CN112400476A - 一种浆果类植物果实采收作业机械的柔性振动机构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种浆果类植物果实采收作业机械的柔性振动机构。包括电机（5）、一级齿轮箱（3）、二级齿轮箱（11）、机械手振动盘总成（13）、立式轨道（8）和气缸（9）。二级齿轮箱（11）为活动箱体，可在气缸（9）推动下沿立式轨道（8）滑移。机械手振动盘总成（13）挂接在二级齿轮箱（11）的外侧，可随其一起上下滑行。电机5经两级齿轮减速后，通过连杆机构推动机械手振动盘总成13实现高频小幅振动。其优点是，可根据植物的高度调节机械手振动盘总成13的高度位置，然后再对浆果进行定点柔性振动式采收作业。收获效率高，破损率低。
Description
技术领域
本发明涉及一种浆果采收作业的机械结构，特别是一种适用于蓝莓、枸杞等浆果类植物果实采收作业机械的柔性振动机构。可根据植物的高度进行上下调节，然后再通过机械手对其浆果进行柔性振动式采收作业。
背景技术
蓝莓、枸杞等浆果类植物果实采收作业是一种工作量大、劳动强度大的工作，机械化采收迫在眉睫。对于蓝莓的收获，目前虽然根据劳动工艺的需要，国内使用最多的是手持便携式蓝莓采摘装备，这种设备的缺点是效率低，易破坏蓝莓果粉。国外使用最多的是凸轮机构式蓝莓采摘设备，其机器均存在结构复杂、产量损失大、前期投资较大等缺点。
所述的手持便携式蓝莓采摘装备（专利号2019110568273），是用摆动电机直接连接摆动机构，带动采摘头旋转，以摇晃植物枝杆，使浆果脱落，从而实现浆果的收获。但该机构电池续航短，且当电机工作时，电机振动大，工作人员需要一直抓紧采摘设备，易使工作人员疲劳，大大降低采收效率。
所述的凸轮机构式蓝莓采摘设备（专利号2018116028077），虽然解决了采收效率的问题，但仍存在很大的设计缺陷：
一是，采收部分是大型梳齿状圆筒状结构，体积巨大且笨重，底盘与梳齿状圆筒相连接，底盘下方为电机，电机与凸轮机构直接连接；当设备工作时，电机带动凸轮机构，实现底盘与梳齿状圆筒上下反复运动。因为底盘和梳齿装圆筒体积巨大，重量相对较大，所以电机需要提供的扭矩则要大，因此提供底盘上下运动的电机的功率也要挑选大功率的，大大提高了成本。
二是，凸轮机构式蓝莓采摘设备采用的振动方式是上下反复振动，但是上下振动的采摘方式容易损坏蓝莓树的植物根茎，且上下振动时植物树枝会给设备带来较大的阻力，一旦设备长时间工作，会导致电机负载过大，发热过快，使电机容易损坏；且上下反复振动会影响蓝莓的完整性，上下振动会给蓝莓下落时提供加速度，与采收器接触时，很大几率会导致浆果破损，经大数据验证，此设备比人工采收大约损失30%的产量。
发明内容
本发明所要解决的技术难题是，克服现有技术存在的问题，提供一种浆果类植物果实采收作业机械的柔性振动机构，通过上下移动和水平小幅高频振动相叠加的运动模式，使机械手获得小幅柔性振动，实现桨果类果实的最小受损采收方式。
本发明的技术解决方案是，包括电机5、一级齿轮箱3、二级齿轮箱11和机械手振动盘总成13，一级齿轮箱3与二级齿轮箱11之间通过伸缩器柔性联接，二级齿轮箱11和机械手振动盘总成13之间通过连杆机构联接，一级齿轮箱3固定在机架1上，二级齿轮箱11为可移动式的活动箱体；机架1上设有立式轨道8和气缸9，在气缸9的推动下，二级齿轮箱11通过箱体外侧的滑块10在立式轨道8上上下移动；机械手振动盘总成13挂接在二级齿轮箱11的外侧，可随二级齿轮箱11一起上下移动；电机5通过一级齿轮箱3和二级齿轮箱11减速后，再由连杆机构推动机械手振动盘总成13进行高频小幅振动；机械手振动盘总成13既拥有来自于气缸9的上下滑移运动又拥有来自于电机5的水平小幅高频震动的两种运动形式。
