CN208370273U - 一种一体化草莓采摘器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种一体化草莓采摘器，其包括外壳、剪切结构、传动结构和收集器。外壳的一端设一缺口，另一端设有凹槽一，底部开设有缝隙。剪切结构包括：夹取构件、刀片下固定座、刀片、刀片上夹片、拉杆、钢丝。夹取构件、刀片下固定座、刀片、刀片上夹片相互固定后安装在外壳缺口处，与外壳同轴转动连接。刀片与刀片下固定座转动连接。钢丝连接拉杆后再与刀片上夹片相连。传动结构包括电机，驱动轮，齿轮一，齿轮二，带轮一、带轮二与同步带。通过电机驱动齿轮一与齿轮二相向转动，带动外壳内的带轮一、带轮二及同步带同步运动。收集器呈网兜状固定在外壳下端。本实用新型有利于降低工人劳动强度，且效率高，价格低廉。

Description

一种一体化草莓采摘器

技术领域

本实用新型涉及一种农林器械，具体涉及一种一体化草莓采摘器。

背景技术

草莓的果实的水分含量达到90％以上,组织比较娇嫩，果皮薄，因此在鲜果采收和储运的过程中容易受到机械性损伤。草莓极不易保存，储存时间短，在短时间内采摘劳动强度很大。再加上草莓分布高低不均、对触碰力度控制要求高以及由于单果成熟期不一致。而需选择性采摘等特点，更大大增加了果农采摘时的负担。往往经过一天的劳作之后，果农直不起腰，疼痛需要贴膏药方能缓解，长久以往易患腰部疾病，对果农的身体造成一定的伤害。国内已有全自动草莓采摘机器人，但其只适用于高架种植的草莓，而我国绝大多部分都是地垄式种植的草莓，因此具有局限性。现阶段我国也有针对地垄式草莓采摘的装置，但效率低和成本高的问题依然存在。所以现阶段急需针对这一突出问题，来设计一款辅助的人工采摘草莓装置，让果农无需弯腰降低采摘的劳动强度，同时成本低，提高采摘的效率以及果农的幸福感。

实用新型内容

本实用新型提供了一种一体化草莓采摘器，针对地垄式种植的草莓，实现夹取、剪切、运送、收集的连续作业，极大的降低了工人的劳动强度，提高了草莓的采摘效率且成本低廉。

本实用新型采用以下技术方案实现，一种一体化草莓采摘器，其包括：外壳、剪切结构、操作手柄、传动结构和收集器；

外壳，其一端的一侧开设有一缺口而另一侧安装有穿透外壳的一个转动轴一；外壳的另一端上开设有一凹槽一；在外壳上开设有一缝隙，缝隙位于外壳缺口端与凹槽一之间；

剪切结构，其包括：夹取构件、下固定座、刀片、上夹片、拉杆、钢丝；夹取构件、刀片下固定座、刀片上夹片三者的一端通过一个转动轴二转动连接在所述缺口处；夹取构件呈U型结构，且U型开口朝向外壳的一端；刀片下固定座的另一端通过一个转动轴三与夹取构件的另一端固定；刀片的一端转动安装在刀片下固定座上且靠近转动轴二的一端；刀片上夹片呈L型，刀片上夹片的一端压在刀片一端的上表面后，固定在刀片下固定座上靠近转动轴二的一端；刀片上夹片的另一端设有一凹槽二；拉杆安装在与缝隙所在面相对的侧面上，拉杆的一端设有一凸起结构，所述凸起结构能够在所述凹槽二内滑动；

操作手柄，其包括副手柄和主手柄；副手柄竖直安装在凹槽一内，副手柄与凹槽一内侧壁转动连接；副手柄的一端与拉杆的另一端连接；主手柄安装在外壳的另一端，主手柄上设有一凸起结构二，所述凸起结构二插入凹槽一内，且与凹槽一固定；主手柄的一端与副手柄转动连接；主手柄上设有电机开关；

传动结构，其包括电机，驱动轮，齿轮一，齿轮二，带轮一、带轮二与同步带；电机固定在外壳上；电机与电机开关电性连接；驱动轮安装在电机上，且与电机传动连接；齿轮一与齿轮二分别安装在所述缝隙所在的侧面上，且分别位于缝隙的两侧；且驱动轮、齿轮一与齿轮二之间相互啮合；通过电机驱动齿轮一与齿轮二相向转动；带轮一、带轮二分别安装在外壳内，位于且缝隙的两侧，且带轮一与齿轮一传动连接，带轮二与齿轮二传动连接；两根同步带分别安装在外壳内，其中一根同时绕在相应的带轮一与转动轴三上，同步带上的齿与带轮一上的齿相啮合；另一根同时绕在相应的带轮二与转动轴一上，同步带上的齿与带轮二上的齿相啮合；

