CN113179751B - 渐进式红花割集一体采摘机械手 - Google Patents

渐进式红花割集一体采摘机械手 Download PDF

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Abstract

本发明属于农业机械领域，涉及一种渐进式红花割集一体采摘机械手。采摘机械手包括整机壳体、渐进式对花装置、割集刀、动力装置；整机壳体包括齿轮外壳、轴承组件、把手、刀具外壳、电机座和开关；渐进式对花装置包括对花装置安装块、渐进固果板和果球提升板；割集刀包括切割刀具、锥形收集管、连接管和花丝导流线；动力装置包括电机、主动齿轮和从动齿轮。本发明实现了渐进式对花，能够限位固定果球，实现单手操作；割集刀采用割集一体化设计，花丝切割与收集同步进行，避免二次损伤花丝；提高了花丝收集率与对花速度，降低了花丝破损率。

Description

渐进式红花割集一体采摘机械手
技术领域
本发明专利属于农业机械领域，特别涉及一种渐进式红花割集一体采摘机械手。
背景技术
红花属菊科，一年生草本植物，是集药用、食用、油用、保健价值为一体的特种经济作物。其花冠、籽实、茎叶和秸秆等都可以利用，号称“亚油酸之王”和“维生素E之冠”，是传统的活血化瘀中药材。目前红花花丝采摘主要以人工采摘的方式，劳动强度大，生产效率低，阻碍了红花产业的良性发展。
目前的手持式红花花丝采摘机械，主要存在花丝破损率高、对花慢、花丝收集效率低等问题。针对目前花丝采摘机械的采摘装置与收集装置分离，非一体化设计，采摘装置易对收集过程中的花丝造成二次损伤，因此采用割集一体化设计设计，避免了二次损伤造成的花丝破损率提高；对花时需要人工辅助固定果球，降低对花速度；切割后的花丝受限于负压风机功率，花丝收集慢。因此，亟需研制出一种割集一体，花丝破损率较低，且无需人工辅助固定果球，能够快速收集的红花花丝采摘机械手，解决目前人工采收效率低下，采摘机械需要人工辅助固定果球造成对花慢，花丝破损率高、收集率低等问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明专利提供一种渐进式红花割集一体采摘机械手，目的是提供一种快速对花，割集一体的红花采摘机械手，降低劳动强度和生产成本。
一种渐进式红花割集一体采摘机械手，其特征在于，包括整机壳体1、渐进式对花装置2、割集刀3和动力装置4。
所述渐进式对花装置2通过螺钉固定于整机壳体1下端面，所述割集刀3通过轴承配合，安装于整机壳体1内部，所述动力装置4通过键连接安装于割集刀3外侧，位于整机壳体1内部。
所述整机壳体1包括齿轮外壳1-1、轴承组件1-2、把手1-3、刀具外壳1-4、电机座1-5和开关1-6。
所述齿轮外壳1-1包括上下并列布置的管件安装块1-1-1和电机座安装块1-1-2。
所述轴承组件1-2通过螺纹连接安装于管件安装块1-1-1内部。
所述把手1-3包括螺纹安装管1-3-1和软管安装管1-3-2；所述螺纹安装管1-3-1通过螺纹连接安装于轴承组件1-2后端，软管安装管1-3-2位于螺纹安装管1-3-1后侧。
所述刀具外壳1-4内表面与管件安装块1-1-1外表面过盈配合，安装于管件安装块1-1-1前端；下部设有对花装置连接块1-4-1。
所述电机座1-5通过螺钉固定于电机座安装块1-1-2后端，位于轴承组件1-2下侧。
所述开关1-6为按钮开关，安装于把手1-3侧面。
所述渐进式对花装置2，其特征在于，包括对花装置安装块2-1、渐进固果板2-2和果球提升板2-3。
