一种果实采收装置的制作方法

本发明涉及农业机械的技术领域，更具体地，涉及一种果实采收装置。

背景技术：

我国是苹果种植大国，种植苹果是我国广大果农的主要经济来源。由于我国的苹果采摘应用机械发展缓慢、起步较晚。又由于地域因素、经济性和机械可操作性等很多方面的限制。我国该领域的机械化和自动化发展水平并不高。

由于苹果的种类多，生长形态存在很大的差异，果实在枝条上的生长部位不同，成熟所需的时间不统一等一系列因素导致苹果采收方面的机械化难度大。所以，一般停留在手工采摘，半自动化采摘阶段。由于果实成熟所需的时间不同，所以采摘时并不能一次性完成。需要人不定时的对成熟果实进行及时采收。目前，主要采摘方式还是依靠以下方式采收：

利用采果剪刀采摘：果农只能采摘低处生长的苹果，而对于中高处生长的苹果需借助爬梯等工具进行采摘，而果园的土地松软且不平整，使高处采摘苹果存在危险性。并且采摘时还需要不断上下爬梯，移动爬梯，采摘工作耗时长，果农的劳动强度大，采摘效率低；

利用长杆开口夹采摘：果农通过拉动下面的手闸来带动开口夹闭合，苹果被包围在开口夹中，然后通过拉拽的方式将苹果采摘下来。但是，这种拉拽式的采摘方式容易使苹果果柄处损坏、脱落进而使果实不耐存放，容易萎蔫，而且采摘时也容易造成枝条受伤甚至断裂，损伤果树；并且一次只能采摘一个苹果，采摘效率较低；

利用摘果器采摘，果农通过拉动下面的手闸来带动顶部的刀刃进行剪切实现对苹果的采摘，采摘下来的苹果落入下面的收集袋中。但由于采摘刀处的角度不可调节，对于高处生长位置特殊，看不见果柄的苹果难以采摘；

利用大型采摘机械采摘，采摘效率高，但只适用于标准化、平整地形的苹果种植园，而对于我国广泛存在的非标准化、山地、丘陵地区苹果种植果园，其行动受限，采摘工作受限，实用性不强，并且成本高昂。

因此，现有技术中亟需一种降低采摘时的危险性和劳动强度，减少对苹果和枝条造成损坏，使采摘工作端角度可调，并且适用于标准化程度低的苹果种植园的技术方案。

技术实现要素：

针对上述现有技术的不足，本发明提供了一种果实采收装置。

为实现上述目的，本发明通过下述技术方案予以实现：

一种果实采收装置，包括手持杆、采摘机构、收集机构，所述收集机构套设在所述手持杆上，其特征是，所述果实采收装置还包括：

采摘腕机构，所述采摘腕机构的前端与所述采摘机构的末端固定连接，所述采摘腕机构的末端与所述手持杆转动连接；

可充电电源，所述可充电电源固定设置在所述手持杆上，用于驱动所述采摘腕机构转动。

所述采摘机构包括剪刀、铰接件、转动连接件、拉头、复位弹簧、钢丝绳和弹簧安装板，所述手持杆上还固定设置有可转动的手闸；

所述剪刀为四连杆机构，所述剪刀的刀片之间通过所述铰接件铰接连接，所述转动连接件固定设置在所述拉头上，所述剪刀的末端与所述转动连接件转动连接；

所述弹簧安装板与所述采摘腕机构固定连接，所述弹簧安装板上设置有通孔，所述复位弹簧的两端分别与所述拉头和所述弹簧安装板固定连接；

所述钢丝绳贯穿所述弹簧和所述通孔，且所述钢丝绳的一端与所述拉头固定连接，另一端与所述手闸固定连接。

所述采摘机构还包括安装壳体，所述铰接件、拉头和复位弹簧均设置在所述安装壳体中。

所述采摘腕机构包括采摘腕、拨销、铰链轴、传动轴、蜗轮蜗杆传动机构、直流电机、三脚两位开关、电路总开关；

所述采摘腕设置在所述手持杆的顶端，所述铰链轴贯穿所述采摘腕和所述手持杆，所述传动轴贯穿所述手持杆；

所述拨销一端与所述采摘腕固定连接，另一端与所述铰链轴固定连接；所述直流电机固定设置在所述手持杆上，所述传动轴和所述直流电机的输出轴均与所述蜗轮蜗杆传动机构固定连接；