所述的一级齿轮箱3的箱体内设有输入轴2、一级齿轮传动副21和传动轴20，二级齿轮箱11的箱体内设有过渡轴19、二级齿轮传动副18和输出轴17，传动轴20与过渡轴19之间通过伸缩器相联接。
所述机械手振动盘总成13由旋转轴28、旋转套24、安装法兰和振动盘30构成，振动盘30上设有振动棘爪31，振动盘30与旋转轴28焊接固定，旋转套24与旋转轴28花键连接；安装法兰由上法兰23、下法兰26和螺栓29连接成整体，并通过螺钉22固定在二级齿轮箱11外侧的悬挂板12上；旋转轴28通过旋转套24、端面轴承25、悬挂板12、锁紧螺母27以及上下法兰23、26进行轴向固定，并将整体的机械手振动盘总成13悬挂在二级齿轮箱11外侧的悬挂板12上。
所述的伸缩器由伸缩器滑杆6和伸缩器滑套7构成，伸缩器滑杆6为六方形杆体，伸缩器滑套7六方形孔套，伸缩器滑杆6既可在六方形伸缩器滑套7内轴向滑动，也可带动伸缩器滑套7旋转。
所述连杆机构由凸轮推杆16、连杆15和摆杆14构成，连杆15的两端与凸轮推杆16和摆杆14之间活动式相联接；凸轮推杆16与二级齿轮箱11中的输出轴17焊接式固定联接，摆杆14与机械手振动盘总成13中的旋转套24焊接式固定联接；输出轴17带动凸轮推杆16旋转，再通过连杆15带动摆杆14和旋转套24进行小幅摆动，从而带动机械手振动盘总成13进行小幅高频摆动式震动。
本发明与现有技术相对比所具备的优点：
一是采用两级减速传动，大大降低了速比，减小了伞齿模数，降低了生产成本；
二是传动箱采用一个固定、一个可移动的设计方式，使振动盘可根据蓝莓树丛的高度，自行调节作业高度，实现精准收获；
三是振动盘总成运动模式为上下运动和水平振动相叠加，对植物进行小幅柔性振动，使蓝莓果实自行掉落，实现机械化采摘收获；
四是改变了以往大型圆筒梳齿装结构，大大减少了动力损耗；可选小功率电机，降低成本，并且旋转式小幅振动可大大降低蓝莓采收的损失率。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的A-A剖视图；
图3为图1的B-B剖视图。
图中标号：1-机架，2-输入轴，3-一级齿轮箱，4-皮带，5-电机，6-伸缩器滑杆，7-伸缩器滑套，8-立式轨道，9-汽缸，10-滑块，11-二级齿轮箱，12-悬挂板，13-机械手振动盘总成，14-摆杆，15-连杆，16-凸轮推杆，17输出轴，18-二级齿轮传动副，19-过渡轴，20-传动轴，21-一级齿轮传动副，22-螺钉，23-上法兰，24-旋转套，25-端面轴承，26-下法兰， 27-锁紧螺母，28-旋转轴，29-螺栓，30-振动盘，31-振动棘爪。
具体实施方式
下面组合附图对本发明实施例作进一步描述。
本发明包括电机5、一级齿轮箱3、二级齿轮箱11和机械手振动盘总成13，一级齿轮箱3与二级齿轮箱11之间通过伸缩器柔性联接，二级齿轮箱11和机械手振动盘总成13间通过连杆机构联接，一级齿轮箱3固定在机架1上，二级齿轮箱11为可移动式的活动箱体。
机架1上设有立式轨道8和气缸9，二级齿轮箱11的箱体两边外侧上设有可在立式轨道8上滑动的滑块10。气缸9的座体固定在机架1上，气缸9的缸杆与二级齿轮箱11的箱体上侧相联接。在气缸9的推动下，二级齿轮箱11通过滑块10可在立式轨道8上进行上下滑移式运动。
