CN112400473B - 一种机械可调式水果采摘环 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种机械可调式水果采摘环，包括矩形管，所述矩形管一端设有多环采摘机构，多环采摘机构一侧设有防滑夹持机构，多环采摘机构下方设有移动防漏机构。本发明的有益效果是，通过多环采摘机构的作用，可以根据水果的大小对采摘环夹取范围进行调整，使采摘环快速夹取水果，提高采摘效率，通过防滑夹持机构的作用可以使避免对水果集中受力，降低水果的毁坏率，通过移动防漏机构的作用可以避免水果直接掉在地上，较少不必要的损失。

Description

一种机械可调式水果采摘环

技术领域

本发明涉及水果采摘技术领域，更具体的说，涉及一种机械可调式水果采摘环。

背景技术

果树种植已经成为农民增收的一种有效途径，果实成熟后需要进行采摘，由于人工采摘劳动量大、危险性高、效率低，大多数果农都使用相关的采摘工具进行采摘；

随着科技的发展和规模化的种植，现在市面上有多种多样的采摘器，例如专利号为 CN201811016079.1的专利，通过卡爪移动和缓冲板对水果进行采摘，卡爪尖锐的部分会接触到水果，由于大部分水果表皮脆弱，通过这种采摘方式水果表皮很容易被损坏，水果毁坏率较高；此外市面上采摘机构的采摘爪，夹取范围较小，水果尺寸过大或者过小，传统的摘取装置不能够快速有效夹取，导致夹取效率较低；采摘时需要采摘爪夹住水果，之后将水果上端的树枝剪去，再移动到收集处进行储存，由于技术的限制和周围环境的干预，在此过程中水果难免发生脱落，水果会直接掉落在地上，造成较大的损失。

发明内容

针对以上缺陷，本发明提供一种机械可调式水果采摘环，解决上述问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种机械可调式水果采摘环，包括矩形管，所述矩形管一端设有多环采摘机构；

所述多环采摘机构包括矩形管一端的矩形开口，矩形开口设有两个，矩形开口两端开有轴承槽一，轴承槽一一端安装有轴承一，轴承一内圈安装有转动轴，转动轴两端与轴承一内圈固定连接，转动轴一端安装有采摘环一，采摘环一一端开有铰接孔一，铰接孔一侧表面安装有轴承二，轴承二内圈安装有销轴一，销轴一上端安装有齿轮一，采摘环一一端安装有步进电机一，步进电机一旋转端安装有与齿轮一互相啮合的齿轮二；所述销轴一侧表面安装有采摘环二，采摘环二一端开有矩形豁口一，矩形豁口一两端开有铰接孔二，铰接孔二侧表面安装有轴承三，轴承三内圈安装有销轴二，销轴二一端安装有齿轮三，采摘环二一端安装有步进电机二，步进电机二旋转端安装有与齿轮三互相啮合的齿轮四；所述销轴二侧表面安装有采摘环三，采摘环三一端开有矩形豁口二，矩形豁口二两端开有铰接孔三，铰接孔三侧表面安装有发条弹簧，发条弹簧一端安装有销轴三，销轴三一侧安装有电磁铁一；

所述多环采摘机构还包括采摘环一一端的连接杆一，转动轴侧表面安装有扭力弹簧，扭力弹簧一端与连接杆一固定连接，扭力弹簧另一端与矩形管固定连接；所述矩形管一端安装有固定板，固定板侧表面安装有气动伸缩杆一，气动伸缩杆一伸缩端安装有套管，套管一端安装有限位环一，套管一侧安装有滑动杆，滑动杆一端安装有限位环二，限位环一与限位环二之间安装有压缩弹簧一，滑动杆与连接杆一之间安装有连接杆二，连接杆二一端与滑动杆铰接，连接杆二另一端与连接杆一铰接；所述矩形管上表面安装有气动伸缩杆二，气动伸缩杆二伸缩端安装有旋转电机，旋转电机旋转端安装有切割刀片。

