CN203435373U - 一种香蕉采摘装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种香蕉采摘装置，包括机架、设于机架顶部且用于对果柄进行切断的切割刀具、设于机架前端且对果柄进行夹紧的夹持手，所述夹持手包括夹持杆，夹持杆一端铰接于机架上，另一端设有夹持器，还包括滑块以及驱动组件，所述滑块滑动连接于夹持杆上，所述驱动组件包括带动夹持手张开或夹紧的夹持手张合驱动机构，夹持手张合驱动机构与所述滑块铰接；本实用新型采用滑动连接于夹持杆上的滑块来控制夹持手的张合，解决了张开夹持手困难的问题，夹持力持久、夹紧过程稳定可靠，夹持手张合驱动机构与滑块间相铰接，可以使夹持手闭合顺畅、灵敏且提高了工作效率，降低了人员的劳动强度，具有广阔的市场应用与推广前景。

Description

一种香蕉采摘装置

技术领域

本实用新型涉及一种农业采摘装置，特别涉及一种香蕉采摘装置。

背景技术

香蕉被联合国粮农组织认定为仅次于水稻、小麦、玉米之后的第四大粮食产物，其交易量为世界水果交易量之首。目前香蕉采摘仍停留于人工作业阶段：对于果串较矮的，需一只手托住果串，另一只手用刀切断果柄；对于果串较高的，则需一人先把树干砍斜，另一人用梯子等物体支撑果串，慢慢降低果串高度，然后再把果柄切断。这种原始的采摘模式，不仅劳动强度大、采摘效率低下，成本高，容易给采摘人员带来伤害，而且极易造成香蕉果实的划伤、挤压与碰撞，造成果质损伤，极大影响其经济效益。

公开号：CN201167486Y专利文献，公开了一种串形水果采摘机械手，该采摘机械手在长期的使用过程中，发明人发现存在以下问题：1、使用时，发现在弹簧作用下要撑开机械手，电机需要有非常大的扭矩才能撑开，基本上一般常用小型直流电机都不能实现；2、长期使用以后，弹簧弹性渐渐不足，导致夹持力不足；3、由于各机构的运转而产生了震动或在其他原因导致的震动，均可能使触碰撑杆动作，导致夹持杆在未到位的情况下提早闭合机械手，影响采摘。出现上述第二种情况时，往往需要更换弹簧；出现第三种情况时，则需要电机反转，使触碰杆触碰到挡板，从而将机械手再次撑开，这样的过程便会出现第一种情况，电机需要非常大的扭矩。为解决上述存在的技术问题，在本发明人的反复研究与多次试验下，才得以解决并做出了本发明。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种夹持力持久、夹紧过程稳定可靠且夹持器复位容易的香蕉采摘装置。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：

一种香蕉采摘装置，包括机架、设于机架顶部且用于对果柄进行切断的切割刀具、设于机架前端且对果柄进行夹紧的夹持手，所述夹持手包括夹持杆，夹持杆一端铰接于机架上，另一端设有夹持器，还包括滑块以及驱动组件，所述滑块滑动连接于夹持杆上，所述驱动组件包括带动夹持手张开或夹紧的夹持手张合驱动机构，夹持手张合驱动机构与所述滑块铰接；本实用新型采用了滑动连接于夹持杆上的滑块来控制夹持手的张合，解决了张开夹持手困难的问题，夹持力持久、夹紧过程稳定可靠，夹持手张合驱动机构与滑块间相铰接，可以使夹持手闭合顺畅、灵敏且提高了工作效率，降低了人员的劳动强度，具有广阔的市场应用与推广前景。

优选的,所述夹持手张合驱动机构输出端与张合控制件连接，张合控制件与所述滑块铰接；可以在只有一个动力源下，同时驱动夹持手同步张合，设计合理，并使夹持手闭合更顺畅、灵敏。

优选的,还包括用于将机架、切割刀具以及夹持手升高或降低的剪叉式升降机构以及行走小车，所述剪叉式升降机构安装于所述行走小车上，行走小车与剪叉式升降机构之间设置有能带动剪叉式升降机构转动的旋转机构；采用剪叉式升降机构，适用于不同高度的采摘，进一步方便了香蕉的采摘，降低工作人员的劳动强度，提高适用性和工作效率；设置行走小车，方便设置于行走小车上的剪叉式升降机构、机架、夹持手以及切割刀具的移动和香蕉的运送，且可以方便地靠近香蕉树进行采摘；旋转机构适应在不同位置和环境下进行采摘，进一步提高适用性和工作效率，当旋转机构选用回转支承时，能够承受轴向方向的大载荷以及较大的倾覆力矩。

