本发明涉及水果采摘技术领域，尤其涉及一种机械式菠萝采摘装置。
背景技术：
目前种植菠萝的地区和国家约有70个，菠萝作为特色热带水果受到了全世界的喜爱。我国菠萝的主要集中的种植地为广东、海南、广西、云南、福建和台湾等省区。在台湾，菠萝是重要的经济果树；在海南，菠萝是种植面积和产量仅次于香蕉和芒果的第三大水果，并且摘季节性较强，只有半个月左右的收获期，而且这时正是劳动力紧张的时候，为了改善和解决劳动力资源不够的问题，菠萝采摘机械的研制可谓广大菠萝种植户的迫切需要。
目前，国内外对于菠萝采摘装置的研究为数不多，大部分都是采用机械抓取和拧断的，但是由于菠萝区别于别的果蔬，它的质量较大，机械臂的抓取成为研究的难题，在采摘的过程中存在拧不断，抓不住，叶子挡住机械臂等问题。
技术实现要素：
为至少解决现有技术中存在的问题之一，本发明的目的在于提供一种能够方便有效地采摘菠萝的机械式菠萝采摘装置。
具体的，为实现上述目的，本发明提供一种机械式菠萝采摘装置，其包括：固定框架，设置在所述固定框架下方的移动框架，所述固定框架上设有控制所述移动框架上下移动的升降机构，所述移动框架的左侧设有用于切割菠萝的剪切机构，所述移动框架的右侧设有用于将菠萝推向所述剪切机构的推动机构，所述移动框架的下方设有开口。
优选的，所述固定框架包括上支撑板和下支撑板，所述上支撑板和所述下支撑板通过铝型材固定连接。
优选的，所述升降机构包括：可转动的安装在所述下支撑板上的第一绕线轮；驱动所述第一绕线轮转动的第一电机；固定安装在所述上支撑板下表面的第一定滑轮；固定安装在所述移动框架上的第一动滑轮；以及第一缆绳；其中，所述第一动滑轮通过所述第一缆绳与所述第一绕线轮连接，所述第一缆绳的一端固定连接在所述第一动滑轮的轮架上，所述第一缆绳的另一端依次绕过所述第一定滑轮和所述第一动滑轮与所述第一绕线轮连接，所述下支撑板上设有供所述第一缆绳通过的通孔。
优选的，所述升降机构还包括固定安装在所述下支撑板上的绕线轮支座，以及可转动的安装在所述绕线轮支座上的光轴，所述光轴的一端穿过所述绕线轮支座与所述第一绕线轮固定连接，所述光轴上设有第一同步轮，所述第一电机的输出轴与第二同步轮固定连接，所述第一同步轮与所述第二同步轮通过同步带传动。
优选的，所述升降机构还包括：第二绕线轮；固定安装在所述上支撑板下表面的第二定滑轮；固定安装在所述移动框架上的第二动滑轮；以及第二缆绳；其中，所述第二绕线轮固定安装在所述光轴的另一端，所述第二动滑轮通过所述第二缆绳与所述第二绕线轮连接，所述第二缆绳的一端固定连接在所述第二动滑轮的轮架上，所述第二缆绳的另一端依次绕过所述第二定滑轮和所述第二动滑轮与所述第二绕线轮连接，所述下支撑板上设有供所述第二缆绳通过的通孔。
优选的，所述第一定滑轮、所述第一动滑轮和所述第一缆绳均为两组，所述第二定滑轮，所述第二动滑轮和所述第二缆绳均为两组。
优选的，所述推动机构包括固定安装在所述移动框架左侧的推杆电机以及固定安装在所述推杆电机输出端的挡板。
优选的，所述挡板为弧形。
优选的，所述剪切机构包括：用于剪切菠萝的刀盘，用于控制所述刀盘旋转的第二电机，以及第三电机；其中，所述第二电机的输出轴与所述刀盘固定连接，所述移动框架的右侧设有相互平行的两条滑轨，所述第二电机固定安装在电机支座上，所述电机支座的底表面上设有两个滑块，所述两个滑块分别可滑动的安装在所述两条滑轨上，所述第三电机用于控制所述电机支座在所述滑轨上滑动。
优选的，所述剪切机构还包括线轮，第一钢丝绳，第二钢丝绳以及分别固定安装在所述移动框架的右侧前后两端的第一滑槽和第二滑槽，所述第一钢丝绳的一端固定连接在所述电机支座上，所述第一钢丝绳的另一端绕过所述第一滑槽固定连接在所述线轮上，所述第二钢丝绳的一端固定连接在所述电机支座上，所述第二钢丝绳的另一端绕过所述第二滑槽固定连接在所述线轮上，所述第三电机的输出端通过联轴器与所述线轮固定连接以控制所述线轮转动。
根据本发明提供的机械式菠萝采摘装置，其通过升降机构控制移动框架上下移动，进而将待采摘的菠萝罩住，然后通过推动机构将菠萝推向剪切机构，通过剪切机构将菠萝采摘下来，其能够有效的、顺利的采摘菠萝。