收集器，其呈网兜状，其固定在外壳靠近主手柄的一端，且网兜开口朝向外壳所在方向。

作为上述方案的进一步改进，所述草莓采摘器还包括夹持结构，所述夹持结构包括固定在外壳内的多个支座、所述每个支座朝向同步带的一侧面开设有一盲孔，一端套装在相应多个盲孔内的多个弹簧二，套装在相应的多个弹簧二内的多个圆柱体，与相应的多个弹簧二的另一端及相应的多个圆柱体的一端分别固定的挡板，同步带安装在所述挡板上。

作为上述方案的进一步改进，所述剪切结构还包括固定座一，固定座一安装在拉杆与外壳之间，固定座一上设有一平行于拉杆的导向轴一，所述拉杆穿过所述导向轴一。

作为上述方案的进一步改进，所述剪切结构还包括固定座二，固定座二安装在钢丝与外壳之间，固定座二上设有一平行于钢丝的导向轴二，所述钢丝穿过所述导向轴二。

作为上述方案的进一步改进，所述剪切结构还包括弹簧一，弹簧一套装在拉杆上，且位于导向轴与凸起结构一之间。

作为上述方案的进一步改进，位于在刀片下固定座与刀片上夹片上分别安装两个固定件，两个固定件分别位于刀片两侧，在所述两个固定件之间安装一根弹簧三。

作为上述方案的进一步改进，所述副手柄上靠近相应电机开关一侧设有一凸起结构三，凸起结构三与电机开关相对设置。

作为上述方案的进一步改进，所述剪切结构还包括螺母，螺母安装在拉杆与凸起结构一之间，所述螺母与拉杆、凸起结构一之间分别采用螺纹连接。

作为上述方案的进一步改进，所述剪切结构还包括钢丝，所述钢丝的一端与拉杆连接，且另一端由副手柄的一端穿过，与副手柄的另一端固定。

作为上述方案的进一步改进，所述剪切结构还包括挂钩，挂钩安装在拉杆与钢丝之间，挂钩的一端套装在拉杆上，挂钩的另一端与钢丝连接。

本实用新型提供的一种一体化草莓采摘器，使采摘工人不用弯腰采摘草莓，而可以直接摘取。另外由于此实用新型同步带夹持结构的设计，当草莓随着同步带离开剪切结构后，被夹在采摘器的中间部分，使得草莓能够保持不掉落，此时即可准备采摘下一个草莓，完成采摘过程的夹取、剪切、运送、收集的连续作业，这极大的提高了草莓的采摘效率。同时本实用新型采用的结构简易，成本低廉，也更加符合市场的需求。

附图说明

图1为本实用新型一种一体化草莓采摘器结构示意图。

图2为图1中一体化草莓采摘器另一角度结构示意图。

图3为图1中一体化草莓采摘器结构俯视图。

图4为图1中前端剪切结构局部放大主视图。

图5为图4中拉杆及其附近结构的局部放大图。

图6为图1中后端局部放大主视图。

图7为图1内部一侧同步带及其相关部件的结构示意图。

图8为图1内部同步带及其相关部件的局部结构俯视图。

图9为图2中齿轮组的连接示意图。

图10为本实用新型中收集器结构简图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例1

请参阅图1至图3，本实用新型提供一种一体化草莓采摘器包括：外壳1、剪切结构、操作手柄、传动结构夹持结构和收集器38。

外壳1呈长方体结构，外壳1的一侧开设有一缺口而另一侧安装有穿透外壳的一个转动轴一2。外壳1的另一端上开设有一凹槽一4。在外壳1上开设有一缝隙9，缝隙9位于外壳1的缺口端与凹槽一4之间；

请一并参阅图4及图5，剪切结构包括：夹取构件6、刀片下固定座8、刀片10、刀片上夹片12、拉杆14和钢丝16，弹簧三56、弹簧一54、固定座一46、导向轴一48、固定座二50、导向轴二52、挂钩60。夹取构件6、刀片下固定座8、刀片上夹片12三者分别安装在外壳1缺口处，夹取构件6、刀片下固定座8、刀片上夹片12三者的一端分别与外壳1通过转动轴二3同轴转动连接。夹取构件6呈U型结构，且U型开口朝向外壳1的一端未开设缺口处。刀片下固定座8的另一端通过转动轴三与夹取构件6的另一端固定。刀片10的一端安装在刀片下固定座8上且靠近转动轴二3的一端。刀片上夹片12呈L型，刀片上夹片12的一端压在刀片10一端的上表面，且安装在刀片下固定座8上且靠近转动轴二3的一端，刀片上夹片12的另一端设有一凹槽二5。在刀片下固定座8与刀片上夹片12上分别安装有两个固定件，两个固定件分别位于刀片10两侧。弹簧三56安装在两个固定件之间，使刀片10与夹取构件6之间连接。