进一步的，所述多环采摘机构一侧设有防滑夹持机构，所述防滑夹持机构包括采摘环二、采摘环三侧表面的矩形口，矩形口两侧开有锥形通孔，锥形通孔侧表面安装有V型杆，V型杆一端安装有橡胶垫一，V型杆另一端安装有空心管；所述锥形通孔两侧安装有限位板，限位板中心处开有圆孔，圆孔内安装有摆动杆，摆动杆两端安装有橡胶垫二，摆动杆两端与限位板之间安装有压缩弹簧二，摆动杆中心处安装有传动杆，传动杆一端与摆动杆铰接，传动杆另一端与空心管滑动连接；所述铰接孔一、铰接孔二侧表面开有环形槽，环形槽一侧安装有齿环一，齿环一与环形槽滑动连接，齿环一一端安装有矩形块一，环形槽一端安装有圆管一，矩形块一与圆管一之间安装有压缩弹簧三，环形槽另一端安装有圆管二，圆管二一端安装有电磁铁二，齿环一另一端安装有电磁铁三；所述销轴一、销轴二两端安装有齿环二，齿环一与齿环二的位置相对应。

进一步的，所述多环采摘机构下方设有移动防漏机构，所述移动防漏机构包括矩形管下端的竖直板，竖直板下端安装有水平板，水平板一端开有圆形孔，竖直板侧表面安装有气动伸缩杆三，气动伸缩杆三伸缩端安装有矩形筒，矩形筒下端两侧安装有滑道，滑道一侧安装有滑动板，滑道一端安装有挡板，滑动板两侧与滑道滑动连接，滑动板一端安装有矩形板一，矩形板一与矩形筒之间安装有拉伸弹簧，滑动板另一端安装有矩形板二。

进一步的，采摘环三一侧设有水果样品。

进一步的，锥形通孔设有若干对，采摘环一一端安装有筋板。

进一步的，采摘环一、采摘环二上端安装有防护罩。

进一步的，圆形孔下端安装有波纹管。

本发明的有益效果是：通过多环采摘机构的作用，可以根据水果的大小对采摘环夹取范围进行调整，使采摘环快速夹取水果，提高采摘效率，通过防滑夹持机构的作用可以使避免对水果集中受力，降低水果的毁坏率，通过移动防漏机构的作用可以避免水果直接掉在地上，较少不必要的损失。

附图说明

图1是本发明所述一种机械可调式水果采摘环的结构示意图；

图2是采摘环一的俯视示意图；

图3是多环采摘机构的局部示意图；

图4是采摘环二的横截面示意图；

图5是套管的放大示意图；

图6是齿环二的放大示意图；

图7是步进电机一的放大示意图；

图8是环形槽的俯视示意图；

图9是采摘环二的放大示意图；

图10是电磁铁一的示意图；

图11是移动防漏机构的局部示意图；

图12多环采摘机构的状态示意图一；

图13多环采摘机构的状态示意图二；

图中，1、矩形管；2、矩形开口；3、轴承槽一；4、轴承一；5、转动轴；6、采摘环一；7、铰接孔一；8、轴承二；9、销轴一；10、齿轮一；11、步进电机一；12、齿轮二；13、采摘环二；14、矩形豁口一；15、铰接孔二；16、轴承三；17、销轴二；18、齿轮三；19、步进电机二；20、齿轮四；21、采摘环三；22、矩形豁口二；23、铰接孔三；24、发条弹簧；25、销轴三；26、电磁铁一；27、连接杆一；28、扭力弹簧；29、固定板；30、气动伸缩杆一；31、套管；32、限位环一；33、滑动杆；34、限位环二；35、压缩弹簧一；36、连接杆二；37、气动伸缩杆二；38、旋转电机；39、切割刀片；40、矩形口；41、锥形通孔；42、V型杆；43、橡胶垫一；44、空心管；45、限位板；46、圆孔；47、摆动杆；48、橡胶垫二；49、压缩弹簧二；50、传动杆；51、环形槽；52、齿环一；53、矩形块一；54、圆管一；55、压缩弹簧三；56、圆管二；57、电磁铁二；58、电磁铁三；59、齿环二；60、竖直板；61、水平板；62、圆形孔；63、气动伸缩杆三；64、矩形筒；65、滑道；66、滑动板；67、挡板；68、矩形板一；69、拉伸弹簧；70、矩形板二；71、水果样品；72、筋板；73、防护罩；74、波纹管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行具体描述，如图1-13所示，一种机械可调式水果采摘环，包括矩形管1，矩形管1一端设有多环采摘机构；

