CN113455193A - 一种自走式高度可调的蓝莓采摘分级一体化装置 - Google Patents

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CN113455193A CN202110686561.1A CN202110686561A CN113455193A CN 113455193 A CN113455193 A CN 113455193A CN 202110686561 A CN202110686561 A CN 202110686561A CN 113455193 A CN113455193 A CN 113455193A
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翟宜彬
张雷
黄首智
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Abstract

本发明涉及一种蓝莓采摘及分选装置。目的是提供一种自走式高度可调的蓝莓采摘分级一体化装置，该装置应能对不同高度的蓝莓树进行果实采摘，并将果实按照粒径大小进行分级筛选，并具有自动化程度高、采摘效率高的特点。技术方案是：一种自走式高度可调的蓝莓采摘分级一体化装置，其特征在于：该装置包括用于带动装置整体运动的行走支撑框架以及用于采摘和分机筛选蓝莓果实的采摘分选装置；所述行走支撑框架包括支撑架、安装在支撑架底部的履带轮、竖直设置且两端分别可转动地定位在支撑架上的丝杠轴、一侧开设有与丝杠轴螺纹配合的螺孔且另一侧与外罩壳固定连接的进给丝杠套以及用于驱动丝杠轴转动的第一驱动机构。

Description

一种自走式高度可调的蓝莓采摘分级一体化装置
技术领域
本发明涉及一种蓝莓采摘及分选装置，具体是一种自走式高度可调的蓝莓采摘分级一体化装置，可对不同高度的蓝莓果实进行采摘，并对不同粒径的蓝莓果实进行分级筛选。
背景技术
蓝莓，灌木丛生，杜鹃花科，越橘属植物，其树高差异悬殊，高丛蓝莓树高一般1～2m；半高丛蓝莓树高50～100㎝；矮丛蓝莓树高30～50㎝。国内对蓝莓的采摘和粒径分级筛选工作主要是人工进行，由于蓝莓颗粒较小，导致人工采摘和分级效率低下且劳动强度大，故蓝莓的采摘和分级筛选成为了蓝莓生产过程中最耗时、最费力的一个环节，严重制约了蓝莓在我国大面积的种植。目前国内研发的蓝莓采摘机器自动化程度不高，无法实现蓝莓采摘和分级筛选一体化，并且不能适应于不同株高的蓝莓树。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种自走式高度可调的蓝莓采摘分级一体化装置，该装置应能对不同高度的蓝莓树进行果实采摘，并将果实按照粒径大小进行分级筛选，并具有自动化程度高、采摘效率高的特点。
本发明提供的技术方案是：
一种自走式高度可调的蓝莓采摘分级一体化装置，其特征在于：该装置包括用于带动装置整体运动的行走支撑框架以及用于采摘和分机筛选蓝莓果实的采摘分选装置；
所述行走支撑框架包括支撑架、安装在支撑架底部的履带轮、竖直设置且两端分别可转动地定位在支撑架上的丝杠轴、一侧开设有与丝杠轴螺纹配合的螺孔且另一侧与外罩壳固定连接的进给丝杠套以及用于驱动丝杠轴转动的第一驱动机构；