优选的,所述行走小车上设有作业时，用于使行走小车处于水平状态的液压支撑脚；可以适应在不平的地形上进行作业。

优选的,所述驱动组件还包括控制切割刀具移动的切割进给驱动机构、控制夹持手移动的夹持手进给驱动机构、用于驱动剪叉式升降机构升降的升降驱动机构、驱动切割刀具转动的切割电机以及驱动旋转机构转动的回转电机。

优选的,还包括控制系统、计量液压泵、两轴倾角传感器以及用于采集所述两轴倾角传感器数据的数据采集器，所述控制系统由主控制器、嵌入式处理器组成，所述主控制器、驱动组件、数据采集器和计量液压泵分别与嵌入式处理器连接，两轴倾角传感器与数据采集器连接，计量液压泵与液压支撑脚连接；控制系统可以对各部件进行有效控制方便用户使用；通过两轴倾角传感器对当前行走小车角度进行测量，测量数据经数据采集器传向控制系统，控制系统计算出各液压支撑脚应补偿位移量，最终控制系统中的主控制器根据补偿位移量控制各液压支撑脚进行伸缩，以保持行走小车升降平台处于水平面上，保证作业的稳定性和安全性，防止倾倒。

优选的,所述夹持手张合驱动机构、切割进给驱动机构、夹持手进给驱动机构以及升降驱动机构为液压缸或丝杠传动机构。

优选的,所述主控制器为DSP控制器或PLC控制器。

优选的,所述夹持器夹持面上设置有多个钉子。

本实用新型的工作原理：通过夹持杆一端铰接于机架上，然后在两端之间滑动连接上滑块，滑块与驱动机构或张合控制件连接，且两夹持杆与两滑块连接处间的距离大于两夹持杆与机架铰接点之间的距离，通过夹持手张合驱动机构使滑块滑动来调整设于夹持杆另一端的夹持器的距离靠近或分离，实现夹持手的松开和夹紧。

本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：

1、本实用新型采用了滑动连接于夹持杆上的滑块来控制夹持手的张合，解决了张开夹持手困难的问题，夹持力持久、夹紧过程稳定可靠，夹持手张合驱动机构与滑块间相铰接，可以使夹持手闭合顺畅、灵敏且提高了工作效率，降低了人员的劳动强度，具有广阔的市场应用与推广前景。

2、本实用新型的夹持手张合驱动机构输出端与张合控制件连接，张合控制件与滑块相铰接，可以在只有一个动力源下，同时驱动夹持手同步张合，设计合理，并使夹持手张开和闭合更顺畅、灵敏。

3、本实用新型采用剪叉式升降机构，适用于不同高度的采摘，进一步方便了香蕉的采摘，降低工作人员的劳动强度，提高适用性和工作效率。同时设置有行走小车，方便设置于行走小车上的剪叉式升降机构、机架、夹持手以及切割刀具的移动和香蕉的运送，且可以方便地靠近香蕉树进行采摘。

4、本实用新型行走小车与剪叉式升降机构之间设置有旋转机构，能带动剪叉式升降机构、机架、夹持手以及切割刀具转动，适应在不同位置和环境下进行采摘，进一步提高适用性和工作效率，当旋转机构选用回转支承时，能够承受轴向方向的大载荷以及较大的倾覆力矩。

5、本实用新型行走小车设有液压支撑脚，可以在不平的地形上进行作业。

7、本实用新型控制系统可以对各部件进行有效控制方便用户使用。

8、本实用新型上采用了数据采集器和计量液压泵分别与嵌入式处理器连接，两轴倾角传感器与数据采集器连接，计量液压泵与液压支撑脚连接。通过两轴倾角传感器对当前行走小车角度进行测量，测量数据经数据采集器传向控制系统，控制系统计算出各液压支撑脚应补偿位移量，最终控制系统中的主控制器根据补偿位移量控制各液压支撑脚进行伸缩，以保持行走小车升降平台处于水平面上，保证作业的稳定性和安全性，防止倾倒。