多环采摘机构包括矩形管1一端的矩形开口2，矩形开口2设有两个，矩形开口2两端开有轴承槽一3，轴承槽一3一端安装有轴承一4，轴承一4内圈安装有转动轴5，转动轴5两端与轴承一4内圈固定连接，转动轴5一端安装有采摘环一6，采摘环一6一端开有铰接孔一7，铰接孔一7侧表面安装有轴承二8，轴承二8内圈安装有销轴一9，销轴一9上端安装有齿轮一10，采摘环一6一端安装有步进电机一11，步进电机一11旋转端安装有与齿轮一10互相啮合的齿轮二12；销轴一9侧表面安装有采摘环二13，采摘环二13一端开有矩形豁口一14，矩形豁口一14两端开有铰接孔二15，铰接孔二15侧表面安装有轴承三16，轴承三16内圈安装有销轴二17，销轴二17一端安装有齿轮三18，采摘环二13一端安装有步进电机二19，步进电机二19旋转端安装有与齿轮三18互相啮合的齿轮四20；销轴二17侧表面安装有采摘环三21，采摘环三21一端开有矩形豁口二22，矩形豁口二22两端开有铰接孔三23，铰接孔三23侧表面安装有发条弹簧24，发条弹簧24一端安装有销轴三25，销轴三25一侧安装有电磁铁一26；

多环采摘机构还包括采摘环一6一端的连接杆一27，转动轴5侧表面安装有扭力弹簧28，扭力弹簧28一端与连接杆一27固定连接，扭力弹簧28另一端与矩形管1固定连接；矩形管1一端安装有固定板29，固定板29侧表面安装有气动伸缩杆一30，气动伸缩杆一30伸缩端安装有套管31，套管31一端安装有限位环一32，套管31一侧安装有滑动杆33，滑动杆33一端安装有限位环二34，限位环一32与限位环二34之间安装有压缩弹簧一35，滑动杆33与连接杆一27之间安装有连接杆二36，连接杆二36一端与滑动杆33铰接，连接杆二36另一端与连接杆一27铰接；矩形管1上表面安装有气动伸缩杆二37，气动伸缩杆二37伸缩端安装有旋转电机38，旋转电机38旋转端安装有切割刀片39；通过气动伸缩杆一30的伸缩带动连接杆二36、连接杆一27移动，并带动采摘环一6以转动轴5为圆心进行转动，采摘环一6另一端带动采摘环二13、采摘环三21移动，使采摘环三21移动可以夹取水果，实现采摘的目的。

多环采摘机构一侧设有防滑夹持机构，防滑夹持机构包括采摘环二13、采摘环三21侧表面的矩形口40，矩形口40两侧开有锥形通孔41，锥形通孔41侧表面安装有V型杆42，V型杆42一端安装有橡胶垫一43，V型杆42另一端安装有空心管44；锥形通孔41两侧安装有限位板45，限位板45中心处开有圆孔46，圆孔46内安装有摆动杆47，摆动杆47两端安装有橡胶垫二48，摆动杆47两端与限位板45之间安装有压缩弹簧二49，摆动杆47中心处安装有传动杆50，传动杆50一端与摆动杆47铰接，传动杆50另一端与空心管44滑动连接；铰接孔一7、铰接孔二15侧表面开有环形槽51，环形槽51一侧安装有齿环一52，齿环一52与环形槽51滑动连接，齿环一52一端安装有矩形块一53，环形槽51一端安装有圆管一54，矩形块一53与圆管一54之间安装有压缩弹簧三55，环形槽51另一端安装有圆管二56，圆管二56一端安装有电磁铁二57，齿环一52另一端安装有电磁铁三58；销轴一9、销轴二17两端安装有齿环二59，齿环一52与齿环二59的位置相对应，夹取水果时，采摘环二13、采摘环三21靠近水果，此时橡胶垫二48的位置先接触水果，橡胶垫二48受到反作用力，压缩弹簧二49压缩，橡胶垫二48、摆动杆47向一侧移动，并带动传动杆50、空心管44、V型杆42向一侧摆动，V型杆42一端带动橡胶垫一43向水果表面贴紧，使多个橡胶垫贴紧水果表面，达到防滑的目的。