拉杆14安装在缝隙所在面的相对的侧面上，拉杆14的一端设有一凸起结构一，凸起结构一能够在凹槽二5内滑动。当拉动拉杆14时，刀片10与夹取构件6一同同向绕转动轴一2转动，转动至夹取构件6夹紧草莓果柄时，夹取构件6停止转动，而刀片10继续绕转动轴一2转动到剪断草莓果柄，这样就做到了先夹后剪。

在拉杆14与凸起结构一之间安装螺母62，所述螺母62与拉杆14和凸起结构一之间分别采用螺纹连接。弹簧一54套装在导向轴一48与凸起结构一之间的拉杆14上。拉杆14与外壳1之间设有一固定座一46，固定座一46上设有一平行于拉杆14的导向轴一48，拉杆14穿过导向轴一48，固定在外壳1上。通过旋转螺母62可以调节拉杆14的长度，可以很好的灵活控制刀片10的张角。由于弹簧一54的存在，拉杆14松开时，剪切机构自动恢复到原来的角度。导向轴一48限制并固定了拉杆14的运动方向，使得机构更加稳定。

请一并参阅图6，钢丝16与拉杆14的另一端连接，在钢丝16与外壳1之间设有一固定座二50，固定座二50上设有一平行于钢丝16的导向轴二52，钢丝16穿过导向轴二52固定在外壳1上。挂钩60安装在拉杆14与钢丝16之间，挂钩60的一端套装在拉杆14上，挂钩60的另一端与钢丝16连接。

操作手柄包括副手柄18和主手柄20。副手柄18竖直安装在凹槽一4内，副手柄18与凹槽一4内侧壁转动连接。钢丝16由副手柄18的一端穿过，且与副手柄18的另一端固定。主手柄20安装在外壳1的另一端，主手柄20上设有一凸起结构二，凸起结构二插入凹槽一4内，且与凹槽一4固定。主手柄20的一端与副手柄18转动连接。主手柄20上设有电机开关22。在副手柄18上靠近相应电机开关22一侧设有一凸起结构三58，凸起结构三58与电机开关22相对设置。

请一并参阅图7至图9，传动结构包括电机24，驱动轮26，齿轮一28，齿轮二30，带轮一32、带轮二34与同步带36。电机24固定在外壳1上，且垂直于缝隙9所在的一侧面。电机24与电机24开关22电性连接；驱动轮26安装在电机24上，且与电机24传动连接。齿轮一28与齿轮二30分别安装在缝隙9两侧的外壳1上，且驱动轮26、齿轮一28与齿轮二30之间相互啮合。通过电机24驱动齿轮一28与齿轮二30相向转动。带轮一32与带轮二34分别安装在外壳1内缝隙9的两侧，且带轮一32与齿轮一28传动连接，带轮二34与齿轮二30传动连接。两根同步带36，一根绕在相应的带轮一32与转动轴三上，且与带轮一32啮合。另一根绕在相应的带轮二34与转动轴一2上，且与带轮二34啮合。

副手柄18的转动带动钢丝16收紧进而带动前端拉杆14，转动刀片10进行剪切，当副手柄18转动到末端位置会触发电机24开关22，控制电机24运转，电机24通过齿轮传动带动同步带36，使同步带36夹住草莓向上运送。

本实施例中，利用减速电机24驱动同步带36轮利用减速电机24配合齿轮一28和齿轮二30，带动带轮一32与带轮二34，当电路接通时，减速电机24运转，带动带轮一32与带轮二34运动，同时带动与其啮合的同步带36运动，夹住的草莓通过同步带36的运动向上运送。此方案简单，实用性很强。

夹持结构包括固定在外壳1内的多个支座40、所述每个支座40朝向同步带36的一侧面开设有一盲孔，一端套装在相应多个盲孔内的多个弹簧二42，套装在相应的多个弹簧二42内的多个圆柱体，与相应的多个弹簧二42的另一端及相应的多个圆柱体的一端分别固定的挡板44，同步带36安装在挡板44上。在采摘器没有负载时，此结构中的挡板44与同步带36面接触，撑住同步带36。当采摘草莓时，虽然采摘的果柄直径大小不同，但此结构能够保证同步带36的张紧力，使采摘器夹住草莓不掉落。

