一种水果梳剪采摘末端执行装置的制作方法

本发明涉及水果机械化采摘技术，尤其涉及一种水果梳剪采摘末端执行装置。

背景技术：

随着生活水平的提高，人们对水果的需求量越来越大，刺激了我国水果的产量的不断增长。但是我国水果采摘作业主要还是依靠人力为主，采摘效率低，采摘成本高。随着劳动力成本不断上升，近年来我国进行了大量关于水果采摘机械的研究。

目前国内水果采摘机械的研究主要以振动式采摘机械为主，例如中国专利200820125040.9公开了一种由新疆农垦科学院农机研究所研究开发的振动式果树采收机，其采摘原理是通过液压系统驱动振动头内置的偏心轮回转机构推摇果树树干，利用产生的激振力使果实振落。振动式水果采摘机械虽然一定程度提高了水果采摘的效率，但是通常容易对果树和果实造成损伤，而且采摘没有选择性。此外，采用振动的方式采摘水果，通常需要消耗大量的能量；振动式采摘机械通常结构庞大，制造成本较高。针对我国果园多以中小型规模为主，近年国内出现了很多其他采摘方式的中小型采摘机械。例如中国专利cn201520614173.2公开了一种伸缩式水果采摘器，它由伸缩杆、安装在所述伸缩杆顶端的剪果装置和设置在所述剪果装置下方的接果网兜组成。该伸缩式水果采摘器结构简单，伸缩杆可以采摘较高的果实，采用切割式采摘方式对果实损坏小，但是它依然需要人力操作伸缩杆和人力完成剪切动作，而且每次只能采摘单个果实。虽然采摘效率相对传统的人力采摘有所提高，但是总体采摘效率依然很低。另外，中国专利cn201310217407.5公开了一种荔枝采摘柔性梳剪机构及滚动梳剪装置，它包括齿形板、分枝组件、分选组件和切割组件；该梳剪装置可以连续回转工作，每块齿形板多个梳齿同时采摘，采收效率较高，但是它是利用齿根部的锥形切割组件对果柄进行拉切实现果实和果柄分离的，这种切割方式容易造成切割失效，果实被直接从果柄的果蒂拉落，无法得到带果蒂的果实。对于进行鲜果销售的果实来说，采用此种采摘机械进行采摘会大大影响果实存储时间和果实的品质，因此该采摘装置的适用范围较小。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种采用梳剪的方式采摘果实，且对果实损伤小的水果梳剪采摘末端执行装置。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种水果梳剪采摘末端执行装置，包括梳剪器；梳剪器包括多根梳齿、多组剪切机构、安装板、动力装置和控制系统；多根梳齿排列成行并列安装在安装板上，梳齿之间留有供枝叶从梳齿的一端进入的间隙；一组剪切机构对应一根梳齿安装，剪切机构的剪切刀片在动力装置的作用下在第一位置和第二位置之间往复摆动，第一位置为剪切刀片与装有该剪切刀片的梳齿重合的位置，第二位置为剪切刀片靠近相邻梳齿与相邻梳齿配合实现剪切动作的位置；控制系统控制动力装置动作。

梳齿包括形状相同的上梳齿和下梳齿，上梳齿和下梳齿上下平行设置，中间留有容纳剪切刀片的隔空层。

梳齿的前端为弧形；相邻两梳齿的相邻侧边结构为互补的一凸一凹的弧形，相邻两梳齿之间的间隙为弧形间隙；剪切刀片的刀刃为凸的弧形，与相邻梳齿的凹的弧形弧度相应。

安装板包括上安装板和下安装板，上安装板和下安装板上下平行设置，中间留有安装剪切机构的隔空层；剪切机构包括剪切刀片、连杆和偏心轮，剪切刀片与上安装板和下安装板之间的销轴连接，偏心轮安装在下安装板的上端，偏心轮、连杆、剪切刀片构成曲柄摇杆机构，偏心轮转动带动剪切刀片往复摆动。

动力装置包括多个安装在下安装板下端的微型直流减速电动机，一个微型直流减速电动机与一个偏心轮相接驱动偏心轮转动；电动机保护壳安装在下安装板的下端将所有微型直流减速电动机包裹。

