CN117999960A - 一种弹性夹送掰果式菠萝采摘机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种弹性夹送掰果式菠萝采摘机，涉及菠萝采摘机技术领域。包括行走装置；行走装置下方由前至后依次设置有除叶装置、采摘装置、传送装置和收集装置；行走装置的平台上设置有升降装置；采摘装置和传送装置与升降装置连接；采摘装置包括弹性夹送机构和位于弹性夹送机构后方的掰果机构；还包括姿态调整机构。本发明采用了弹性夹送机构和姿态调整机构，能够快速适应不同大小和姿态的菠萝，从而实现高效率的采收；采摘装置还具备升降功能，可以根据菠萝的生长情况自由升降，让采摘装置适应不同高度的果实，确保每次采摘成功，具备机械化连续作业的优势，可适应不同种植高度和生长条件的菠萝采摘，具有较好的应用前景。

Description

一种弹性夹送掰果式菠萝采摘机

技术领域

本发明涉及菠萝采摘机技术领域，特别是涉及一种弹性夹送掰果式菠萝采摘机。

背景技术

目前菠萝采摘的主要方式是人工采摘，这不仅使得劳动力成本居高不下，而且也面临劳动力短缺的问题。由于采摘过程需要对每个菠萝进行细致的观察和判断，以确保采摘的时机和方式准确无误，因此劳动力需求量巨大。此外，菠萝的生长环境通常是多刺的，采摘过程需要工人具备一定的技巧和经验，以避免被刺伤。除了劳动力成本高和劳动力短缺之外，菠萝的人工采摘还存在着采摘成本高和采摘效率低的问题。由于菠萝的生长环境复杂且具有刺，人工采摘需要投入大量的时间和精力，这导致了采摘成本的居高不下。同时，由于采摘过程需要对每个菠萝进行仔细观察和判断，劳动力效率相对较低，限制了菠萝产量的提升。

在哥斯达黎加的菠萝果园里，使用大型采摘平台与人工采摘相结合，来采摘菠萝。采摘的菠萝通过延伸臂上的旋转夹子夹住冠芽，集中传输，这有效地减小了果实在传输带上翻转造成的机械损伤。美国夏威夷和菲律宾的农场使用大型龙门式采摘手法，通过配合人工采摘和机械传输进行传输，最后将采摘好的菠萝装入运输车中。

在我国，华南农业大学研制了一种可调式倾斜多柔性杆滚筒菠萝采收器，包括采摘牵引车、液压摆动机构、采收机构、传输与储存机构和压叶机构等；通过折断的方式实现菠萝与植株分离，一定程度上可防止水果损伤。

中国热带农业科学院南亚热带作物研究所也研发了一种菠萝采收机械，具体涉及一种梳齿拨禾轮式菠萝采收机，该机械通过无轴式梳齿拔禾轮的周向转动将摘取下的菠萝抛送至滑板上，菠萝沿滑板的倾斜方向落入传送装置并通过传送装置送至高地隙里集果车内。

仲恺农业工程学院也公开了一种自走式菠萝采收机械，包括一种自走式菠萝采收机械，包括：行走机构、采摘机构和收集机构；采摘机构包括推板、侧引导板和提升机；侧引导板用于控制果实和果茎进入至采摘机构内的方向，推板沿着预定方向运动与侧引导板配合将果实和果茎分离；提升机用于改变采摘机构的高度与不同株高的菠萝植株相匹配。采摘后的菠萝通过输送带输送到收集框内。

虽然目前国内外研究的进展取得了一定的成功，但菠萝自动化采摘技术似乎还存在一些问题，例如在据报道的自动化菠萝采摘装置试验中，有超过10％的果实因质量差或姿势不当而未能成功采摘，这可能会导致成本增加和收益降低。因此，需要在技术上不断创新和完善，以解决这些问题。

