CN113853940B - 铲抛式红花连续持花采收机械手 - Google Patents

Abstract

本发明属于农业机械领域，涉及一种铲抛式红花连续持花采收机械手。采收机械手包括壳体、花丝铲抛机构、步进电机；壳体包括空心花丝采集把手、锥形对花罩、保护罩、多杆安装壳体；花丝铲抛机构包括曲柄、摇杆、连杆、弧形包裹铲刀。本发明通过锥形对花罩喂入果球，果球被阻拦网阻挡，簇状花丝通过网格喂入壳体内部；同时，步进电机驱动花丝铲抛机构进行轨迹连续的循环运动，带动具有聚集功能的弧形包裹铲刀从花丝根部铲断、包裹花丝，使花丝沿摇杆的切线抛送至空心采集管内，通过空心花丝采集把手输送至集花箱内，快速连续采收花丝。本发明实现了花丝切割后至抛送前的连续持花，最大限度保证花丝完整性，解决了花丝采收与输送过程分离的问题。

Description

铲抛式红花连续持花采收机械手

技术领域

本发明专利属于农业机械技术领域，特别涉及一种铲抛式红花连续持花采收机械手。

背景技术

红花花丝是我国传统的中药材，具有活血、花痰、治疗冠心病和脑血栓的功能。随着红花市场需求的增加以及种植面积的不断扩大，花丝采收成为一项费时费力、劳动强度大的工作。但是，现有的红花种植分散、规模小，种植、管理粗放，造成目前红花丝以人工采收为主，成本高，缺乏高效的红花花丝采收机械化装备。

中国发明专利申请“一种红花花丝采摘末端执行器（申请号：201820694335.1）”；中国发明专利申请“一种红花采摘末端执行器（申请号：201820541442.0）”等现有技术，虽然一定程度上实现花丝的切断、采集，但是切割、输送、采集过程相对独立，三个过程衔接性不强，过程不连续，采用负压采集时，花丝极易分散、不集中，从而造成花丝破碎率大、采集率低的问题，无法完整、高效的采集花丝。因此，亟需一种采收过程快速连贯，花丝铲断、抛送、采集于一体的红花采收机械手。

发明内容

本发明针对红花花丝的采收过程与输送过程分离，容易造成花丝切割、采收不完整，以及切割后的花丝容易掉落的问题，提供一种集花丝铲断、抛送、采集于一体的功能。采收过程连贯的红花采摘手，红花花丝经对花罩到达切削位置，多杆运动机构带动弧形包裹铲刀对花丝进行铲断，然后由弧形包裹铲刀对花丝进行集束，使花丝直接抛送至花丝采集口，采收过程快速连贯，铲断后的花丝抛送及时，完成花丝的快速铲断、抛送、收集的连续任务，解决目前人工采摘效率低下、花丝丢失率高的问题。

为了实现上述目的，本发明专利提供了如下技术方案：

一种铲抛式红花连续持花采收机械手，其特征是，包括壳体1、花丝铲抛机构2、步进电机3。所述花丝铲抛机构2通过轴连接安装于壳体1内部；所述步进电机3通过连接轴安装于壳体1的外侧面，通过联轴器驱动花丝铲抛机构2运动。

所述壳体1包括花丝采集把手1-1、锥形对花罩1-2、保护罩1-3、多杆安装壳体1-4。

所述花丝采集把手1-1通过螺钉固定于安装壳体1-4与保护罩1-3后端上部，锥形对花罩1-2固接于安装壳体1-4与保护罩1-3后端下部，安装壳体1-4与保护罩1-3通过上下两端设有的螺钉孔固定连接。

所述花丝采集把手1-1包括空心采集管1-1-1、采集把手1-1-2、弧形安装板1-1-3。

所述花丝采集把手1-1采用空心设置，空心采集管1-1-1位于采集把手1-1-2内部，前端与所述多杆安装壳体1-4、保护罩1-3形成的密闭腔体连通，后端与设有的花丝箱软管连通。

所述弧形安装板1-1-3位于采集把手1-1-2两侧面，通过螺钉固接于所述多杆安装壳体1-4、保护罩1-3的外表面。

所述锥形对花罩1-2包括阻拦网1-2-1和对花罩1-2-2，所述锥形对花罩1-2位于安装壳体1-4、保护罩1-3下端，与安装壳体1-4、保护罩1-3设有的圆形进花口O₁同心。