所述采摘分选装置包括可竖直活动地定位在行走支撑框架上的外罩壳、用于采摘蓝莓果实的采摘机构、用于输送蓝莓果实的输送带、通过往复摆动对不同粒径的蓝莓果实进行分级筛选的筛盘以及用于驱动采摘机构和筛盘运动的第二驱动机构；所述采摘机构、输送带和筛盘均安装在外罩壳内且沿蓝莓果实的输送方向依序设置。
所述第一驱动机构包括可绕水平轴线转动地定位在支撑架上的传动轴以及安装在支撑架上并驱动传动轴转动的第一电机；所述传动轴通过第一锥齿轮副与丝杠轴传动连接；所述第一电机的输出轴通过第二锥齿轮副与传动轴中部传动连接。
所述采摘机构包括与外罩壳固定连接的固定板、铰接在固定板上并可在竖直平面内活动的曲柄摇杆组件以及由曲柄摇杆组件驱使往复运动的梳齿板；所述梳齿板上等间距设置有若干梳齿，以梳刮采摘蓝莓果实。
所述曲柄摇杆组件包括曲柄、连杆和摇杆；所述曲柄一端铰接在固定板上，另一端与连杆的其中一端相铰接；所述连杆的另一端固定连接所述梳齿板；所述摇杆一端铰接在固定板上，另一端铰接在连杆的中部。
所述输送带的入口两侧分别设置有收集板；所述输送带的入口以及两个收集板均位于梳齿板的出口正下方，以接收梳齿板梳刮的蓝莓果实；所述收集板沿垂直输送带的输送方向布置，并且收集板远离输送带的一侧高于收集板靠近输送带的一侧，以便将蓝莓果实集中引导至输送带上。
所述筛盘位于输送带出口的正下方；所述筛盘包括从上至下依次水平布置的上层筛网、中层筛网和底层筛网；所述上层筛网、中层筛网和底层筛网的长度方向均垂直于输送带的输送方向且长度依次递减；所述上层筛网的中部开设有第一筛孔且两端开设有便于收集大粒径果实的第一收集口；所述中层筛网的中部开设有第二筛孔且两端开设有便于收集中等粒径果实的第二收集口；所述底层筛网中部设置有便于收集小粒径果实的第三收集口。
所述第二驱动机构包括与外罩壳固定连接的支撑板、固定在支撑板上且其输出轴末端与曲柄固定连接的第二电机、一端通过第三锥齿轮副与第二电机的输出轴中部传动连接的长轴、固定在长轴另一端的不完全齿齿轮、设置成环形且其内壁与不完全齿齿轮啮合传动的异形齿条、固定在支撑板上的支撑轴承座、与长轴平行布置并可转动地定位在支撑轴承座上且一端与筛盘固定连接的从动轴、固定在从动轴另一端并与异形齿条的外壁啮合传动的从动齿轮；所述异形齿条可水平滑动地定位在支撑板上；所述第二电机的输出轴以及曲柄固定板的铰接轴同轴布置。
所述第一筛孔的直径为18mm；所述第二筛孔的直径为13mm。
本发明的有益效果是：
本发明通过控制丝杠轴传动来调节采摘分选装置的采摘位置，可适应不同株高的蓝莓；通过曲柄摇杆组件驱动梳齿板按照特定的采收轨迹运动，实现对蓝莓果实的采摘；通过筛盘可将不同粒径大小的蓝莓果实进行分级筛选，并且筛盘在往复摆动的过程中完成果实的收集，从而实现了蓝莓果实的采摘和分级一体化；整个工作过程自动化程度高，极大地提高了蓝莓的采摘效率，节省了人工成本。
附图说明
图1为本发明的立体机构示意图。
图2为本发明中行走支撑框架的立体结构示意图。
图3为本发明中进给丝杠套的立体结构示意图。
图4为本发明中采摘分选装置的立体结构示意图。
图5为本发明中采摘机构的立体结构示意图。
图6为本发明中筛盘和部分第二驱动机构的立体结构示意图。
