CN209787880U - 一种菠萝辅助采摘装置 - Google Patents

Abstract

一种菠萝辅助采摘装置，涉及一种水果采摘装置，所述装置包括推杆把手与推杆角块连接，推杆与车体角块连接，角铁与车体用螺栓连接，前轮与前轮轴连接，前轮与车体用螺栓连接，后轮与后轮轴连接，后轮与车体用螺栓连接，并用轴套固定；机械手装置采摘板与两个机械爪用圆柱销连接，套筒与采摘板用螺纹连接，菠萝定位夹与机械爪用长螺栓连接，长螺栓在滑道滑动连接。该装置在操作过程中可以有效的保护菠萝与菠萝植株的完整性，保证了菠萝的经济价值与菠萝植株的再次结果，实现菠萝采摘与分离一体化，提高效率，降低成本。

Description

一种菠萝辅助采摘装置

技术领域

本实用新型涉及一种水果采摘装置，特别是涉及一种菠萝辅助采摘装置。

背景技术

目前,在菠萝采摘机械化方面还比较落后,基本上还是依靠人工采摘。由于菠萝叶子上有锋利的锐齿,果皮坚硬有凸起而且带有芒刺,纯手工采摘很容易使人受伤,严重影响了菠萝的采摘效率,使得采摘者麻烦不断。目前现有的菠萝自动采摘机,其动力机构是由庞大的拖拉机带动的。虽其采集效率比较高，但却非常的不经济，不仅会破坏菠萝果皮,影响其经济价值,而且还会破坏植株本体，严重影响植株的生长,破坏植株叶脉纤维质量，造成植株的枯菱,进而影响菠萝园下一年的收获量。为了迎合市场需求，在提高采摘效率、降低成本、提高安全性的基础上，我们应该采用半机械化采集式辅助工具进行采摘，因此这种工具毋庸置疑的具备广阔的市场前景。

通过对市场的细致调研，现阶段的菠萝采摘技术还不够成熟，半机械化的采摘方式大多还没有通过市场的考验，进而一直处于研究与实验阶段。因此当下的工人手动采集方法与半机械化动力收割是菠萝采摘技术的主要方法。

人工采集方法是通过特殊的菠萝收割刀具来进行采集的简单方法。其缺点是采集效率低下、容易造成工人误伤。

现有菠萝自动采摘机是以拖拉机为主要动力的半机械化采摘技术。该技术的缺点主要是易损伤菠萝表皮，降低了菠萝的经济利益，易损害菠萝植株，造成菠萝植株坏死，不能再次利用，增加成本。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种菠萝辅助采摘装置，该采摘装置的主要功能是对菠萝采摘进行有效辅助。本装置采用变结构机构，与空间旋转装置。该种装置在操作过程中可以有效的保护菠萝与菠萝植株的完整性，保证了菠萝的经济价值与菠萝植株的再次结果，实现菠萝采摘与分离一体化，提高效率，降低成本。

本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：

一种菠萝辅助采摘装置，所述装置包括推杆把手与推杆角块连接，推杆与车体角块连接，角铁与车体用螺栓连接，前轮与前轮轴连接，前轮与车体用螺栓连接，后轮与后轮轴连接，后轮与车体用螺栓连接，并用轴套固定；机械手装置采摘板与两个机械爪用圆柱销连接，套筒与采摘板用螺纹连接，菠萝定位夹与机械爪用长螺栓连接，长螺栓在滑道滑动连接；弹簧置于圆柱滑块内；铝条与圆柱滑块和弹簧用长螺栓连接，铝条与拉杆用螺栓，杆连接块套在套筒上，用螺栓固定，菠萝定位夹穿过杆连接块并用螺栓固定住，剪刀与平面四杆用圆柱销连接，并用支撑轴套固定，平面四杆与圆柱滑块用长螺栓连接；直线轴承套在套筒上，挡边轴承与旋转座连接，旋转座与直线轴承用光杠连接，光杠穿过挡边轴承；所述的套筒（16）为中间空心的圆柱筒状结构，且拉杆（15）置于套筒（16）中间空心内；