二级齿轮箱11的外侧下端焊接有一个用于挂接机械手振动盘总成13的悬挂板12，机械手振动盘总成13随二级齿轮箱11一起做上下移动滑行。
所述的一级齿轮箱3的箱体内设有输入轴2、一级齿轮传动副21和传动轴20，二级齿轮箱11的箱体内设有过渡轴19、二级齿轮传动副18和输出轴17，传动轴20与过渡轴19之间通过伸缩器相联接。二级齿轮箱11为下端输出，即其输出轴17设于二级齿轮箱11的下端。
电机5通过皮带4将动力传递给一级齿轮箱3和二级齿轮箱11，由一级齿轮传动副21和二级齿轮传动副18两次减速后，再由连杆机构推动机械手振动盘总成13进行高频小幅振动。
所述的机械手振动盘总成13由旋转轴28、旋转套24、安装法兰和振动盘30构成。旋转套24套设于旋转轴28上，且与旋转轴28花键连接。安装法兰由上法兰23、下法兰26和螺栓29构成整体式法兰架，并通过螺钉22固定在二级齿轮箱11外侧的悬挂板12上。上法兰23和下法兰26内均安装有端面轴承25，旋转套24置于上法兰23和下法兰26之间，旋转套24便可以在上法兰23和下法兰26中间旋转；旋转轴28通过旋转套24、端面轴承25、悬挂板12、锁紧螺母27以及上下法兰23、26进行轴向固定，并将整体的机械手振动盘总成13悬挂在二级齿轮箱11外侧的悬挂板12上。振动盘30焊接在旋转轴28的轴端，振动盘30上设有振动棘爪31。所述的振动棘爪31由柔性材料制成，其棘爪可伸入植物枝杆中，对植物枝杆进行振动摇晃。旋转套24上焊接有摆杆14，摆杆14通过连杆机构与输出轴17相联接，从而为机械手振动盘总成13提供高频小幅振动的动力。
所述的伸缩器由伸缩器滑杆6和伸缩器滑套7构成，伸缩器滑杆6为六方形杆体，伸缩器滑套7六方形孔套，伸缩器滑杆6既可在六方形伸缩器滑套7内轴向滑动，也可带动伸缩器滑套7旋转。
所述连杆机构设于二级齿轮箱11的下端，由凸轮推杆16、连杆15和摆杆14构成。连杆15的两端与凸轮推杆16和摆杆14之间活动链接；凸轮推杆16与二级齿轮箱11中的输出轴17焊接式固定联接，摆杆14与机械手振动盘总成13中的旋转套24焊接式固定联接。输出轴17带动凸轮推杆16旋转，再通过连杆15带动摆杆14摆动，然后再推动旋转套24进行小幅摆动，再由旋转套24带动旋转轴28转动，从而带动机械手振动盘总成13实现小幅高频摆动式震动。
本发明机械手振动盘总成13最终实现两种运动：一是来自于气缸9的上下滑移运动，二是来自于电机5的小幅高频摆动而形成的震动。
本发明适用于对蓝莓、枸杞等浆果类植物进行跨行收获的机械。工作时，将收获机械行驶到需要收获的植物上方，停稳后，先将机械手振动盘总成13进行下行移动，找到合适的高度位置，使振动棘爪31伸入到植物的枝干中去，然后再启动电机1，使振动棘爪31进行小幅高频震动，从而使果实掉落在下方的收集底盘上，从而实现浆果的收获。一个点震动收获完毕后，再收起机械手振动盘总成13，将整机移行到下一个点，再进行下一个点的震动收获工作。
Claims (5)