附图说明

图1是本实用新型实施例一和三的采摘装置的结构示意图。

图2是图1中夹持手的结构示意图。

图3是图1中切割刀具的结构示意图。

图4是本实用新型张合控制件与滑块铰接的示意图。

图5是本实用新型实施例四的结构示意图。

图6是本实用新型控制系统的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例一：

如图1-3所示,一种香蕉采摘装置，包括机架、设于机架顶部且用于对果柄进行切断的切割刀具、设于机架前端且对果柄进行夹紧的夹持手，所述夹持手包括夹持杆11，夹持杆11一端铰接于机架上，另一端设有夹持器12，还包括滑块13以及驱动组件，所述滑块13滑动连接于夹持杆11上，如图1所示,还包括用于将机架、切割刀具以及夹持手升高或降低的剪叉式升降机构以及行走小车51，所述剪叉式升降机构安装于所述行走小车51上，行走小车51与剪叉式升降机构之间设置有能带动剪叉式升降机构转动的旋转机构，所述行走小车51上设有作业时，用于支撑行走小车51的液压支撑脚52，使行走小车51处于水平状态。所述驱动组件包括带动夹持手张开或夹紧的夹持手张合驱动机构15、控制切割刀具移动的切割进给驱动机构27、控制夹持手移动的夹持手进给驱动机构17、用于驱动剪叉式升降机构升降的升降驱动机构37、驱动切割刀具转动的切割电机21以及驱动旋转机构转动的回转电机43，所述夹持手张合驱动机构15输出端与一张合控制件14连接，张合控制件14与所述滑块13铰接。

如图6所示，上述的香蕉采摘装置还包括控制系统、计量液压泵、两轴倾角传感器以及用于采集所述两轴倾角传感器数据的数据采集器，所述控制系统由主控制器、嵌入式处理器组成，所述主控制器、驱动组件、数据采集器和计量液压泵分别与嵌入式处理器连接，两轴倾角传感器与数据采集器连接，计量液压泵与液压支撑脚52连接。

如图1和图5所示,所述夹持手张合驱动机构15、切割进给驱动机构27、夹持手进给驱动机构17以及升降驱动机构37可以为液压缸或丝杠传动机构，所述主控制器为DSP控制器或PLC控制器。

实施例二：

一种基于上述香蕉采摘装置的香蕉采摘方法，包括以下步骤：

步骤一：驱使行走小车51到所需采摘香蕉的香蕉树下；

步骤二：行走小车51上的液压支撑脚52将行走小车51水平撑起，使行走小车51处于水平状态；具体为：启动控制系统，双轴倾角传感器测量X、Y两轴与水平面的倾斜角度，并将测量数值通过数据采集器发送到嵌入式处理器中，嵌入式处理器根据两轴的倾斜角度进行行走小车51位姿反解，并计算出各液压支撑脚52应补偿位移量，最终控制系统中的主控制器根据补偿位移量控制各液压支撑脚52进行伸缩，以保持行走小车51升降平台36处于水平面上；

步骤三：剪叉式升降机构将机架、切割刀具以及夹持手升高至香蕉果串旁；步骤三具体为：回转电机43驱动旋转机构转动，从而使剪叉式升降机构、机架、夹持手以及切割刀具转动至夹持手和切割刀具适合采摘的角度，回转电机43停转；此时，控制系统驱使升降驱动机构37推动剪叉式升降机构上升，剪叉式升降机构上升到目标位置后，升降驱动机构37停止运动，并保持该目标位置；

步骤四：夹持手伸出并夹住香蕉果串顶部的果柄；步骤四具体为：夹持手向前移动，当夹持器12距离香蕉果柄在预设目标距离时，夹持手进给驱动机构17停止运动；夹持手张合驱动机构15带动滑块13沿夹持杆11向前滑动，使夹持器12在前期快速合拢，当接近果柄时，减速合拢，并最终紧紧夹持住果柄，夹紧后，夹持手张合驱动机构15停止向前运动，并保持压力。

步骤五：切割刀具向果柄方向移动并且圆盘刀22旋转，对果柄进行切断；

步骤六：切断后，切割刀具复位，剪叉式升降机构下降；

步骤七：剪叉式升降机构降下后，夹持手松开并进行复位，取下香蕉，并且液压支撑脚52复位，完成采摘。

实施例三：

如图1、2和4所示,所述夹持手包括两个夹持杆11、呈圆弧状的夹持器12、两个滑块13、具有竖杆141和横杆142大体呈T形的张合控制件14、夹持手张合驱动机构15、夹持机架16以及夹持手进给驱动机构17，其中夹持手张合驱动机构15安装在两夹持杆11对称中心线的下方，如图4所示，夹持手张合驱动机构15输出端与张合控制件14的竖杆141传动连接，两夹持杆11一端与夹持机架16铰接，两滑块13滑动连接在夹持杆11上，并分别与张合控制件14上的横杆142两端铰接，夹持杆11的另一端设置有所述夹持器12，两夹持杆11与两滑块13连接处间的距离大于两夹持杆11与夹持机架16铰接点之间的距离，夹持手进给驱动机构17与所述夹持机架16连接，夹持手进给驱动机构17推动所述夹持机架16移动。