所述对花装置安装块2-1通过螺钉安装于刀具外壳1-4下端面。
所述渐进固果板2-2包括第一固果板2-2-1和第二固果板2-2-2，第一固果板2-2-1和第二固果板2-2-2形状对称，并列布置于对花装置安装块2-1左右两侧。
所述果球提升板2-3包括第一提升板2-3-1和第二提升板2-3-2，第一提升板2-3-1和第二提升板2-3-2形状对称，并列安装于渐进固果板2-2前端。
所述割集刀3，其特征在于，包括切割刀具3-1、锥形收集管3-2、连接管3-3和花丝导流线3-4。
所述切割刀具3-1通过螺纹连接安装于锥形收集管3-2前端；所述连接管3-3设于锥形收集管3-2后端，安装于轴承组件1-2的轴承孔中；所述花丝导流线3-4呈螺旋线状布置于切割刀具3-1内表面。
所述动力装置4，其特征在于，包括电机4-1、主动齿轮4-2和从动齿轮4-3。
所述电机4-1固接于电机座1-5内部；所述主动齿轮4-2固接于电机4-1电机轴上，从动齿轮4-3通过键连接于所述锥形收集管3-2外侧，电机4-1的动力通过从动齿轮4-3传递到割集刀3上。
所述渐进式对花装置2，其特征在于，对花装置2安装在刀具外壳1-4的对花装置连接块1-4-1上，渐进式对花装置2远离动力装置4一侧为前端；所述第一固果板2-2-1与第二固果板2-2-2、第一提升板2-3-1与第二提升板2-3-2并列安装构成椭圆形面的滑槽，椭圆形面的长轴长度为果球仿形长度L1，短轴长度为果球仿形高度H1。
所述果球仿形长度L1为果球直径L的1.0～1.1倍，其范围为20～37mm；所述果球仿形高度H1为果球高度H的1.0～1.1倍，其范围为18～27mm；果球提升板2-3之间的L1与H1为定值，由前端向后端的尺寸逐渐减小。
所述第一固果板2-2-1与第二固果板2-2-2并列安装构成的椭圆形面前后端高差为滑槽高差H2，其范围为11～13mm。
所述果球提升板2-3前后高差为提升高度H3，其范围为7～9mm；果球提升板2-3底边与水平方向夹角为提升倾角α，其范围为12°～16°。
所述切割刀具3-1，其特征在于，所述切割刀具3-1直径D1范围为60～70mm，两切削刃间距离为刃间距L2，其范围为20～30mm。
所述锥形收集管3-2为内部成弧形喇叭状，外部成锥形，锥形收集管3-2内部弧形曲率半径为锥形收集管曲率半径R1，其范围为35～45mm。
所述花丝导流线3-4，其特征在于，所述花丝导流线3-4有六条，由内表面前端向后端延伸的切割刀具3-1的螺旋线轨迹凸起而成，且等距分布于切割刀具3-1内表面，每条花丝导流线3-4间的距离为导流线间距S1，其范围为22～26mm。
每条花丝导流线3-4的螺旋线轨迹直径与切割刀具3-1直径D1相等；花丝导流线3-4横截面为半圆形，其半径为导流线半径R2，其倾角为导流线倾角β。
所述导流线半径R2范围为0～2.5mm，且由前端向后端逐渐减小，在与锥形收集管3-2连接处R2的值为0；所述导流线倾角β范围为32°～36°。
所述从动齿轮4-3，其特征在于，从动齿轮4-3的轴孔为圆台形，其倾角与所述锥形收集管3-2外表面倾角相同。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、割集刀3采用割集一体化设计，切割刀具3-1旋转切削花丝后，花丝进入切割刀具3-1腔内，在负压作用下通过锥形收集管3-2，并通过连接管3-3进入软管完成收集，实现花丝切割收集同步进行，避免产生二次切割损伤花丝，降低花丝破损率。