请参阅图10，收集器38呈网兜状，其固定在外壳1靠近主手柄20的一端，且网兜开口朝向外壳1所在方向。

本实施例中，收集器38为采用绳索，铁丝等将网兜挂在外壳1靠近主手柄20的一端，该设计易收集易携带，且可与装置一同移动，同时容易拆卸和装配。当收集器38收满草莓时，即拆下收集器38，倒下采摘下的草莓，再装上空的收集器38。实验证明，该设计的收集器38能很好的适应草莓采摘作业面广这一事实。

实施例2

根据对草莓地的实地调研、查阅的大量资料以及大赛组委会的要求，设计的方向是辅助人工采摘装置。为了能达到不用弯腰，提高采摘效率的目的，作品应为半自动装置，作业员只需控制装置开关即可轻松采摘草莓。为此需要注意以下几点：

(1)草莓易碰伤，对采摘力度要求高，因此应该通过剪切草莓上方的果柄，达到采草莓的目的，保证不触碰草莓。

(2)装置要有四个功能，即夹取-剪切-运送-收集。

(3)草莓与地膜距离较近，设计的装置不能在采摘时破坏地膜。

(4)针对我国现阶段草莓种植户的现状，装置要有便携、成本低、操作简单、功能全面的特点，让每个种植户都能接受。

1、总体方案设计

方案一：本方案的基本思路是将拉杆14和平行剪切刀头组装在一起。平行式刀头刀片10之间的距离比剪刀式刀头刀片10之间的距离要短，能更方便的剪下草莓果柄。通过拉杆14的开关，控制前端刀头的闭合，剪切草莓上方的果柄。其刀头具有剪下和夹取的功能，即刀头闭合时，既能剪断草莓的果柄，又能紧紧地夹住，保证草莓不掉落。此方案实现了不用弯腰就可以采摘草莓，降低了劳动强度。但是，考虑到果农在采摘草莓时，一手拿此装置，另一只手需要拿果篮，采完后需将草莓放入篮中。而此拉杆14的长度较长，为70厘米，这就造成了放草莓的不方便。同时此装置很难实现在方案构想中的自动收集草莓的功能，而且其刀头在采摘时容易破坏草莓地的地膜。这些缺点的存在降低了草莓采摘的效率，因此放弃此方案。

方案二：针对方案一无法解决草莓自动传送与收集的问题，我们首先想到利用皮带轮解决这一问题。在两组皮带相同的位置上装上刀片10，传送带运动时，刀头同时运动，运动到两端时刀头处于分离状态，当运动至中间部分时刀头处于闭合状态，利用这一现象，在刀头运送至前端时，对准草莓果柄准备夹取，皮带继续运动，两刀头间距逐渐减小至闭合，实现对草莓果柄的剪断和夹住。皮带继续运动，刀片10夹住草莓运送至收集器38处，在收集器38处固定一刀片10，当刀头夹住草莓运送至此时，刀片10剪断草莓的果柄，使草莓进入收集器38中。此装置实现了草莓的剪取与自动传送与收集。但此方案存在不足，即刀片10与传送带之间的连接不好实现，其强度不够，会出现夹不住草莓而至草莓掉落的情况。而且其夹取草莓时刀头是运动的，这就增加了采摘的难度，并且容易破坏草莓地的地膜。通过对皮带的了解，两组皮带轮同步运动较难实现，同时皮带打滑的情况也无法很好的规避。故此方案舍去。

方案三：针对前两种方案的种种问题，我们经过分析做出了一些改进。我们确定以两组同步带36轮为装置的主体，以不锈钢为外壳1，在确保能够实现构想中功能的同时，结构应该最大程度的精简。为此我们对装置采用了一体化设计，即精简的装置能够实现夹取-剪切-运送-收集四个功能。