多环采摘机构下方设有移动防漏机构，移动防漏机构包括矩形管1下端的竖直板60，竖直板60下端安装有水平板61，水平板61一端开有圆形孔62，竖直板60侧表面安装有气动伸缩杆三63，气动伸缩杆三63伸缩端安装有矩形筒64，矩形筒64下端两侧安装有滑道65，滑道65一侧安装有滑动板66，滑道65一端安装有挡板67，滑动板66两侧与滑道65滑动连接，滑动板66一端安装有矩形板一68，矩形板一68与矩形筒64之间安装有拉伸弹簧69，滑动板66另一端安装有矩形板二70，通过矩形筒64的作用可以接住掉落的苹果，达到止损的目的，通过矩形筒64的移动可以使滑动板66自动打开，达到自动释放水果的效果。

采摘环三21一侧设有水果样品71。

锥形通孔41设有若干对，采摘环一6一端安装有筋板72。

采摘环一6、采摘环二13上端安装有防护罩73。

圆形孔62下端安装有波纹管74。

在本实施方案中，该设备的用电器由外接控制器进行控制，使用前将矩形管1安装在机械臂上，将波纹管74与下方的收集箱连接，机械臂和收集箱安装在移动底盘上，通过人工的控制，移动底盘带动机械臂、收集箱移动到指定位置，采摘前，激光扫描仪将实时测量果实与机械臂末端采摘环的高度，DSP数字信号处理器将处理高度信息并向机械臂下达伸展命令以达到采摘高度，机械臂最大采摘高度为6米，在预定高度上，移动底盘上的多个机械臂将开始工作，机械臂末端的视觉识别器和热感探头将根据控制器处理中心拟定的初步采摘方案分别对多个成熟果实进行识别定位，多个机械臂将伸展到果实处，之后进行采摘环节；气动伸缩杆一30、气动伸缩杆二37、气动伸缩杆三63共用一个气泵，并通过气体分配阀独立控制气动伸缩杆一30、气动伸缩杆二37、气动伸缩杆三63的伸缩；

采摘之前，根据摄像头扫描结果，确定采摘水果的大小，当水果大小与采摘环三21的曲线基本吻合时，控制器控制步进电机一11、步进电机二19，转动间接带动采摘环二13、采摘环三21移动，如图2到图12所示；控制器控制电磁铁二57、电磁铁三58断电，使电磁铁二57、电磁铁三58之间的斥力消失，之后利用压缩弹簧三55的作用力将矩形块一53、齿环一52、电磁铁三53向一侧推动一段距离，使齿环一52与齿环二59的圆形处于同一位置，此时齿环一52与齿环二59不啮合，齿环二59可以转动，达到解锁的作用；之后控制器控制步进电机一11转动，步进电机一11的转动直接带动齿轮二12、齿轮一10转动，齿轮一10的转动带动销轴一9转动，销轴一9的转动带动采摘环二13转动，通过轴承二8的左右可以使销轴一9稳定的转动；同时控制器控制步进电机二19旋转，步进电机二19的旋转带动齿轮四20、齿轮三18转动，齿轮三18带动销轴二17转动，销轴二17的转动带动采摘环三21转动，采摘环三21、采摘环二13转动到位之后，控制器控制电磁铁二57、电磁铁三58通电，使齿环一52与齿环二59的部分齿牙啮合，防止销轴二17和销轴一9转动，调整好位置之后，控制器控制气动伸缩杆一30缩短，气动伸缩杆一30缩短带动套管31、滑动杆33移动，滑动杆33的移动拉动连接杆二36，连接杆二36一端拉动连接杆一27，利用杠杆原理，使采摘环一6的另一端对向移动，实现夹取水果的目的，通过压缩弹簧一35的作用可以使套管31与滑动杆33之间发生一定位移，避免采摘环与水果之间发生刚性接触，通过扭力弹簧28的作用可以使采摘环一6在不受连接杆二36拉力的情况下处于展开的状态；根据视觉识别器和热感探头的工作可以控制气动伸缩杆二37和气动伸缩杆三63的伸缩量，使切割刀片39准确切割，使矩形筒64位于水果的正下方；