如图1和图3所示，切割刀具包括切割电机21、圆盘刀22、切割机架23、导块25、连接架26以及切割进给驱动机构27，圆盘刀22安装在切割电机21输出轴上，切割电机21固定连接在连接架26上，连接架26通过导块25滑动连接在切割机架23上，所述切割进给驱动机构27输出端与所述连接架26传动连接，以推动连接架26移动。

如图1所示,所述剪叉式升降机构包括两个横断截面呈U型的U型导轨31、连接轴32、滑轮33、升降杆34、升降底板35、升降平台36以及升降驱动机构37，其中，U型导轨31对应设置在升降平台36底面两侧以及升降底板35上面两侧，升降杆34两两呈X型相互铰接，且上一对升降杆34末端与后一对升降杆34顶端分别铰接形成X型升降机构，X型升降机构顶端一侧的升降杆34铰接在升降平台36底面上，X型升降机构顶端另一侧的升降杆34铰接在连接轴32上，并通过安装在连接轴32两端的滑轮33滑动连接在升降平台36下的U型导轨31内；X型升降机构底端一侧的升降杆34铰接在升降底板35的上面，X型升降机构底端另一侧的升降杆34铰接在连接轴32上，并通过安装在连接轴32两端的滑轮33滑动连接在升降底板35上的U型导轨31内，升降驱动机构37与滑动连接在升降底板35上的连接轴32传动连接。

通过升降驱动机构37输出端的运动驱动升降平台36的上下运动，实现升降的过程，同时保证升降杆34运动的同步性与平稳性。

如图1所示,旋转机构包括回转支承41、齿轮42、回转电机43，回转支承41内圈下端面紧固在行走小车51上，回转支承41外圈上端面则与升降底板35固定连接。回转电机43安装在行走小车51上，回转电机43输出端上安装所述齿轮42，并与回转支承41外圈的轮齿相啮合，行走机构51为履带式行走小车或轮式行走小车。行走小车51上安装有四个液压支撑脚52。

如图1所示,所述切割机架23连接在所述夹持机架16上，而所述夹持机架16滑动连接于所述升降平台36上，形成所述机架，所述夹持手进给驱动机构17固定于升降平台36上，切割进给驱动机构27固定于夹持机架16上。

本实用新型的工作时的运作过程及工作原理：作业前期，四个液压支撑脚52均处于收缩状态，剪叉式升降机构收缩于较低位置，此时，切割刀具与夹持手处于较低的位置，以备行走小车51行走时有效避开障碍和避免倾覆。夹持手进给驱动机构17与切割进给驱动机构27的输出端均处于初始状态，此时，与夹持手张合驱动机构15输出端铰接的张合控制件14处于靠近夹持杆11与夹持机架16铰接处，夹持杆11上的夹持器12张开到最大状态；圆盘刀22处于后端上。

启动行走小车51，移动到待收获香蕉果树旁，启动控制系统，双轴倾角传感器测量X、Y两轴与水平面的倾斜角度，并将测量数值通过数据采集器发送到嵌入式处理器中，嵌入式处理器根据两轴的倾斜角度进行行走小车51的位姿反解，并计算出各液压支撑脚52应补偿位移量，最终控制系统中的主控制器根据补偿位移量控制各液压支撑脚52进行伸缩，以保持行走小车51上的升降平台36处于水平面上。

回转电机43正转，驱使齿轮42带动与其啮合的回转支承41外圈转动，从而使与回转支承41外圈固定连接的升降底板35带动剪叉式升降机构、切割刀具、夹持手转动，回转支承41旋转到合适的角度，回转电机43停转。此时，控制系统使升降驱动机构37向前运动，推动剪叉式升降机构上升，升降平台36上升到目标位置，升降驱动机构37停止运动，并保持该目标位置。

此时，夹持手进给驱动机构17推动切割刀具与夹持手向前运动，当夹持器12距离香蕉果柄在预设目标距离时，夹持手进给驱动机构17停止运动。夹持手张合驱动机构15推动张合控制件14前伸，推动滑块13向前运动，从而使得夹持器12在前期快速合拢，当接近果柄时，减速合拢，并最终紧紧夹持住果柄。夹持手张合驱动机构15停止向前运动，并保持夹持力。此时，切割电机21开始正转，带动圆盘刀22旋转，与此同时，切割进给驱动机构27开始推动切割电机21与圆盘刀22向前运动，切割处于夹持器12上部的香蕉果柄。实现果串与香蕉果树的分离后，切割电机21停转，切割进给驱动机构27与夹持手进给驱动机构17向后运动复位。