所述多杆安装壳体1-4与保护罩1-3采用半圆弧外壳结构，通过上下两端的螺钉形成封闭腔体。

所述多杆安装壳体1-4包括摇杆定位阶梯轴1-4-1、曲柄定位空心轴1-4-2、外端壳1-4-3。

所述花丝铲抛机构2设有的轴穿过曲柄定位空心轴1-4-2通过联轴器与步进电机3的轴连接。

所述花丝铲抛机构2包括曲柄2-1、摇杆2-2、连杆2-3、弧形包裹铲刀2-4。

所述曲柄2-1、摇杆2-2的一端分别与曲柄定位空心轴1-4-2、摇杆定位阶梯轴1-4-1连接组成转动副，摇杆2-2通过连接轴分别固接在曲柄2-1、摇杆2-2另一端上端面上构成转动副，弧形包裹铲刀2-4与连杆2-3过渡配合连接，安装于腔体内部。

所述弧形包裹铲刀2-4通过固接在连杆2-3前端，与进花口O₁、采集口O₂处于同一水平面。

所述空心采集管1-1-1设有通孔，通孔直径即为空心采集管1-1-1管口直径D₃，所述成熟红花展开花束的最宽距离为红花花球展幅D₅，空心采集管1-1-1管口直径D₃设为红花花球展幅D₅的1.5～1.8倍，满足红花花丝完整输送至设有的采集箱内。

所述弧形安装板1-1-3采用弧形设计，通过左右两端螺钉固接于保护罩1-3、多杆安装壳体1-4外表面。

所述曲柄2-1转动至曲柄定位空心轴1-4-2正上方时，连杆2-3带动的弧形包裹铲刀2-4位于进花口O₁圆的左边缘处；所述曲柄2-1转动至曲柄定位空心轴1-4-2右前方时，连杆2-3带动的弧形包裹铲刀2-4位于采集口O₂圆左边缘处。即满足花丝在进花口O₁至采集口O₂范围内的完全采收与输送。

所述弧形包裹铲刀2-4包括刀柄2-4-1、刀背2-4-2、刀刃2-4-3；所述弧形包裹铲刀2-4整体呈弧形半包围结构，刀刃2-4-3的弧形曲线与刀角倾斜线之间的唯一交点为刀刃尖点，其中左刀刃尖点C、右刀刃尖点B与弧形包裹铲刀2-4圆心O的连线之间的夹角为铲刀弧度β，铲刀弧度β为250°~280°，能够使铲刀完全包裹花球，并防止输送过程中抛出，降低花丝破损率。

所述弧形包裹铲刀2-4的刀刃2-4-3尖点所在平面构成圆的直径为铲口直径D₁，花球与果球连接处花丝所处平面圆的直径为花丝缩颈D₄，即铲口直径D₁设为花丝缩颈D₄的1.1～1.3倍。

所述刀刃2-4-3的切削平面与背平面所成的夹角为刃切角α，刃切角α的角度为40˚～50˚，铲断花丝时，刀刃2-4-3水平滑过花丝根部。所述弧形包裹铲刀2-4刀刃2-4-3两刀尖构成的平面与刀柄2-4-1下端面的直线距离称内部高度H₁，内部高度H₁设为花丝长度H₂的1～1.3倍，可完整存放花丝。

所述阻拦网1-2-1整体呈四方形，阻拦网1-2-1与锥形对花罩对花罩1-2内壁连接并留有空隙，保证腔体内外压强平衡。阻拦网面积大小能够完全覆盖花球展幅D₅圆的面积，阻拦网包括多个边长为L₂的方格，边长L₂设为红花果球直径D₂的0.1～0.2倍,多个密集方格可分散集束的花丝，减少阻力，使花丝切割干净，且不耽误花丝进入又防止花丝掉出。

