CN112956335A - 一种多功能果实采摘机 - Google Patents
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Abstract
本发明属于农用机械技术领域，特指一种多功能果实采摘机。包括柔性夹爪，其上设有用于夹住水果或树枝的皮碗；传动杆，其一端安装有柔性夹爪，另一端移动设置在摇杆机构上；摇杆机构，其用于驱动传动杆进行伸缩移动，摇杆机构包括外壳、摆动平台、摆杆以及导轨；摆动平台上偏心设置有调节块，摆杆一端为连接在外壳上的支点端，另一端为连接在传动杆上的摆动端；摆杆靠近传动杆的一侧设有导套，导套内设有导轨，导轨的两端分别固定在外壳的两侧。本发明将振摇式采摘与拉拽式采摘有机结合可弥补现有的水果采摘机采摘方式单一，效率低的问题，并且采用柔性夹爪避免了在采摘过程中对果实的损伤，柔性夹爪的自适应性使得采摘对象上基本不受限制。
Description
技术领域
本发明属于农用机械技术领域，特指一种多功能果实采摘机。
背景技术
目前，现有的大多水果采摘机的切割原理有拉拽式、振动式和旋转切割式。欧美等国外发达国家农业以大农场为主，主要采用大型水果收割机进行水果采摘；在国内，果实采摘机械中应用最广的是刀片辅助人采摘装置、拉拽辅助人工采摘装置以及升降采摘台等采摘装置。刀片辅助人工采摘装置分为两种：一种装置是人工利用刀刃直接从水果果蒂处将其剪下；另一种装置是利用夹钳先将水果固定，接着用刀刃将水果剪下。拉拽辅助人工采摘装置由伸缩杆与采摘头组成，该装置利用采摘头夹紧水果，接着人力拉拽伸缩杆，使得水果掉落。升降采摘台是人站在采摘台上，根据水果高度控制采摘台高度，从而人工采摘水果。上述采摘机器以单一的振动、拉拽、旋转切割结合果农的辅助操作，很难满足中国果园采摘的需求量，一定程度制约了果园种植业的长远发展。若是直接采用国外进口大型设备虽然会提高采摘效率，节省人力，但是设备价位昂贵，大部分果农难以负担且设备体积较大，很大一部分的果园没有足够的空间放置。
发明内容
本发明的目的是提供一种结合振动及单个拉拽采摘模式的多功能果实采摘机。
本发明的目的是这样实现的：
一种多功能果实采摘机，包括柔性夹爪，其上设有用于夹住水果或树枝的皮碗；传动杆，其一端安装有所述柔性夹爪，另一端移动设置在摇杆机构上；摇杆机构，其用于驱动所述传动杆进行伸缩移动，摇杆机构包括外壳、摆动平台、摆杆以及导轨；所述摆动平台上偏心设置有调节块，所述摆杆一端为连接在所述外壳上的支点端，另一端为连接在所述传动杆上的摆动端；所述摆杆靠近所述传动杆的一侧设有导套，导套内设有所述导轨，所述导轨的两端分别固定在所述外壳的两侧。
进一步设置为，所述摆动平台为一从动齿轮，所述外壳上安装有第一电机，第一电机的输出轴上设有一主动齿轮，该主动齿轮与所述从动齿轮相啮合，并带动其进行转动。
进一步设置为，所述摆杆上开设有供调节块移动的滑槽，所述摆动平台上设有一安装块，安装块上设有一丝杆，所述调节块移动套设在丝杆上，调节块上还设有一端伸入所述滑槽内的固定件，调节块在丝杆上进行移动时，带动固定件在滑槽内进行移动。
进一步设置为，所述外壳上设有第二电机，所述第二电机的输出轴穿过所述摆动平台安装有主动锥齿轮，所述丝杆设有一从动锥齿轮，从动锥齿轮与所述主动锥齿轮相互啮合并在第二电机的驱动下进行转动。
进一步设置为，所述第二电机的输出轴与所述摆动平台之间设有轴承。
进一步设置为，所述外壳上设有一限位杆，所述摆杆的支点端开设有卡槽，卡槽卡设在所述限位杆的外侧，卡槽可相对限位杆进行移动。
进一步设置为，所述导套及导轨均设有两个，分别设置在所述传动杆的前后两侧。
进一步设置为，所述柔性夹爪包括第三电机、连杆、摆臂及所述皮碗，所述第三电机上设有升降杆，所述摆臂的顶端设置有所述皮碗，摆臂的底端设有第一连接端和第二连接端，第一连接端与所述升降杆相连，第二连接端通过所述连杆与所述第三电机的主体相连，所述传动杆为伸缩杆，其外端通过联轴器与所述第三电机相连。