发明内容

本发明主要目的在于提供一种弹性夹送掰果式菠萝采摘机，以解决上述问题。

为达上述目的，本发明提供一种弹性夹送掰果式菠萝采摘机，包括行走装置；所述行走装置下方由前至后依次设置有除叶装置、采摘装置、传送装置和收集装置；所述行走装置的平台上设置有升降装置；所述采摘装置和传送装置与升降装置连接；

所述采摘装置包括弹性夹送机构和位于弹性夹送机构后方的掰果机构；所述弹性夹送机构包括两个对称设置的带轮组；所述带轮组包括带轮架，所述带轮架上转动设置有主动带轮和从动带轮，所述带轮架上铰接有多个活动支架，所述活动支架末端转动设置有支撑带轮，所述主动带轮、从动带轮和多个支撑带轮外侧包裹有皮带；所述活动支架与带轮架之间设置有拉簧，以使支撑带轮撑紧皮带；所述掰果机构包括相对应的两个动力槽轮，两个动力槽轮分别转动设置于两个带轮架上；所述带轮架通过连接柱连接在传动平台板底部，所述传动平台板上设置有齿轮箱，齿轮箱上设置有液压马达；齿轮箱下方连接有两根万向轴，两根万向轴分别与两个主动带轮动力以及两个动力槽轮动力连接；

还包括姿态调整机构，所述姿态调整机构包括吊架和电动伸缩杆，所述吊架顶部与升降装置底部连接，所述吊架底部与传动平台板铰接，所述电动伸缩杆一端与传动平台板铰接，另一端与吊架一侧铰接。

进一步的，所述除叶装置包括除叶动力系统、除叶支架和刀盘，所述除叶动力系统包括悬臂，所述悬臂上端与行走装置的平台连接，下端设置有端板，所述端板上设置有除叶电机和与除叶电机动力连接的减速器，所述减速器上方设置有电机连接板，所述电机连接板上设置有带闸伺服电机，所述带闸伺服电机输出端连接有主动齿轮，所述除叶支架的下端开口设置，除叶支架两侧内部均转动设置有主动链轮和从动链轮，所述主动链轮与减速器动力连接，所述主动链轮和从动链轮外部设置链条，所述刀盘位于除叶支架下方，且与从动链轮连接；所述除叶支架一侧设置有从动齿轮，所述从动齿轮与主动齿轮啮合。

进一步的，所述传送装置包括输送带，所述输送带与升降装置连接，所述输送带上端位于收集装置上方，所述输送带下端设置有水平设置的钢板，钢板前端向下倾斜设置，并伸入动力槽轮下方；所述钢板上设置有动力毛刷辊，所述动力毛刷辊包括毛刷轮，所述毛刷轮通过驱动电机、换向器和链轮组驱动。

进一步的，所述收集装置包括与行走装置的平台连接的支撑吊板，所述支撑吊板上沿长度方向设置有滑轨，所述滑轨上滑动设置有滑块，所述滑块上设置有收集板，所述收集板上放置有两个收集筐，其中一个收集筐位于输送带的末端下方；所述支撑吊板上还设置有用于驱动收集板的电动滑台；所述行走装置的平台后方还设置有用于导向的引导板。

进一步的，所述升降装置包括升降支架和螺杆升降机；所述螺杆升降机的底座与行走装置的平台固定连接，所述螺杆升降机的升降台与升降支架固定连接；所述升降支架下端与吊架、输送带连接。

进一步的，所述行走装置包括平台和设置在平台下方的行走轮；所述平台上设置有驱动机构、电池、控制电箱和无线接收模块；所述电池和无线接收模块均与控制电箱电连接，所述控制电箱与除叶装置、采摘装置、传送装置、收集装置和升降装置电连接；所述无线接收模块与遥控器信号连接。

进一步的，还包括视觉识别系统，所述视觉识别系统设置于行走装置上，所述视觉识别系统与控制电箱电连接。

进一步的，所述除叶装置、采摘装置和传送装置均设置有两套。

本发明具有以下有益效果：

本发明结构设计紧凑，由除叶装置、采摘装置、传送装置、收集装置、升降装置以及行走装置等构成；所有部件都经过精心设计和优化，能够协同工作完成整个采摘过程；采摘效率和准确性都高于传统的人工采摘方法。该自走式菠萝采摘机具备机械化连续作业的优势，可适应不同种植高度和生长条件的菠萝采摘，具有较好的应用前景。