所述步进电机3包括电机主体3-1、电源接口3-1-1；所述电源接口3-1-1置于电机主体3-1上端面，固接电源连接线并置于安装壳体1-4内侧接通移动电源。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、采用保护罩1-3、多杆安装壳体1-4形成的机械手胶囊型壳体1，表面光滑，不易伤人，且两端呈现圆弧形，相比于方形外壳，视域范围大，可以更好地观察锥形对花罩1-2对花情况。

2、空心花丝采集把手1-1采用空心装置设计，可实现最大化的花丝采集。所述空心采集管1-1-1下部端口与胶囊壳体1后端上部设有相互对应的圆形花丝采集口O₂，空心采集管1-1-1上部端口连接设有的输花软管。空心采集管1-1-1位于弧形包裹铲刀2-4抛送的切线方向，花丝A₁被抛送后，管口直径D₃设为红花花球展幅D₅的1～1.2倍，满足花丝在输送过程中被设有负压风机完整采集。

3、花丝铲抛机构2实现花丝采收、输送于一体的功能。所述步进电机3通过电源接口3-1连通电源，驱动花丝铲抛机构2带动曲柄2-1转动至曲柄定位空心轴1-4-2正上方时，连杆2-3带动的弧形包裹铲刀2-4位于进花口O₁圆的左边缘处，从根部切割花丝A₁，并收拢于铲刀内部，实现花丝完整采收；所述曲柄2-1转动至曲柄定位空心轴1-4-2右前方时，连杆2-3带动的弧形包裹铲刀2-4位于采集口O₂圆左边缘处，因花丝自带惯性力，脱离弧形包裹铲刀2-4，通过花丝采集把手1-1输送至设有的花丝采集箱。从而实现了花丝采收、输送于一体的功能，降低了花丝破损率，提高了花丝采集率。

4、花丝铲抛机构2运动过程具有快速、连贯特点。花丝铲抛机构2通过步进电机3驱动连杆2-3带动的弧形包裹铲刀2-4完成连续的轨迹运动。从花丝A₁的切割到花丝完全收拢至铲刀内部再到输送至设有的花丝采集箱，整个运动过程的特点快速且紧密连接，增强了花丝从铲切到抛送的衔接性，实现了花丝采收到输送过程的快速、连贯。

5、花丝铲抛机构2采用连杆机构，结构简单轻便。摇杆2-2通过连接轴分别固接在曲柄2-1、摇杆2-2上端面上，弧形包裹铲刀2-4通过固接在连杆2-3前端，与进花口O₁、花丝采集口O₂处于同一水平面，方便花丝铲切与抛送。各连接杆运动副均为面接触，传动时受到单位面积上的压力较小，且有利于润滑，所以连杆机构磨损较轻，寿命较长。

6、弧形包裹铲刀2-4整体呈弧形半包围结构，弧形包裹铲刀2-4左刀刃尖点C、右刀刃尖点B与弧形包裹铲刀2-4圆心O的连线之间的夹角∠COB为铲刀弧度β，优选的，铲刀弧度β为250°~280°，铲切时完整聚拢花丝，更好切割花丝，实现花丝完整性切割。

7、弧形包裹铲刀2-4内部设有凹槽，可有效采集、存放花丝。弧形包裹铲刀2-4高度H₁设为花丝长度H₂的1～1.3倍，切割后的花丝A₁被完整存放在铲弧形包裹铲刀2-4内部，防止花丝A₁在运动中抛出弧形包裹铲刀2-4，花丝采集率高。

8、阻拦网1-2-1采用聚乙烯、尼龙等材质，具有较好的网目尺寸稳定性。阻拦网1-2-1整体呈四方形，阻拦网与锥形对花罩对花罩1-2内壁连接并留有空隙，保证腔体内外压强平衡,以便刀具在腔体内实现铲抛运动。阻拦网面积大小能够完全覆盖以花球展幅D₅为直径做圆的面积，阻拦网包括多个边长为L₂的方格，边长L₂设为红花果球直径D₂的0.1～0.2倍，多个密集方格可分散集束的花丝，减少阻力，使花丝切割干净。同时，避免刀具铲抛花丝的时候而损伤果球，且不耽误花丝进入又防止花丝掉出。

9、电源接口3-1-1可快速接通电源，减少对机械手采摘红花时的影响。电源接口3-1-1置于电机主体3-1上端面，设有的电源连接线穿过安装壳体1-4内部，快速接通移动电源，减少电源连接线对机械手采摘红花时的影响。