2、各结构选择方案设计

(1)夹持机构设计

链传动：可传递较大载荷以及远距离传输，但是瞬时链速和传动比不是常数，传动平稳性较差，工作中有一定的冲击和噪声。

齿轮传动：传动平稳，传动比精确，工作可靠、效率高、寿命长，使用的功率、速度和尺寸范围大；缺点：重量大、噪音大、传动距离较小、需要经常润滑。

皮带传动：一种依靠摩擦力来传递运动和动力的机械传动，皮带有良好的弹性，在工作中能缓和冲击和振动，运动平稳无噪音。载荷过大时皮带在轮上打滑，因而可以防止其他零件损坏，起安全保护作用。皮带是中间零件。它可以在一定范围内根据需要来选定长度，以适应中心距要求较大的工作条件。结构简单制造容易，安装和维修方便，成本较低。缺点是：靠摩擦力传动，不能传递大功率。传动中有滑动，不能保持准确的传动比，效率较低。在传递同样大的圆周力时，外廓尺寸和轴上受力都比齿轮传动等啮合传动大。皮带磨损较快，寿命较短。

同步带轮传动：是由一条内周表面设有等间距齿的环形皮带和具有相应齿的带轮所组成，运行时，带齿与带轮的齿槽相啮合传递运动和动力，它是综合了皮带传动、链传动、齿轮传动各自优点的新型带传动。同步带36是以钢丝绳或玻璃纤维为强力层，外覆以聚氨酯或氯丁橡胶的环形带，带的内周制成齿状，使其与齿形带轮啮合。其传动比准确，对轴作用力小，结构紧凑，耐油，耐磨性好，抗老化性能好，一般使用温度-20℃-80℃，传动速度v<50m/s，功率P<300kW,传动比i<10,对于要求同步的传动也可用于低速传动。

特点：

(I)传动准确，工作时无滑动，具有恒定的传动比；

(II)传动平稳，具有缓冲、减振能力，噪声低；

(III)传动效率高，可达0.98，节能效果明显；

(IV)维护保养方便，不需润滑，维护费用低；

(V)速比范围大，一般可达10，线速度可达50m/s，具有较大的功率传递范围，可达几瓦到几百千瓦；

(VI)可用于长距离传动，中心距可达10m以上；

(VII)相对于V型带传送，预紧力较小，轴和轴承上所受载荷小；

综合考虑作品的传动类型选为同步带36轮传动更合适。

(2)剪切结构设计

既然是一体化设计，就得根据主体同步带轮的特点实现对草莓果柄的夹取与剪切，于是产生了两种不同的方案。

方案一：在采摘器左侧前端4cm处，设计剪切机构，使其可以绕轴转动，通过拉杆14与开关连接，控制其张开与闭合，张开的最大角度为24°。在采摘器的右前端有固定的刀片10。当确定好采摘的目标时，控制开关使前端闭合，同时能够夹紧草莓并剪断草莓果柄。这种设计夹取和剪切是同时实现的，没有先后顺序，无法同时确定功能是否均实现。

方案二：由于方案一存在的缺陷，将前端剪切结构设计为先夹后剪。将夹和剪这两个功能分别分开，所以机构由刀片10与夹取构件6两部分组成，两者之间通过弹簧三56相连。拉杆14与刀片10紧固件连接，当拉动拉杆14时，刀片10与夹取构件6一同同向绕轴转动。转动至夹取构件6夹紧草莓果柄时，夹取构件6停止转动。而刀片10继续绕轴转动到剪断草莓果柄，做到先夹后剪。综合考虑选用方案二。

(3)拉杆14的选择

剪切结构的拉杆14与采摘器末端的开关相连，拉杆14的选择一共有两套方案。

方案一：用一根直径为3mm的铁杆连接剪切结构前端与开关。此方案很简单，但是前端与刀片下固定座8、刀片上夹片12连接运动时，刀片下固定座8、刀片上夹片12为绕轴转动，其轨迹不是一条直线，同时由于刀片下固定座8、刀片上夹片12有时角度需要调节，而铁杆不能拉伸，所以不能很好的实现。

方案二：利用拉杆14导向机构与剪切结构连接，再利用细钢丝16与副把柄相连。通过旋转螺母62可以调节拉杆14的长度，可以很好的灵活控制刀片10的张角。由于弹簧三56的存在，当松开拉杆14时，剪切结构自动恢复到原来的角度。导向轴一48限制并固定了拉杆14的运动方向，使得结构更加稳定。综合考虑选择方案二。

(4)同步带36夹持结构的设计

运送草莓是依靠两组同步带36夹住草莓的果柄，达到将草莓向上运输的目的。但是同步带36较软，无法夹紧草莓果柄，会造成草莓脱落的情况。为了解决这个问题我们有两种方案。