采摘装置的设计中采用了弹性夹送机构和姿态调整机构，能够快速适应不同大小和姿态的菠萝，从而实现高效率的采收。采摘装置还具备升降功能，可以根据菠萝的生长情况自由升降，让采摘装置适应不同高度的果实，确保每次采摘成功。

行走装置支持自由转向，配备了完善的转向和液压系统，保证机器在田地间行驶时不会对菠萝植株造成损害。整个装置由电脑控制，能够自动识别和采摘成熟的菠萝果实，通过传送装置将其输送到收集筐中。

本发明还采用了双采摘装置，聚拢夹持菠萝果实，掰下果实再运输收集，避免机器对果实的伤害，提高了采摘效率。同时，可以调节角度的菠萝采摘器搭配升降装置的自由升降功能，能够精准地适应任何菠萝果实的位置和姿态。

附图说明

图1为本发明一种弹性夹送掰果式菠萝采摘机的示意图。

图2为本发明一种弹性夹送掰果式菠萝采摘机的原理图。

图3为本发明一种弹性夹送掰果式菠萝采摘机的除叶装置示意图。

图4为本发明一种弹性夹送掰果式菠萝采摘机的采摘装置示意图。

图5为本发明一种弹性夹送掰果式菠萝采摘机的传送装置(不含毛刷轮)示意图。

图6为本发明一种弹性夹送掰果式菠萝采摘机的升降装置示意图。

图7为本发明一种弹性夹送掰果式菠萝采摘机的收集装置示意图。

图8为本发明一种弹性夹送掰果式菠萝采摘机的收集装置(不含收集板和收集筐)示意图。

其中，1-行走装置；2-除叶装置；3-采摘装置；4-传送装置；5-收集装置；6-升降装置；11-平台；12-行走轮；13-驱动机构；14-电池；15-控制电箱；16-无线接收模块；21-除叶动力系统；22-除叶支架；23-刀盘；211-悬臂；212-端板；213-除叶电机；214-减速器；215-电机连接板；216-带闸伺服电机；217-主动齿轮；221-主动链轮；222-从动链轮；223-链条；224-从动齿轮；31-弹性夹送机构；32-掰果机构；33-炉体；311-带轮架；312-主动带轮；313-从动带轮；314-活动支架；315-支撑带轮；316-皮带；321-动力槽轮；322-连接柱；323-齿轮箱；324-液压马达；331-吊架；332-电动伸缩杆；333-传动平台板；41-输送带；42-钢板；43-毛刷辊；44-驱动电机；45-换向器；46-链轮组；51-支撑吊板；52-滑轨；53-滑块；54-收集板；55-收集筐；56-电动滑台；57-引导板；61-升降支架；62-螺杆升降机。

具体实施方式

为达成上述目的及功效，本发明所采用的技术手段及构造，结合附图就本发明较佳实施例详加说明其特征与功能。

如图1-8所示，本发明中提供了一种弹性夹送掰果式菠萝采摘机，包括行走装置1；所述行走装置1下方由前至后依次设置有除叶装置2、采摘装置3、传送装置4和收集装置5；所述行走装置1的平台11上设置有升降装置6；所述采摘装置3和传送装置4与升降装置6连接；