2、经测量，多数红花果球近似于直径L为20～35mm，高度H为18～25mm的椭球，果球直径L与高度H的比值即果球径高比集中分布于0.9～1.4，且随着果球直径减小而减小；所述第一固果板2-2-1与第二固果板2-2-2并列安装构成的椭圆形面的果球仿形长度L1范围为20～37mm，为L的1.0～1.1倍；果球仿形高度H1范围为18～27mm为H的1.0～1.1倍；L1与H1的比值为0.8～1.4，拟合果球轮廓尺寸与径高比。不同尺寸的红花果球进入渐进式对花装置2后，被第一固果板2-2-1与第二固果板2-2-2限位固定，使花丝处于切削位置，无需人工固定果球位置，提高对花效率；
所述果球提升板2-3为向下方倾斜设计，能够实现果球进入渐进式对花装置2后的先提升，再到达切割位置，避免花丝在未到达切割位置前被割集刀3阻挡，提升高度H3的范围为7～9mm，；果球提升板2-3底边与水平方向的提升倾角α范围为12°～16°，能够实现果球顺利沿果球提升板2-3进入渐进固果板2-2，提高对花效率。
3、所述花丝导流线3-4为等距分布的六条螺旋线轨迹凸起，导流线间距S1范围为22～26mm；可有效减弱割集刀3内气体环流；花丝导流线3-4的截面为半径R2范围0～2.5mm的半圆，且由前端向后端逐渐减小，在与锥形收集管3-2连接处R2的值为0；花丝导流线3-4能够减弱切割刀具3-1腔体内的气流扰动。
4、所述锥形收集管3-2为内部弧形喇叭状，外部锥形，锥形收集管3-2内部弧形的锥形收集管曲率半径R1范围为35～45mm，能够优化腔内气流，减少花丝与内壁碰撞，提高花丝收集速率。
5、空间集约化设计。把手1-3采用功能集成设计，割集刀3内部连接收集软管，外部握持并布置开关1-6；采用齿轮传动，传动比大，传动稳定，调速范围大；从动齿轮4-3直接驱动割集刀3，减小动力装置4占用空间；所述开关1-6布置于软管安装管1-3-2前段5～8mm处，位于人手握持把手1-3时，手部较为灵活的拇指前段，单手即可完成开关操作。
附图说明
图1是本发明的整机结构示意图(去除电机座1-5)；
图2是本发明的整机壳体1示意图；
图3是本发明的齿轮外壳1-1结构示意图；
图4时本发明的把手1-3结构示意图；
图5是本发明的刀具外壳1-4结构示意图；
图6是本发明的渐进式对花装置2结构示意图；
图7是本发明的渐进式对花装置2剖面结构示意图；
图8是本发明的割集刀3剖面结构示意图；
图9是本发明的割集刀3剖面结构示意图；
图10是本发明的割集刀3剖面结构示意图；
图11是本发明的动力装置4结构示意图；
图12是本发明的从动齿轮4-3结构示意图；
其中附图的标记为：
1整机壳体 1-1齿轮外壳
1-1-1管件安装块 1-1-2电机座安装块
1-2轴承组件 1-3把手
1-3-1螺纹安装管 1-3-2软管安装管
1-4刀具外壳 1-4-1对花装置连接块
1-5电机座 1-6开关
2-1对花装置安装块 2-2渐进固果板
2-2-1第一固果板 2-2-2第二固果板
2-3果球提升板 2-3-1第一提升板
2-3-2第二提升板 3割集刀
3-1切割刀具 3-2锥形收集管
3-3连接管 3-4花丝导流线
4动力装置 4-1电机
4-2主动齿轮 4-3从动齿轮
L1果球仿形长度 H1果球仿形高度
H2滑槽高差 H3提升高度
α提升倾角 D1切割刀具直径
S1导流线间距 R1锥形收集管曲率半径
L2刃间距 R2导流线半径
具体实施方式
如图1所示，一种渐进式红花割集一体采摘机械手，其特征在于，包括整机壳体1、渐进式对花装置2、割集刀3和动力装置4；