所述铰链轴和所述传动轴上均套设有链轮，所述链轮上套设有链条；

所述可充电电源连接有电路总开关，所述电路总开关与所述三脚两位开关连接，所述三脚两位开关与所述直流电机连接，所述三脚两位开关和所述电路总开关都固定设置在所述手持杆上。

所述链轮由皮带轮代替，所述链条由皮带代替。

所述链轮由滑轮代替，所述链条由钢丝代替。

所述手持杆上还设置有行程开关。

所述收集机构包括收集桶、底座、第一齿轮、第二齿轮、固定支架、涡卷弹簧、电磁铁、上铁片、拉绳，滑动套管、下铁片、永磁铁、转动轴、开口固定轴和电磁铁开关；

所述底座设置在所述收集桶的底部，所述收集桶与所述滑动套管固定连接，所述滑动套管套设在所述手持杆上，并且可以沿所述手持杆滑动；

所述固定支架固定套设在所述手持杆上，所述转动轴贯穿所述固定支架并且可在所述固定支架内旋转，所述开口固定轴固定设置在所述固定支架上；

第一齿轮套设在所述开口固定轴上，所述第一齿轮上固定设置有固定销，所述第二齿轮套设在所述转动轴上，所述第一齿轮和所述第二齿轮啮合；所述涡卷弹簧缠绕设置在所述第一齿轮上，一端固定设置在所述固定销上，另一端固定设置在所述开口固定轴上；所述拉绳的一端固定设置在所述收集桶上，另一端缠绕设置在所述转动轴上；

所述电磁铁与所述电磁铁开关连接，所述电磁铁开关与所述可充电电源连接；所述电磁铁和所述永磁铁均固定设置在所述手持杆上，所述电磁铁设置在所述滑动套管上方，所述永磁铁设置在所述滑动套管下方；所述上铁片设置在所述滑动套管的上端，所述下铁片设置在所述滑动套管的下端。

所述收集桶的侧壁上设置有凸起，所述底座上设置有挂耳，所述挂耳内设置有调节卡槽，所述调节卡槽内设置有限位卡突。

所述手持杆上还设置有视觉监控系统，所述视觉监控系统包括设置在所述采摘机构上的摄像头、固定设置在所述手持杆上的屏幕支架和设置在所述屏幕支架上的显示屏幕。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1.通过将采摘剪刀和轻质长杆配合使用，既利用了长杆可延伸距离的特点又利用了剪刀采摘不会损伤苹果果柄，并且采摘方便的优势，能够提高采摘苹果的质量和降低果农的劳动强度，避免了使用长杆开口夹在采摘中高处苹果时，会造成苹果果柄损坏，降低苹果存放时间，损伤果树枝条等问题，也有效解决了果农在采摘中高处的苹果时使用采果剪刀上下爬梯带来的劳动强度大，采摘效率低以及高处采摘存在的危险的问题。

2.采摘剪刀的采摘角度可以通过直流电机调节，以满足中高处果柄生长位置特殊、生长角度特殊以及由于周围其他待收苹果或枝叶遮挡而无法准确看到剪切位置的苹果采摘。采摘腕处装有摄像头，当采摘视线受阻时，通过显示屏幕里的画面可以帮助采摘者准确找到的剪切位置，解决了摘果器的采摘刀角度不可调节和对于高处看不见果柄的苹果不易采摘等问题。

3.收集桶一次可以收集多个苹果，提高了采摘效率；收集桶可以沿轻质长杆上下滑动，解决了人的臂长有限不便将收集到的苹果轻松拿出的问题；收集桶上装有海绵等缓冲设计，缓解了采摘后苹果下落到收集桶里时对其他苹果的冲击以及苹果与收集桶壁的磕碰滑擦，降低了苹果在收集过程中受损的几率。

本发明同样适用于桃、梨、杏、橘子、芦柑、柚子、橙子、金桔、桑葚、龙眼、荔枝、杨梅、椰子、芒果、柿子、西柚等其他树生水果果实的采摘，适应性广。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明采摘机构的主视图。

图3是图2的俯视图。

图4是采摘腕机构去掉行程开关的主视结构示意图。

图5是采摘腕机构的俯视图。

图6是行程开关在a视角的结构示意图。

图7是收集机构的主视图。

图8是收集机构去掉固定挡板的主视图。

图9是图8中b处的局部放大图。

图10是收集机构和滑动套管整体的结构示意图。

图11是图10的左视图。

图12是图10的俯视图。

图13是视觉监控系统的主视图。

图14是图13的俯视图。

图15是本发明的控制电路。

附图标记：1-采摘机构，101-剪刀，102-复位弹簧，103-安装壳体，104-转动连接件，105-铰接件，106-拉头，107-传动绳，108-手闸；

2-采摘腕机构，201-采摘腕，202-拨销，203-铰链轴，204-蜗轮蜗杆传动机构，205-直流电机，206-三脚两位开关，207-第一紧箍，208-电路总开关，209-第二紧箍，210-传动轴，211-顶丝，212-连接绳，213-链条，214-弹簧安装板，215-行程开关，216-行程开关安装夹套，217-限位块，218-链轮，219-输出轴；

