CN112715142B - 一种旋扭式水果采摘工具 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种旋扭式水果采摘工具，包括固定架、活动架、用于驱动活动架相对固定架垂直移动的垂直驱动机构、用于驱动固定架转动的转动驱动机构以及用于防止活动架相对固定架转动的活动架防转结构；所述固定架的外围设有若干垂直状态的固定杆；所述活动架包括水平架及与水平架固定连接的若干垂直状态的驱动杆，所述驱动杆位于对应的固定杆的旁侧位置，所述固定杆通过水平转轴活动安装有拨杆，所述拨杆的一端端部设有夹块，拨杆的另一端伸向驱动杆，所述驱动杆设有用于与拨杆配合，以使拨杆随活动架垂直移动的拨杆驱动机构。本发明的旋扭式水果采摘工具能够自动将夹紧水果，并将水果的果柄扭断，从而实现水果的采摘，大大降低了人工劳动强度。

Description

一种旋扭式水果采摘工具

技术领域

本发明属于农用机械设备技术领域，具体涉及到一种水果采摘工具。

背景技术

传统的种植业普遍以人工为主，随着科技水平的不断提高，以及人工成本的迅速攀升，人工操作逐渐向机器人操作转化，例如说通过各种农用机械来实现自动播种、施肥、喷洒农药、收割等。但是对于水果的采摘，一直没有适合的自动化设备。

例如说，菠萝是主产于热带、亚热带地区的名优水果，是我国岭南四大名果之一。我国的台湾、海南、广东、广西、福建等省份是主要种植区。菠萝因其营养丰富、品质优异、香气诱人而深受人们喜爱。然而菠萝的采收却是一项繁重的工作，目前菠萝的采收以人工采摘，肩扛搬运为主，属于重体力劳动，且由于菠萝植株的叶片呈螺旋形排列，菠萝成熟时，叶片变为革质呈剑状，有些菠萝品种叶片边缘有刺易扎伤人手，菠萝果皮的花器坚硬棘手，导致采摘效率低，采收成本高，菠萝采收成本占整个菠萝种植成本的30%左右，研究低成本高效率的菠萝自动化采摘装置，意义重大。

发明内容

本发明的目的是提出一种旋扭式水果采摘工具，以方便水果的采收。

本发明的旋扭式水果采摘工具包括固定架、活动架、用于驱动活动架相对固定架垂直移动的垂直驱动机构、用于驱动固定架转动的转动驱动机构以及用于防止活动架相对固定架转动的活动架防转结构；所述固定架的外围设有若干垂直状态的固定杆；所述活动架包括水平架及与水平架固定连接的若干垂直状态的驱动杆，所述驱动杆位于对应的固定杆的旁侧位置，所述固定杆通过水平转轴活动安装有拨杆，所述拨杆的一端端部设有夹块，拨杆的另一端伸向驱动杆，所述驱动杆设有用于与拨杆配合，以使拨杆随活动架垂直移动的拨杆驱动机构。

下面以采摘菠萝为例，具体说明采用上述旋扭式水果采摘工具来采摘菠萝的过程：

首先，将该采摘工具移动至待采摘的菠萝上方，再将采摘工具逐渐下移，使菠萝的中上部处于固定杆所围成的空间内，保证夹块对应于菠萝的中部靠下位置；然后利用垂直驱动机构使活动架相对固定架向下移动，在活动架向下移动的过程中，拨杆驱动机构会带动拨杆的端部同步向下移动，这样拨杆的另一端就会绕水平转轴向上及向内侧方向转动，从而带动夹块将菠萝夹紧；待夹块将菠萝夹紧后，停止活动架的向下移动，利用转动驱动机构带动固定架转动，在活动架防转结构的作用下，活动架及夹块等部件也会随固定架同步转动，从而可以将较脆的菠萝果柄扭断，使菠萝与其下部的茎相脱离；再将采摘工具移动至菠萝收集区域，最后利用垂直驱动机构使活动架相对固定架向上移动，在活动架向上移动的过程中，拨杆驱动机构会带动拨杆的端部同步向上移动，这样拨杆的另一端就会绕水平转轴向下及向外侧方向转动，从而带动夹块将菠萝放下到菠萝收集区域，完成菠萝的采摘。

当利用上述旋扭式水果采摘工具来采摘柚子等其它水果时，只需要调整活动架、固定架的角度，保证水果远离果柄的一侧处于固定杆所围成的空间内即可，具体采摘的原理与采摘菠萝相同，此处不再赘述。