进一步设置为，所述摆臂及皮碗至少设置有两个，摆臂在所述升降杆的带动下以其与所述连杆连接处为轴进行转动，以实现皮碗的相互靠近及远离。
进一步设置为，所述皮碗上设有用于卡在树枝上的限位槽。
本发明相比现有技术突出且有益的技术效果是：
本发明将振摇式采摘与拉拽式采摘有机结合可弥补现有的水果采摘机采摘方式单一，效率低的问题，并且采用柔性夹爪避免了在采摘过程中对果实的损伤，柔性夹爪的自适应性使得采摘对象上基本不受限制。振摇式采摘是通过控制皮碗夹住树枝，然后在摇杆机构的驱动下促使传动杆及柔性夹爪进行移动，以实现对树枝的振动从而将果实取下；而对于无法振摇下来的果实则可采用单个柔性采摘模式采摘(即皮碗包裹住单个果实，在摇杆机构的驱动下促使传动杆及柔性夹爪进行移动，以实现对单个果实的拉拽从而将果实取下)，两种采摘方式配合使用，减小成本，并且能够提升效率。且本装置轻便小巧，可用于地形不平整的丘陵，对环境依赖程度低，且功率大，成本低，采摘过程中操作简单，对于农民的操作要求不高，使用范围广。
本发明将导杆机构应用在水果采摘领域，机构简单，齿轮传动效率高，具有极好的传力性能，成本低廉，适合批量生产及推广使用。
本发明通过在摆动平台上偏心设置有调节块，且调节块为可移动设置，当其移动到不同的位置时，可以促使摆杆的移动幅度产生差异，从而实现传动杆及柔性夹爪不同振幅的移动，以满足摘取不同种类的水果，适用范围广。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明摇杆机构的结构示意图。
图3是本发明第二传动组安装结构的示意图。
图4是本发明固定件与摆杆之间的位置关系图。
图5是本发明摆杆摆动幅度调节原理图。
图6是本发明柔性夹爪的结构示意图
附图标记：1-柔性夹爪；11-第三电机；12-连杆；13-摆臂；131-第一连接端；132-第二连接端；14-皮碗；141-限位槽；15-升降杆；2-摇杆机构；21-外壳；22-第一电机；24-限位杆；25-主动齿轮；26-摆动平台；3-传动杆；41-安装块；42-丝杆；43-调节块；44-固定件；45-第二电机；46-主动锥齿轮；47-从动锥齿轮；5-摆杆；51-滑槽；52-卡槽；6-导轨；61-导套。
具体实施方式
下面结合附图以具体实施例对本发明作进一步描述，参见图1-图5，
一种多功能果实采摘机，包括柔性夹爪1、摇杆机构2和传动杆3，柔性夹爪1用于夹住水果或树枝；摇杆机构2用于驱动所述柔性夹爪1进行移动；传动杆3连接所述柔性夹爪1和摇杆机构2；所述摇杆机构2包括外壳21、摆动平台26、摆杆5及导轨6，摆动平台26上偏心设置有调节块43，摆杆5上开设有供调节块43移动的滑槽51，所述摆杆5一端为连接在所述外壳21上的支点端，另一端为连接在所述传动杆3上的摆动端。所述支点端为：所述外壳21上设有一限位杆24，所述摆杆5一端开设有卡槽52，卡槽52卡设在限位杆24外周，卡槽52与限位杆24之间为活动连接，两者相互限位且不固定；所述摆杆5靠近所述传动杆3的一侧设有导套61，导套61内设有所述导轨6，所述导轨6的两端分别固定在所述外壳21的两侧。
在本实施例中，所述摆动平台26为一从动齿轮，所述外壳21上安装有第一电机22，第一电机22的输出轴上设有一主动齿轮25，该主动齿轮25与所述从动齿轮相啮合，并带动其进行转动。摆动平台26(从动齿轮)上设有安装块41，安装块41上设有一丝杆42，所述调节块43可移动设置在所述丝杆42上，调节块43上还设有一端伸入所述滑槽51内的固定件44，调节块43在丝杆42上进行移动时，带动固定件44在滑槽51内进行移动。当第一电机22启动后，会带动安装在其上的主动齿轮25进行转动，随之带动与主动齿轮25啮合的从动齿轮26进行转动，安装块41与从动齿轮26相连，安装块41与摆杆5之间又通过丝杆及调节块相连，使得摆杆5会跟随从动齿轮26一同进行转动，由于摆杆5一端为连接在所述外壳21上的支点端，摆杆5以其支点端作为支点可进行转动，而导轨6及导套61的设置以及支点端卡槽51可相对限位杆24进行移动，使摆杆5上端能够沿着导轨6进行直线往复运动，于是，摆杆5可带动安装在其上的传动杆3进行直线往复运动。