附图说明
图1为本发明一个实施例的机械式菠萝采摘装置的立体结构示意图；
图2为本发明一个实施例的机械式菠萝采摘装置的升降机构的结构示意图；
图3为本发明一个实施例的机械式菠萝采摘装置的升降机构的结构示意图；
图4为本发明另一个实施例的机械式菠萝采摘装置的推动机构的结构示意图；以及
图5为本发明另一个实施例的机械式菠萝采摘装置的剪切机构的结构示意图。
具体实施方式
为了更好的说明本发明，下面结合具体实施例及附图对本发明做进一步说明。可以理解的是，这些具体实施例及附图均为示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明及简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造及操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，本发明中的“第一”、“第二”等术语仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。
在本发明中，除非另有明确的规定及限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定及限定，第一特征在第二特征“之上”、“上方”及“上面”可以是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”及“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
参照图1所示，本发明提供一种机械式菠萝采摘装置100，其包括：固定框架1，设置在固定框架1下方的移动框架2。其中，固定框架1上设有控制移动框架2上下移动的升降机构，移动框架2的左侧设有用于切割菠萝的剪切机构，移动框架2的右侧设有用于将菠萝推向剪切机构的推动机构，移动框架2的下方设有开口3。
即，根据本发明提供的机械式菠萝采摘装置100，其在工作是，通过升降机构控制移动框架2上下移动，当移动框架2到达设定位置时，移动框架将待采摘的菠萝罩住，待采摘的菠萝从移动框架2的下方的开口3进入移动框架内；然后推动机构开始工作，将菠萝推向剪切机构，同时剪切机构开始工作，将菠萝的茎剪断，从而完成菠萝的采摘。
可以理解的是，本发明提供的机械式菠萝采摘装置100可以用于本领域的各种常用的菠萝采摘机器人小车上，例如，可以将本发明的推杆式菠萝采摘装置的固定框架1固定安装在菠萝采摘机器人小车上，菠萝采摘机器人可以自由移动，进而，配合菠萝采摘机器人小车，可以实现移动框架2在xyz轴三个自由度方向上的调整，从而可以准确的将移动框架2定位到合适的菠萝采摘位置。
可以理解的是，固定框架1可以采用本领域各种常用的结构，本发明对此没有特殊限制。在本发明的一个实施例中，如图1所示，固定框架1包括上支撑板11和下支撑板12，上支撑板11和下支撑板12通过铝型材固定连接。可以采用常规的方法将上支撑板11和下支撑板12用铝型材固定连接，例如，可以采用螺钉或者焊接的方式将上支撑板11和下支撑板12对应的四个角与铝型材固定连接，也可在铝型材与上支撑板11和下支撑板12连接的地方设置三角连接件，以提高连接强度。本发明对上支撑板11和下支撑板12的材质没有特殊限定，其可以为本领域常用的各种材质，如亚克力板、不锈钢板、铝板等。
可以理解的是，升降机构可以采用本领域常用的各种结构，只要能实现控制移动框架2上下移动即可。在本发明的一个实施例中，如图1、图2所示，升降机构包括：可转动的安装在下支撑板12上的第一绕线轮13；驱动第一绕线轮13转动的第一电机14；固定安装在上支撑板11下表面的第一定滑轮15；固定安装在移动框架2上的第一动滑轮16；以及第一缆绳17；其中，第一动滑轮16通过第一缆绳17与第一绕线轮13连接，第一缆绳17的一端(即：末端)固定连接在第一动滑轮16的轮架上，第一缆绳17的另一端(即：始端)依次绕过第一定滑轮15和第一动滑轮16与第一绕线轮13连接，下支撑板12上设有供第一缆绳17通过的通孔。即，在此实施例中，通过第一电机14驱动第一绕线轮13旋转，由于第一缆绳17的始端连接在第一绕线轮13上，进而第一缆绳17在第一绕线轮13上不断被卷绕或者释放，以此带动第一动滑轮16向上或者向下移动，进而实现移动框架2的向上或者向下移动。