进一步地，所述固定架内固定安装有垂直轴向的驱动电机，所述驱动电机的电机轴与垂直丝杆传动连接；所述水平架上安装有与所述垂直丝杆配合的螺母；所述驱动电机、垂直丝杆构成了所述垂直驱动机构。上述垂直驱动机构为比较常见的丝杠螺母驱动机构，可以将丝杆的转动转化为活动架的垂直移动，此处不再赘述。

具体来说，所述活动架防转结构包括开设于水平架上的水平通槽，所述固定杆穿过水平通槽，以避免水平架相对固定架转动。上述水平通槽的截面轮廓略大于固定杆的截面轮廓，这样水平架与固定杆之间可以相对活动，不会阻碍活动架相对固定架的垂直移动，但是由于水平通槽的限制，水平架无法相对于固定架大幅转动，从而实现活动架的防转目的。

进一步地，所述拨杆驱动机构为设置于驱动杆上的垂直通槽，所述拨杆穿过垂直通槽。当驱动杆随活动架垂直移动时，拨杆与垂直通槽的相对位置也会发生垂直方向上的变化，当拨杆与垂直通槽的顶端或者底端相抵时，就会被驱动杆所带动，随驱动杆垂直移动，从而实现驱动拨杆的目的。

进一步地，所述固定杆设有垂直通槽，所述拨杆依次穿过固定杆上的垂直通槽和驱动杆上的垂直通槽。将固定杆上也设置垂直通槽，可以与驱动杆上的垂直通槽一起，对拨杆在水平方向上起到双重限位的作用，这样在利用固定架转动来扭断水果的果柄时，可以避免仅由拨杆的水平转轴来承担转动的扭矩，从而对水平转轴起到一定的保护作用。

进一步地，所述夹块设有用于检测夹块与待采摘水果之间作用力的传感器，所述传感器与垂直驱动机构通讯连接。当夹块与水果之间的作用力超过预定值时，即代表夹块已经将水果夹紧，此时传感器向垂直驱动机构发出停止继续向下移动活动架的信号，以避免夹块的夹紧力过大，对水果表面造成损伤。

进一步地，所述夹块的内侧端面为弧面，所述弧面覆盖有弹性层，这样可以使夹块与水果表面贴合，两者的接触面积大，分散了夹块的夹紧力，同时结合弹性层的弹性作用，可以保护水果表面不被夹块损伤。

进一步地，所述夹块通过水平转轴与拨杆连接，夹块还通过弹簧与固定杆连接，所述弹簧使夹块在未工作状态下保持在预定角度范围，即保证夹块内侧面朝下及朝内侧方向，这样在活动架下移时，夹块的内侧面能够迅速包裹住水果，从而将水果夹住。若没有该弹簧的弹力拉住夹块，夹块在未工作状态下就会自然垂下，夹块的内侧面不能保证对准水果的侧面，因此夹住水果的概率会降低。

进一步地，所述固定架通过其顶端设有的万向节悬吊于转动驱动机构上，该种悬吊式结构适用于采摘菠萝等生长方向向上的水果，上述万向节可以使固定架在一定范围内随意活动，这样在向下移动固定架，以使水果的中上部处于固定杆所围成的空间内时，固定架可以在夹块的反馈力的作用下，根据水果的形状做一定的自适应调整，保证固定架能够套在水果上，并使所有夹块对水果的夹紧程度趋于一致。

本发明的旋扭式水果采摘工具能够自动将夹紧水果，并将水果的果柄扭断，从而实现水果的采摘，大大降低了人工劳动强度，上述采摘工具还可以与智能化程度较高的机械臂结合起来，实现水果采摘的自动化作业。

附图说明

图1是本发明的旋扭式水果采摘工具的结构示意图。

图2是上架的结构示意图。

图3是水平架的结构示意图。

图4是夹块的结构示意图。

图5是固定架的结构示意图。

图6是活动架的结构示意图。

附图标示：1、上架；2、下架；3、固定杆；4、万向节；5、转动驱动机构；6、水平架；7、驱动杆；8、第一水平转轴；9、拨杆；10、第二水平转轴；11、夹块；12、垂直通槽；13、辅助架；14、驱动电机；15、丝杆；16、螺母；17、弹簧；18、机械臂；19、水平通槽；20、传感器。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施实例的描述，对本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理等作进一步的详细说明。