所述丝杆42一端通过轴承连接在所述安装块41上，所述调节块43螺纹连接在所述丝杆42上，当丝杆42进行转动时，调节块43可相对丝杆42进行轴向移动，调节块43在丝杆42上进行移动时，带动固定件44在滑槽51内进行移动。由于摆杆5实际上是通过固定件与调节块相连，也就是说摆杆5与所述安装块之间的连接是依靠丝杆、调节块以及固定件的相关关系而实现的，因此，固定件相对于滑槽的所在位置就会影响摆杆最终摆动的距离。如图4和图5所示，滑槽51竖向开设在摆杆5上，图中O点为摆动平台26的转动圆心，C点为摆杆5转动支点，当固定件44从A点移动至位于其下侧的B点时，A点处距离底部支点C相比B点处距离底部支点C的距离要大，因此，在固定件44跟随从动齿轮转动转动相同的角度时，固定件44位于A点处时摆杆5所移动的距离大于固定件位于B点处时的距离(即d2>d1)，因此，调节固定件44与滑槽51的相对位置可调节摆杆的摆动幅度，从而调整传动杆3的运动幅度。
所述丝杆42的转动通过安装在外壳21上的第二电机45进行驱动，所述丝杆42设有从动锥齿轮47，所述第二电机45的输出轴穿过所述从动齿轮26设有主动锥齿轮46，主动锥齿轮46与从动锥齿轮47相啮合，第二电机带动主动锥齿轮46转动时，带动从动锥齿轮47及丝杆42进行转动，促使调节块43在丝杆42上进行直线往复运动。所述第二电机45的输出轴与所述从动齿轮26之间设有轴承，以将从动齿轮26的转动与主动锥齿轮46两者之间的运动分离，避免相互干扰。
所述限位杆24通过螺栓直接固定在所述外壳21的侧壁上，所述卡槽52为U型槽，其倒扣在限位杆24的外周，与限位杆24仅限位而不固定，当摆杆5进行摆动时，U型槽相对限位杆24会进行滑动。
所述导套61及导轨6均设有两个，分别设置在所述传动杆3的前后两侧，两个导套及导轨的设置使得摆杆5的运动能够更加稳定。
如图6所示，所述柔性夹爪1包括第三电机11、连杆12、摆臂13及皮碗14，所述第三电机11上设有升降杆15，所述摆臂13的顶端设置有所述皮碗14，摆臂13的底端设有第一连接端131和第二连接端132，第一连接端131与所述升降杆15相连，第二连接端132通过所述连杆12与所述第三电机11的主体相连。所述摆臂13及皮碗14至少设置有两个，摆臂13在所述升降杆15的带动下以其与所述连杆12连接处为轴进行转动，以实现皮碗14的相互靠近及远离。升降杆15在第三电机11的控制下可进行直线往复移动，以图5所示的方向为例，当升降杆15向上移动时，摆臂13底端的第一连接端131跟随升降杆15向上移动，摆臂13的上端会带着皮碗以第二连接端132为支点朝向外部转动，此时，两个摇臂上的皮碗远离；当升降杆15向下移动时，摆臂13底端的第一连接端131跟随升降杆15向下移动，摆臂13的上端会带着皮碗以第二连接端132为支点朝向内部转动，此时，两个摇臂上的皮碗相互靠近，从而实现对果实或树枝的包裹。
为了便于皮碗14能够更好地抓住树枝，在所述皮碗14上设有用于卡在树枝上的限位槽141，限位槽141较小，跟容易与较细的树枝进行配合，以促使皮碗抓紧树枝。
所述传动杆3为伸缩杆，其外端通过联轴器与所述第三电机11相连，伸缩杆便于调节柔性夹爪1的高度，以适应不同高度位置的果实摘取。
本实施例采用的振摇模式的果实脱落原理为：通过柔性夹爪1夹持树枝以一定的频率和振幅振动，使得树枝上的果子振动而加速，加速物体受到惯性力的作用，当惯性力大于果实与树枝之间的结合力时，也即达到了果子与树枝的振动收获力时，水果脱落。振动来源于频率所述第一电机22带动传动杆3实现的往复运动。主要工作过程是控制柔性夹爪1张开指定角度卡住树枝，通过第一电机22作为动力源，带动摆杆机构2和传动杆3实现往复运动，然后通过振幅调节信号调节振幅，通过控制第一电机22转速改变振动频率，使柔性夹爪1能够进行前后振动并且可以根据不同的树种改变为不同的振幅极限。