方案一：将木条固定到外壳1中，利用木条与同步带36面接触，撑住同步带36，保证其受力不变形，能够夹住草莓果柄，不让草莓掉落。但是根据调研的情况了解到：草莓果柄粗细不同，木条没有弹性。当果柄很粗时，同步带36与木条之间的摩擦会很大，出现运送缓慢或不动的情况；当果柄很细时，出现运送中途掉落和夹不住的情况。

方案二：针对方案二存在的问题，改进了同步带36夹持结构。外壳1中固定四个支座40，每个支座40中心处都会挖去直径为6mm，高位3mm的圆柱(未贯穿)。直径为4mm长为5mm的圆柱体与支撑同步带36的铝合金挡板44固连(为了图像表达的效果更好，图中小圆柱体没有画出)，圆柱体上套上线径0.4mm，外径为5mm，长度为7mm的弹簧二42与支座40上的孔配合。

在采摘器没有负载时，此机构中的铝合金挡板44与同步带36面接触，撑住同步带36。当采摘草莓时，虽然采摘的果柄直径大小不同，但此结构能够保证同步带36的张紧力，使装置夹住草莓不掉落。综合考虑选择方案二。

(4)传动结构的选择

传动结构提供动力，带动同步带36轮运动，运送草莓，对此有两种方案。

方案一：利用齿轮箱控制同步带36轮的运动。用齿条配合齿轮带动齿轮运动，拉动齿条利用齿轮放大同步带36轮的运动距离，达到可以单手控制电机开关22。当电机开关22处于放松状态，同步轮不运动。经过计算，对电机开关22慢慢施加压力直至握紧时，通过齿轮使同步带轮运动，让草莓刚好运送到收集器38内。此传动方法节能环保，不需要使用其他动力装置，人工控制即可。但无法有效解决如何控制前端剪切结构的闭合，因为电机开关22控制的是同步带轮的运动，无法控制前端剪切结构的开关。剪切和传动不连贯，使操作无法进行。而且齿轮的传动比为1：10，对握力要求较高，不方便操作。

方案二：利用减速电机24驱动同步带轮。利用减速电机24配合齿轮带动同步带轮，当电路接通时，减速电机24运转，同步带轮运动，夹住的草莓通过同步带轮的运动向上运送。此方案简单，实用性很强。

(5)副手柄18的设计

由于夹住和剪切草莓果柄这两个功能是由采摘器末端副手柄18来实现的，所以开关的设计直接影响实际操作。对此开关的设计有两种方案。

方案一：将开关设计为移动副。由受力分析可知，由于装置本身的限制，力只能作用在构件的下端。其在受力时，两个力的作用点不同，会产生力偶。由于力偶的存在导致构件不能沿水平方向移动，此时构件会与壳体有较大的摩擦，使得末端控制开关不好操控前端剪切机构，造成了使用上的不方便。

方案二：将开关设计为转动副。通过控制构件，使得构件绕轴转动，带动杆一起运动，进而能很好的控制装置前端剪切机构。再通过复位弹簧使得构件恢复到初始位置，即装置前端剪切机构处于张开状态。此种设计操作方便，简单实用。综合考虑选用方案二。

(6)收集器38的设计

方案一：此收集器38是由具有弹性的网和果篮组成。将弹性网一端固定在草莓掉落的指定位置，当草莓向上运送至此，会自动掉落到具有弹性的网中，草莓顺着网滑落到果篮中，完成草莓的收集任务。但是实际在操作时，草莓的自动掉落的指定位置离地的高度至少有一米，当从这样的高度滑落到果篮中，由于速度的原因，很容易导致草莓的损伤。其次，草莓有大有小。当草莓越小，弹性网的缓冲效果越差，导致无法采摘体积较小的草莓。最后摘草莓的作业面很广，此收集器38不易携带，所以有一定的局限性。

方案二：针对方案一的缺陷，此次设计易收集易携带，且可与装置一同移动，同时容易拆卸和装配。当收集器38收满草莓时，即拆下收集器38，倒下采摘下的草莓，再装上空的收集器38。此方案中，收集器38能很好的适应草莓采摘作业面广这一事实。

2、零件选择和设计

本设计最大的特点在于它能够实现草莓采摘的夹取-剪切-运送-收集四个功能，因此在零件的选择与设计上合理方能更好的实现设计的功能。

(1)减速电机选型

根据草莓的输送速度，选择的减速电机型号为GA12-N20微型直流齿轮减速电机。其空载输出转速为100rpm/min，负载转速为80rpm/min，额定扭矩为2kg/cm，额定工作电压为12V，额定电流300mA，堵转力矩16kg/cm，堵转电流300mA，减速比为298。