图7为本发明中异形齿条的立体结构示意图。
图8为本发明中筛盘的立体结构示意图。
附图标号：
1、行走支撑；1-1、支撑架；1-2、履带轮；1-3、丝杠轴；1-4、进给丝杠套；1-4-1、螺孔；1-5、第一驱动机构；1-5-1、第一电机；1-5-2、传动轴；1-5-3、轴端锥齿轮；1-5-4、丝杠轴锥齿轮；1-5-5、电机轴锥齿轮；1-5-6、中段锥齿轮；
2、外罩壳；
3、采摘机构；3-1、固定板；3-2、曲柄摇杆组件；3-2-1、曲柄；3-2-2、连杆；3-2-3、摇杆；3-3、梳齿板；3-3-1、梳齿；
4、输送带；4-1、挡板；
5、筛盘；5-1、上层筛网；5-2、中层筛网；5-3、底层筛网；5-4、第一筛孔；5-5、第二筛孔；5-6、第一收集口；5-7、第二收集口；5-8、第三收集口；
6、第二驱动机构；6-1、支撑板；6-1-1、滑槽；6-2、第二电机；6-3、长轴；6-4、不完全齿齿轮；6-5、异形齿条；6-5-1、上齿条；6-5-2、下齿条；6-5-3、半圆弧形段；6-5-4、滑块；6-6、支撑轴承座；6-7、从动轴；6-8、从动齿轮；6-9、短轴锥齿轮；6-10、长轴锥齿轮；
7、收集板。
具体实施方式
以下结合附图所示的实施例进一步说明。
如图1所示的自走式高度可调的蓝莓采摘分级一体化装置，包括用于带动装置整体运动的行走支撑框架1以及用于采摘和分级筛选蓝莓果实的采摘分选装置。如图4所示，所述采摘分选装置包括外罩壳2、采摘机构3、输送带4、筛盘5和第二驱动机构6。所述外罩壳可竖直活动地定位在行走支撑框架上；本实施例中，外罩壳两面贯通，以方便蓝莓果实的采摘和输送。所述采摘机构、输送带和筛盘均安装在外罩壳内，以便通过外罩壳对采摘分选装置的采摘位置进行调节，从而适应不同高度的蓝莓树；所述采摘机构、输送带和筛盘沿蓝莓果实的输送方向依序设置。
如图2所示，所述行走支撑框架包括支撑架1-1、履带轮1-2、丝杠轴1-3、进给丝杠套1-4和第一驱动机构1-5。所述履带轮安装在支撑架底部，用于带动装置整体运动，并且采用履带轮能够适应各种地形，提高了装置在采摘过程中的稳定性和适用范围。所述丝杠轴竖直设置，丝杠轴两端分别通过丝杠轴轴承可转动地定位在行走支撑框架上，丝杠轴由第一驱动机构驱使转动。如图3所示，所述进给丝杠套一侧开设有与丝杠轴螺纹配合的螺孔1-4-1，另一侧通过螺栓与外罩壳固定连接，当丝杠轴旋转时，带动外罩壳沿丝杠轴竖直运动。本实施例中，丝杠轴和进给丝杠套均为两组且对称设置在支撑架两侧，以提高外罩壳竖直运动过程的稳定性。
如图1、图2所示，所述第一驱动机构包括传动轴1-5-2和第一电机1-5-1。所述传动轴可绕水平轴线转动地定位在支撑架上，传动轴通过第一锥齿轮副与丝杠轴传动连接；其中，第一锥齿轮副由相互啮合的轴端锥齿轮1-5-3和丝杠轴锥齿轮1-5-4组成；所述轴端锥齿轮固定在传动轴的端部，所述丝杠轴锥齿轮固定在丝杠轴的端部。所述第一电机安装在支撑架上，第一电机的输出轴通过第二锥齿轮副与传动轴中部传动连接，以驱动传动轴转动；其中，第二锥齿轮副由相互啮合的电机轴锥齿轮1-5-5和中段锥齿轮1-5-6组成；所述电机轴锥齿轮固定在第一电机的输出轴末端，中段锥齿轮固定在丝杠轴的中部。