3-视觉监控系统，301-摄像头，302-屏幕支架，303-显示屏幕；

4-手持杆；

5-可充电电源；

6-收集机构，601-收集桶，602-第一齿轮，603-固定挡板，604-第二齿轮，605-支架螺栓，606-固定支架，607-涡卷弹簧，608-电磁铁，609-电磁铁紧箍，610-上铁片，611-拉绳，612-滑动套管，613-下铁片，614-自攻螺丝，615-永磁铁固定板，616-永磁铁，617-底座，618-转动轴，619-开口固定轴，620-固定销，621-电磁铁开关，622-挂耳，623-凸起，624-调节卡槽，625-限位卡突，626-海绵。

具体实施方式

下面根据具体实施方式对本发明做进一步阐述。

如图1-14所示的果实采收装置，包括手持杆4、采摘机构1、收集机构6，收集机构6套设在手持杆4上，其特征是，果实采收装置还包括：

采摘腕机构2，采摘腕机构2的前端与采摘机构1的末端固定连接，采摘腕机构2的末端与手持杆4转动连接；

可充电电源5，可充电电源5固定设置在手持杆4上，用于驱动采摘腕机构2转动。

采摘机构1包括剪刀101、铰接件105、转动连接件104、拉头106、复位弹簧102、传动绳107和弹簧安装板214，手持杆4上还固定设置有可转动的手闸108。

剪刀101为四连杆机构，剪刀101的刀片之间通过铰接件105铰接连接，转动连接件104固定设置在拉头106上，剪刀101的末端与转动连接件104转动连接。

弹簧安装板214与采摘腕机构2固定连接，弹簧安装板214上设置有通孔，复位弹簧102的两端分别与拉头106和弹簧安装板214固定连接。

传动绳107贯穿复位弹簧102和通孔，且传动绳107的一端与拉头106固定连接，另一端与手闸108固定连接。

采摘机构1还包括安装壳体103，铰接件105、拉头106和复位弹簧102均设置在安装壳体103中。

采摘腕机构2包括采摘腕201、拨销202、铰链轴203、传动轴210、蜗轮蜗杆传动机构204、直流电机205、三脚两位开关206、电路总开关208。

采摘腕201设置在手持杆4的顶端，铰链轴203贯穿采摘腕201和手持杆4，传动轴210贯穿手持杆4。

拨销202一端与采摘腕201固定连接，另一端与铰链轴203固定连接。直流电机205通过第二紧箍209固定设置在手持杆4上，传动轴210和直流电机205的输出轴219均与蜗轮蜗杆传动机构204固定连接。

本实施例中，铰链轴203与传动轴210平行，传动轴210与输出轴219空间垂直。传动轴210为两段可旋转轴组合而成，两段的外侧端部都套设有限位块217且侧壁上设有凹槽，顶丝211的端部形状与凹槽的形状相契合，顶丝211穿过限位块217上的圆孔并止抵在凹槽内，从而将传动轴210轴向限位。铰链轴203为两段可旋转轴组合而成，其中一段开设有水平通孔，另一段的外侧端部套设有限位块217且侧壁上设有凹槽，顶丝211的端部形状与凹槽的形状相契合，顶丝211穿过限位块217上的圆孔并止抵在凹槽内，从而将铰链轴203轴向限位；拨销202一端插入采摘腕201的管壁中并固定，另一端穿过铰链轴203上的水平通孔，从而与铰链轴203连接并在纵向位置固定。

铰链轴203和传动轴210上均套设有链轮218，链轮218上套设有链条213。

本实施例中，链条213采用非完整链条，套设在铰链轴203上的链轮218上的链条213与套设在传动轴210上的链轮218上的链条213之间通过连接绳212连接。

在本发明的其他实施例中，链轮替换为皮带轮或滑轮，链条替换为皮带或钢丝。

可充电电源5连接有电路总开关208，电路总开关208与三脚两位开关206连接，三脚两位开关206与直流电机205连接，三脚两位开关206和电路总开关208都固定设置在手持杆4上。

