CN208029500U - 基于人机协作的草莓采收一体化系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了基于人机协作的草莓采收一体化系统，该草莓采收系统运用包括齿轮齿条传动单元、换向齿轮和同步带传动单元的传动系统将果实的采摘、收集两个动作合二为一，简化了控制系统；设置收集平台，缩短了动作行程，在采摘的同时将果实转移到收集箱；结构紧凑，适合在垄间大范围移动作业；基于人机协作的控制系统，由采摘者进行果实成熟度识别，通过控制手轮和按钮对系统发出动作指令，实现精准采摘，降低收集果实的不成熟率和损坏率；基于人体工程学的结构设计，免去以往纯人工采摘过程中的不断蹲、起、弯腰，降低了劳动强度。

Description

基于人机协作的草莓采收一体化系统

技术领域

本实用新型属于农用机械技术领域，具体涉及基于人机协作的草莓采收一体化系统。

背景技术

目前，草莓的采摘绝大部分依靠人工，劳动强度大、效率低。由于我国一般在日光温室中施行垄作草莓的栽培，空间狭小，而且草莓外形独特、柔软多汁，容易受伤，实现机械化采摘具有一定难度；又因果实的颜色会受成熟度、光线变化等因素的影响而改变，对视觉定位有很大的挑战性，进而更难实现自动化。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供基于人机协作的草莓采收一体化系统。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

基于人机协作的草莓采收一体化系统，包括运动承载机构、控制机构、采摘机构、一次收集机构和二次收集机构；

运动承载机构包括底盘、脚轮、承载架和拉杆，脚轮设置于底盘底部，承载架设置于底盘上用于承载采摘机构、一次收集机构和二次收集机构，在承载架上设置有拉杆，运动承载机构使整个系统以手推车的方式在草莓种植田间行进；

控制机构通过控制机构安装架设置于拉杆的上端，使之位于承载架的垂直上方，控制机构包括按钮、手轮、第一同步带上轮和传动轴，手轮通过传动轴与第一同步带上轮同轴设置，手轮上设置有用于控制采摘机构中柔性夹钳开合的按钮；

采摘机构包括第一同步带下轮、第二同步带上轮、第一齿轮、第一齿条、第一导轨和采摘臂，第一同步带下轮、第二同步带上轮和第一齿轮三者同轴设置，在第一同步带上轮和第一同步带下轮之间设置第一同步带以实现二者的同步转动，第一齿轮位于第一同步带下轮、第二同步带上轮之间，在第一导轨上设置有可沿其滑动且与第一齿轮相配合的第一齿条，第一齿条连接采摘臂，采摘臂的一端设置有与弹簧、闸线相配合的柔性夹钳，闸线受手轮上按钮的控制实现柔性夹钳的开启与闭合，在柔性夹钳上设置有用于执行剪切动作的快速刀片；

一次收集机构包括第二同步带下轮、换向齿轮、第二齿轮、第二齿条、第二导轨和收集臂，第二同步带下轮和换向齿轮同轴设置，在第二同步带上轮与第二同步带下轮设置第二同步带使二者同步转动，换向齿轮与第二齿轮相互啮合设置，在第二导轨上设置有可沿其滑动且与第二齿轮相配合的第二齿条，第二齿条连接收集臂，收集臂上安装有用于将掉落草莓收集的收集铲；

二次收集机构包括收集平台、领口结构、传送带、电机和收集箱，收集平台设置于一次收集机构的垂直下方，收集平台上设置有领口结构以使经收集铲收集的草莓从领口结构垂直掉落于传送带上，传送带由电机驱动，在传送带上设置有搬运竖板，收集箱位于传送带一侧用于接收由传送带上掉落的草莓。