每一把剪切刀片均由一个单独的控制系统控制；控制系统包括相互并联的控制电路一和控制电路二；控制电路一包括两个串联的控制开关，两个控制开关分别位于相邻的梳齿的的下安装板的下端，两个控制开关被进入梳齿间隙的果实同时挤压而闭合，接通控制电路一，动力装置启动，剪切刀片从第一位置摆动至第二位置；控制电路二包括一个独立的控制开关，该控制开关安装在下安装板的上端，该控制开关为常闭开关，剪切机构处于第一位置时触碰控制开关而断开控制电路二，动力装置停止，剪切机构离开第一位置时控制开关闭合，接通控制电路二，保证控制电路一断开时，动力装置继续工作。

控制电路一的每个控制开关均包括橡胶块和两片铜片引脚，橡胶块的中间设有镂空层，两片铜片引脚分别位于镂空层内的上下壁，初始状态下两片铜片引脚处于断开状态，受果实挤压时，两片铜片引脚贴合，控制开关闭合；控制电路二的控制开关包括两个接线柱和一个弹簧片，接线柱安装在下安装板上，弹簧片的一端与一个接线柱连接，弹簧片的另一端受连杆的推力靠近或离开另一个接线柱，实现控制开关的闭合或打开。

一种水果梳剪采摘末端执行装置，还包括滚筒和支架；梳剪器的数量为至少两组，沿着周向均匀设置在滚筒外，滚筒在支架上转动。

滚筒包括驱动盘、从动盘、三个连接块、输入轴、滚筒轴；从动盘包括内圈和外圈，从动盘的内圈与机架通过滚筒轴连接，外圈绕内圈转动；驱动盘通过输入轴和机架转动式连接，输入轴穿过从动盘的内圈；连接块一端与驱动盘铰接，另一端与从动盘的外圈铰接，三个连接块和驱动盘、从动盘组成三组平行四边形机构，其中平行四边形机构的一条边水平的位于输入轴和滚筒轴之间，三个连接块沿着圆周方向均匀分布；梳剪器的数量为三个，一个梳剪器安装在一个平行四边形机构上。

支架为框架结构，支架的下端设有用于安装接果装置的落果口，落果口位于滚筒的正下方。

本发明的原理是：通过对梳剪器结构的优化设计，使梳剪器的梳齿有效梳揽及固定果柄，并触发剪切机构工作剪切果柄；剪切刀片收纳于设有隔空层的梳齿中，剪切时，相邻的梳齿相当于定刀片对果柄进行固定，剪切刀片相当于动刀片对果柄进行切割；设置多根梳齿和多组剪切机构，切割效率高，同时多组剪切机构配合多组单独的控制系统独立控制，节约能源；当采用滚筒带动多组梳剪器动作，有效提升收割效率。

总的说来，本发明具有如下优点：

1.本水果梳剪采摘末端执行装置采用梳剪的方式固定和剪切果柄，对果实损伤小，适合各类鲜果的采摘。

2.本水果梳剪采摘末端执行装置的每个梳剪器上并排安装多个梳齿和剪切机构，多个梳齿同时进行梳剪采摘，有利于提高采摘成功率和采摘效率。

3.本水果梳剪采摘末端执行装置上均匀安装的多个梳剪器可以连续更替地自动完成果实的梳剪采摘动作，采摘效率高，节省劳动力，从而节约采摘成本。

4.本水果梳剪采摘末端执行装置可以通过支架与不同的采摘机械臂连接使用，适应性强；作业时只需要人力控制机械臂的位置和方向即可，操作简单。

5.本水果梳剪采摘末端执行装置剪切工作的动力来源于微型直流减速电动机，可以将蓄电池直接安装在梳剪器的安装板上为其提供电源，整个水果梳剪采摘末端执行装置结构简单且紧凑，制造成本低。