所述渐进式对花装置2通过螺钉固定于整机壳体1下端面，所述割集刀3通过轴承配合，安装于整机壳体1内部，所述动力装置4通过键连接安装于割集刀3外侧，位于整机壳体1内部。
如图2所示，所述整机壳体1包括齿轮外壳1-1、轴承组件1-2、把手1-3、刀具外壳1-4、电机座1-5和开关1-6；
所述轴承组件1-2通过螺纹连接安装于管件安装块1-1-1内部；
所述电机座1-5通过螺钉固定于电机座安装块1-1-2后端，位于轴承组件1-2下侧；
所述开关1-6为按钮开关，安装于把手1-3侧面。
如图3所示，所述齿轮外壳1-1包括上下并列布置的管件安装块1-1-1和电机座安装块1-1-2。
如图4所示，所述把手1-3包括螺纹安装管1-3-1和软管安装管1-3-2；所述螺纹安装管1-3-1通过螺纹连接安装于轴承组件1-2后端，软管安装管1-3-2位于螺纹安装管1-3-1后侧。
如图5所示，所述刀具外壳1-4内表面与管件安装块1-1-1外表面过盈配合，安装于管件安装块1-1-1前端；下部设有对花装置连接块1-4-1。
如图6所示，所述渐进式对花装置2，其特征在于，包括对花装置安装块2-1、渐进固果板2-2和果球提升板2-3；
所述对花装置安装块2-1通过螺钉安装于刀具外壳1-4下端面；
所述渐进固果板2-2包括第一固果板2-2-1和第二固果板2-2-2，第一固果板2-2-1和第二固果板2-2-2形状对称，并列布置于对花装置安装块2-1左右两侧；
所述果球提升板2-3包括第一提升板2-3-1和第二提升板2-3-2，第一提升板2-3-1和第二提升板2-3-2形状对称，并列安装于渐进固果板2-2前端；
所述渐进式对花装置2，其特征在于，对花装置2安装在刀具外壳1-4的对花装置连接块1-4-1上，渐进式对花装置2远离动力装置4一侧为前端；所述第一固果板2-2-1与第二固果板2-2-2、第一提升板2-3-1与第二提升板2-3-2并列安装构成椭圆形面的滑槽，椭圆形面的长轴长度为果球仿形长度L1，短轴长度为果球仿形高度H1；
所述果球仿形长度L1为果球直径L的1.0～1.1倍，其范围为20～37mm；所述果球仿形高度H1为果球高度H的1.0～1.1倍，其范围为18～27mm；果球提升板2-3之间的L1与H1为定值，由前端向后端的尺寸逐渐减小。
如图7所示，所述第一固果板2-2-1与第二固果板2-2-2并列安装构成的椭圆形面前后端高差为滑槽高差H2，其范围为11～13mm；
所述果球提升板2-3前后高差为提升高度H3，其范围为7～9mm；果球提升板2-3底边与水平方向夹角为提升倾角α，其范围为12°～16°。
如图8所示，所述割集刀3，其特征在于，包括切割刀具3-1、锥形收集管3-2、连接管3-3和花丝导流线3-4；
所述切割刀具3-1通过螺纹连接安装于锥形收集管3-2前端；所述连接管3-3设于锥形收集管3-2后端，安装于轴承组件1-2的轴承孔中；所述花丝导流线3-4呈螺旋线状布置于切割刀具3-1内表面。
如图9所示，所述花丝导流线3-4，其特征在于，所述花丝导流线3-4有六条，由内表面前端向后端延伸的切割刀具3-1的螺旋线轨迹凸起而成，且等距分布于切割刀具3-1内表面，每条花丝导流线3-4间的距离为导流线间距S1，其范围为22～26mm；
每条花丝导流线3-4的螺旋线轨迹直径与切割刀具3-1直径D1相等；花丝导流线3-4横截面为半圆形，其半径为导流线半径R2，其倾角为导流线倾角β；
所述导流线半径R2范围为0～2.5mm，且由前端向后端逐渐减小，在与锥形收集管3-2连接处R2的值为0；所述导流线倾角β范围为32°～36°。