在上述技术方案中，所述脚轮数量为4个。

在上述技术方案中，所述承载架由不锈钢管材焊接成型。

在上述技术方案中，所述拉杆与底盘相垂直。

在上述技术方案中，在所述拉杆的上端设置有用于推动运动承载机构行进的扶手。

在上述技术方案中，所述拉杆为升降式拉杆，可供使用时调节高度。

在上述技术方案中，所述收集铲为上方及朝向内侧开放的盒体结构。

在上述技术方案中，所述收集平台为倾斜放置的平板结构。

在上述技术方案中，所述收集臂的动作方向与收集平台相平行，以使经收集铲收集的草莓顺利达到领口结构处。

在上述技术方案中，在所述底盘上设置有供收集箱放置的卡槽，在方便收集箱更换的同时保证其工作时位置的稳定。

基于人机协作的草莓采收一体化系统在进行使用时，执行下列过程：

采摘：转动手轮，通过第一同步带上轮、第一同步带、第一同步带下轮同步传动，第一齿轮和第二同步带上轮发生同步转动，第一齿轮通过第一齿条推动采摘臂伸出，第二同步带下轮通过第二同步带与第二同步带上轮同步转动，第二同步带下轮通过换向齿轮使第二齿轮发生反向转动，即带动收集臂执行向回收缩的动作，在转动手轮的过程中，按压按钮，通过闸线控制弹簧缩紧，柔性夹钳张开，当柔性夹钳达到待采摘草莓位置时，松开按钮，弹簧弹回，使柔性夹钳夹紧，柔性夹钳上的快速刀片将草莓果实的果柄剪断，柔性夹钳夹持着草莓，采摘动作完成；

一次收集：向相反反正转动手轮，通过第一同步带上轮、第一同步带、第一同步带下轮同步传动，第一齿轮和第二同步带上轮发生同步转动，第一齿轮通过第一齿条推动采摘臂收回，第二同步带下轮通过第二同步带与第二同步带上轮同步转动，第二同步带下轮通过换向齿轮使第二齿轮发生反向转动，收集臂同步伸出，此时按压按钮弹簧缩紧柔性夹钳张开，草莓掉落至收集铲内，再次转动手轮使采摘臂伸出时，收集臂收回，收集铲将收集的草莓运送至领口结构处，一次收集动作完成；

二次收集：电机驱动传送带转动，传送带上的搬运竖板将从领口结构掉落的草莓运送至收集箱内，二次收集动作完成。

本实用新型的优点和有益效果为：

该草莓采收系统运用包括齿轮齿条传动单元、换向齿轮和同步带传动单元的传动系统将果实的采摘、收集两个动作合二为一，简化了控制系统；设置收集平台，缩短了动作行程，在采摘的同时将果实转移到收集箱；结构紧凑，适合在垄间大范围移动作业；基于人机协作的控制系统，由采摘者进行果实成熟度识别，通过控制手轮和按钮对系统发出动作指令，实现精准采摘，降低收集果实的不成熟率和损坏率；基于人体工程学的结构设计，免去以往纯人工采摘过程中的不断蹲、起、弯腰，降低了劳动强度。

附图说明

图1为本实用新型整体结构示意图。

图2为控制机构局部结构示意图。

图3为采摘机构和一次收集机构的局部结构示意图。

图4为二次收集机构局部结构示意图。

其中：

1为扶手，2为拉杆，3为承载架，4为底盘，5为脚轮，6为控制机构安装架，7为第一同步带，8为闸线，9为收集箱，10为按钮，11为手轮，12为传动轴，13为第一同步带上轮，14为轴承，15为第一同步带下轮，16为第一齿轮，17为第一齿条，18为采摘臂，19为弹簧，20为快速刀片，21为柔性夹钳，22为第一导轨，23为第二同步带上轮，24为第二同步带，25为第二同步带下轮，26为换向齿轮，27为第二齿轮，28为第二齿条，29为收集臂，30为第二导轨，31为领口结构，32为收集平台，33为电机，34为传送带，35为搬运竖板。

对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，可以根据以上附图获得其他的相关附图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型方案，下面结合具体实施例进一步说明本实用新型的技术方案。

实施例1

如附图1-4所示，基于人机协作的草莓采收一体化系统，包括运动承载机构、控制机构、采摘机构、一次收集机构和二次收集机构；其中图2为控制机构，图3为采摘机构、一次收集机构，图4为二次收集机构，分别如图1所示由上至上安装于运动承载机构上。

运动承载机构包括底盘4、脚轮5、承载架3和拉杆2，脚轮设置于底盘底部，承载架设置于底盘上用于承载采摘机构、一次收集机构和二次收集机构，在承载架上设置有拉杆，运动承载机构使整个系统以手推车的方式在草莓种植田间行进；

控制机构通过控制机构安装架6设置于拉杆的上端，使之位于承载架的垂直上方，控制机构包括按钮10、手轮11、第一同步带上轮13和传动轴12，手轮通过传动轴与第一同步带上轮同轴设置，手轮上设置有用于控制采摘机构中柔性夹钳21开合的按钮；