所述的一种菠萝辅助采摘装置，所述支撑杆与旋转座用支撑轴套固定。

所述的一种菠萝辅助采摘装置，所述支撑杆与光杠固定座用顶丝连接。

所述的一种菠萝辅助采摘装置，所述光杠固定座与车体用螺栓连接。

附图说明

图1是菠萝采摘机的主视图；

图2是采摘车的俯视图；

图3是机械手的主视图；

图4是机械手的俯视图；

图5是采摘车的左视图；

图6是菠萝采摘机的俯视图；

图7是菠萝采摘机的左视图。

图中：1-推杆把手、2-推杆、3-收集箱、4-支撑板、5-后轮轴、6-前轮、7-内六角锥端紧定螺钉、8-采摘板、9-后轮、10-六角螺母、11-深沟球轴承、12-前轮轴、13-弹簧、14-滑道、15-拉杆、16-套筒、17-轴套、18-剪刀、19-杆连接块、20-直线轴承、21-菠萝定位夹、22-机械爪、23-平面四杆、24-铝条、25-圆柱滑块、26-旋转座、27-圆柱销、28-支撑杆、29-角铁、30-车体、31-连接角块、32-挡边轴承、33-支撑轴套、34-光杠、35-光杆固定座。

具体实施方式

下面结合附图所示实施例对本实用新型进行详细说明。

如图1、图2、图6所示，推杆把手1与推杆2用40×40连接角块连接，推杆2与车体30用40×40连接角块连接，角铁29与车体30用螺栓连接，前轮6与前轮轴12连接，前轮12与车体30用螺栓连接，作为转向轮。后轮9与后轮轴5连接，后轮9与车体30用螺栓连接，并用轴套17固定。

操作者推动推杆把手1，将车推动到菠萝地内，操作者用机械手装置进行菠萝的采摘

机械手装置

如图3、图4所示，采摘板 8与两个机械爪22用圆柱销27连接，套筒 16与采摘板8用螺纹连接，菠萝定位夹21与机械爪22用长螺栓连接，长螺栓可以在滑道14滑动，实现机械爪22的夹紧运动。弹簧13放在圆柱滑块25里，实现来回伸缩。铝条24与圆柱滑块25和弹簧13用长螺栓连接，铝条24与拉杆15用螺栓，杆连接块19套在套筒16上，用螺栓固定，菠萝定位夹21穿过杆连接块19并用螺栓固定住，剪刀18与平面四杆23用圆柱销27连接，并用支撑轴套33固定，平面四杆23与圆柱滑块25用长螺栓连接。直线轴承20套在套筒16上，实现机械手的前后滑动，挡边轴承32与旋转座26连接，旋转座26与直线轴承20用光杠34连接，用且光杠穿过挡边轴承32，实现旋转运动。支撑杆28与旋转座26用支撑轴套33固定。支撑杆28与光杠固定座35用顶丝连接，光杠固定座35与车体30用螺栓连接。

如图4、图6所示操作者右手握住套筒16，操纵机械手将菠萝定位夹卡21在菠萝根部，左手向后拉动拉杆15，机械爪22从而实现闭合，并夹紧菠萝。操作者继续向后拉动拉杆15，剪刀18实现闭合，从而剪断菠萝根部。操作者操作机械手靠向收集箱3，操作者放开拉杆15，菠萝掉进收集箱中。

采摘菠萝需要的运行动作为前后运动（调整机械手对于菠萝的前后距离）、上下运动（使机械手臂对准菠萝茎的位置）、左右运动（使采摘装置运动至盛装装置），夹紧剪切运动（上面夹紧菠萝，下面剪切菠萝茎）。首先把车靠在菠萝垄边，然后运用空间旋转装置调整机械手的位置，用菠萝定位夹卡住菠萝的底部后，采用变结构机构，拉动拉杆，拉杆带动长螺栓，长螺栓带动弹簧，弹簧带动连接块，连接块向后运动是机械手闭合，上端机械爪夹紧菠萝，然后继续拉动拉杆，使剪刀闭合，从而剪段菠萝茎，继续采用空间旋转装置，使机械手水平左右移动，将采摘下来的菠萝放入收集箱内。