6.本水果梳剪采摘末端执行装置的控制系统使用了两组并联的控制电路，控制开关结合曲柄摇杆机构的运动规律实现对剪切刀片运动的自动控制，控制方案简单易行。

附图说明

图1为本水果梳剪采摘末端执行装置的立体图。

图2为本水果梳剪采摘末端执行装置的梳剪器的立体图。

图3为本水果梳剪采摘末端执行装置的梳剪器的剪切机构的局部放大图。

图4为本水果梳剪采摘末端执行装置的梳剪器的梳齿的左视图。

图5为本水果梳剪采摘末端执行装置的梳剪器的仰视图。

图6为本水果梳剪采摘末端执行装置的控制电路一的控制开关的结构示意图。

图7为本水果梳剪采摘末端执行装置的滚筒的结构示意图。

图8为本水果梳剪采摘末端执行装置的控制系统的电路原理图。

其中，100为梳剪器，200为滚筒，300为支架，400为控制电路一，500为控制电路二。

101为微型直流减速电动机，102为剪切机构，103控制电路二的控制开关，104为上梳齿，105为下梳齿，106为轴套，107为螺钉，108为上安装板，109为连接轴，110为下安装板，111为电动机保护壳，112控制电路一的控制开关一，113为控制电路一的控制开关二。1021为连杆，1022为偏心轮，1023为剪切刀片，1024为销轴。1031为接线柱，1032为弹簧片。1121为橡胶块，1122为铜片引脚一，1123为铜片引脚二。

201为连接块，202为驱动盘，203为输入轴，204为滚筒轴，205为从动盘，206为内圈。

具体实施方式

下面来对本发明做进一步详细的说明。

实施例一

一种水果梳剪采摘末端执行装置，如图1所示，包括梳剪器100、滚筒200和支架300，支架300支撑整个滚筒200，梳剪器100随着滚筒200运动进行梳剪采摘作业；梳剪器100由安装板、梳齿、剪切机构、连接轴、动力装置和控制系统组成，其结构如图2所示；滚筒200由转盘、连接块201、滚筒轴204和输入轴203连接而成，其中转盘包括驱动盘202和从动盘205，其结构如图7所示；支架300为框架结构，它通过滚筒轴204与滚筒200铰接。

安装板分为上下两块，分别为矩形的上安装板108和下安装板110，上下两块安装板由轴套垫起，再用螺钉连接紧固，中间的镂空层用于安装各工作零部件；安上装板108和下安装板110将梳剪器100的所有零部件连接为一个整体。

安装板的前端并排安装有多个梳齿，梳齿通过螺钉与安装板连接在一起，连接方式方便可靠；梳齿的前端结构设计为弧形，有利于避免对果实产生穿刺损伤；相邻两梳齿的侧边结构为互补的一凸一凹的弧形，梳齿之间的间隙为弧形间隙，该形式的间隙利于将果柄梳揽到梳齿之间并进行剪切；每个位置的梳齿均由上下两片一样的上梳齿104和下齿梳105组成，上下两片梳齿之间留有安装剪切刀片1023的镂空层；上、下梳齿由轴套106垫起，再用螺钉107同时穿过梳齿和轴套将它们连接紧固，装配结果如图4所示。

剪切机构102的剪切刀片1023的刀刃形状是与梳齿的凹弧形相配对的凸弧形，在这个剪切机构102中和剪切刀片1023配对的一组梳齿为定刀片，剪切刀片为动刀片；多把剪切刀片分别隐藏安装在对应各组梳齿的镂空层中；剪切刀片1023中间位置加工有铰接孔，用于和安装板上的销轴1024连接，工作时剪切刀片1023沿着销轴1024往复摆动，剪切刀片1023的往复摆动实现了剪切和回程的过程。

剪切机构102是剪切刀片1023、连杆1021和偏心轮1022连接构成的一个曲柄摇杆机构，结构如图3所示，其中剪切刀片1023相当于摇杆，剪切刀片1023由做圆周运动的偏心轮1022通过连杆1021驱动；每组梳齿中分别设有一组独立的剪切机构；每组剪切机构分别由一个独立的动力装置单独驱动，采摘作业时各组剪切机构会根据是否有果实进入对应的梳齿间隙来工作，它们之间是互相独立的，它们的工作互不干扰。

动力装置是微型直流减速电动机101，这是一种大扭矩电动机，它给剪切机构102提供动力；微型直流减速电动机101用螺钉固定于安装板110上；微型直流减速电动机101的输出轴上铣有平面，它通过紧定螺钉和偏心轮1022进行连接；微型直流减速电动机101外安装有电动机保护壳111对其进行保护，避免电动机在采摘作业中受到树枝等障碍物的直接冲击。

控制系统由两条并联的控制电路组成，控制电路原理图如图8所示；控制电路一400的控制元件是两个串联的控制开关，即控制电路一的控制开关一112和控制电路一的控制开关二113，控制电路二500的控制元件是一个独立的控制开关，即控制电路二的控制开关103；每一把剪切刀片的工作都由一个独立的控制系统单独控制，因此梳剪器100工作时只有梳揽到果实的那一组剪切机构才会工作，避免剪切刀片空切造成能量的浪费。

