一种蓝莓采摘与分拣装置及工作方法与流程

本发明涉及一种蓝莓采摘与分拣装置及工作方法，特别是适用于山地矮丛蓝莓的采摘与初步分拣，属于种植业机械设备技术领域。

背景技术：

蓝莓是一种多年生灌木小浆果果树,矮丛蓝莓树体矮小,通常高度在30～50cm。在整个蓝莓产业链中蓝莓采摘是其中最费时费力的环节。特别是低丛山地野生蓝莓由于受到地理环境条件的制约，机械采摘难度大，目前多为人工采摘作业。现有的大型机械采摘设备多针对人工种植的蓝莓生产基地设计，对不规则分布的山地矮丛蓝莓不具有高效的采摘作业条件。现有的矮丛采摘设备在果料分拣与收集方面的技术还不完善,采摘与分拣机械一体化程度不高。

中国专利文件(申请号201620674152.4)公开了一种用于山地矮丛蓝莓采摘装置，用以将蓝莓和杂物分离开，只是将随果实掉落的枝叶等杂物筛选出去，无法针对蓝莓果径细致筛分。且在实际应用过程中前期掉落的蓝莓会将滤网堵塞，对杂物的实际虑选作用并不明显；由于蓝莓丛内通风条件差、吹风机构风力有限，该装置较难将较重杂物滤除；针对面积大小不一、形状分布不规则的野生蓝莓丛，采摘过程中u型夹和卡槽无法保证振动机构作用的枝条全部收拢进锥形斗上方，会有大量果实洒落，存在严重浪费及实际效率不高的问题。

中国专利文件(申请号201620910860.3)公开了一种蓝莓采摘装置，利用行走的机器人替代人工，该方案通过直线变位器实现的空间位置移动都是基于其支架平台1面积之内的，作业空间有限；需要借助机器人本体结构4来调控采摘装置6的姿态并将其送至蓝莓丛。这势必需要在关节处安装多个驱动电机或气动马达，这就使得对执行器位姿调控的结构过于复杂、造价高昂、作业空间有限、位姿调控效果不佳。另外，该装置在实际作业过程中机械手臂需要尽可能伸出支架平台，并且多关节驱动手臂由于驱动器较多质量较大，这使得整个装置重心严重偏离、稳定性差。在实际采摘作业时需要先将蓝莓枝蔓弯向收集装置7，此过程中会有大量蓝莓掉落造成大量浪费，并且由于收集装置与采摘装置布置的局限性使得该装置较易实现对蓝莓丛浅层果实的采摘而对内层果实采摘难度较大。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本发明提供一种蓝莓采摘与分拣装置，在适应复杂作业环境的基础上实现全方位高效采摘、细致分拣。

本发明还提供一种该装置的工作方法。

本发明的技术方案如下：

一种蓝莓采摘与分拣装置，包括底架和设于底架上的机架，底架底部设有车轮，机架顶部设有导轨，导轨上活动连接有采摘装置；机架一端设有分拣装置；

导轨下方的底架上设有集料仓，集料仓一端设有输送带的一端，输送带的另一端位于分拣装置上方；

采摘装置包括导向滑块，导向滑块与导轨匹配连接，机架通过平移气缸与导向滑块连接，平移气缸控制导向滑块沿导轨水平移动，导向滑块下方设有提升气缸，提升气缸一端连接有基座，基座水平投影为圆形，基座圆形周边均匀分布设有三个牵连杆，每个牵连杆一端均与基座铰接，每个牵连杆另一端均铰接有笆斗，基座通过侧拉气缸与牵连杆的另一端铰接，牵连杆的另一端铰接有前倾气缸，前倾气缸一端与笆斗连接；

分拣装置包括分拣箱和筛轴，分拣箱顶部开口，分拣箱两侧侧壁为面积不同的矩形板，便于筛轴倾斜布置；筛轴倾斜设于分拣箱顶部开口处，靠近输送带的筛轴高度高于远离输送带的筛轴高度；筛轴包括至少两组不同轴径的转轴，每组转轴的轴径相同，两组转轴连接处设有挡料板，挡料板将分拣箱间隔为分拣腔；

底架一端设有动力装置，动力装置包括气动控制装置和动力驱动装置，动力驱动装置用以驱动、制动车轮的转动，气动控制装置为本装置提供动力气体，气动控制装置与平移气缸、提升气缸、侧拉气缸、前倾气缸连接。气动控制装置相对伺服电机驱动可以有效的减轻前伸执行结构的质量，相对液压驱动更加绿色环保，不必单独设计液压油箱。