附图说明

图1是本发明的铲抛式红花连续持花采收机械手的整体结构示意图；

图2是本发明的机械手壳体1的结构示意图；

图3是本发明的花丝采集把手1-1结构示意图；

图4是本发明的锥形对花罩1-2结构示意图；

图5是本发明的机械手安装壳体1-4结构示意图；

图6是本发明的花丝铲抛机构2结构示意图；

图7是本发明的弧形包裹铲刀2-4立体结构示意图；

图8是本发明的弧形包裹铲刀2-4主视图；

图9是本发明的弧形包裹铲刀2-4剖面图；

图10是本发明的弧形包裹铲刀2-4铲刀弧度剖面示意图；

图11是本发明的模拟红花植株A结构示意图；

图12是本发明的弧形包裹铲刀2-4铲断花丝结构示意图；

图13是本发明的弧形包裹铲刀2-4收集花丝结构示意图；

图14是本发明的弧形包裹铲刀2-4抛送花丝结构示意图。

其中的附图标记为：

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

如图1所示，一种铲抛式红花连续持花采收机械手，包括壳体1、花丝铲抛机构2、步进电机3。

如图2所示，壳体1包括空心花丝采集把手1-1、锥形对花罩1-2、保护罩1-3、多杆安装壳体1-4。所述步进电机3包括电机主体3-1、电源接口3-1-1。所述电源接口3-1-1置于电机主体3-1上端面，固接电源连接线并置于安装壳体1-4内侧接通移动电源。

如图3所示，所述花丝采集把手1-1包括空心采集管1-1-1、采集把手1-1-2、弧形安装板1-1-3。

所述空心收集管1-1-1管口直径D₃设为红花花球展幅D₅的1.5～1.8倍，满足花丝输送至设有的采集箱。所述空心花丝采集把手1-1通过螺钉与胶囊壳体1固定连接。

如图4所示，所述锥形对花罩1-2包括对花罩1-2-2和阻拦网1-2-1。所述锥形对花罩1-2位于安装壳体1-4、保护罩1-3下端，与安装壳体1-4、保护罩1-3设有的圆形进花口O₁同心。

如图5所示，所述多杆安装壳体1-4包括摇杆定位阶梯轴1-4-1、曲柄定位空心轴1-4-2、外端壳1-4-3。所述花丝铲抛机构2设有的轴穿过曲柄定位空心轴1-4-2通过联轴器与步进电机3的轴连接。

如图6所示，所述花丝铲抛机构2包括曲柄2-1、摇杆2-2、连杆2-3、弧形包裹铲刀2-4。

所述曲柄2-1、摇杆2-2的一端分别与曲柄定位空心轴1-4-2、摇杆定位阶梯轴1-4-1连接组成转动副，摇杆2-2通过连接轴分别固接在曲柄2-1、摇杆2-2另一端上端面上构成转动副，弧形包裹铲刀2-4与连杆2-3过渡配合连接，安装于腔体内部。

所述空心采集管1-1-1下部端口与多杆安装壳体1-4、保护罩1-3后端上部设有相互对应的圆形花丝采集口O₂，所述锥形对花罩1-2与多杆安装壳体1-4、保护罩1-3下端设有相互对应的圆形进花口O₁。

如图7所示，所述弧形包裹铲刀2-4包括刀柄2-4-1、刀背2-4-2、刀刃2-4-3。

如图8所示，弧形包裹铲刀2-4的刀刃2-4-3尖点所在平面构成圆的直径为铲口直径D₁，花球与果球连接处花丝所处平面圆的直径为花丝缩颈D₄，即铲口直径D₁设为花丝缩颈D₄的1.1～1.3倍。

弧形包裹铲刀2-4的刀刃2-4-3主视图呈一条曲线，曲线的长度为铲面弧长L，铲面弧长L为花球展幅D₅圆的弧长1.2～1.3倍，铲面具有弧度，可更快铲断花丝。

所述弧形包裹铲刀2-4刀刃2-4-3两刀尖构成的平面与刀柄2-4-1下端面的直线距离称内部高度H₁，内部高度H₁设为花丝长度H₂的1～1.3倍，可完整存放花丝。

如图9所示，所述刀刃2-4-3的切削平面与背平面所成的夹角为刃切角α，刃切角α的角度为40˚～50˚。

如图10所示，所述弧形包裹铲刀2-4整体呈弧形半包围结构，刀刃2-4-3的弧形曲线与刀角倾斜线之间的唯一交点为刀刃尖点，其中左刀刃尖点C、右刀刃尖点B与弧形包裹铲刀2-4圆心O的连线之间的夹角为铲刀弧度β，铲刀弧度β为250°~280°。

如图11所示，花丝模拟植株A包括红花花丝A₁、红花果球A₂、红花茎秆A₃。花球与果球连接处花丝所处平面圆的直径为花丝缩颈D₄，成熟花球展开的直径为红花花球展幅D₅，花丝长度为H₂。

本发明的工作过程如下：

如图12所示，花丝A₁进入壳体内部后，电源接口3-1接通电源，步进电机3驱动花丝铲抛机构2带动曲柄2-1运动到曲柄定位空心轴1-4-2正上方，连杆2-3带动的弧形包裹铲刀2-4完全处于进花口O₁圆的左边缘处，从根部切割花丝A₁，完成花丝的铲断的任务。

如图13所示，当弧形包裹铲刀2-4铲断花丝后，铲断的花丝存放在弧形包裹铲刀内部，弧形包裹铲刀2-4沿着固定的轨迹运动，存放花丝A₁的弧形包裹铲刀2-4脱离阻拦网1-2-2运动至采集口O₂圆左边缘处，完成花丝抛送任务。

如图14所示，当弧形包裹铲刀2-4完成收集的花丝A₁的任务后，曲柄2-1运动到曲柄定位空心轴1-4-2右前方，连杆2-3带动的弧形包裹铲刀2-4完全处于采集口O₂圆左边缘处，实现花丝A₁沿弧形轨迹的切线完整抛出，并因花丝自带惯性力，脱离弧形包裹铲刀2-4，通过花丝采集把手1-1被设有的负压风机采集，完成花丝的采集的任务。

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。

Claims (8)

1.一种铲抛式红花连续持花采收机械手，包括壳体（1）、花丝铲抛机构（2）、步进电机（3）；

所述花丝铲抛机构（2）通过轴连接安装于壳体（1）内部；所述步进电机（3）通过连接轴安装于壳体（1）的外侧面，通过联轴器驱动花丝铲抛机构（2）运动；

所述壳体（1）包括花丝采集把手（1-1）、锥形对花罩(1-2)、保护罩（1-3）、安装壳体（1-4）；

所述花丝采集把手（1-1）通过螺钉固定于安装壳体（1-4）与保护罩（1-3）后端上部，锥形对花罩（1-2）固接于安装壳体（1-4）与保护罩（1-3）后端下部，安装壳体（1-4）与保护罩（1-3）通过上下两端设有的螺钉孔固定连接；

所述花丝采集把手（1-1）包括空心采集管（1-1-1）、采集把手（1-1-2）、弧形安装板（1-1-3）；

所述花丝采集把手（1-1）采用空心设置，空心采集管（1-1-1）位于采集把手（1-1-2）内部，前端与所述安装壳体（1-4）、保护罩（1-3）形成的密闭腔体连通，后端与设有的花丝采集箱软管连通；