(2)齿轮系设计

齿轮系设计基本思路是，同步带轮与电机24的齿轮配合，通过电机24运转，带动两同步带轮相向运动，齿轮的具体参数如表3-1所示。

表3-1各齿轮设计参数

(3)同步带36的选择

查阅资料了解到同步带36的各种型号与参数如表3-1所示，考虑到设计采摘器的尺寸大小、草莓果柄的长度，结合同步带36的型号及参数，进过反复比对筛选，最终选用了规格型号为518MXL，周长1316.736mm，齿数648，带宽为10mm，齿形为梯形齿的同步带36。

表3-2梯形齿同步带型号参数

(4)同步轮的选择

根据同步带36的选择，确定带轮(32，34)的型号为MXL，十五齿，槽宽11mm，内孔5mm，直径10mm。

(5)不锈钢外壳1尺寸的设计

根据草莓地地垄的高度和身高区间为155cm-180cm来设计不锈钢外壳1的长度。采摘器外壳1长为705mm，外壳带缺口一侧长为665mm。不锈钢的厚度为0.5mm，两外壳1上底、下底以及高均为13.5mm。所以外壳1总长为705mm，总宽为27mm，高为13.5mm。

(6)外壳1下端间隙的尺寸

由于采摘器的主要工作流程是前端夹住草莓的果柄，通过同步带轮运送至指定位置处。通过调研发现草莓的果柄最粗为2.5mm，所以下端缝隙9尺寸设计为3mm。

(7)草莓自动掉落的位置

同步带之所以能够夹住草莓，是因为有同步带36夹持结构的支撑。在没有夹持结构的支撑下，草莓就会掉落，所以夹持结构设置的长度为550mm。当草莓向上运送的距离大于550mm时，就会自动掉入收集器38。

3、工作原理及性能分析

本实用新型采摘草莓主要通过带轮一32及带轮二34来实现采摘草莓的夹取-剪切运送-收集四个功能。下面将详细流程予以说明：

(1)先夹后剪：确认采摘的目标(由于装置的前端很窄仅为20mm，簇状分布长在一起的草莓亦可轻松采摘)，将采摘器前端剪切结构对准目标草莓的果柄。对准后，通过拉杆14连接采摘器末端的副手柄18，控制前端的剪切结构先夹住草莓的果柄。之后，继续控制副手柄18至前端刀头剪断草莓果柄。

(2)运送草莓：在剪切结构完成对草莓的剪切任务时，即触发电机开关22，接通电路，电机24运转带动带轮一32及带轮二34运动，使得草莓果柄沿着外壳1下端的缝隙9，顺着同步带36向上运输。

(3)草莓的收集：当草莓向上运送的距离大于550mm时，此时同步带36没有夹持结构支撑，同步带36将无法夹住草莓，此时草莓自动掉落到收集器38中。

效率高的原因：当草莓离开前端剪切结构时，即可松开电机开关22，准备采摘下一个草莓，此时离开前端剪切机构的草莓仍然被夹住，不会掉落。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.一种一体化草莓采摘器，其特征在于，其包括：外壳(1)、剪切结构、操作手柄、传动结构和收集器(38)；

外壳(1)，其一端的一侧开设有一缺口而另一侧安装有穿透外壳(1)的一个转动轴一(2)；外壳(1)的另一端上开设有一凹槽一(4)；在外壳(1)上开设有一缝隙(9)，缝隙(9)位于外壳(1)的缺口端与凹槽一(4)之间；

剪切结构，其包括：夹取构件(6)、下固定座(8)、刀片(10)、上夹片(12)、拉杆(14)、钢丝(16)；夹取构件(6)、刀片下固定座(8)、刀片上夹片(12)三者的一端通过一个转动轴二(3)转动连接在所述缺口处；夹取构件(6)呈U型结构，且U型开口朝向外壳(1)的一端；刀片下固定座(8)的另一端通过一个转动轴三(7)与夹取构件(6)的另一端固定；刀片(10)的一端转动安装在刀片下固定座(8)上且靠近转动轴二(3)的一端；刀片上夹片(12)呈L型，刀片上夹片(12)的一端压在刀片(10)一端的上表面后，固定在刀片下固定座(8)上靠近转动轴二(3)的一端；刀片上夹片(12)的另一端设有一凹槽二(5)；拉杆(14)安装在与缝隙(9)所在面相对的侧面上，拉杆(14)的一端设有一凸起结构，所述凸起结构能够在所述凹槽二(5)内滑动；