如图5所示，所述采摘机构用于采摘果实；采摘机构包括固定板3-1、曲柄摇杆组件3-2和梳齿板3-3。所述固定板与外罩壳固定连接。所述曲柄摇杆组件铰接在固定板上并可在竖直平面内运动，以驱动梳齿板在竖直方向往复运动；曲柄摇杆组件包括曲柄3-2-1、连杆3-2-2和摇杆3-2-3；所述曲柄一端铰接在固定板上，另一端与连杆的其中一端相铰接；所述连杆的另一端固定连接所述梳齿板；所述摇杆一端铰接在固定板上，另一端铰接在连杆的中部；其中，曲柄摇杆组件中各杆件的长度和位置根据实际情况进行设计，以保证曲柄摇杆组件能够带动梳齿板呈“斜切入蓝莓树——抬起收割蓝莓果实——继续抬起并收回”的周期性轨迹运动，并且本实施例中，梳齿板在收回后，梳齿板靠近输送带的一侧倾斜向下，以保证蓝莓果实在重力作用下顺利落入输送带中。所述梳齿板上等间距设置有若干梳齿3-3-1，工作时，梳齿插入至蓝莓树树枝中，在曲柄摇杆组件的驱动下，梳齿对蓝莓果树的树枝进行梳刮，迫使蓝莓果实脱离树枝，实现蓝莓果实的采摘。
如图4所示，所述输送带将蓝莓果实由采摘机构输送至筛盘，以便筛盘对蓝莓果实进行分级筛选。本实施例中，输送带的宽度小于梳齿板的宽度，为了保证梳齿板梳刮采摘的蓝莓果实能够完全落入输送带，在所述输送带的入口两侧分别设置有收集板7；所述输送带的入口以及两个收集板均位于梳齿板的出口正下方，以完全接收梳齿板梳刮的蓝莓果实；所述收集板沿垂直输送带的输送方向布置，并且收集板远离输送带的一侧高于收集板靠近输送带的一侧，以便将蓝莓果实集中引导至输送带上。本实施例中，所述输送带倾斜设置(输送带的入口位置低于输送带的出口位置)，输送带表面等间距固定有若干隔板4-1，以保证蓝莓果实的顺利输送。
如图4、图6、图8所示，所述筛盘位于输送带出口的正下方，筛盘可通过往复摆动对果实进行分级筛选；筛盘包括从上至下依次布置的上层筛网5-1、中层筛网5-2和底层筛网5-3，其中，上层筛网、中层筛网和底层筛网的长度方向均垂直于输送带的输送方向且长度依次递减。所述上层筛网的中部开设有第一筛孔5-4，以筛选大粒径蓝莓果实；作为优选，第一筛孔的直径为18mm。所述中层筛网的中部开设有第二筛孔5-5，以筛选中等粒径的蓝莓果实；作为优选，第二筛孔的直径为13mm。所述上层筛网的两端开设有第一收集口5-6；所述中层筛网的两端开设有第二收集口5-7；所述底层筛网的中部设置有第三收集口5-8。工作时，输送带出口的蓝莓果实落入上层筛网，在筛盘往复摆动的过程中，小于18mm的蓝莓果实通过第一筛孔掉落到中层筛网，大于18mm的蓝莓果实在筛盘摆动到极限位置时，由上层筛网两侧的第一收集口掉入大果实收集箱内；同样，小于13mm的蓝莓果实通过第二筛孔掉落到底层筛网，这些小果实在底层筛网的摆动过程中，由第三收集口掉入小果实收集箱中；而大于13mm且小于18mm的蓝莓果实在筛盘摆动到极限位置时，由中层筛网两侧的第二收集口掉落到中等果实收集箱内，如此便实现了蓝莓果实的分级筛选。图中的果实收集箱未显示。