如图10所示，所述切割刀具3-1，其特征在于，所述切割刀具3-1直径D1范围为60～70mm，两切削刃间距离为刃间距L2，其范围为20～30mm；
所述锥形收集管3-2为内部成弧形喇叭状，外部成锥形，锥形收集管3-2内部弧形曲率半径为锥形收集管曲率半径R1，其范围为35～45mm。
如图11所示，所述动力装置4，其特征在于，包括电机4-1、主动齿轮4-2和从动齿轮4-3；
所述电机4-1固接于电机座1-5内部；所述主动齿轮4-2固接于电机4-1电机轴上，从动齿轮4-3通过键连接于所述锥形收集管3-2外侧，电机4-1的动力通过从动齿轮4-3传递到割集刀3上。
如图12所示，所述从动齿轮4-3，其特征在于，从动齿轮4-3的轴孔为圆台形，其倾角与所述锥形收集管3-2外表面倾角相同。
本发明工作过程如下：
如图1-图12所示，握持把手1-3，对准红花果球后向前移动机械手,红花果球进入渐进式对花装置2，沿果球提升板2-3上升至切割高度，沿第一固果板2-2-1与第二固果板2-2-2构成的椭圆形滑槽向渐进式对花装置2后端移动，并在果球直径L与果球仿形长度L1相等处被限位固定，此处果球仿形高度H1为果球高度H的1.0～1.1倍，花丝根部位于切割刀具3-1下端面处，位于切削位置；按下开关1-6，电机4-1启动，电机4-1的动力输出轴转动带动主动齿轮4-2，带动从动齿轮4-3，通过平键带动割集刀3旋转，切削刃旋切花丝；切割后的花丝进入切割刀具3-1内腔，在负压作用下经锥形收集管3-2进入连接管3-3，进入收集软管，完成花丝采摘；松开开关1-6，电机4-1停止，准备进行下一次花丝采摘。
上述实施例仅为本发明较佳的实施例，并非是对本发明实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (6)

1.一种渐进式红花割集一体采摘机械手，其特征在于，包括整机壳体(1)、渐进式对花装置(2)、割集刀(3)和动力装置(4)；
所述渐进式对花装置(2)通过螺钉固定于整机壳体(1)下端面，所述割集刀(3)通过轴承配合，安装于整机壳体(1)内部，所述动力装置(4)通过键连接安装于割集刀(3)外侧，位于整机壳体(1)内部；
所述整机壳体(1)包括齿轮外壳(1-1)、轴承组件(1-2)、把手(1-3)、刀具外壳(1-4)、电机座(1-5)和开关(1-6)；
所述齿轮外壳(1-1)包括上下并列布置的管件安装块(1-1-1)和电机座安装块(1-1-2)；
所述轴承组件(1-2)通过螺纹连接安装于管件安装块(1-1-1)内部；
所述把手(1-3)包括螺纹安装管(1-3-1)和软管安装管(1-3-2)；所述螺纹安装管(1-3-1)
通过螺纹连接安装于轴承组件(1-2)后端，软管安装管(1-3-2)位于螺纹安装管(1-3-1)后侧；
所述刀具外壳(1-4)内表面与管件安装块(1-1-1)外表面过盈配合，安装于管件安装块(1-1-1)前端；下部设有对花装置连接块(1-4-1)；
所述电机座(1-5)通过螺钉固定于电机座安装块(1-1-2)后端，位于轴承组件(1-2)下侧；
所述开关(1-6)为按钮开关，安装于把手(1-3)侧面；
所述渐进式对花装置(2)包括对花装置安装块(2-1)、渐进固果板(2-2)和果球提升板(2-3)；
所述对花装置安装块(2-1)通过螺钉安装于刀具外壳(1-4)下端面；
所述渐进固果板(2-2)包括第一固果板(2-2-1)和第二固果板(2-2-2)，第一固果板(2-2-1)和第二固果板(2-2-2)形状对称，并列布置于对花装置安装块(2-1)左右两侧；