提升气缸用于控制基座上下移动，使设备可以将不同高度上的果实采下,增加采摘作业的覆盖空间；平移气缸可以控制整个采摘装置的前后位置；基座、牵连杆、侧拉气缸、前倾气缸和笆斗相互之间均采用销轴铰接，其目的在于方便调整执行器的具体位姿。

采取该采摘装置的优势在于可以有效的将蓝莓植株向中间揽入，使得蓝莓植株杆径嵌入笆斗，在笆斗上提的过程中使得蓝莓果顺势进入笆斗中，并且通过上述三对气缸的伸缩配合能有效增加单次采摘作业的覆盖面积，针对野生蓝莓采摘，三套牵连杆机构同时作业既能增加单次采摘作业面积，保证较高的作业效率；并且在三个笆斗向中间并拢时相互之间会留有空隙使部分植株漏出,从而保证野生蓝莓采摘不会对当地原始自然环境造成较大的影响,符合可持续发展的设计理念。

筛轴倾斜布置，可设置上部为粗径，下部为细径，果实在重力作用下滚动的过程中,小的会先落到箱底左侧，大的会后落入箱底右侧。分拣装置的设计实现了集蓝莓采摘与初步分拣于一体，减少了后续对蓝莓粗加工的工序。

根据本发明优选的，牵连杆一端设有一个铰接孔、与基座铰接；牵连杆另一端为圆弧形的圆弧头，圆弧头上设有三个铰接孔，三个铰接孔分别铰接侧拉气缸、笆斗、前倾气缸。牵连杆的下部为凸出状的圆弧头设计，目的是方便铰接孔的布置并且使三个铰接件不至于相互挤压。通过提升气缸、前倾气缸、侧拉气缸伸缩配合来控制笆斗的位置与角度，并将蓝莓果摘入笆斗箱。

进一步优选的，基座与牵连杆相连一端设有移动槽和位于移动槽中的移动座，移动槽径向分布于基座表面，移动座与牵连杆一端铰接，移动座通过延伸气缸与基座连接，提升气缸的缸壁上设有行程开关，行程开关与延伸气缸连接。牵连板可沿基座径向向外延伸，以此来调整基座的面积。在侧拉气缸缸壁上安装行程开关，当侧拉气缸达到最大行程时触发行程开关使移动座自动沿移动槽径向向基座外延伸，以增大基座的有效工作面积来应对较大面积蓝莓丛。

根据本发明优选的，底架前端设有内凹型的前板，前板前端设有内凹的弧面。因此前板的两侧向前突出,中间向内凹陷,其目的是在将采摘装置推进蓝莓植株时前板会将植株收拢到其中，进一步配合采摘装置。

进一步优选的，导轨一端与机架顶部连接，导轨的另一端伸出端位于前板上方。前伸出整个机架悬挂于凹型前板的上部，使采摘装置可到达前板上方与前板配合使用。

根据本发明优选的，集料仓内壁设有倾斜的锥形曲面状的导流结构，输送带的一端设于集料仓的锥形曲面的底部端口。以此有利于蓝莓果在斜面上借助重力顺利滚上输送带。

根据本发明优选的，输送带表面设有条形带槽，条形带槽表面覆有橡胶，条形带槽垂直于输送带的输送方向。通过条形带槽增加蓝莓与输送带间的摩擦，防止蓝莓滚落。

进一步优选的，输送带一端设有驱动滚筒，驱动滚筒通过轴承与机架相连。驱动滚筒为输送带提供输送动力。

根据本发明优选的，笆斗包括一端开口的笆斗箱，笆斗箱开口处设有笆齿，笆齿间距根据植株粗细及果径大小而设计，笆斗箱底部为曲面，笆齿为弧形齿，笆齿与笆斗箱接触点及笆齿端点为波峰，笆斗箱底面及笆齿中部为波谷。双曲线设计合理利用重力作用将果实装入笆斗箱内，防止果实滚落。