控制电路一400的两个控制开关均由中间镂空的橡胶块1121和安装在镂空层上下内表面的铜片引脚一1122和铜片引脚二1123构成，其结构如图6所示；它们串联安装在梳齿间隙两侧的梳齿下表面，如图5所示，初始状态下它们均处于断开状态；使用橡胶块制造的控制开关与果实接触时对果实表面的损伤小；当果实被梳揽进入梳齿间隙中时，果实会顺着橡胶块1121表面滑进来，滑动至控制开关的中间位置时同时将梳齿下表面的控制开关112和控制开关113接通，从而使控制电路一400被接通；控制电路二500的控制开关由两个接线柱1031和一个弹簧片1032构成，它安装在下安装板110上的连杆1021旁边，初始状态下由于受到连杆1021的作用力而处于断开状态；控制电路二500的作用是使剪切机构102剪切果柄完成后继续运动并回到第一位置等待下一个工作循环。

梳剪器100两端分别设有连接轴109，连接轴109用于与驱动盘202连接；将三个梳剪器均匀安装在驱动盘202上，驱动盘再连接从动盘205则构成一个滚筒200；滚筒200由三组并联的平行四边形机构驱动；平行四边形机构由驱动盘202、从动盘205和连接块201构成；从动盘包括内圈和外圈，内圈不动，外圈绕内圈转动。运行时，动力从输入轴输入，输入轴带动驱动盘转动，驱动盘通过连接块带动从动盘的外圈转动，滚筒200回转时三个梳剪器随着对应平行四边形机构的连接块运动，使用平行四边形机构驱动梳剪器可以使得梳剪器随着滚筒回转时梳齿保持原来的水平角度不变进行工作。

支架300在滚筒200的正下方设有落果口，可用于安装接果装置；梳剪器100采摘下来的果实会掉落在支架300的上表面，然后全部通过支架300上的落果口落到接果装置中，有利于采摘后果实的收集。

本发明的水果梳剪采摘末端执行装置使用时，其工作过程为：滚筒200工作时连续回转，滚筒200上三个均匀安装的梳剪器100则在三组并联平行四边形机构的驱动下保持自身梳齿与水平面的角度不变随滚筒连续回转。不断运动的梳剪器顺时针平动时会梳揽果实果柄进入梳齿的间隙，当梳剪器100继续运动其下梳齿105的下表面的控制电路一的控制开关一112和控制电路一的控制开关二113会与果实接触而接通控制电路一400，此时微型直流减速电动机101的工作电路接通并开始工作，微型直流减速电动机101带动剪切机构102运动，从而带动剪切刀片1023开始运动，剪切刀片1023沿着中间的销轴1024做剪切动作，将果实的果柄剪断后果实掉落，在失去果实的作用力后下梳齿105下表面的两个控制开关恢复到原来的断开状态，此时控制电路一400断开；然而剪切机构102会继续运动，因为在果实触发微型直流减速电动机101的工作电路开始工作后，连杆1021很快运动离开初始位置，安装在连杆1021旁边的控制电路二的控制开关103因为失去连杆1021对它的作用力而闭合，因此控制电路一400接通后控制电路二500也紧接着被接通，所以果实掉落后微型直流减速电动机101依然在控制电路二500的控制下继续工作，直到连杆1021运动一周回到初始位置后，工作电路才会随着控制电路二的控制开关103的断开而停止工作，此时剪切刀片1023也完成一个往复运动回到初始位置并停止运动。这样梳剪器100在控制系统的控制下实现了梳揽果实果柄后，剪切刀片自动完成剪切果柄并回到初始位置的过程；当下一个果实的果柄被梳揽进入梳齿间，梳剪器又会自动重复刚才的工作过程；滚筒不断回转，三个梳剪器会随之连续更替进行以上所述的采摘过程。

实施例二

本实施例中，滚筒为普通的圆筒结构，转动式安装在支架上，由电机或液压马达驱动转动。梳剪器的数量为四组，相隔九十度安装在滚筒外侧，沿着滚筒周向均匀布置。梳剪器的梳齿垂直于滚筒的径向方向。

本实施例未提及部分同实施例一。

实施例三

本实施例中，梳剪器的数量为一组，将安装板直接接在机械臂上，机械臂控制梳剪器靠近枝叶收割。

本实施例的梳剪器结构同实施例一。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明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发明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，都包含在本发明的保护范围之内。