收获作业完成后，回转电机43反转，回转支承41复位；升降驱动机构37后退，从而带动夹持手与切割刀具下降；当夹持手下降到达目标位置后，夹持手复位，夹持手复位过程为夹持手张合驱动机构15后退，驱动滑块13后退，使夹持器12张开，夹持手张开后，将已收获的香蕉取下，本实用新型香蕉采摘装置再重复上述步骤，则可实现大载荷、批量化香蕉的收获。

实施例四：

本实施例所述夹持手张合驱动机构15、切割进给驱动机构27、夹持手进给驱动机构17以及升降驱动机构37均采用丝杠传动机构实现传动。具体的，如图5所示，所述夹持手张合驱动机构为控制夹持手夹紧或张开的张合驱动电机（图未示出），所述切割进给驱动机构为控制刀具移动的切割推进电机27′，所述夹持手进给驱动机构为同时带动夹持手和切割刀具移动的夹持推进电机17′，所述升降驱动机构为用于驱动升降平台升降的升降驱动电机37′。

如图5所示，所述切割推进电机27′与第一丝杠61传动连接，第一丝杠61还与切割刀具传动连接，以推动切割刀具移动；夹持推进电机17′与第二丝杠62传动连接，第二丝杠62还与夹持手传动连接，以推动夹持手和切割刀具同时移动；升降驱动电机37′与第三丝杠63传动连接，第三丝杠63还与剪叉式升降机构的连接杆32传动连接，以实现升降平台36的升和降；张合驱动电机与第四丝杠（图未示出）传动连接，第四丝杠还与张合控制件14传动连接，以推动张合控制件14往复运动，从而实现夹持手的张合。

本实施例的工作原理是通过将旋转运动变成直线运动推动与其连接的相应机构移动。特别指出的是此时的夹持器12夹持面上设置多个钉子64，以增加夹持效果，防止果柄切断后果串掉下。

实施例五：

本实施例与上述各实施例不同之处在于：所述驱动组件为两个分别与两夹持杆11连接，每个夹持杆11通过与其各自连接的驱动组件实现夹持手的张开或闭合，所述两驱动组件分别设置于两夹持杆11外侧。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种香蕉采摘装置，包括机架、设于机架顶部且用于对果柄进行切断的切割刀具、设于机架前端且对果柄进行夹紧的夹持手，所述夹持手包括夹持杆，夹持杆一端铰接于机架上，另一端设有夹持器，其特征在于：还包括滑块以及驱动组件，所述滑块滑动连接于夹持杆上，所述驱动组件包括带动夹持手张开或夹紧的夹持手张合驱动机构，夹持手张合驱动机构与所述滑块铰接。

2.根据权利要求1所述香蕉采摘装置，其特征在于：所述夹持手张合驱动机构输出端与张合控制件连接，张合控制件与所述滑块铰接。

3.根据权利要求1或2所述香蕉采摘装置，其特征在于：还包括用于将夹持手与切割刀具升高或降低的剪叉式升降机构以及行走小车，所述剪叉式升降机构安装于所述行走小车上，行走小车与剪叉式升降机构之间设置有能带动夹持手与切割刀具转动的旋转机构。

4.根据权利要求3所述香蕉采摘装置，其特征在于：所述行走小车上设有作业时，用于使行走小车处于水平状态的液压支撑脚。

5.根据权利要求4所述香蕉采摘装置，其特征在于：所述驱动组件还包括控制切割刀具移动的切割进给驱动机构、控制夹持手移动的夹持手进给驱动机构、用于驱动剪叉式升降机构升降的升降驱动机构、驱动切割刀具转动的切割电机以及驱动旋转机构转动的回转电机。

6.根据权利要求5所述香蕉采摘装置，其特征在于：还包括控制系统、计量液压泵、两轴倾角传感器以及用于采集所述两轴倾角传感器数据的数据采集器，所述控制系统由主控制器、嵌入式处理器组成，所述主控制器、驱动组件、数据采集器和计量液压泵分别与嵌入式处理器连接，两轴倾角传感器与数据采集器连接，计量液压泵与液压支撑脚连接。

7.根据权利要求5所述香蕉采摘装置，其特征在于：所述夹持手张合驱动机构、切割进给驱动机构、夹持手进给驱动机构以及升降驱动机构为液压缸或丝杠传动机构。

8.根据权利要求6所述香蕉采摘装置，其特征在于：所述主控制器为DSP控制器或PLC控制器。

9.根据权利要求1所述香蕉采摘装置，其特征在于：所述夹持器夹持面上设置有多个钉子。

Images