如图4、图6所示，所述第二驱动机构用于驱动采摘机构和筛盘运动；第二驱动机构包括支撑板6-1、第二电机6-2、长轴6-3、不完全齿齿轮6-4、异形齿条6-5、支撑轴承座6-6、从动轴6-7和从动齿轮6-8。所述支撑板与外罩壳固定连接；所述第二电机固定在支撑板上且其输出轴末端与曲柄固定连接，作为优选，第二电机的输出轴以及曲柄固定板的铰接轴同轴布置。所述长轴一端通过第三锥齿轮副与第二电机的输出轴中部传动连接，另一端固定连接所述不完全齿齿轮；其中，第三锥齿轮副由相互啮合的短轴锥齿轮6-9和长轴锥齿轮6-10组成；所述短轴锥齿轮固定在第二电机的输出轴中部；所述长轴锥齿轮固定在长轴的端部。所述支撑轴承座固定在支撑板上；所述从动轴可转动地定位在支撑轴承座上，从动轴一端与筛盘固定连接，另一端固定连接所述从动齿轮。如图7所示，所述异形齿条由上齿条6-5-1、下齿条6-5-2和两个半圆弧形段6-5-3组成；所述上齿条和下齿条间隔距离水平布置，两个半圆弧形段分别对应连接上齿条和下齿条的端部，使得异形齿条形成环形结构；其中，上齿条内侧和下齿条的内侧均可与不完全齿齿轮啮合传动；所述上齿条的外侧可与从动齿轮啮合传动；下齿条外侧设置有滑块6-5-4，支撑板上开设有与滑块滑动配合的滑槽6-1-1，使得异形齿条可沿滑槽在支撑板上滑动。
在第二机构的带动下，筛盘的工作原理如下：
启动第二电机，第二电机通过第三锥齿轮副带动长轴转动，长轴将第二电机的动力传递到不完全齿齿轮，带动不完全齿齿轮转动。以图6中不完全齿齿轮逆时针回转为例，当不完全齿齿轮与上齿条内侧啮合时，异形齿条整体沿着滑槽向左移动；当不完全齿齿轮与下齿条内侧啮合时，异形齿条整体沿着滑槽向右移动；当不完全齿齿轮的轮齿转动到半圆弧形段位置时，异形齿条保持不动，从而实现了异形齿条沿滑槽作间歇性往复直线运动；另外，异形齿条在滑动时，上齿条外侧与从动齿轮啮合传动，从而带动从动齿轮正反转运动，进而通过从动轴带动筛盘的间歇式摆动。
本发明中，各机构及部件的工作次序与动作均由控制器(图中未显示)进行控制；这些均为常规控制技术，本文不再一一细述。
本发明的工作过程是：
工作前，打开第一电机，调节外罩壳高度，将采摘机构、输送带和筛盘调节至与蓝莓树高度相适合的位置。然后启动第二电机，并控制履带式行走装置运动；整机在一定的前进速度下，第二电机带动曲柄摇杆组件运动，使梳齿板对蓝莓果实进行梳刮采摘，并将采摘的蓝莓果实集中到输送带上，输送带将蓝莓果实运送至筛盘，筛盘在第二驱动机构的带动下往复间歇摆动，对不同粒径的蓝莓果实进行分级筛选，实现了蓝莓果实的采摘和分级筛选一体化，并且整个工作过程自动化程度高，极大地提高了蓝莓的采摘效率，节省了人工成本，具有很大的市场前景。

Claims (8)

1.一种自走式高度可调的蓝莓采摘分级一体化装置，其特征在于：该装置包括用于带动装置整体运动的行走支撑框架(1)以及用于采摘和分级筛选蓝莓果实的采摘分选装置(2)；
所述行走支撑框架包括支撑架(1-1)、安装在支撑架底部的履带轮(1-2)、竖直设置且两端分别可转动地定位在支撑架上的丝杠轴(1-3)、一侧开设有与丝杠轴螺纹配合的螺孔(1-4-1)且另一侧与外罩壳固定连接的进给丝杠套(1-4)以及用于驱动丝杠轴转动的第一驱动机构(1-5)；
所述采摘分选装置包括可竖直活动地定位在行走支撑框架上的外罩壳(2)、用于采摘蓝莓果实的采摘机构(3)、用于输送蓝莓果实的输送带(4)、通过往复摆动对不同粒径的蓝莓果实进行分级筛选的筛盘(5)以及用于驱动采摘机构和筛盘运动的第二驱动机构(6)；所述采摘机构、输送带和筛盘均安装在外罩壳内且沿蓝莓果实的输送方向依序设置。