1.一种浆果类植物果实采收作业机械的柔性振动机构，其特征在于：包括电机（5）、一级齿轮箱（3）、二级齿轮箱（11）和机械手振动盘总成（13），一级齿轮箱（3）与二级齿轮箱（11）之间通过伸缩器柔性联接，二级齿轮箱（11）和机械手振动盘总成（13）之间通过连杆机构联接，一级齿轮箱（3）固定在机架（1）上，二级齿轮箱（11）为可移动式的活动箱体；机架（1）上设有立式轨道（8）和气缸（9），在气缸（9）的推动下，二级齿轮箱（11）通过箱体外侧的滑块（10）在立式轨道（8）上上下移动；机械手振动盘总成（13）挂接在二级齿轮箱（11）的外侧，可随二级齿轮箱（11）一起上下移动；电机（5）通过一级齿轮箱（3）和二级齿轮箱（11）减速后，再由连杆机构推动机械手振动盘总成（13）进行高频小幅振动；机械手振动盘总成（13）既拥有来自于气缸（9）的上下滑移运动又拥有来自于电机（5）的水平小幅高频震动的两种运动形式。
2.如权利要求1所述的一种浆果类植物果实采收作业机械的柔性振动机构，其特征在于：所述的一级齿轮箱（3）的箱体内设有输入轴（2）、一级齿轮传动副（21）和传动轴（20），二级齿轮箱（11）的箱体内设有过渡轴（19）、二级齿轮传动副（18）和输出轴（17），传动轴（20）与过渡轴（19）之间通过伸缩器相联接。
3.如权利要求1所述的一种浆果类植物果实采收作业机械的柔性振动机构，其特征在于：所述机械手振动盘总成（13）由旋转轴（28）、旋转套（24）、安装法兰和振动盘（30）构成，振动盘（30）上设有振动棘爪（31），振动盘（30）与旋转轴（28）焊接固定，旋转套（24）与旋转轴（28）花键连接；安装法兰由上法兰（23）、下法兰（26）和螺栓（29）连接成整体，并通过螺钉（22）固定在二级齿轮箱（11）外侧的悬挂板（12）上；旋转轴（28）通过旋转套（24）、端面轴承（25）、悬挂板（12）、锁紧螺母（27）以及上下法兰（23、26）进行轴向固定，并将整体的机械手振动盘总成（13）悬挂在二级齿轮箱（11）外侧的悬挂板（12）上。
4.如权利要求1所述的一种浆果类植物果实采收作业机械的柔性振动机构，其特征在于：所述的伸缩器由伸缩器滑杆（6）和伸缩器滑套（7）构成，伸缩器滑杆（6）为六方形杆体，伸缩器滑套（7）六方形孔套，伸缩器滑杆（6）既可在六方形伸缩器滑套（7）内轴向滑动，也可带动伸缩器滑套（7）旋转。
5.如权利要求1或2所述的一种浆果类植物果实采收作业机械的柔性振动机构，其特征在于：所述连杆机构由凸轮推杆（16）、连杆（15）和摆杆（14）构成，连杆（15）的两端与凸轮推杆（16）和摆杆（14）之间活动式相联接；凸轮推杆（16）与二级齿轮箱（11）中的输出轴（17）焊接式固定联接，摆杆（14）与机械手振动盘总成（13）中的旋转套（24）焊接式固定联接；输出轴（17）带动凸轮推杆（16）旋转，再通过连杆（15）带动摆杆（14）和旋转套（24）进行小幅摆动，从而带动机械手振动盘总成（13）进行小幅高频摆动式震动。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A flexible vibration mechanism for fruit harvesting machinery of berry plants Granted publication date: 20220531 Pledgee: Bank of China Limited by Share Ltd. Yancheng branch Pledgor: YANCHENG YANHAI TRACTOR MANUFACTURING Co.,Ltd. Registration number: Y2024980009846 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |