CN114104433B - 一种苹果柔性输送和均匀装箱的装置 - Google Patents

一种苹果柔性输送和均匀装箱的装置 Download PDF

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Abstract

本发明属于农业机械领域。技术方案是：一种苹果柔性输送和均匀装箱的装置，其特征在于：包括小车、安装在小车上的若干组管口提升机构、水平设置且开设有若干苹果出口的焊接板、一端由管口提升机构驱使竖直运动且另一端与苹果出口固定连接的若干柔性管道、安装在焊接板下方并与苹果出口位置相对应的若干缓冲减速机构、安装在焊接板上且位于各缓冲减速机构下方以便对苹果进行均匀装箱的旋转风车机构、驱动焊接板竖直活动的风车垂直升降机构以及用于控制各机构配合作业的控制器；所述管口提升机构、苹果出口以及柔性管道的数量相同且一一对应。该装置能够对苹果进行柔性输送装箱，在输送中减小苹果擦伤和损伤，降低劳动强度，提高苹果收获效率。

Description

一种苹果柔性输送和均匀装箱的装置
技术领域
本发明属于农业机械领域，具体是一种苹果柔性输送和均匀装箱的装置。
背景技术
苹果味甜，口感爽脆，且富含营养，是广大消费者最喜爱的水果之一，市场需求量十分庞大。但是在采摘季节，由于苹果易损伤擦伤的原因，一般都是人工采摘、装箱，劳动强度大，效率低。目前一些苹果收获机，在机械臂摘取苹果后，大多数都是通过传送带直接进行苹果输送，体积大，且工人的工作空间小，苹果在输送和装箱过程中会存在严重的擦伤损伤问题。针对这种情况，需要研发一种既可以对苹果柔性输送装箱，也可以减小擦伤损伤的装置。
发明内容
本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供一种苹果柔性输送和均匀装箱的装置，该装置不仅能够对苹果进行柔性输送装箱，还能够在输送中减小苹果擦伤和损伤，降低劳动强度，提高苹果收获效率。
本发明提供的技术方案是：
一种苹果柔性输送和均匀装箱的装置，其特征在于：包括小车、安装在小车上的若干组管口提升机构、水平设置且开设有若干苹果出口的焊接板、一端由管口提升机构驱使竖直运动且另一端与苹果出口固定连接的若干柔性管道、安装在焊接板下方并与苹果出口位置相对应的若干缓冲减速机构、安装在焊接板上且位于各缓冲减速机构下方以便对苹果进行均匀装箱的旋转风车机构、驱动焊接板竖直活动的风车垂直升降机构以及用于控制各机构配合作业的控制器；所述管口提升机构、苹果出口以及柔性管道的数量相同且一一对应。
每组管口提升机构均包括安装在小车上的机架、竖直固定在机架上的第一电动推杆、固定在第一电动推杆末端并与对应柔性管道相连接的管口以及安装在管口上的第一传感器。
所述柔性管道包括透明波纹管以及间隔距离设置在透明波纹管内壁的若干气囊。
所述风车垂直升降机构包括固定在小车上的支撑架、竖直固定在支撑架上的第二电动推杆、固定在第二电动推杆末端并与焊接板固定连接的第一支架以及安装在焊接板侧面以便对焊接板的竖直运动进行导向的导向组件。
所述导向组件包括竖直安装在支撑架上的圆柱导轨、可竖直滑动地定位在圆柱导轨上的导轨滑块以及固定连接导轨滑块与焊接板的第二支架。
所述缓冲减速机构包括相互平行且间隔距离设置的两组辊筒组件；每组辊筒组件包括可转动地定位在焊接板底部的辊筒内核、驱动辊筒内核转动的步进电机、固定在辊筒内核外周的辊筒外核；所述辊筒外核采用可压缩的泡沫辊筒。
所述旋转风车机构包括竖直固定在焊接板上的驱动电机、由驱动电机驱动并可绕竖直轴线转动地定位在焊接板上的转动轴、固定在转动轴上的风车骨架、均匀安装在风车骨架外周的若干支撑杆以及由支撑杆支撑和展开以接收苹果的帆布。
所述帆布设置有上下两层；上层帆布和下层帆布均设置成扇形且由扇心向弧长方向向下倾斜；上层帆布的扇心部位与风车骨架相连接，以便苹果向果箱边缘滚落；下层帆布的弧长一端与风车骨架相连接，以便苹果向果箱的中间区域滚落；所述上层帆布与下层帆布交替布置。
所述焊接板的四个角部分别安装有第二传感器，以检测苹果是否铺满果箱。
所述小车上还设置有位于旋转风车机构下方以方便更换果箱的果箱推送机构；所述果箱推送机构包括相互平行且间隔距离布置的两个轨道以及可拆卸地安装在支撑架上以限制果箱位置的限位杆。
本发明的有益效果是：
1、本发明中的柔性管道内有一个个气囊，利用仿生学，类似人体吞咽原理，可以实现苹果的缓降，既能使苹果之间相互分离，又能减小苹果之间的碰撞。
2、本发明中，气囊外表为柔性材料制成，可以减小对苹果的撞击，减小苹果的擦伤损伤，通过对气囊进行放气和充气来控制苹果的停止和通过。
3、本发明中的辊筒组件两两组成一对，通过步进电机驱动旋转，使苹果压缩辊筒外核，从而顺利通过缓冲减速机构并掉落至帆布上，既对苹果有缓冲减速的效果，还能使苹果之间分离减少碰撞。
4、本发明的旋转风车机构中，帆布设计为上下两层，随着转动轴的旋转，落在上层帆布的苹果会往果箱边缘区域滚落，落在下层帆布的苹果会往果箱中心区域滚落，这样既减少了边缘堆积，又减少了中心堆积，可以使苹果在果箱中尽可能分布均匀。
5、本发明结构简单，安全可靠，操作方便，适合推广应用。
附图说明
图1是本发明的立体结构示意图之一。
图2是本发明的立体结构示意图之二(省略果箱)。
图3是本发明的立体结构示意图之三(省略果箱、管口升机构和柔性管道)。
图4是本发明的前视结构示意图。
图5是本发明的左视结构示意图。
图6是本发明的俯视结构示意图。
图7是柔性管道的剖面示意图。
图8是缓冲减速机构的仰视结构示意图。
图9是本发明的辊筒内核未压缩前可以通过苹果的区域示意图。
图10是本发明的辊筒压缩到最大程度可以通过苹果的区域示意图。
图11是旋转风车机构的立体结构示意图。
图12为上层帆布的俯视结构示意图。
图13为上层帆布与风车骨架的连接结构示意图。
图14为下层帆布的俯视结构示意图。
图15为下层帆布与风车骨架的连接结构示意图。
附图标号：
1、小车；
2、管口升降机构；2-1、机架；2-2、第一电动推杆；2-3、管口；2-4、第一传感器；2-5、圆耳；
3、焊接板；3-1、苹果出口；3-2、传感器固定架；3-3、第二传感器；
4、柔性管道；4-1、透明波纹管；4-2、气囊；
5、缓冲减速机构；5-1、电机固定支架；5-2、轴承座；5-3、辊筒内核；5-4、步进电机；5-5、辊筒外核；5-6、联轴器；
6、旋转风车机构；6-1、驱动电机；6-2、连接架；6-3、法兰套筒；6-4、转动轴；6-5、风车骨架；6-6、支撑杆；6-7、帆布；
7、风车垂直升降机构；7-1、支撑架；7-2、第二电动推杆；7-3、第一支架；7-4、圆柱导轨；7-5、导轨滑块；7-6、第二支架；
8、果箱推送机构；8-1、轨道；8-2、限位杆；
9、果箱；9-1、滚轮。
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至图5所示的苹果柔性输送和均匀装箱的装置，包括小车1、若干组管口提升机构2、焊接板3、若干柔性管道4、若干缓冲减速机构5、旋转风车机构6、风车垂直升降机构7和控制器(可外购获得，图中未显示)。所述管口提升机构安装在小车上；焊接板水平设置且开设有若干苹果出口3-1。柔性管道的一端(即出口端)与苹果出口固定连接，另一端(即入口端)与管口提升机构固定连接，管口提升机构可带动柔性管道的入口端竖直运动。缓冲减速机构安装在焊接板下方并与苹果出口的位置相对应，可对苹果出口掉落出的苹果进行缓冲减速。旋转风车机构安装在焊接板上且位于各缓冲减速机构下方，用于接收苹果并对苹果进行均匀装箱。风车垂直升降机构用于驱动焊接板竖直活动，以适应苹果不同的装箱高度。控制器与各机构中的电动部件相连接，以控制各机构配合作业。本实施例中，所述管口提升机构、苹果出口以及柔性管道的数量相同(图中均为6个)且一一对应；缓冲减速机构设置为两组，两组缓冲减速机构与其中四个苹果出口相对应，剩余两个苹果出口则直接与旋转风车机构相对应(即通过剩余两个苹果出口的苹果直接落在旋转风车机构上)。
如图4所示，每组管口提升机构包括机架2-1、第一电动推杆2-2、管口2-3和第一传感器2-4。所述机架固定在小车上；第一电动推杆竖直固定在机架上；管口固定在第一电动推杆末端并与柔性管道相连接；第一传感器安装在管口上(图中第一传感器设置有两个)，用于检测是否有苹果进入柔性管道。另外，在使用过程中，由于管口处容易受到撞击，使管口发生扭转或者脱落，为了提高管口的稳定性，本实施例中，在管口侧面间隔距离固定有两个圆耳2-5，两个圆耳分别位于机架两侧并贴紧机架，当管口在受到外力冲击时，可由圆耳与机架之间的反作用力进行抵消，从而提高了管口的稳定性。
如图7所示，所述柔性管道包括透明波纹管4-1以及间隔距离设置在透明波纹管内壁的若干气囊4-2。所述透明波纹管一端与对应的管口固定连接，另一端与对应的苹果出口固定连接。其中，透明波纹管的内侧以及气囊的外侧均粘附有柔性光滑缓冲材料，以减少苹果在管道输送过程中的摩擦损伤。在对苹果进行输送前，所有气囊充气，当苹果由管口进入透明波纹管内后，对第一个气囊放气，使苹果通过第一个气囊，到达第二个气囊，然后第二个气囊放气，苹果到达下一个气囊，重复上述过程，使苹果依次经过管道中的气囊，即可实现苹果的缓降输送。
如图3、图4所示，所述风车垂直升降机构包括支撑架7-1、第二电动推杆7-2、第一支架7-3和导向组件。所述支撑架固定在小车上；第二电动推杆竖直固定在支撑架上；第一支架固定在第二电动推杆末端并与焊接板固定连接(图中第一支架设置成几字型)；导向组件安装在焊接板侧面，用于对焊接板的竖直运动进行导向。本实施例中，焊接板两侧对称设置有一组导向组件，以提高焊接板竖直运动的稳定性。所述导向组件包括圆柱导轨7-4、导轨滑块7-5和第二支架7-6。所述圆柱导轨竖直安装在支撑架上；所述导轨滑块可竖直滑动地定位在圆柱导轨上；所述第二支架用于固定连接导轨滑块与焊接板(图中第二支架设置成L型)。工作时，风车垂直升降机构通过第一支架和第二支架与焊接板固定连接，当第二电动推杆伸出和退回时，可带动焊接板进行升降，同时圆柱导轨和导轨滑块组成的导轨滑块机构起导向作用，使旋转风车机构只沿着竖直方向上升和下降。
如图8所示，每组缓冲减速机构包括两组辊筒组件；两组辊筒组件相互平行且间隔距离设置(该距离由苹果的半径确定)。每组辊筒组件均包括辊筒内核5-3、步进电机5-4和辊筒外核5-5。所述焊接板底部安装有电机固定支架5-1和轴承座5-2；所述辊筒内核可转动地定位在轴承座上；所述步进电机固定在电机固定支架上，并且步进电机的电机轴通过联轴器5-6与辊筒内核固定连接，以驱动辊筒内核转动；所述辊筒外核固定在辊筒内核的外周；辊筒外核采用可压缩的泡沫辊筒，辊筒内核为实心辊筒。工作过程中，苹果由苹果出口掉落至两组辊筒组件之间，从而起到对苹果的缓冲减速效果；由于辊筒外核可压缩，当两组辊筒组件中的步进电机分别带动两个辊筒内核反向转动(朝相互靠近的一侧旋转)时，苹果受到辊筒外核的挤压并掉落至旋转风车机构上(图9中的阴影部分为辊筒外核未压缩前可以通过苹果的区域，图10中的阴影部分为辊筒外核压缩到最大程度时可以通过苹果的区域)。
如图11所示，所述旋转风车机构包括驱动电机6-1、转动轴6-4、风车骨架6-5、若干支撑杆6-6和帆布6-7。所述驱动电机竖直固定在焊接板上；焊接板上固定有连接架6-2，连接架上固定有法兰套筒6-3，转动轴可绕竖直轴线转动地定位在法兰套筒中；转动轴的上端通过联轴器与驱动电机固定连接，以便由驱动电机带动旋转。所述风车骨架固定在转动轴的下部；风车骨架的外周均匀安装有所述支撑杆，用于支撑和展开帆布，以接收苹果。本实施例中设置有上下两个风车骨架，从而形成上下两层帆布；具体地，上层帆布和下层帆布均设置成扇形(参见图12、图14)，并且均由扇心向弧长方向向下倾斜；其中上层帆布的扇心部位与风车骨架相连接(参见图13)，下层帆布的弧长一端与风车骨架相连接(参见图15)；所述上层帆布与下层帆布交替布置(图中上层帆布和下层帆布分别为三片)。当转动轴旋转时，落在上层帆布上的苹果在重力和离心力作用下向果箱边缘区域滚落，落在下层帆布上的苹果在重力和离心力作用下向果箱中心区域滚落，从而尽可能实现苹果在果箱中的均匀分布。作为优选，所述焊接板的四个角部固定有传感器固定架3-2，传感器固定架的底部安装有第二传感器3-3，以检测苹果是否铺满果箱。
如图2、图5所示，所述小车上还设置有位于旋转风车机构下方的果箱推送机构8，以方便更换果箱9。所述果箱推送机构包括两个轨道8-1和限位杆8-2。两个轨道相互平行且间隔距离固定在小车上，果箱底部安装有滚轮9-1，滚轮可沿轨道运动；限位杆通过螺栓可拆卸地安装在支撑架的出口，用于限制果箱位置，以防止果箱从支撑架的出口滑出。当苹果装满果箱后，取下限位杆，将果箱沿轨道轻松推出支撑架出口并更换新的果箱，然后重新装上限位杆，防止果箱在轨道上活动，即可继续进行苹果装箱作业。
本发明的工作原理如下：
本发明可配合六个机械臂(图中未显示)进行苹果采摘作业，每个机械臂对应一组管口提升机构。
工作时，机械臂摘下苹果，运送到管口正上方，放下苹果，第一传感器检测到信号，第一电动推杆会伸出，所有气囊初始状态均是充满气的，苹果先经过第一个气囊，控制第一个气囊放气，苹果落下，这时，第一个气囊重新被充满气，同时苹果到达第二个气囊，控制第二个气囊放气，苹果落下，这时，第二个气囊重新被充满气，同时苹果到达下一个气囊，重复上述充气放气过程，使苹果依次经过管道中其它的气囊，最后从苹果出口掉落。
苹果从苹果出口掉落到缓冲减速机构时，两组辊筒组件中的步进电机带动两个辊筒内核反向旋转，苹果受到辊筒外核的挤压，顺利掉落至旋转风车机构上，实现对苹果的缓冲减速。苹果经过缓冲减速机构挤压后，随机落到旋转风车机构的六片软材质帆布上，并且考虑到苹果在果箱中分布的均匀性，将帆布设置成上下两层，且上下层互不干扰，落在上层的苹果会往果箱边缘区域滚动，落在下层的苹果会往果箱中心区域滚动，这样即可尽可能实现苹果在果箱中的均匀分布。
果箱内进行一层层苹果填充，填完一层，当焊接板四个角部的第二传感器都检测到有苹果时，第二电动推杆带动旋转风车机构向上缩回约一层苹果的高度，继续进行第二层填充，依此类推，当果箱装满时，机械臂停止放苹果，各机构停止工作，取下限位杆，将带有滚轮的果箱从轨道中推出取下后，放入新的空果箱，装上限位杆，风车垂直升降机构向下伸出，带动旋转风车机构下落到填充第一层的初始位置，各机构开始工作，继续对苹果进行输送装箱。
最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种苹果柔性输送和均匀装箱的装置，其特征在于：包括小车（1）、安装在小车上的若干组管口提升机构（2）、水平设置且开设有若干苹果出口的焊接板（3）、一端由管口提升机构驱使竖直运动且另一端与苹果出口固定连接的若干柔性管道（4）、安装在焊接板下方并与苹果出口位置相对应的若干缓冲减速机构（5）、安装在焊接板上且位于各缓冲减速机构下方以便对苹果进行均匀装箱的旋转风车机构（6）、驱动焊接板竖直活动的风车垂直升降机构（7）以及用于控制各机构配合作业的控制器；所述管口提升机构、苹果出口以及柔性管道的数量相同且一一对应；
每组管口提升机构均包括安装在小车上的机架（2-1）、竖直固定在机架上的第一电动推杆（2-2）、固定在第一电动推杆末端并与对应柔性管道相连接的管口（2-3）以及安装在管口上的第一传感器（2-4）；
所述柔性管道包括透明波纹管（3-1）以及间隔距离设置在透明波纹管内壁的若干气囊（3-2）；
所述风车垂直升降机构包括固定在小车上的支撑架（7-1）、竖直固定在支撑架上的第二电动推杆（7-2）、固定在第二电动推杆末端并与焊接板固定连接的第一支架（7-3）以及安装在焊接板侧面以便对焊接板的竖直运动进行导向的导向组件；
所述导向组件包括竖直安装在支撑架上的圆柱导轨（7-4）、可竖直滑动地定位在圆柱导轨上的导轨滑块（7-5）以及固定连接导轨滑块与焊接板的第二支架（7-6）；
所述缓冲减速机构包括相互平行且间隔距离设置的两组辊筒组件；每组辊筒组件包括可转动地定位在焊接板底部的辊筒内核（5-3）、驱动辊筒内核转动的步进电机（5-4）、固定在辊筒内核外周的辊筒外核（5-5）；所述辊筒外核采用可压缩的泡沫辊筒；
所述旋转风车机构包括竖直固定在焊接板上的驱动电机（6-1）、由驱动电机驱动并可绕竖直轴线转动地定位在焊接板上的转动轴（6-4）、固定在转动轴上的风车骨架（6-5）、均匀安装在风车骨架外周的若干支撑杆（6-6）以及由支撑杆支撑和展开以接收苹果的帆布（6-7）；
所述帆布设置有上下两层；上层帆布和下层帆布均设置成扇形且由扇心向弧长方向向下倾斜；上层帆布的扇心部位与风车骨架相连接，以便苹果向果箱边缘滚落；下层帆布的弧长一端与风车骨架相连接，以便苹果向果箱的中间区域滚落；所述上层帆布与下层帆布交替布置；
所述焊接板的四个角部分别安装有第二传感器（3-3），以检测苹果是否铺满果箱；
所述小车上还设置有位于旋转风车机构下方以方便更换果筐的果筐推送机构（8）；所述果筐推送机构包括相互平行且间隔距离布置的两个轨道（8-1）以及可拆卸地安装在支撑架上以限制果筐位置的限位杆（8-2）；
工作原理：
苹果从苹果出口掉落到缓冲减速机构时，两组辊筒组件中的步进电机带动两个辊筒内核反向旋转，苹果受到辊筒外核的挤压，顺利掉落至旋转风车机构上，实现对苹果的缓冲减速；苹果经过缓冲减速机构挤压后，随机落到旋转风车机构的帆布上；将帆布设置成上下两层，且上下层互不干扰，落在上层的苹果会往果箱边缘区域滚动，落在下层的苹果会往果箱中心区域滚动，以实现苹果在果箱中的均匀分布；
果箱内进行一层层苹果填充，填完一层，当焊接板四个角部的第二传感器都检测到有苹果时，第二电动推杆带动旋转风车机构向上缩回约一层苹果的高度，继续进行第二层填充，依此类推；当果箱装满时，机械臂停止放苹果，各机构停止工作，取下限位杆，将带有滚轮的果箱从轨道中推出取下后，放入新的空果箱，装上限位杆，风车垂直升降机构向下伸出，带动旋转风车机构下落到填充第一层的初始位置，各机构开始工作，继续对苹果进行输送装箱。
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