操作手柄，其包括副手柄(18)和主手柄(20)；副手柄(18)竖直安装在凹槽一(4)内，副手柄(18)与凹槽一(4)内侧壁转动连接；副手柄(18)的一端与拉杆(14)的另一端连接；主手柄(20)安装在外壳(1)的另一端，主手柄(20)上设有一凸起结构二，所述凸起结构二插入凹槽一(4)内，且与凹槽一(4)固定；主手柄(20)的一端与副手柄(18)转动连接；主手柄(20)上设有电机开关(22)；

传动结构，其包括电机(24)，驱动轮(26)，齿轮一(28)，齿轮二(30)，带轮一(32)、带轮二(34)与同步带(36)；电机(24)固定在外壳(1)上；电机(24)与电机开关(22)电性连接；驱动轮(26)安装在电机(24)上，且与电机(24)传动连接；齿轮一(28)与齿轮二(30)分别安装在所述缝隙所在的侧面上，且分别位于缝隙(9)的两侧；且驱动轮(26)、齿轮一(28)与齿轮二(30)之间相互啮合；通过电机(24)驱动齿轮一(28)与齿轮二(30)相向转动；带轮一(32)、带轮二(34)分别安装在外壳(1)内，位于且缝隙(9)的两侧，且带轮一(32)与齿轮一(28)传动连接，带轮二(34)与齿轮二(30)传动连接；两根同步带(36)分别安装在外壳(1)内，其中一根同时绕在相应的带轮一(32)与转动轴三(7)上，同步带上的齿与带轮一(32)上的齿相啮合；另一根同时绕在相应的带轮二(34)与转动轴一(2)上，同步带上的齿与带轮二(34)上的齿相啮合；

收集器(38)，其呈网兜状，其固定在外壳(1)靠近主手柄(20)的一端，且网兜开口朝向外壳(1)所在方向。

2.如权利要求1所述的一种一体化草莓采摘器，其特征在于，所述草莓采摘器还包括夹持结构，所述夹持结构包括固定在外壳(1)内的多个支座(40)、所述每个支座(40)朝向同步带(36)的一侧面开设有一盲孔，一端套装在相应多个所述盲孔内的多个弹簧二(42)，套装在相应的多个弹簧二(42)内的多个圆柱体，与相应的多个弹簧二(42)的另一端及所述相应的多个圆柱体的一端分别固定的挡板(44)，同步带(36)安装在所述挡板(44)上。

3.如权利要求1所述的一种一体化草莓采摘器，其特征在于，所述剪切结构还包括固定座一(46)，固定座一(46)安装在拉杆(14)与外壳(1)之间，固定座一(46)上设有一平行于拉杆(14)的导向轴一(48)，所述拉杆(14)穿过所述导向轴一(48)。

4.如权利要求1所述的一种一体化草莓采摘器，其特征在于，所述剪切结构还包括固定座二(50)，固定座二(50)安装在钢丝(16)与外壳(1)之间，固定座二(50)上设有一平行于钢丝(16)的导向轴二(52)，所述钢丝(16)穿过所述导向轴二(52)。

5.如权利要求1所述的一种一体化草莓采摘器，其特征在于，所述剪切结构还包括弹簧一(54)，弹簧一(54)套装在拉杆(14)上，且位于导向轴与凸起结构一之间。

6.如权利要求1所述的一种一体化草莓采摘器，其特征在于，在刀片下固定座(8)与刀片上夹片(12)上分别安装两个固定件，两个固定件分别位于刀片(10)两侧，在所述两个固定件之间安装一根弹簧三(56)。

7.如权利要求1所述的一种一体化草莓采摘器，其特征在于，所述副手柄(18)上靠近相应电机开关(22)一侧设有一凸起结构三(58)，凸起结构三(58)与电机开关(22)相对设置。

8.如权利要求1所述的一种一体化草莓采摘器，其特征在于，所述剪切结构还包括螺母(62)，螺母(62)安装在拉杆(14)与凸起结构一之间，所述螺母(62)与拉杆(14)、凸起结构一之间分别采用螺纹连接。

9.如权利要求1所述的一种一体化草莓采摘器，其特征在于，所述剪切结构还包括钢丝(16)，所述钢丝(16)的一端与拉杆(14)连接，且另一端由副手柄(18)的一端穿过，与副手柄(18)的另一端固定。

10.如权利要求9所述的一种一体化草莓采摘器，其特征在于，所述剪切结构还包括挂钩(60)，挂钩(60)安装在拉杆(14)与钢丝(16)之间，挂钩(60)的一端套装在拉杆(14)上，挂钩(60)的另一端与钢丝(16)连接。