵向位移齿条6010101 底端面，此时纵向位移齿条6010101开始向上位移，并带动固定齿轮组件60102 顺时针旋转，从而横向位移齿条组件60104及安装在该齿条上的摘叶刀组件 602远离桑树杆，当位移距离超过辅助推力扭簧6010104的推力换向零界点时，扭簧6010104由原来的阻力立即转向变为辅助推送力，左右摘叶刀片60202 保持远离桑树杆状态，并在辅助推送力下保持张开状态，此时，采桑叶装置上的摘叶运动行程开关触碰杆604的下触碰杆60402恰好触碰到下位采桑叶行程开关，触发控制单元变换指令，使采桑叶伺服电机停止工作。桑叶落入收纳箱107内，完成一个采摘桑叶的工作循环。
如图9所示，本发明的电控系统的工作原理如下：
(1)开始，半自动化桑叶采摘机打开电源开关，初始化；
(2)在半自动化桑叶采摘机在前行移动中，桑枝感应行程开关若感应到桑树，扶桑枝伺服电机及其驱动器启动；
(3)判断扶桑运动行程开关是否到位，当到位时，采桑叶伺服电机及其驱动器启动；同时扶桑枝伺服电机停止工作，扶桑装置保持夹紧；
(4)当采桑叶装置上移到上限位推杆组件的上限位高度时，触碰到上位采桑叶行程开关，控制采桑叶伺服电机反转，使采桑装置下移；
(5)当下移到下限位推杆组件的下限高度时，触碰到下位采桑叶行程开关，采桑叶装置停止工作，桑叶落入收纳箱；完成一个采摘桑叶的工作循环。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (10)
1.一种半自动化桑叶采摘机，其特征在于：包括：电控系统、行走装置(1)、龙门架机构(2)、扶桑枝装置(3)、上限位推杆组件(4)、下限位推杆组件(5)和采桑叶装置(6)；
其中，电控系统包括控制单元，及分别与控制单元连接的供电电池、电源开关、桑枝感应行程开关(I)、扶桑运动行程开关、扶桑枝伺服电机及其驱动器(Ⅱ)、上位采桑叶行程开关(Ⅲ)、下位采桑叶行程开关(Ⅳ)、采桑叶伺服电机及其驱动器(Ⅴ)；
龙门架机构(2)安装在所述行走装置(1)上；所述龙门架机构(2)的横梁上安装所述供电电池和控制单元；所述行走装置(1)上安装所述电源开关；
所述龙门架机构(2)的两个纵梁，自上而下依次安装：扶桑枝装置(3)、上限位推杆组件(4)、采桑叶装置(6)、下限位推杆组件(5)；
所述桑枝感应行程开关(I)、扶桑运动行程开关、扶桑枝伺服电机及其驱动器(Ⅱ)，分别安装在所述扶桑枝装置(3)上；
所述控制单元根据所述桑枝感应行程开关(I)、扶桑运动行程开关的信号，控制扶桑枝伺服电机及其驱动器(Ⅱ)工作，实现扶桑枝装置(3)的扶桑作业；
所述上位采桑叶行程开关(Ⅲ)安装在所述上限位推杆组件(4)上；所述下位采桑叶行程开关(Ⅳ)安装在所述下限位推杆组件(5)的下方，且位于所述行走装置(1)上；所述采桑叶伺服电机及其驱动器(Ⅴ)安装在龙门架机构(2)的纵梁上；
所述控制单元根据所述上位采桑叶行程开关(Ⅲ)、下位采桑叶行程开关(Ⅳ)的信号，控制采桑叶伺服电机及其驱动器(Ⅴ)，驱动采桑叶装置(6)在所述上限位推杆组件(4)、下限位推杆组件(5)之间，沿所述龙门架机构(2)的两个纵梁上下移动，实现采桑叶装置(6)的采桑作业。
2.根据权利要求1所述的一种半自动化桑叶采摘机，其特征在于：所述行走装置(1)包括两个相对称的行走机构；每个所述行走机构包括：定向滚轮组件(101)、万向滚轮组件(102)、支承横梁(105)、桑叶收纳箱(107)和手把(108)；
所述支承横梁(105)底部一端安装所述万向滚轮组件(102)，底部另一端安装所述定向滚轮组件(101)，顶部靠近所述定向滚轮组件(101)的一端安装所述手把(108)；所述电源开关安装在所述手把(108)上；所述桑叶收纳箱(107)安装在所述支承横梁(105)的内侧；
两个所述支承横梁(105)的上端面通过标准直角连接座(7)与所述龙门架机构(2)的两个纵梁固定连接；
两个相对应的桑叶收纳箱(107)间隔预设距离；在所述桑叶收纳箱(107)的前侧面设有斜梁(10701)，一端连接所述支承横梁(105)的内侧面，另一端连接所述桑叶收纳箱(107)远离支承横梁(105)的端点；两个所述桑叶收纳箱(107)之间前半部分形成V型导向口，作为桑树的导入口；后半部分形成狭长的通道，作为桑树的通过过道。
3.根据权利要求2所述的一种半自动化桑叶采摘机，其特征在于：所述定向滚轮组件(101)和/或万向滚轮组件(102)通过可调组件与所述支承横梁(105)连接；
所述可调组件包括：可调节高度支承脚(103)、调节螺母(104)和锁紧螺母(106)；
所述可调节高度支承脚(103)下端安装滚轮组件，上端通过锁紧螺母(106)安装在所述支承横梁(105)上；所述调节螺母(104)安装在所述可调节高度支承脚(103)的传动螺杆上。