所述果球提升板(2-3)包括第一提升板(2-3-1)和第二提升板(2-3-2)，第一提升板(2-3-1)和第二提升板(2-3-2)形状对称，并列安装于渐进固果板(2-2)前端；
所述对花装置(2)安装在刀具外壳(1-4)的对花装置连接块(1-4-1)上，渐进式对花装置(2)远离动力装置(4)一侧为前端；所述第一固果板(2-2-1)与第二固果板(2-2-2)、第一提升板(2-3-1)与第二提升板(2-3-2)并列安装构成椭圆形面的滑槽，椭圆形面的长轴长度为果球仿形长度L1，短轴长度为果球仿形高度H1；
所述果球仿形长度L1为果球直径L的1.0～1.1倍，其范围为20～37mm；所述果球仿形高度H1为果球高度H的1.0～1.1倍，其范围为18～27mm；果球提升板(2-3)之间的L1与H1为定值，由前端向后端的尺寸逐渐减小；
所述第一固果板(2-2-1)与第二固果板(2-2-2)并列安装构成的椭圆形面前后端高差为滑槽高差H2，其范围为11～13mm；
所述果球提升板(2-3)前后高差为提升高度H3，其范围为7～9mm；果球提升板(2-3)底边与水平方向夹角为提升倾角α，其范围为12°～16°。
2.根据权利要求1所述渐进式红花割集一体采摘机械手，其特征在于，所述割集刀(3)包括切割刀具(3-1)、锥形收集管(3-2)、连接管(3-3)和花丝导流线(3-4)；
所述切割刀具(3-1)通过螺纹连接安装于锥形收集管(3-2)前端；所述连接管(3-3)设于锥形收集管(3-2)后端，安装于轴承组件(1-2)的轴承孔中；所述花丝导流线(3-4)呈螺旋线状布置于切割刀具(3-1)内表面。
3.根据权利要求2所述渐进式红花割集一体采摘机械手，其特征在于，所述动力装置(4)包括电机(4-1)、主动齿轮(4-2)和从动齿轮(4-3)；
所述电机(4-1)固接于电机座(1-5)内部；所述主动齿轮(4-2)固接于电机(4-1)电机轴上，从动齿轮(4-3)通过键连接于所述锥形收集管(3-2)外侧，电机(4-1)的动力通过从动齿轮(4-3)传递到割集刀(3)上。
4.根据权利要求3所述渐进式红花割集一体采摘机械手，其特征在于，所述切割刀具(3-1)直径D1范围为60～70mm，两切削刃间距离为刃间距L2，其范围为20～30mm；
所述锥形收集管(3-2)为内部成弧形喇叭状，外部成锥形，锥形收集管(3-2)内部弧形曲率半径为锥形收集管曲率半径R1，其范围为35～45mm。
5.根据权利要求4所述渐进式红花割集一体采摘机械手，其特征在于，所述花丝导流线(3-4)有六条，由内表面前端向后端延伸的切割刀具(3-1)的螺旋线轨迹凸起而成，且等距分布于切割刀具(3-1)内表面，每条花丝导流线(3-4)间的距离为导流线间距S1，其范围为22～26mm；
每条花丝导流线(3-4)的螺旋线轨迹直径与切割刀具(3-1)直径D1相等；花丝导流线(3-4)横截面为半圆形，其半径为导流线半径R2，其倾角为导流线倾角β；
所述导流线半径R2范围为0～2.5mm，且由前端向后端逐渐减小，在与锥形收集管(3-2)连接处R2的值为0；所述导流线倾角β范围为32°～36°。
6.根据权利要求5所述渐进式红花割集一体采摘机械手，其特征在于，所述从动齿轮(4-3)的轴孔为圆台形，其倾角与所述锥形收集管(3-2)外表面倾角相同。
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