2.根据权利要求1所述的自走式高度可调的蓝莓采摘分级一体化装置，其特征在于：所述第一驱动机构包括可绕水平轴线转动地定位在支撑架上的传动轴(1-5-2)以及安装在支撑架上并驱动传动轴转动的第一电机(1-5-1)；所述传动轴通过第一锥齿轮副与丝杠轴传动连接；所述第一电机的输出轴通过第二锥齿轮副与传动轴中部传动连接。
3.根据权利要求2所述的自走式高度可调的蓝莓采摘分级一体化装置，其特征在于：所述采摘机构包括与外罩壳固定连接的固定板(3-1)、铰接在固定板上并可在竖直平面内活动的曲柄摇杆组件(3-2)以及由曲柄摇杆组件驱使往复运动的梳齿板(3-3)；所述梳齿板上等间距设置有若干梳齿(3-3-1)，以梳刮采摘蓝莓果实。
4.根据权利要求3所述的自走式高度可调的蓝莓采摘分级一体化装置，其特征在于：所述曲柄摇杆组件包括曲柄(3-2-1)、连杆(3-2-2)和摇杆(3-2-3)；所述曲柄一端铰接在固定板上，另一端与连杆的其中一端相铰接；所述连杆的另一端固定连接所述梳齿板；所述摇杆一端铰接在固定板上，另一端铰接在连杆的中部。
5.根据权利要求4所述的自走式高度可调的蓝莓采摘分级一体化装置，其特征在于：所述输送带的入口两侧分别设置有收集板(7)；所述输送带的入口以及两个收集板均位于梳齿板的出口正下方，以接收梳齿板梳刮的蓝莓果实；所述收集板沿垂直输送带的输送方向布置，并且收集板远离输送带的一侧高于收集板靠近输送带的一侧，以便将蓝莓果实集中引导至输送带上。
6.根据权利要求5所述的自走式高度可调的蓝莓采摘分级一体化装置，其特征在于：所述筛盘位于输送带出口的正下方；所述筛盘包括从上至下依次水平布置的上层筛网(5-1)、中层筛网(5-2)和底层筛网(5-3)；所述上层筛网、中层筛网和底层筛网的长度方向均垂直于输送带的输送方向且长度依次递减；所述上层筛网的中部开设有第一筛孔(5-4)且两端开设有便于收集大粒径果实的第一收集口(5-6)；所述中层筛网的中部开设有第二筛孔(5-5)且两端开设有便于收集中等粒径果实的第二收集口(5-7)；所述底层筛网中部设置有便于收集小粒径果实的第三收集口(5-8)。
7.根据权利要求6所述的自走式高度可调的蓝莓采摘分级一体化装置，其特征在于：所述第二驱动机构包括与外罩壳固定连接的支撑板(6-1)、固定在支撑板上且其输出轴末端与曲柄固定连接的第二电机(6-2)、一端通过第三锥齿轮副与第二电机的输出轴中部传动连接的长轴(6-3)、固定在长轴另一端的不完全齿齿轮(6-4)、设置成环形且其内壁与不完全齿齿轮啮合传动的异形齿条(6-5)、固定在支撑板上的支撑轴承座(6-6)、与长轴平行布置并可转动地定位在支撑轴承座上且一端与筛盘固定连接的从动轴(6-7)、固定在从动轴另一端并与异形齿条的外壁啮合传动的从动齿轮(6-8)；所述异形齿条可水平滑动地定位在支撑板上；所述第二电机的输出轴以及曲柄固定板的铰接轴同轴布置。
8.根据权利要求7所述的自走式高度可调的蓝莓采摘分级一体化装置，其特征在于：所述第一筛孔的直径为18mm；所述第二筛孔的直径为13mm。
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