进一步优选的，笆齿外部包覆有软质橡胶材料。避免对果径造成严重损坏。

根据本发明优选的，不同轴径的两组转轴之间螺纹连接，便于更换选择不同规格轴径的转轴。

根据本发明优选的，每个分拣腔均设有出料口，每个出料口下方的机架上均设有储物箱，出料口处的分拣腔底部水平面为分拣腔底部水平面最低处，便于将分拣而得的作物由出料口出料，在各自的储物箱中分级存放。储物箱与机架之间采用锥形定位销连接，两者之间采用活动连接，当储物箱装满时方便将其拆下。

一种利用上述蓝莓采摘与分拣装置的工作方法，包括步骤如下：

利用动力驱动装置驱动本装置行驶至待采摘蓝莓丛处，平移气缸驱动采摘装置沿导轨向前伸出至蓝莓丛上方，侧拉气缸与前倾气缸使三个笆斗张开至相互之间空间最大，提升气缸驱动基座下降，收入蓝莓枝蔓后通过侧拉气缸与前倾气缸使笆斗收紧，同时提升气缸反向提升，蓝莓果粒进入笆斗中，采摘机构通过导轨行至集料仓上方，果实进入集料仓，果实由输送带送至分拣装置上方，通过分拣装置分级挑拣，完成一次采摘分拣作业。

本发明的有益效果在于：

1、本发明提供的技术方案针对低丛山地野生蓝莓的生长特点及地理环境条件设计了一种在蓝莓植株上部直接进行机械采摘的采摘工艺及其相应的采摘设备，提高了蓝莓采摘作业效率，降低了人工劳动强度，提高了对自然资源的利用效率，减轻了对蓝莓枝蔓的多次损伤。

2、本发明的采摘执行机构采用完全气动驱动，相对伺服电机驱动可以有效的减轻前伸执行器的质量，相对液压驱动更加绿色环保，不必单独设计液压油箱。

3、本发明是利用三个笆斗配合，将枝蔓向中间收拢后直接将蓝莓果实收集进笆斗箱，三个笆斗向中间合拢构成的圆形作业空间更符合野生蓝莓的分布条件跟作业特点，避免大量洒落；通过气缸放缩控制笆斗的可作业面积以及配合基座的大小调节可以更好的适应面积大小不同的野生蓝莓丛。笆斗将蓝莓果抛送进集料仓时杂叶会被自动扬出，并且后续有专门的分拣机构会对蓝莓果进行分级筛选。

4、本发明的筛轴可拆卸的蓝莓分拣装置实现了蓝莓采摘与分拣的机械一体化，减少了后续的粗加工工序，提高了野生蓝莓采摘与初加工的机械自动化程度；同时相较普通占地面积较大的分拣装置，本装置可设在机架上，节省空间。

5、本发明的技术方案采用一个直线导轨与三个气缸配合完全实现对执行机构的位置、姿态控制，简化结构降低成本。

6、野生蓝莓非垄状分布多为点散状，本发明技术方案中的内凹型的前板则可以将蓝莓枝蔓嵌入装置内部、采摘结构下部，对蓝莓枝蔓实现初步的圆束状收拢，并使采摘机构直接在蓝莓丛上部进行采摘，避免了对枝叶的多次弯曲损伤，也避免采摘执行器过度前伸造成重心偏离。

7、本发明针对较大面积的蓝莓丛将牵连板设计为可沿基座径向向外延伸，以增大基座的有效工作面积来应对较大面积蓝莓丛。

附图说明

图1：本发明蓝莓采摘与分拣装置整车结构示意图；

图2：本发明机架及附属安装的结构示意图；

图3：本发明采摘装置结构示意图；图4：本发明分拣装置结构示意图；

图5:本发明笆斗结构示意图；图6：本发明牵连杆结构示意图；

图7：本发明牵连杆连接结构局部放大视图；图8：本发明集料内部仓导流结构示意图；

其中：1.筛轴2.分拣装置3.出料口4.储物箱5.气动控制装置6.动力驱动装置7.集料仓8.车轮9.前板10.笆斗11.侧拉气缸12.牵连杆13.基座14.提升气缸15.导向滑块16.导轨17.平移气缸18.条形带槽19.输送带20.挡料板21.前倾气缸22.笆斗箱23.笆齿24.驱动滚筒25.驱动轴26.传动系统27.机架。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明做进一步说明，但不限于此。

如图1-8所示。

实施例1：

一种蓝莓采摘与分拣装置，包括底架和设于底架上的机架27，底架底部设有车轮8，机架27顶部设有导轨16，导轨16焊接在机架上，导轨上活动连接有采摘装置；机架一端设有分拣装置；