可以理解的是，可以采用常用的方法将第一绕线轮13可转动的安装在下支撑板12上，只要其能自由转动即可，本发明对此没有特殊性限制。如图2所示，在本发明的一个实施例中，第一绕线轮13是通过绕线轮支座18可活动的安装在下支撑板12上的。即绕线轮支座18固定安装在在下支撑板12上，第一绕线轮13通过光轴19可活动的安装在绕线轮支座18上(例如，可以通过轴承的方式将光轴19可活动的安装在绕线轮支座18上)，光轴19的一端(如，前端)穿过绕线轮支座18与第一绕线轮13固定连接(例如，可以通过联轴器将光轴19的前端与第一绕线轮13固定连接)。进而，第一绕线轮13可以光轴19为轴线转动。
同样的，第一电机14可以采用本领域常用的方法来驱动第一绕线轮13转动，本发明对此没有特殊限制。例如，可以将第一电机14的输出轴与第一绕线轮13的输入轴固定连接，即第一电机14直接驱动第一绕线轮13。
优选的，如图2所示，在本发明的一个实施例中，第一电机14通过同步带22驱动第一绕线轮13转动，即，在光轴19上固定设置第一同步轮20，第一电机14的输出轴与第二同步轮21固定连接(例如，可以采用联轴器将第一电机14的输出轴与第二同步轮21固定连接)，第一同步轮20与第二同步轮21通过同步带22进行传动。
对于同步轮和同步带之间的传动原理为本领域技术人员所公知，本发明对此不再赘述。同样的，本发明可以采用本领域各种常用的同步带和同步轮结构，本发明对此没有特殊限制。
进一步的，为提高移动框架2上下移动的平稳性，参照图2、图3所示，在本发明的一个实施例中，升降机构还包括：第二绕线轮23，第二定滑轮24，第二动滑轮25以及第二缆绳26，其中第二绕线轮23、第二定滑轮24、第二动滑轮25以及第二缆绳26之间的配合关系可以与第一绕线轮13、第一定滑轮15、第一动滑轮16以及第一缆绳17之间的配合关系相同。即，在此实施例中，光轴19沿移动框架2前后设置，第一绕线轮13固定安装在光轴19的前端，第二绕线轮23固定安装在光轴19的后端，第二定滑轮24固定安装在上支撑板11下表面上，第二动滑轮25固定安装在移动框架2上，第二动滑轮25通过第二缆绳26与第二绕线轮23连接，第二缆绳26的一端固定连接在第二动滑轮25的轮架上，第二缆绳26的另一端依次绕过第二定滑轮24和第二动滑轮25与第二绕线轮23连接，下支撑板12上设有供第二缆绳26通过的通孔。即，移动框架2通过前后设置的两组滑轮组实现上下移动，其移动更加平稳。
为进一步提高移动框架2上下移动的平稳性，参照图2、图3所示，在本发明的一个实施例中，升降机构中的第一定滑轮15、第一动滑轮16和第一缆绳17为左右设置的两组，第二定滑轮24，第二动滑轮25和第二缆绳26为左右设置的两组。即，在此实施例中，移动框架2通过对角设置的四组滑轮组实现上下移动，其移动更加平稳。
可以理解的是，本发明对于第一缆绳17和第二缆绳26的材质没有特殊限制，其可以为本领域各种常用的缆绳，只要能够提供足够的拉力，足够支撑移动框架2上下移动即可，例如，第一缆绳17和第二缆绳26可以为钢丝绳、尼龙绳索等等。
可以理解的是，在本发明具体实施例提供的机械式菠萝采摘装置100中，第一动滑轮16和第二动滑轮25均与移动框架2固定连接，其可以与移动框架2的上端(如移动框架的上框)固定连接，也可与移动框架2的中部固定连接(如图所示，移动框架2的中部可以设置连接板，第一动滑轮16和第二动滑轮25均与连接板固定连接)，本发明对此没有特殊限定。
同样可以理解的是，移动框架20可以采用本领域常用的结构，本发明对此没有特殊限定。例如，移动框架20可以为由铝型材和三角连接件搭建而成的框架结构，也可以为由板材搭建而成，只要在其下方形成可供菠萝进出的开口即可。