采摘机构包括第一同步带下轮15、第二同步带上轮23、第一齿轮16、第一齿条17、第一导轨22和采摘臂18，第一同步带下轮、第二同步带上轮和第一齿轮三者同轴设置，在第一同步带上轮和第一同步带下轮之间设置第一同步带以实现二者的同步转动，第一齿轮位于第一同步带下轮、第二同步带上轮之间，在第一导轨上设置有可沿其滑动且与第一齿轮相配合的第一齿条，第一齿条连接采摘臂，采摘臂的一端设置有与弹簧19、闸线8相配合的柔性夹钳，闸线受手轮上按钮的控制实现柔性夹钳的开启与闭合，在柔性夹钳上设置有用于执行剪切动作的快速刀片20；

一次收集机构包括第二同步带下轮25、换向齿轮26、第二齿轮27、第二齿条28、第二导轨30和收集臂29，第二同步带下轮和换向齿轮同轴设置，在第二同步带上轮与第二同步带下轮设置第二同步带使二者同步转动，换向齿轮与第二齿轮相互啮合设置，在第二导轨上设置有可沿其滑动且与第二齿轮相配合的第二齿条，第二齿条连接收集臂，收集臂上安装有用于将掉落草莓收集的收集铲；

二次收集机构包括收集平台32、领口结构31、传送带34、电机33和收集箱9，收集平台设置于一次收集机构的垂直下方，收集平台上设置有领口结构以使经收集铲收集的草莓从领口结构垂直掉落于传送带上，传送带由电机驱动，在传送带上设置有搬运竖板，收集箱位于传送带一侧用于接收由传送带上掉落的草莓。

所述脚轮数量为4个。

所述承载架由不锈钢管材焊接成型。

所述拉杆与底盘相垂直。

在所述拉杆的上端设置有用于推动运动承载机构行进的扶手1。

所述拉杆为升降式拉杆，可供使用时调节高度。

所述收集铲为上方及朝向内侧开放的盒体结构。

所述收集平台为倾斜放置的平板结构。

所述收集臂的动作方向与收集平台相平行，以使经收集铲收集的草莓顺利达到领口结构处。

在所述底盘上设置有供收集箱放置的卡槽，在方便收集箱更换的同时保证其工作时位置的稳定。

实施例2

基于人机协作的草莓采收一体化系统在进行使用时：

采摘：转动手轮，通过第一同步带上轮、第一同步带、第一同步带下轮同步传动，第一齿轮和第二同步带上轮发生同步转动，第一齿轮通过第一齿条推动采摘臂伸出，第二同步带下轮通过第二同步带与第二同步带上轮同步转动，第二同步带下轮通过换向齿轮使第二齿轮发生反向转动，即带动收集臂执行向回收缩的动作，在转动手轮的过程中，按压按钮，通过闸线控制弹簧缩紧，柔性夹钳张开，当柔性夹钳达到待采摘草莓位置时，松开按钮，弹簧弹回，使柔性夹钳夹紧，柔性夹钳上的快速刀片将草莓果实的果柄剪断，柔性夹钳夹持着草莓，采摘动作完成；

一次收集：向相反反正转动手轮，通过第一同步带上轮、第一同步带、第一同步带下轮同步传动，第一齿轮和第二同步带上轮发生同步转动，第一齿轮通过第一齿条推动采摘臂收回，第二同步带下轮通过第二同步带与第二同步带上轮同步转动，第二同步带下轮通过换向齿轮使第二齿轮发生反向转动，收集臂同步伸出，此时按压按钮弹簧缩紧柔性夹钳张开，草莓掉落至收集铲内，再次转动手轮使采摘臂伸出时，收集臂收回，收集铲将收集的草莓运送至领口结构处，一次收集动作完成；