实施例1：

本实施例提出了一种旋扭式水果采摘工具，以方便水果的采收。

下面以采摘菠萝为例，详细介绍本实施例的具体技术方案。

本实施例的旋扭式菠萝采摘工具包括固定架、活动架、用于驱动活动架相对固定架垂直移动的垂直驱动机构、用于驱动固定架转动的转动驱动机构以及用于防止活动架相对固定架转动的活动架防转结构。

如图1～6所示，在本实施例中，固定架由Y形结构的上架1和圆环形结构的下架2组成，上架1和下架2通过若干垂直状态的固定杆3连接，以形成下端开口的套筒；固定架通过其顶端设有的三段式万向节4悬吊于转动驱动机构5上，上述转动驱动机构5采用垂直轴向的电机。

活动架包括位于上架1下方的水平架6及与水平架6固定连接的若干垂直状态的驱动杆7，驱动杆7的数量与固定杆3的数量一致，当然，驱动杆7的数量也可少于固定杆3的数量；下架2设有水平通孔，驱动杆7的下端穿过水平通孔，并可相对下架2移动，这样可以保证驱动杆7保持垂直状态。

驱动杆7位于对应的固定杆3的外侧，固定杆3通过第一水平转轴8活动安装有弯折状结构的拨杆9，所述拨杆9的一端向内向下延伸，端部通过第二水平转轴10活动安装有夹块11，拨杆9的另一端呈水平状态并伸向驱动杆7，驱动杆7和固定杆3均设有垂直通槽12，拨杆9的外侧端依次穿过固定杆3上的垂直通槽12和驱动杆7上的垂直通槽12，上述驱动杆7的垂直通槽12形成了用于与拨杆9配合，以使拨杆9随活动架垂直移动的拨杆9驱动机构。当驱动杆7随活动架垂直移动时，拨杆9与垂直通槽12的相对位置也会发生垂直方向上的变化，当拨杆9与垂直通槽12的顶端或者底端相抵时，就会被驱动杆7所带动，随驱动杆7垂直移动，从而实现驱动拨杆9的目的。将固定杆3上也设置垂直通槽12，可以与驱动杆7上的垂直通槽12一起，对拨杆9在水平方向上起到双重限位的作用，这样在利用固定架转动来扭断菠萝的果柄时，可以避免仅由拨杆9的水平转轴来承担转动的扭矩，从而对水平转轴起到一定的保护作用。

固定架内通过辅助架13固定安装有垂直轴向的驱动电机14，辅助架13的外侧与固定杆3固定连接；驱动电机14的电机轴与垂直丝杆15传动连接，水平架6的中部安装有与所述垂直丝杆15配合的螺母16；所述驱动电机14、垂直丝杆15构成了所述垂直驱动机构，可以将丝杆15的转动转化为活动架的垂直移动。

活动架防转结构包括开设于水平架6和辅助架13上的水平通槽19，所述固定杆3穿过水平通槽19，以避免水平架6相对固定架转动。上述水平通槽19的截面轮廓略大于固定杆3的截面轮廓，这样水平架6与固定杆3之间可以相对活动，不会阻碍活动架相对固定架的垂直移动，但是由于水平通槽19的限制，水平架6无法相对于固定架大幅转动，从而实现活动架的防转目的。

采用上述旋扭式菠萝采摘工具来采摘菠萝的过程如下：

首先，将该采摘工具移动至待采摘的菠萝上方，再将采摘工具逐渐下移，使菠萝的中上部处于固定杆3所围成的套筒空间内，保证夹块11对应于菠萝的中部靠下位置；由于万向节4可以使固定架在一定范围内随意活动，这样在向下移动采摘工具时，固定架可以在夹块11的反馈力的作用下，根据菠萝的形状做一定的自适应调整，保证固定架能够套在菠萝上，并使所有夹块11对菠萝的夹紧程度趋于一致。

然后利用垂直驱动机构使活动架相对固定架向下移动，在活动架向下移动的过程中，拨杆9驱动机构会带动拨杆9的端部同步向下移动，这样拨杆9的另一端就会绕第一水平转轴8向上及向内侧方向转动，从而带动夹块11将菠萝夹紧。在本实施例中，夹块11设有用于检测夹块11与菠萝之间作用力的传感器20（具体可以采用限位开关），所述传感器20与垂直驱动机构通讯连接。当夹块11与菠萝之间的作用力超过预定值时，即代表夹块11已经将菠萝夹紧，此时传感器20向垂直驱动机构发出停止继续向下移动活动架的信号，以避免夹块11的夹紧力过大，对菠萝表面造成损伤。