所述采摘装置3包括弹性夹送机构31和位于弹性夹送机构31后方的掰果机构32；所述弹性夹送机构31包括两个对称设置的带轮组；所述带轮组包括带轮架311，所述带轮架311上转动设置有主动带轮312和从动带轮313，所述带轮架311上铰接有多个活动支架314，所述活动支架314末端转动设置有支撑带轮315，所述主动带轮312、从动带轮313和多个支撑带轮315外侧包裹有皮带316；所述活动支架314与带轮架311之间设置有拉簧，以使支撑带轮315撑紧皮带；所述掰果机构32包括相对应的两个动力槽轮321，两个动力槽轮321分别转动设置于两个带轮架311上；所述带轮架311通过连接柱322连接在传动平台板333底部，所述传动平台板333上设置有齿轮箱323，齿轮箱323上设置有液压马达324；齿轮箱323下方连接有两根万向轴325，两根万向轴325分别与两个主动带轮动力312以及两个动力槽轮321动力连接；

还包括姿态调整机构33，所述姿态调整机构33包括吊架331和电动伸缩杆332，所述吊架331顶部与升降装置6底部连接，所述吊架331底部与传动平台板333铰接，所述电动伸缩杆332一端与传动平台板333铰接，另一端与吊架331一侧铰接。

由于种植条件和自然环境的影响，菠萝果实的生长高度、直径尺寸和生长姿态各异，V形入口的弹性夹送机构31可最大程度将菠萝果实引导到采摘执行器内部，弹性夹送机构31的弹性机构能够适应不同形态的菠萝，姿态调整机构，可实现对地倾角的调节，进行使用不同高度菠萝的采摘需要。

两套弹性夹送机构31的末端为掰果机构32，两个动力槽轮321是掰果机构的核心部件，动力槽轮321发挥推的作用，在输送带41前端的钢板42位置偏低，起到挡的作用，最终形成模拟人工掰果的过程。

在另一实施例中，除叶装置2主要用于去除影响菠萝采摘的菠萝叶片，使得果实更加容易被采摘。所述除叶装置2包括除叶动力系统21、除叶支架22和两个刀盘23，所述除叶动力系统21包括悬臂211，所述悬臂211上端与行走装置1的平台11连接，下端设置有端板212，所述端板212上设置有除叶电机213和与除叶电机213动力连接的减速器214，所述减速器214上方设置有电机连接板215，所述电机连接板215上设置有带闸伺服电机216，所述带闸伺服电机216输出端连接有主动齿轮217，所述除叶支架22的下端开口设置，除叶支架22两侧内部均转动设置有主动链轮221和从动链轮222，所述主动链轮221与减速器214动力连接，所述主动链轮221和从动链轮222外部设置链条223，所述刀盘23位于除叶支架22下方，且与从动链轮222连接；所述除叶支架22一侧设置有从动齿轮224，所述从动齿轮224与主动齿轮217啮合。在该装置工作中，除叶电机213是动力源，提供足够的动力以驱动减速器214，并将动力传递至两端主动链轮221，再由链条223传递至末端从动链轮222及刀盘23，刀盘23是除叶装置2的核心部分，用于割掉菠萝叶。为了确保刀片的稳定性，由除叶支架22保持平行姿态。除叶装置2在采摘菠萝果实的过程中也需要具备一定的转向能力，以应对各种不同的工作环境。为此，除叶装置2使用了带闸伺服电机216和提供转向力，使主动齿轮217带动从动齿轮224旋转，进而使除叶支架22旋转，改变刀盘23的位置。同时，带闸功能也可以确保除叶装置2的姿态保持稳定，保证其适应各种工作环境。

在另一实施例中，所述传送装置4包括输送带41，所述输送带41与升降装置6连接，所述输送带41上端位于收集装置5上方，所述输送带41下端设置有水平设置的钢板42，钢板42前端向下倾斜设置，并伸入动力槽轮321下方；所述钢板42上设置有动力毛刷辊43，所述动力毛刷辊43包括毛刷轮，所述毛刷轮通过驱动电机44、换向器45和链轮组46驱动。当菠萝果实到达毛刷轮位置时，被毛刷轮束缚并推进输送带41上。再通过输送带41将菠萝果实传递至收集装置5中。