可以理解的是，推动机构可以采用本领域的各种常规结构，只要能实现将菠萝推向剪切机构，使菠萝的茎部靠近剪切机构即可。优选的，在本发明的一个实施例中，参照图1、图4所示，推动机构包括固定安装在移动框架2左侧的推杆电机27以及固定安装在推杆电机27的输出端的挡板28。即，推杆电机27工作时，其输出端可以伸长或缩短，进而通过挡板28可以将菠萝推向剪切机构。
进一步的，为保证将菠萝推向剪切机构，防止造成菠萝破损，在本发明的一些实施例中，挡板28设置为弧形。弧形的挡板28能更好的契合菠萝的外形，保证菠萝可以完全被推向另一侧，不会偏离，而且在推动的过程中可以防止对菠萝造成损伤。
可以采用本领域各种常用的方法将推杆电机27固定安装在移动框架2上，本发明对此没有特殊限定。例如，在本发明的一些实施例中，如图4所示，推杆电机27通过推杆电机支座271固定安装在移动框架2上。可以理解的是，推杆电机支座271可以采用本领域各种常用的电机支座结构，例如可以采用铝型材固定连接形成推杆电机支座271。同样的，可以采用各种常用的方法将推杆电机支座271固定安装在移动框架2上，例如可以通过铝型材和三角连接件272将推杆电机支座271固定安装在移动框架2上。
可以理解的是，推杆电机27在工作时，其推杆可以伸长或缩短，进而可以施加推力，对推杆电机的结构及工作原理为本领域技术人员所公知，本发明对此不再赘述。
可以理解的是，剪切机构可以采用本领域的各种常规结构，只要能将菠萝的茎剪切断即可。优选的，如图5所示，在本发明的一个实施例中，剪切机构包括：用于剪切菠萝的刀盘29，用于控制刀盘29旋转的第二电机30，以及第三电机31。其中，第二电机30的输出轴与刀盘29固定连接，进而，第二电机30启动时能够带动刀盘29旋转。如图1和图5所示，移动框架2的右侧设有相互平行的两条滑轨32，第二电机30固定安装在电机支座33上，电机支座33的底表面上设有两个滑块34，两个滑块34分别可滑动的安装在两条滑轨32上，第三电机31用于控制电机支座33在滑轨32上滑动。即，第三电机31启动时，其控制电机支座33滑动，电机支座33通过滑块34在滑轨32上滑动，进而实现第二电机30和刀盘29沿滑轨32方向滑动。
可以理解的是，第三电机31可以通过本领域常用的各种结构控制电机支座33在滑轨32上滑动。优选的，在本发明的一个实施例中，剪切机构还包括线轮35，第一钢丝绳36，第二钢丝绳37以及分别固定安装在移动框架2右侧前后两端的第一滑槽38和第二滑槽39，第一钢丝绳38的一端固定连接在电机支座33上，第一钢丝绳36的另一端绕过第一滑槽38固定连接在线轮35上，第二钢丝绳37的一端固定连接在电机支座33上，第二钢丝绳37的另一端绕过第二滑槽39固定连接在线轮35上，第三电机31的输出端通过联轴器40与线轮35固定连接以控制线轮35转动。
即，在此实施例中，第三电机31是通过线轮35，第一钢丝绳36，第二钢丝绳37之间的配合实现电机支座33在滑轨32上滑动的，具体的，在第三电机31启动时，其通过联轴器40带动线轮35转动，由于第一钢丝绳36和第二钢丝绳37的一端连接在线轮35上，进而第一钢丝绳36和第二钢丝绳37在线轮35转动时，第一钢丝绳36和第二钢丝绳37不断卷绕在线轮上或者从线轮35上不断释放，两者相互配合。由于第一钢丝绳36和第二钢丝绳37的另一端连接在电机支座33上，进而，当第一钢丝绳36不断卷绕在线轮35上，而第二钢丝绳37从线轮35上不断释放时，电机支座33被带动向第一滑槽38移动；相反的，当第一钢丝绳36从线轮35上不断释放，而第二钢丝绳37不断卷绕在线轮35上时，电机支座33被带动向第二滑槽39移动，即可实现电机支座33在滑轨32上滑动，进而实现刀盘移动，实现切割的效果。
以上尽管已经对本发明做了示例性的描述，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下，可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。