导轨16下方的底架上设有集料仓7，集料仓一端设有输送带19的一端，输送带19的另一端位于分拣装置上方；

采摘装置包括导向滑块15，导向滑块15与导轨16匹配连接，机架27通过平移气缸17与导向滑块15连接，平移气缸17控制导向滑块15沿导轨16水平移动，导向滑块15下方设有提升气缸14，提升气缸14一端连接有基座13，提升气缸14上下两端分别与导向滑块15、基座13焊接，基座13水平投影为圆形，基座圆形周边均匀分布设有三个牵连杆12，每个牵连杆12一端均与基座13铰接，每个牵连杆12另一端均铰接有笆斗10，基座13通过侧拉气缸11与牵连杆12的另一端铰接，牵连杆12的另一端铰接有前倾气缸21，前倾气缸21一端与笆斗10连接；

分拣装置包括分拣箱和筛轴1，分拣箱顶部开口，分拣箱两侧侧壁为面积不同的矩形板，便于筛轴倾斜布置；筛轴倾斜设于分拣箱顶部开口处，靠近输送带19的筛轴高度高于远离输送带19的筛轴高度；筛轴包括两组不同轴径的转轴，每组转轴的轴径相同，两组转轴连接处设有挡料板20，挡料板20将分拣箱间隔为分拣腔；

底架一端设有动力装置，动力装置的外箱体通过螺母固定与底架后方，动力装置包括气动控制装置5和动力驱动装置6，动力驱动装置6用以驱动、制动车轮的转动，气动控制装置5为本装置提供动力气体，主要是由空气压缩装置及其相应控制阀块组成(常规部件，图中未画出)，气动控制装置5与平移气缸17、提升气缸14、侧拉气缸11、前倾气缸21连接。气动控制装置相对伺服电机驱动可以有效的减轻前伸执行结构的质量，相对液压驱动更加绿色环保，不必单独设计液压油箱。

提升气缸14用于控制基座13上下移动，使设备可以将不同高度上的果实采下,增加采摘作业的覆盖空间；平移气缸可以控制整个采摘装置的前后位置；基座、牵连杆、侧拉气缸、前倾气缸和笆斗相互之间均采用销轴铰接，其目的在于方便调整执行器的具体位姿。

采取该采摘装置的优势在于可以有效的将蓝莓植株向中间揽入，使得蓝莓植株杆径嵌入笆斗，在笆斗上提的过程中使得蓝莓果顺势进入笆斗中，并且通过上述三对气缸的伸缩配合能有效增加单次采摘作业的覆盖面积，针对野生蓝莓采摘，三套牵连杆机构同时作业既能增加单次采摘作业面积，保证较高的作业效率；并且在三个笆斗向中间并拢时相互之间会留有空隙使部分植株漏出,从而保证野生蓝莓采摘不会对当地原始自然环境造成较大的影响,符合可持续发展的设计理念。

筛轴倾斜布置，可设置上部为粗径，下部为细径，果实在重力作用下滚动的过程中,小的会先落到箱底左侧，大的会后落入箱底右侧，本实施例中的左侧、右侧对应图1中的相对左侧和右侧。分拣装置的设计实现了集蓝莓采摘与初步分拣于一体，减少了后续对蓝莓粗加工的工序。

实施例2：

一种蓝莓采摘与分拣装置，其结构如实施例1所述，所不同的是，牵连杆一端设有一个铰接孔、与基座铰接；牵连杆另一端为圆弧形的圆弧头，如图6所示，圆弧头上设有三个铰接孔，三个铰接孔分别铰接侧拉气缸、笆斗、前倾气缸。牵连杆的下部为凸出状的圆弧头设计，目的是方便铰接孔的布置并且使三个铰接件不至于相互挤压，如图7所示。通过提升气缸、前倾气缸、侧拉气缸伸缩配合来控制笆斗的位置与角度，并将蓝莓果摘入笆斗中。

实施例3：

一种蓝莓采摘与分拣装置，其结构如实施例2所述，所不同的是，基座与牵连杆相连一端设有移动槽和位于移动槽中的移动座，移动槽径向分布于基座表面，移动座与牵连杆一端铰接，移动座通过延伸气缸与基座连接，侧拉气缸的缸壁上设有行程开关，行程开关与延伸气缸连接。牵连板可沿基座径向向外延伸，以此来调整基座的面积。在侧拉气缸缸壁上安装行程开关，当提升气缸达到最大行程时触发行程开关使移动座自动沿移动槽径向向基座外延伸，以增大基座的有效工作面积来应对较大面积蓝莓丛。