在另一实施例中，所述收集装置5包括与行走装置1的平台11连接的支撑吊板51，所述支撑吊板51上沿长度方向设置有滑轨52，所述滑轨52上滑动设置有滑块53，所述滑块53上设置有收集板54，所述收集板54上放置有两个收集筐55，其中一个收集筐55位于输送带41的末端下方；所述支撑吊板51上还设置有用于驱动收集板54的电动滑台56；所述行走装置1的平台11后方还设置有用于导向的引导板57。在收集装置5运作时，采摘的菠萝果实会经过输送带41末端，滚落到引导板57上，最终掉落到收集筐55中。支撑吊板51是收集装置5的主体骨架。引导板57则是用于防止菠萝果实堆积不整齐。收集板54可以同时放置两个收集筐，一个正对输送带末端中心，另一个位于一侧，当位于正对输送带末端中心的收集筐55满后，电动滑台56带动收集板54移动，使一侧的收集筐55移动至输送带末端接菠萝果实，装满的收集筐55则可以卸下并更换空的收集筐55，如此往复。

在另一实施例中，所述升降装置6包括升降支架61和螺杆升降机62；所述螺杆升降机62的底座与行走装置1的平台11固定连接，所述螺杆升降机62的升降台与升降支架61固定连接；所述升降支架61下端与吊架331、输送带41连接。通过螺杆升降机62带动升降支架61升降，最终可以使得采摘装置3可以抵达不同高度，以最合适的姿态进行菠萝果实的采摘。

在另一实施例中，所述行走装置1包括平台11和设置在平台11下方的行走轮12；所述平台11上设置有驱动机构13、电池14、控制电箱15和无线接收模块16；所述电池14和无线接收模块16均与控制电箱15电连接，所述控制电箱15与除叶装置2、采摘装置3、传送装置4、收集装置5和升降装置6电连接；所述无线接收模块16与遥控器信号连接。

在另一实施例中，还包括视觉识别系统，所述视觉识别系统设置于行走装置1上，所述视觉识别系统与控制电箱15电连接。视觉识别系统可有效将田垄信息进行识别和处理，将其转化为机器的目标路径信息。经过计算机实时计算，机器能够精准计算出所需行进的姿势，实现自动化行进和姿态调整。这一技术的引入，能够让机器更加智能化，进一步提高农业机械在田间作业中的效率和精度。

在另一实施例中，所述除叶装置2、采摘装置3和传送装置4均设置有两套，以提高工作效率。

菠萝采摘作业的具体步骤如下：

(1)操作员启动设备并开启手动模式的遥控器控制，通过遥控器向车身发送指令，使车身姿态与田垄对准，然后控制行走装置1行驶到合适位置并停止。

(2)操作员使用遥控器调整提升机构的位置，以及弹性夹持和传送机构的位置，然后驱动弹性夹持机构调整角度，使其处于正确的位置。

(3)操作员调整除叶装置的位置，以便切除菠萝的杂叶但不影响采摘。

(4)启动自走模式，机器依据视觉规划的路线行驶，到达指定位置后，弹性夹持机构会自动调整姿态，使用弹性夹持装置夹住菠萝，掰果机构打掉菠萝实现果株分离。

(5)被掰果机构打下后的菠萝落在输送带前端的动力毛刷辊处，经过毛刷轮带动，顺着输送带运输并提升。

(6)菠萝到达输送带末端后，会有序地掉落到收集框中。当主要收集筐满载菠萝时，操作员使用收集装置控制收集筐移动，取出满筐并替换为空筐，以实现连续采摘和收集的作业循环。

以上所述仅为本发明较佳实施例而已，非全部实施例，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或者相近似的技术方案，均属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种弹性夹送掰果式菠萝采摘机，其特征在于，包括行走装置；所述行走装置下方由前至后依次设置有除叶装置、采摘装置、传送装置和收集装置；所述行走装置的平台上设置有升降装置；所述采摘装置和传送装置与升降装置连接；