4.根据权利要求2所述的一种半自动化桑叶采摘机，其特征在于：所述桑叶收纳箱(107)前端横截面呈梯形或三角形，使所述狭长的通道截面呈等腰梯形或等腰三角形。
5.根据权利要求1所述的一种半自动化桑叶采摘机，其特征在于：所述龙门架机构(2)，包括两组封闭式传动导轨立柱(201)、两件跨接横梁(202)、标准角连接件(203)；
所述封闭式传动导轨立柱(201)构成纵梁；两件跨接横梁(202)的两端通过标准角连接件(203)分别安装在两组封闭式传动导轨立柱(201)上；
其中，所述封闭式传动导轨立柱(201)装配有滚珠丝杆及其端头支承座(20101)、滑动导轨及纵向传动滑台(20102)；所述上限位推杆组件(4)安装在所述滑动导轨上；所述采桑叶装置(6)安装在所述纵向传动滑台(20102)上。
6.根据权利要求5所述的一种半自动化桑叶采摘机，其特征在于：所述扶桑枝装置(3)包括左右两个相对称的扶桑机构；每一个所述扶桑机构由横向电动敞开式滚珠丝杆传动组件(301)、滑动导轨组件(302)、扶桑夹具(303)、横向支承座(304)构成；
所述滚珠丝杆传动组件(301)、滑动导轨组件(302)安装在所述横向支承座(304)上；所述扶桑夹具(303)安装在所述滑动导轨组件(302)上；
所述滚珠丝杆传动组件(301)上安装所述扶桑枝伺服电机及其驱动器；所述扶桑枝伺服电机及其驱动器通过所述滚珠丝杆传动组件(301)驱动所述滑动导轨组件(302)，实现带动所述扶桑夹具(303)水平移动。
7.根据权利要求6所述的一种半自动化桑叶采摘机，其特征在于：所述采桑叶装置(6)，包括：左右两个相对称的采桑机构；每一个所述采桑机构由齿条齿轮传动机构组件(601)、摘叶刀组件(602)、刀杆导向架(603)、摘叶运动行程开关触碰杆(604)和直角支承座(605)构成；
其中，所述齿条齿轮传动机构组件(601)、摘叶运动行程开关触碰杆(604)安装在所述直角支承座(605)上，且靠近所述直角支承座(605)的纵向垂直内侧面；
所述刀杆导向架(603)安装在所述直角支承座(605)横向水平面上，且远离所述直角支承座(605)的纵向垂直内侧面；所述刀杆导向架(603)套住所述摘叶刀组件(602)；所述齿条齿轮传动机构组件(601)与所述摘叶刀组件(602)连接；
所述摘叶运动行程开关触碰杆(604)两端，分别与所述上位采桑叶行程开关(Ⅲ)、下位采桑叶行程开关(Ⅳ)对应；
所述控制单元控制采桑叶伺服电机及其驱动器(Ⅴ)工作，并带动所述封闭式传动导轨立柱(201)上的滚珠丝杆旋转，实现所述直角支承座(605)上下移动；当所述摘叶运动行程开关触碰杆(604)的一端触碰到所述上位采桑叶行程开关(Ⅲ)或下位采桑叶行程开关(Ⅳ)时，控制所述采桑叶伺服电机反转工作，带动所述滚珠丝杆反向旋转；
所述直角支承座(605)上下移动，带动所述齿条齿轮传动机构组件(601)，通过所述摘叶刀组件(602)实现采桑作业。
8.根据权利要求7所述的一种半自动化桑叶采摘机，其特征在于：所述上限位推杆组件(4)，包括两组上限位机构；
每组上限位机构包括：上限位推杆(401)、上调节螺钉(402)、上锁紧螺母(403)、上推杆支架(404)；每组上限位机构安装在对应的所述封闭式传动导轨立柱(201)上半部分的内侧面；
所述上限位推杆(401)设有用于调节安装位置的长圆孔，通过两个螺钉紧固于所述上推杆支架(404)上；所述上推杆支架(404)设有两个安装螺钉孔位以及设有调节螺孔，调节螺孔轴向垂直于两个螺钉孔轴向；所述上调节螺钉(402)配装在调节螺孔上，其轴向与所述上限位推杆(401)轴向保持一致并处于一条直线上；
所述上位采桑叶行程开关(Ⅲ)安装在所述上调节螺钉(402)上方，且位于所述上推杆支架(404)上。
9.根据权利要求7所述的一种半自动化桑叶采摘机，其特征在于：所述下限位推杆组件(5)，包括两组下限位机构；
每组下限位机构包括：下限位推杆(501)、下调节螺钉502)、下锁紧螺母(503)、下推杆支架(504)；每组下限位机构安装在对应的所述封闭式传动导轨立柱(201)下半部分的内侧面；
所述下限位推杆(501)设有用于调节安装位置的长圆孔，通过两个螺钉紧固于所述下推杆支架(504)上；所述下推杆支架(504)设有两个安装螺钉孔位以及设有调节螺孔，调节螺孔轴向垂直于两个螺钉孔轴向；所述下调节螺钉(502)配装在调节螺孔上，其轴向与所述下限位推杆(501)轴向保持一致并处于一条直线上。
10.根据权利要求2所述的一种半自动化桑叶采摘机，其特征在于：所述标准直角连接座(7)形状为等腰三角形，中部镂空。
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