前后运动的分功能解析：菠萝定位夹，两分叉夹板的长度为150mm，宽度为114mm，可以更好地卡主并定位菠萝。当菠萝采摘机移动到菠萝树附近后，机械手可以向前移动或向后移动，用菠萝定位夹卡住菠萝，实现菠萝的定位，方便采摘。

考虑到每一个菠萝生长的位置都是不相同的，有的生长在垄的偏右侧，有的生长在垄的偏左侧，所以机械手一定要能够进行前后运动。我们在机械手的杆上装有直线轴承如图三所示，可以实现机械手的前后运动，来解决菠萝前后方向上的空间问题，方便采摘不同位置的菠萝。圆形直线轴承具有互换性，方便使用这进行安装和拆卸，维修起来也很方便。由于轴承需要支撑大部分的机械手的重量，所以在使用时需要轴承的起动性高，而圆形直线轴承在使用时摩擦阻力很小，功率消耗低，因此容易起动，机械效率也比较高。同时圆形直线轴承在使用时不会产生较大的噪音，并不会影响操作者的状态和心情，所以选择直线轴承为机械手的前后运动结构。由于菠萝左右长偏的距离最大为20cm，而机械手前后运动的行程为50cm，超出行程的情况较少，这里不做考虑。

上下运动的分功能解析：经过我们的调研知道，每一个菠萝的茎的高度都是不一样的，有的长的高一些，就需要机械手可以向上运动，有的长的低一些，就需要机械手可以向下运动，所以就需要机械手的上下运动来实现菠萝定位夹的定位。如图四所示两个挡板轴承卡在转轴板上，光杠与支撑管和两个挡板轴承相配合，两边用轴套挡住，防止光杠从两侧滑出。光杠与俩挡板轴承的配合有一个前后方向的转向力，可以使支撑管进行上下运动，从而带动支撑管上的机械手进行上下运动。由于整个机械手是用轻质材料制作而成的，所以一根光杠足以承受采摘机械手的重力。使用挡板轴承和光杠，可以实现无噪音运动且机构简单，价格便宜。菠萝茎的高低距离最大为10cm，而机械手可以上下运动的距离为50cm，足以实现菠萝的定位。

左右运动的分功能解析：机械手采摘菠萝时位于菠萝垄的左侧，这就需要机械手向右运动。机械手采摘完菠萝后，需要将菠萝运送回箱子里，而这就需要机械手向左运动。光杠与挡板轴承配合，下面用顶丝挡圈顶住转轴板，使转轴板和挡板轴承不会有向下运动的趋势。下面的光杠固定不动，上面的转轴挡板可以左右转动，从而带着机械手左右转动。机械手的重力约有50N,而顶丝挡圈可以承受的约为83N，足够承受整个机械手的重力。

夹紧剪切运动的分功能解析：为夹紧菠萝的机械手，机械手是由夹板框架，连接块，弹簧，机械爪和螺栓组成。弹簧里还有一个长45cm宽0.5cm厚0.2cm的铝片。铝片用螺栓与连接块和弹簧连接在一起，操作者通过拉动铝片拉杆，带动长螺栓和连接块一起向后运动，使机械爪闭合，从而实现夹紧菠萝。机械爪内表面被打磨的非常粗糙，防止菠萝从机械爪中脱落。弹簧选用直径为10mm，线径为0.8mm的弹簧，这种弹簧的弹性系数比较大，不容易发生较大的形变，这样才可以带动连接块一起向后运动。原本的机械爪上只有一个孔，为了和螺栓固定，但是那样的设计机械爪却是动不了的，所以我们改为了长60mm宽4mm的条形设计，因为螺栓可以在条形口中滑动，机械手有了可移动的空间，这样才能实现夹紧现象。剪切结构采用平行四杆机构，四个构件都有销和挡圈固定，这样可以使四个构件自由转动。构件数n=4低副PL=5高副PH=1自由度3n-2PL-PH=1，机构的自由度为1所以能做确定的运动，这样可以使剪刀实现闭合和张开，从而实现剪切运动。夹紧剪切运动采用的机构为变结构机构，操作者向后拉动拉杆使机械爪夹住菠萝，当机械爪夹住菠萝后机械爪就不会继续运动，这时候操作者继续拉动拉杆，连接块里的弹簧在拉杆的带动下开始形变，因为长螺栓同时也固定在下面的剪切机构上，所以剪切机构在长螺栓的带动下也开始向后运动，从而实现剪切运动。夹紧和剪切运动的实现只需要一个动作，就是操作者向后拉动拉杆。