二次收集：电机驱动传送带转动，传送带上的搬运竖板将从领口结构掉落的草莓运送至收集箱内，二次收集动作完成。

实施例3

通过控制驱动齿轮旋转使齿条进行直线运动将采摘执行机构运行至果实上方果柄位置，末端柔性夹钳夹紧果柄后快速刀片将果柄切断，驱动齿轮反转使齿条反向直线运动将采摘执行机构收回，与此同时，收集臂在传动系统作用下伸出至夹若干果实的末端柔性夹钳下方，此时，末端柔性夹钳松开，果实落到收集中转站。至此，一次采摘结束。进行下一次采摘时，采摘执行机构伸出，收集臂反方向收回，将收集中转站中的果实推到下方的输送带上，最终将果实送到放置在移动式支承装置上的收集箱内。至此，一次收集结束。综上，本装置包括运动承载机构、控制机构、采摘机构、一次收集机构和二次收集机构，通过传送带结构，将采摘、收集的动作简化为转动手轮及控制按钮来执行，使采摘草莓的过程得到了简化；而且本装置不仅可用于草莓的采摘，其他与草莓类似具有果柄的果实，均可适用，实现了草莓类水果的机械化采摘，节省了采摘劳动的体力，提高了劳动效率。

以上对本实用新型做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本实用新型的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.基于人机协作的草莓采收一体化系统，其特征在于：包括运动承载机构、控制机构、采摘机构、一次收集机构和二次收集机构；

运动承载机构包括底盘、脚轮、承载架和拉杆，脚轮设置于底盘底部，承载架设置于底盘上用于承载采摘机构、一次收集机构和二次收集机构，在承载架上设置有拉杆；

控制机构通过控制机构安装架设置于拉杆的上端，使之位于承载架的垂直上方，控制机构包括按钮、手轮、第一同步带上轮和传动轴，手轮通过传动轴与第一同步带上轮同轴设置，手轮上设置有用于控制采摘机构中柔性夹钳开合的按钮；

采摘机构包括第一同步带下轮、第二同步带上轮、第一齿轮、第一齿条、第一导轨和采摘臂，第一同步带下轮、第二同步带上轮和第一齿轮三者同轴设置，在第一同步带上轮和第一同步带下轮之间设置第一同步带以实现二者的同步转动，第一齿轮位于第一同步带下轮、第二同步带上轮之间，在第一导轨上设置有可沿其滑动且与第一齿轮相配合的第一齿条，第一齿条连接采摘臂，采摘臂的一端设置有与弹簧、闸线相配合的柔性夹钳，闸线受手轮上按钮的控制实现柔性夹钳的开启与闭合，在柔性夹钳上设置有用于执行剪切动作的快速刀片；

一次收集机构包括第二同步带下轮、换向齿轮、第二齿轮、第二齿条、第二导轨和收集臂，第二同步带下轮和换向齿轮同轴设置，在第二同步带上轮与第二同步带下轮设置第二同步带使二者同步转动，换向齿轮与第二齿轮相互啮合设置，在第二导轨上设置有可沿其滑动且与第二齿轮相配合的第二齿条，第二齿条连接收集臂，收集臂上安装有用于将掉落草莓收集的收集铲；

二次收集机构包括收集平台、领口结构、传送带、电机和收集箱，收集平台设置于一次收集机构的垂直下方，收集平台上设置有领口结构以使经收集铲收集的草莓从领口结构垂直掉落于传送带上，传送带由电机驱动，在传送带上设置有搬运竖板，收集箱位于传送带一侧用于接收由传送带上掉落的草莓。

2.根据权利要求1所述的基于人机协作的草莓采收一体化系统，其特征在于：所述脚轮数量为4个。

3.根据权利要求1所述的基于人机协作的草莓采收一体化系统，其特征在于：所述承载架由不锈钢管材焊接成型。

4.根据权利要求1所述的基于人机协作的草莓采收一体化系统，其特征在于：所述拉杆与底盘相垂直。

5.根据权利要求1所述的基于人机协作的草莓采收一体化系统，其特征在于：在所述拉杆的上端设置有用于推动运动承载机构行进的扶手。

6.根据权利要求1所述的基于人机协作的草莓采收一体化系统，其特征在于：所述拉杆为升降式拉杆。

7.根据权利要求1所述的基于人机协作的草莓采收一体化系统，其特征在于：所述收集铲为上方及朝向内侧开放的盒体结构。

8.根据权利要求1所述的基于人机协作的草莓采收一体化系统，其特征在于：所述收集平台为倾斜放置的平板结构。

9.根据权利要求1所述的基于人机协作的草莓采收一体化系统，其特征在于：所述收集臂的动作方向与收集平台相平行。

10.根据权利要求1所述的基于人机协作的草莓采收一体化系统，其特征在于：在所述底盘上设置有供收集箱放置的卡槽。