夹取水果时，采摘环一6带动采摘环二13移动、采摘环二13带动采摘环三21靠近水果，此时橡胶垫二48的位置先接触水果，橡胶垫二48受到反作用力，压缩弹簧二49压缩，橡胶垫二48、摆动杆47向一侧移动，并带动传动杆50、空心管44、V型杆42向一侧摆动，V型杆42一端带动橡胶垫一43向水果表面贴紧，使多个橡胶垫贴紧水果表面，达到防滑的目的；通过传动杆50、空心管44滑动连接的作用可以使传动杆50、空心管44之间具有一定位移，满足工作要求；夹住水果之后控制器控制气动伸缩杆二37伸出，同时旋转电机38转动，旋转电机38的转动直接带动切割刀片39旋转，气动伸缩杆二37的伸长带动旋转的切割刀片39作直线运动，当切割刀片39接触到水果上端的树枝之后将树枝切断，之后气动伸缩杆二37收缩复位；

控制器控制气动伸缩杆一30伸长，气动伸缩杆一30的伸长间接释放水果，使水果落在矩形筒64内，控制器控制气动伸缩杆三63缩短，气动伸缩杆三63带动矩形筒64向圆形孔62一侧移动，在移动过程中矩形板二70与水平板61的一端干涉，矩形板二70、滑动板66相对于水平板61处于静止的状态，随着矩形筒64的持续移动，滑动板66与矩形筒64发生相对位移，当矩形筒64与圆形孔62完全重叠时，此时滑动板66打开，水果通过矩形筒64下方的通孔进入到波纹管74内，通过波纹管74落在收集箱内并进行储存，之后对下个水果采摘；

当水果大小大于采摘环三21的范围时，控制器控制步进电机一11转动，如图12到13所示，进行采摘作业，当水果更大时，控制步进电机二19转动，如图13到图2所示，此时电磁铁一26通电，使得采摘环整体形成封闭状态，此时采摘环一6、采摘环二13、采摘环三21一起展开，形成整体封闭状态，采摘环达到最大范围，由采摘环一6带动采摘环二13、采摘环三21移动，该状态下销轴一9位置的电磁铁二57、电磁铁三58断电，销轴二17位置的电磁铁二57、电磁铁三58通电，保证整体结构的稳定性。

上述技术方案仅体现了本发明技术方案的优选技术方案，本技术领域的技术人员对其中某些部分所可能做出的一些变动均体现了本发明的原理，属于本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种机械可调式水果采摘环，包括矩形管（1），其特征在于，所述矩形管（1）一端设有多环采摘机构；

所述多环采摘机构包括矩形管（1）一端的矩形开口（2），矩形开口（2）设有两个，矩形开口（2）两端开有轴承槽一（3），轴承槽一（3）一端安装有轴承一（4），轴承一（4）内圈安装有转动轴（5），转动轴（5）两端与轴承一（4）内圈固定连接，转动轴（5）一端安装有采摘环一（6），采摘环一（6）一端开有铰接孔一（7），铰接孔一（7）侧表面安装有轴承二（8），轴承二（8）内圈安装有销轴一（9），销轴一（9）上端安装有齿轮一（10），采摘环一（6）一端安装有步进电机一（11），步进电机一（11）旋转端安装有与齿轮一（10）互相啮合的齿轮二（12）；所述销轴一（9）侧表面安装有采摘环二（13），采摘环二（13）一端开有矩形豁口一（14），矩形豁口一（14）两端开有铰接孔二（15），铰接孔二（15）侧表面安装有轴承三（16），轴承三（16）内圈安装有销轴二（17），销轴二（17）一端安装有齿轮三（18），采摘环二（13）一端安装有步进电机二（19），步进电机二（19）旋转端安装有与齿轮三（18）互相啮合的齿轮四（20）；所述销轴二（17）侧表面安装有采摘环三（21），采摘环三（21）一端开有矩形豁口二（22），矩形豁口二（22）两端开有铰接孔三（23），铰接孔三（23）侧表面安装有发条弹簧（24），发条弹簧（24）一端安装有销轴三（25），销轴三（25）一侧安装有电磁铁一（26）；