所述弧形安装板（1-1-3）位于采集把手（1-1-2）两侧面，通过螺钉固定在安装壳体（1-4）、保护罩（1-3）的外表面；

所述锥形对花罩（1-2）包括阻拦网（1-2-1）和对花罩（1-2-2）；

所述锥形对花罩（1-2）位于安装壳体（1-4）、保护罩（1-3）下端，与安装壳体（1-4）、保护罩（1-3）设有的圆形进花口O₁同心；

所述安装壳体（1-4）与保护罩（1-3）采用半圆弧外壳结构，通过上下两端的螺钉形成封闭腔体；

所述安装壳体（1-4）包括摇杆定位阶梯轴（1-4-1）、曲柄定位空心轴（1-4-2）、外端壳（1-4-3）；

所述花丝铲抛机构（2）设有的轴穿过曲柄定位空心轴（1-4-2）通过联轴器与步进电机（3）的轴连接；

所述花丝铲抛机构（2）包括曲柄（2-1）、摇杆（2-2）、连杆（2-3）、弧形包裹铲刀（2-4）；

所述曲柄（2-1）、摇杆（2-2）的一端分别与曲柄定位空心轴（1-4-2）、摇杆定位阶梯轴（1-4-1）连接组成转动副，摇杆（2-2）通过连接轴分别固接在曲柄（2-1）、摇杆（2-2）另一端上端面上构成转动副，弧形包裹铲刀（2-4）与连杆（2-3）过渡配合连接，安装于腔体内部；

所述弧形包裹铲刀（2-4）通过固接在连杆（2-3）前端，与进花口O₁、采集口O₂处于同一水平面。

2.根据权利要求1所述的铲抛式红花连续持花采收机械手，其特征在于，所述空心采集管（1-1-1）内部设有通孔，通孔直径即为空心采集管（1-1-1）管口直径D₃；成熟红花展开花束的最宽距离为红花花球展幅D₅；

所述空心采集管（1-1-1）管口直径D₃为红花花球展幅D₅的1.5～1.8倍；

所述弧形安装板（1-1-3）采用弧形设计，通过左右两端螺钉固接于保护罩（1-3）、安装壳体（1-4）外表面。

3.根据权利要求1所述的铲抛式红花连续持花采收机械手，其特征在于，所述曲柄（2-1）转动至曲柄定位空心轴（1-4-2）正上方时，连杆（2-3）带动的弧形包裹铲刀（2-4）位于进花口O₁圆的左边缘处；所述曲柄（2-1）转动至曲柄定位空心轴（1-4-2）右前方时，连杆（2-3）带动的弧形包裹铲刀（2-4）位于采集口O₂圆左边缘处；即满足花丝在进花口O₁至采集口O₂范围内的完全采收与输送。

4.根据权利要求1所述的铲抛式红花连续持花采收机械手，其特征在于，所述弧形包裹铲刀（2-4）包括刀柄（2-4-1）、刀背（2-4-2）、刀刃（2-4-3）；

所述弧形包裹铲刀（2-4）整体呈弧形半包围结构，刀刃（2-4-3）的弧形曲线与刀角倾斜线之间的唯一交点为刀刃尖点，其中左刀刃尖点C、右刀刃尖点B与弧形包裹铲刀（2-4）圆心O的连线之间的夹角为铲刀弧度β；

所述铲刀弧度β范围是250°~280°。

5.根据权利要求1所述的铲抛式红花连续持花采收机械手，其特征在于，所述刀刃（2-4-3）尖点所在平面构成圆的直径为铲口直径D₁，花球与果球连接处花丝所处平面圆的直径为花丝缩颈D₄；

所述铲口直径D₁为花丝缩颈D₄的1.1～1.3倍；

所述刀刃（2-4-3）主视图呈现的曲线长度为铲面弧长L，铲面弧长L为花球展幅D₅圆的弧长1.2～1.3倍。

6.根据权利要求1所述的铲抛式红花连续持花采收机械手，其特征在于，所述刀刃（2-4-3）切削平面与背平面所成夹角为刃切角α，所述刃切角α角度范围为40˚～50˚；

所述刀刃（2-4-3）两刀尖构成的平面与刀柄（2-4-1）下端面的直线距离称铲刀内部高度H₁；

所述铲刀内部高度H₁为花丝长度H₂的1～1.3倍。

7.根据权利要求1所述的铲抛式红花连续持花采收机械手，其特征在于，所述阻拦网（1-2-1）整体呈四方形，所述阻拦网（1-2-1）面积大小能够完全覆盖花球展幅D₅圆的面积，阻拦网包括多个方格，方格边长L₂设为红花果球直径D₂的0.1～0.2倍。

8.根据权利要求1所述的铲抛式红花连续持花采收机械手，其特征在于，所述步进电机（3）包括电机主体（3-1）、电源接口（3-1-1）；所述电源接口（3-1-1）置于在电机主体（3-1）上端面，固接电源连接线并置于安装壳体（1-4）内侧接通移动电源。

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