待夹块11将菠萝夹紧后，停止活动架的向下移动，利用转动驱动机构5带动固定架转动，在活动架防转结构的作用下，活动架及夹块11等部件也会随固定架同步转动3～5圈，从而可以将较脆的菠萝果柄扭断，使菠萝与其下部的茎相脱离；再将采摘工具移动至菠萝收集区域，最后利用垂直驱动机构使活动架相对固定架向上移动，在活动架向上移动的过程中，拨杆9驱动机构会带动拨杆9的端部同步向上移动，这样拨杆9的另一端就会绕第一水平转轴8向下及向外侧方向转动，从而带动夹块11将菠萝放下到菠萝收集区域，完成菠萝的采摘。

在本实施例中，夹块11还通过弹簧17与固定杆3连接，所述弹簧17使夹块11在未工作状态下保持在预定角度范围，即保证夹块11内侧面朝下及朝内侧方向，这样在活动架下移时，夹块11的内侧面能够迅速包裹住菠萝，从而将菠萝夹住。若没有该弹簧17的弹力拉住夹块11，夹块11在未工作状态下就会自然垂下，夹块11的内侧面不能保证对准菠萝的侧面，因此夹住菠萝的概率会降低。夹块11的内侧端面为弧面，所述弧面覆盖有弹性层，并具有阵列排布的凸起，这样可以使夹块11与菠萝表面贴合，两者的接触面积大，分散了夹块11的夹紧力，同时结合弹性层的弹性作用，可以保护菠萝表面不被夹块11损伤。上述夹块11及弹性层可以采用TPU材料（TPU材料是Thermoplastic Urethane的简称，中文名称为热塑性聚氨酯弹性体）一体3D打印而成。

本实施例的旋扭式菠萝采摘工具能够自动将夹紧菠萝，并将菠萝果柄扭断，从而实现菠萝的采摘，大大降低了人工劳动强度，上述采摘工具还可以与智能化程度较高的机械臂结合起来，例如说将转动驱动机构5与机械臂18固定连接，利用机械臂来带动采摘工具垂直及水平移动，实现菠萝采摘的自动化作业。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体设计并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种旋扭式水果采摘工具，其特征在于，包括固定架、活动架、用于驱动活动架相对固定架移动的垂直驱动机构、用于驱动固定架转动的转动驱动机构以及用于防止活动架相对固定架转动的活动架防转结构；所述固定架的外围设有若干垂直状态的固定杆；所述活动架包括水平架及与水平架固定连接的若干垂直状态的驱动杆；

所述驱动杆位于对应的固定杆的外侧，所述固定杆通过第一水平转轴活动安装有弯折状结构的拨杆，所述拨杆的一端向内向下延伸，端部通过第二水平转轴活动安装有夹块，所述拨杆的另一端呈水平状态并伸向驱动杆，所述驱动杆和固定杆均设有垂直通槽，所述拨杆的外侧端依次穿过固定杆上的垂直通槽和驱动杆上的垂直通槽，所述驱动杆的垂直通槽形成用于与拨杆配合，以使拨杆随活动架垂直移动的拨杆驱动机构。

2.根据权利要求1所述的旋扭式水果采摘工具，其特征在于，所述固定架内固定安装有垂直轴向的驱动电机，所述驱动电机的电机轴与垂直丝杆传动连接；所述水平架上安装有与所述垂直丝杆配合的螺母；所述驱动电机、垂直丝杆构成了所述垂直驱动机构。

3.根据权利要求2所述的旋扭式水果采摘工具，其特征在于，所述活动架防转结构包括开设于水平架上的水平通槽，所述固定杆穿过水平通槽，以避免活动架相对固定架转动。

4.根据权利要求1所述的旋扭式水果采摘工具，其特征在于，所述夹块设有用于检测夹块与待采摘水果之间作用力的传感器，所述传感器与垂直驱动机构通讯连接。

5.根据权利要求4所述的旋扭式水果采摘工具，其特征在于，所述夹块的内侧端面为弧面，所述弧面覆盖有弹性层。

6.根据权利要求4所述的旋扭式水果采摘工具，其特征在于，所述夹块通过水平转轴与拨杆连接，夹块还通过弹簧与固定杆连接，所述弹簧使夹块在未工作状态下保持在预定角度范围。

7.根据权利要求4所述的旋扭式水果采摘工具，其特征在于，所述固定架通过其顶端设有的万向节悬吊于转动驱动机构上。