实施例4：

一种蓝莓采摘与分拣装置，其结构如实施例1所述，所不同的是，底架前端设有内凹型的前板9，前板前端设有内凹的弧面。前板9直接焊接在整个机架前端。前板的两侧向前突出,中间向内凹陷,其目的是在将采摘装置推进蓝莓植株时前板会将植株收拢到其中，进一步配合采摘装置。

实施例5：

一种蓝莓采摘与分拣装置，其结构如实施例4所述，所不同的是，导轨一端与机架顶部连接，导轨的另一端伸出端位于前板上方。前伸出整个机架悬挂于凹型前板的上部，使采摘装置可到达前板上方与前板配合使用。

实施例6：

一种蓝莓采摘与分拣装置，其结构如实施例1所述，所不同的是，集料仓内壁设有倾斜的锥形曲面状的导流结构，如图8所示，输送带的一端设于集料仓的锥形曲面的底部端口。以此有利于蓝莓果在斜面上借助重力顺利滚上输送带。

实施例7：

一种蓝莓采摘与分拣装置，其结构如实施例1所述，所不同的是，输送带表面设有条形带槽18，条形带槽18表面覆有橡胶，条形带槽垂直于输送带的输送方向。通过条形带槽增加蓝莓与输送带间的摩擦，防止蓝莓滚落。

实施例8：

一种蓝莓采摘与分拣装置，其结构如实施例7所述，所不同的是，输送带一端设有驱动滚筒24，驱动滚筒24通过轴承与机架27相连。驱动滚筒为输送带提供输送动力。

实施例9：

一种蓝莓采摘与分拣装置，其结构如实施例1所述，所不同的是，笆斗10包括一端开口的笆斗箱22，笆斗箱开口处设有笆齿23，笆齿间距根据植株粗细及果径大小而设计，笆斗箱底部为曲面，笆齿为弧形齿，笆齿与笆斗箱接触点及笆齿端点为波峰，笆斗箱底面及笆齿中部为波谷。双曲线设计合理利用重力作用将果实装入笆斗箱内，防止果实滚落。

笆齿23外部包覆有软质橡胶材料。避免对果径造成严重损坏。

实施例10：

一种蓝莓采摘与分拣装置，其结构如实施例1所述，所不同的是，不同轴径的两组转轴之间螺纹连接，便于更换选择不同规格轴径的转轴。转轴与分拣箱连接的一端设有驱动转筒，驱动转筒可控制转轴转动，辅助分拣。

实施例11：

一种蓝莓采摘与分拣装置，其结构如实施例1所述，所不同的是，每个分拣腔均设有出料口3，每个出料口下方的机架上均设有储物箱4，出料口处的分拣腔底部水平面为分拣腔底部水平面最低处，便于将分拣而得的作物由出料口出料，在各自的储物箱中分级存放。储物箱与机架之间采用锥形定位销连接，两者之间采用活动连接，当储物箱装满时方便将其拆下。

实施例12：

一种蓝莓采摘与分拣装置，其结构如实施例11所述，所不同的是，根据实际情况选择分拣的级数，本实施例中筛轴包括三组不同轴径的转轴，每组转轴的轴径相同，两组转轴连接处设有挡料板，挡料板将分拣箱间隔为分拣腔，相应的，挡料板数量为两个，挡料板分割出三个分拣腔来。

实施例13：

一种利用实施例1所述蓝莓采摘与分拣装置的工作方法，包括步骤如下：

利用动力驱动装置驱动本装置行驶至待采摘蓝莓丛处，平移气缸驱动采摘装置沿导轨向前伸出至蓝莓丛上方，侧拉气缸与前倾气缸使三个笆斗张开至相互之间空间最大，提升气缸驱动基座下降，收入蓝莓枝蔓后通过侧拉气缸与前倾气缸使笆斗收紧，同时提升气缸反向提升，蓝莓果粒进入笆斗中，采摘机构通过导轨行至集料仓上方，果实进入集料仓，果实由输送带送至分拣装置上方，通过分拣装置分级挑拣，完成一次采摘分拣作业。