所述多环采摘机构还包括采摘环一（6）一端的连接杆一（27），转动轴（5）侧表面安装有扭力弹簧（28），扭力弹簧（28）一端与连接杆一（27）固定连接，扭力弹簧（28）另一端与矩形管（1）固定连接；所述矩形管（1）一端安装有固定板（29），固定板（29）侧表面安装有气动伸缩杆一（30），气动伸缩杆一（30）伸缩端安装有套管（31），套管（31）一端安装有限位环一（32），套管（31）一侧安装有滑动杆（33），滑动杆（33）一端安装有限位环二（34），限位环一（32）与限位环二（34）之间安装有压缩弹簧一（35），滑动杆（33）与连接杆一（27）之间安装有连接杆二（36），连接杆二（36）一端与滑动杆（33）铰接，连接杆二（36）另一端与连接杆一（27）铰接；所述矩形管（1）上表面安装有气动伸缩杆二（37），气动伸缩杆二（37）伸缩端安装有旋转电机（38），旋转电机（38）旋转端安装有切割刀片（39）。

2.根据权利要求1所述一种机械可调式水果采摘环，其特征在于，所述多环采摘机构一侧设有防滑夹持机构，所述防滑夹持机构包括采摘环二（13）、采摘环三（21）侧表面的矩形口（40），矩形口（40）两侧开有锥形通孔（41），锥形通孔（41）侧表面安装有V型杆（42），V型杆（42）一端安装有橡胶垫一（43），V型杆（42）另一端安装有空心管（44）；所述锥形通孔（41）两侧安装有限位板（45），限位板（45）中心处开有圆孔（46），圆孔（46）内安装有摆动杆（47），摆动杆（47）两端安装有橡胶垫二（48），摆动杆（47）两端与限位板（45）之间安装有压缩弹簧二（49），摆动杆（47）中心处安装有传动杆（50），传动杆（50）一端与摆动杆（47）铰接，传动杆（50）另一端与空心管（44）滑动连接；所述铰接孔一（7）、铰接孔二（15）侧表面开有环形槽（51），环形槽（51）一侧安装有齿环一（52），齿环一（52）与环形槽（51）滑动连接，齿环一（52）一端安装有矩形块一（53），环形槽（51）一端安装有圆管一（54），矩形块一（53）与圆管一（54）之间安装有压缩弹簧三（55），环形槽（51）另一端安装有圆管二（56），圆管二（56）一端安装有电磁铁二（57），齿环一（52）另一端安装有电磁铁三（58）；所述销轴一（9）、销轴二（17）两端安装有齿环二（59），齿环一（52）与齿环二（59）的位置相对应。

3.根据权利要求1所述一种机械可调式水果采摘环，其特征在于，所述多环采摘机构下方设有移动防漏机构，所述移动防漏机构包括矩形管（1）下端的竖直板（60），竖直板（60）下端安装有水平板（61），水平板（61）一端开有圆形孔（62），竖直板（60）侧表面安装有气动伸缩杆三（63），气动伸缩杆三（63）伸缩端安装有矩形筒（64），矩形筒（64）下端两侧安装有滑道（65），滑道（65）一侧安装有滑动板（66），滑道（65）一端安装有挡板（67），滑动板（66）两侧与滑道（65）滑动连接，滑动板（66）一端安装有矩形板一（68），矩形板一（68）与矩形筒（64）之间安装有拉伸弹簧（69），滑动板（66）另一端安装有矩形板二（70）。

4.根据权利要求1所述一种机械可调式水果采摘环，其特征在于，采摘环三（21）一侧设有水果样品（71）。

5.根据权利要求1所述一种机械可调式水果采摘环，其特征在于，锥形通孔（41）设有若干对，采摘环一（6）一端安装有筋板（72）。

6.根据权利要求1所述一种机械可调式水果采摘环，其特征在于，采摘环一（6）、采摘环二（13）上端安装有防护罩（73）。

7.根据权利要求1所述一种机械可调式水果采摘环，其特征在于，圆形孔（62）下端安装有波纹管（74）。

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