所述采摘装置包括弹性夹送机构和位于弹性夹送机构后方的掰果机构；所述弹性夹送机构包括两个对称设置的带轮组；所述带轮组包括带轮架，所述带轮架上转动设置有主动带轮和从动带轮，所述带轮架上铰接有多个活动支架，所述活动支架末端转动设置有支撑带轮，所述主动带轮、从动带轮和多个支撑带轮外侧包裹有皮带；所述活动支架与带轮架之间设置有拉簧，以使支撑带轮撑紧皮带；所述掰果机构包括相对应的两个动力槽轮，两个动力槽轮分别转动设置于两个带轮架上；所述带轮架通过连接柱连接在传动平台板底部，所述传动平台板上设置有齿轮箱，齿轮箱上设置有液压马达；齿轮箱下方连接有两根万向轴，两根万向轴分别与两个主动带轮动力以及两个动力槽轮动力连接；

还包括姿态调整机构，所述姿态调整机构包括吊架和电动伸缩杆，所述吊架顶部与升降装置底部连接，所述吊架底部与传动平台板铰接，所述电动伸缩杆一端与传动平台板铰接，另一端与吊架一侧铰接。

2.如权利要求1所述的一种弹性夹送掰果式菠萝采摘机，其特征在于，所述除叶装置包括除叶动力系统、除叶支架和刀盘，所述除叶动力系统包括悬臂，所述悬臂上端与行走装置的平台连接，下端设置有端板，所述端板上设置有除叶电机和与除叶电机动力连接的减速器，所述减速器上方设置有电机连接板，所述电机连接板上设置有带闸伺服电机，所述带闸伺服电机输出端连接有主动齿轮，所述除叶支架的下端开口设置，除叶支架两侧内部均转动设置有主动链轮和从动链轮，所述主动链轮与减速器动力连接，所述主动链轮和从动链轮外部设置链条，所述刀盘位于除叶支架下方，且与从动链轮连接；所述除叶支架一侧设置有从动齿轮，所述从动齿轮与主动齿轮啮合。

3.如权利要求2所述的一种弹性夹送掰果式菠萝采摘机，其特征在于，所述传送装置包括输送带，所述输送带与升降装置连接，所述输送带上端位于收集装置上方，所述输送带下端设置有水平设置的钢板，钢板前端向下倾斜设置，并伸入动力槽轮下方；所述钢板上设置有动力毛刷辊，所述动力毛刷辊包括毛刷轮，所述毛刷轮通过驱动电机、换向器和链轮组驱动。

4.如权利要求3所述的一种弹性夹送掰果式菠萝采摘机，其特征在于，所述收集装置包括与行走装置的平台连接的支撑吊板，所述支撑吊板上沿长度方向设置有滑轨，所述滑轨上滑动设置有滑块，所述滑块上设置有收集板，所述收集板上放置有两个收集筐，其中一个收集筐位于输送带的末端下方；所述支撑吊板上还设置有用于驱动收集板的电动滑台；所述行走装置的平台后方还设置有用于导向的引导板。

5.如权利要求4所述的一种弹性夹送掰果式菠萝采摘机，其特征在于，所述升降装置包括升降支架和螺杆升降机；所述螺杆升降机的底座与行走装置的平台固定连接，所述螺杆升降机的升降台与升降支架固定连接；所述升降支架下端与吊架、输送带连接。

6.如权利要求5所述的一种弹性夹送掰果式菠萝采摘机，其特征在于，所述行走装置包括平台和设置在平台下方的行走轮；所述平台上设置有驱动机构、电池、控制电箱和无线接收模块；所述电池和无线接收模块均与控制电箱电连接，所述控制电箱与除叶装置、采摘装置、传送装置、收集装置和升降装置电连接；所述无线接收模块与遥控器信号连接。

7.如权利要求6所述的一种弹性夹送掰果式菠萝采摘机，其特征在于，还包括视觉识别系统，所述视觉识别系统设置于行走装置上，所述视觉识别系统与控制电箱电连接。

8.如权利要求1-7任意一项所述的一种弹性夹送掰果式菠萝采摘机，其特征在于，所述除叶装置、采摘装置和传送装置均设置有两套。