空间旋转装置解析：空间旋转装置，由转轴板，套筒，支撑管，圆形直线轴承，挡板轴承和光杠构成，因为支撑管里有圆形直线轴承，所以套筒可以进行前后运动。由于挡板轴承和光杠的横向配合，可以实现套筒的上下运动，进而实现机械手的上下运动。挡板轴承和光杠的纵向配合，可以让套筒沿一个平面旋转，进而实现机械手的左右运动。这几个运动合成在一起就可以实现机械手在空间任意位置上的移动，扩大了采摘菠萝的范围，提高了效率。机械手套在支撑管上，运用杠杆原理，支点前段距离小于支点后段距离就可以减少使用着的力量，非常省力。空间旋转装置赋予了该机器良好的能动性，让使用者可以采摘不同位置的菠萝。采摘好的菠萝需要运送至菠萝包装盒中，所以菠萝如何从盒中出来是一个问题，在这里是这么解决的，在机械手臂末端安装一个舵机，盒底部为一个底板，舵机转动角度，运动通过杆机构传递给开合板，使开合板完成开合动作，在包装盒上方把菠萝落下，利用收集装置，把采摘好的成熟的菠萝直接输到收纳盒中。

收集装置解析：经过调研，菠萝农每次采摘菠萝时都需要背一个娄，把采摘完的菠萝放在娄中，因为背装满菠萝的娄，果农每天要为此耗费大量的体力，所以我们设计了采摘车。如图5所示万向轮为前轮，可以更好地改变方向，体现机器的灵活性，果农推动上方的推杆，来推动收集车，既方便又节省果农的体力。菠萝垄的最大行距一般为100--120cm，最小行距一般为30—60cm。收集车的宽度为53cm，足够进入菠萝垄。

Claims (1)

1.一种菠萝辅助采摘装置，其特征在于，所述装置包括推杆把手（1）与推杆（2）角块连接，推杆（2）与车体（30）角块连接，角铁（29）与车体（30）用螺栓连接，前轮（6）与前轮轴（12）连接，前轮轴（12）与车体（30）用螺栓连接，后轮（9）与后轮轴（5）连接，后轮（9）与车体（30）用螺栓连接，并用轴套（17）固定；机械手装置采摘板（8）与两个机械爪（22）用圆柱销（27）连接，套筒（16）与采摘板（8）用螺纹连接，菠萝定位夹（21）与机械爪（22）用长螺栓连接，长螺栓在滑道（14）滑动连接；弹簧（13）置于圆柱滑块（25）内；铝条（24）与圆柱滑块（25）和弹簧（13）用长螺栓连接，铝条（24）与拉杆（15）用螺栓，杆连接块（19）套在套筒（16）上，用螺栓固定，菠萝定位夹（21）穿过杆连接块（19）并用螺栓固定住，剪刀（18）与平面四杆（23）用圆柱销（27）连接，并用支撑轴套（33）固定，平面四杆（23）与圆柱滑块（25）用长螺栓连接；直线轴承（20）套在套筒（16）上，挡边轴承（32）与旋转座（26）连接，旋转座（26）与直线轴承（20）用光杠（34）连接，光杠穿过挡边轴承（32）；

所述的套筒（16）为中间空心的圆柱筒状结构，且拉杆（15）置于套筒（16）中间空心内。