当振摇力不足以将全部果实从果树上脱落的时候，本实施例将启动单个柔性采摘模式。单个柔性采摘模式的果实脱落原理是通过操控第三电机，使得皮碗14夹住果实，第一电机22先转动半周，经过主动齿轮和从动齿轮的联动，摆杆5及传动杆3的传递，使得果实与柔性夹爪具有相同的运动趋势，当第一电机22继续转后半周时，传动杆2带动皮碗14向后拖拽果实，果实受到拉力的作用，当拉力大于果实与树枝间的结合力时，水果脱落。
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)
1.一种多功能果实采摘机，其特征在于：包括
柔性夹爪(1)，其上设有用于夹住水果或树枝的皮碗(14)；
传动杆(3)，其一端安装有所述柔性夹爪(1)，另一端移动设置在摇杆机构(2)上；
摇杆机构(2)，其用于驱动所述传动杆(3)进行伸缩移动，摇杆机构(2)包括外壳(21)、摆动平台(26)、摆杆(5)以及导轨(6)；
所述摆动平台(26)上偏心设置有调节块(43)，所述摆杆(5)安装在调节块(43)上，摆杆(5)一端为连接在所述外壳(21)上的支点端，另一端为连接在所述传动杆(3)上的摆动端；所述摆动端上设有导套(61)，导套(61)内设有所述导轨(6)，所述导轨(6)的两端分别固定在所述外壳(21)的两侧。
2.根据权利要求1所述的多功能果实采摘机，其特征在于：所述摆动平台(26)为一从动齿轮，所述外壳(21)上安装有第一电机(22)，第一电机(22)的输出轴上设有一主动齿轮(25)，该主动齿轮(25)与所述从动齿轮相啮合，并带动其进行转动。
3.根据权利要求1或2所述的多功能果实采摘机，其特征在于：所述摆杆(5)上开设有供调节块(43)移动的滑槽(51)，所述摆动平台(26)上设有一安装块(41)，安装块(41)上设有一丝杆(42)，所述调节块(43)移动套设在丝杆(42)上，调节块(43)上还设有一端伸入所述滑槽(51)内的固定件(44)，调节块(43)在丝杆(42)上进行移动时，带动固定件(44)在滑槽(51)内进行移动。
4.根据权利要求3所述的多功能果实采摘机，其特征在于：所述外壳(21)上设有第二电机(45)，所述第二电机(45)的输出轴穿过所述摆动平台(26)安装有主动锥齿轮(46)，所述丝杆设有一从动锥齿轮(47)，从动锥齿轮(47)与所述主动锥齿轮(46)相互啮合并在第二电机(45)的驱动下进行转动。
5.根据权利要求4所述的多功能果实采摘机，其特征在于：所述第二电机(45)的输出轴与所述摆动平台(26)之间设有轴承。
6.根据权利要求1所述的多功能果实采摘机，其特征在于：所述外壳(21)上设有一限位杆(24)，所述摆杆(5)的支点端开设有卡槽(52)，卡槽(52)卡设在所述限位杆(24)的外侧，卡槽(52)可相对限位杆(24)进行移动。
7.根据权利要求1所述的多功能果实采摘机，其特征在于：所述导套(61)及导轨(6)均设有两个，分别设置在所述传动杆(3)的前后两侧。
8.根据权利要求1-2或6-7任一项所述的多功能果实采摘机，其特征在于：所述柔性夹爪(1)包括第三电机(11)、连杆(12)、摆臂(13)及所述皮碗(14)，所述第三电机(11)上设有升降杆(15)，所述摆臂(13)的顶端设置有所述皮碗(14)，摆臂(13)的底端设有第一连接端(131)和第二连接端(132)，第一连接端(131)与所述升降杆(15)相连，第二连接端(132)通过所述连杆(12)与所述第三电机(11)的主体相连；所述传动杆(3)为伸缩杆，其外端通过联轴器与所述第三电机(11)相连。
9.根据权利要求8所述的多功能果实采摘机，其特征在于：所述摆臂(13)及皮碗(14)至少设置有两个，摆臂(13)在所述升降杆(15)的带动下以其与所述连杆(12)连接处为轴进行转动，以实现皮碗(14)的相互靠近及远离。
10.根据权利要求8所述的多功能果实采摘机，其特征在于：所述皮碗(14)上设有用于卡在树枝上的限位槽(141)。
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