本实施例中，三脚两位开关206位于手闸108的下端，电路总开关208靠近三脚两位开关206设置。

手持杆4上还设置有行程开关215。

收集机构6包括收集桶601、底座617、第一齿轮602、第二齿轮604、固定支架606、涡卷弹簧607、电磁铁608、上铁片610、拉绳611，滑动套管612、下铁片613、永磁铁616、转动轴618、开口固定轴619和电磁铁开关621。

底座617设置在收集桶601的底部，收集桶601与滑动套管612固定连接，滑动套管612套设在手持杆4上，并且可以沿手持杆4滑动。

固定支架606固定套设在手持杆4上，转动轴618贯穿固定支架606并且可在固定支架606内旋转，开口固定轴619固定设置在固定支架606上。

第一齿轮602套设在开口固定轴619上，第一齿轮602上固定设置有固定销620，第二齿轮604套设在转动轴618上，第一齿轮602和第二齿轮604啮合。涡卷弹簧607缠绕设置在第一齿轮602上，一端固定设置在固定销620上，另一端固定设置在开口固定轴619上。拉绳611的一端固定设置在收集桶601上，另一端缠绕设置在转动轴618上。

电磁铁608与电磁铁开关621连接，电磁铁开关621与可充电电源5连接；电磁铁608和永磁铁616均固定设置在手持杆4上，电磁铁608设置在滑动套管612上方，永磁铁616设置在滑动套管612下方。上铁片610设置在滑动套管612的上端，下铁片613设置在滑动套管612的下端。

收集桶601的侧壁上设置有凸起623，底座617上设置有挂耳622，挂耳622内设置有调节卡槽624，调节卡槽624内设置有限位卡突625。本实施例中，挂耳622有两个，分别位于底座617两侧，每一侧挂耳622的调节卡槽624中，限位卡突625两两一组，水平方向上布置有多组限位卡突625。凸起623的纵截面的横向长度与调节卡槽624的宽度相契合。

手持杆4上还设置有视觉监控系统3，视觉监控系统3包括设置在采摘机构1上的摄像头301、固定设置在手持杆4上的屏幕支架302和设置在屏幕支架302上的显示屏幕303。

本实施例中，屏幕支架302通过螺栓固定在手持杆4上。摄像头301和显示屏幕303可以由可充电电源5直接供电。

本发明的其他实施例中，显示屏幕303可以是手机屏幕。

本实施例中，可充电电源5通过第一紧箍207固定在手持杆4上，直流电机205通过第二紧箍209固定设置在手持杆4上。

本实施例中，铰接件105为铰链，转动连接件104为螺栓。

本实施例中，传动绳107为钢丝绳。

本实施例中，手持杆4为轻质长杆。可充电电源5为直流电源或蓄电池。

本实施例中，弹簧安装板214弹簧安装板214安装在采摘腕201内。

本实施例中，三脚两位开关206分为206+和206-，分别用来控制直流电机205的正、反转，开关206+控制直流电机205正转，开关206-控制直流电机205反转，为了操作灵活均采用点动控制。电路总开关208位于手闸108旁边处，贴近三脚两位开关206。闭合电路总开关208，再闭合三脚两位开关206，可充电电源5驱动直流电机205正转或反转，这样的设计进一步保障了安全。行程开关215通过行程开关安装夹套216固定设置在手持杆4上，行程开关安装夹套216通过螺钉固定在手持杆4上，两个行程开关215a和215b通过螺栓固定在行程开关安装夹套216上。

采摘腕201的仰俯运动存在两个极限位置，如果用户未加注意，可能因采摘腕201碰到极限位置而发生卡死，进而造成直流电机205烧坏甚至整个装置的损坏。因此，行程开关215安装在采摘腕201的两个转动极限相应的位置，两个位置分别安装行程开关215a和215b，当采摘腕201运动到极限位置，触碰到行程开关时，直流电机205的电路将被立即切断，直流电机205随即停止转动，以起到保护直流电机205和装置零部件的作用。

本发明的控制电路如图15所示。本实施例中，可充电直流电源5为12v可充电直流电源，分别给显示屏幕303、电磁铁608以及直流电机205供电。开关s1(208)为本装置的电路总开关208，显示屏幕303、电磁铁608以及直流电机205的供电电路为并联关系，均由电路总开关208控制；开关s2(621)处于常闭状态，当收集到的苹果数量达到采摘者要求时，按下开关s2(621)使电磁铁ya(608)断电，释放收集桶601；直流电机m(205)的转动方向分别由正转三脚两位开关s3(206+)和反转三脚两位开关s4(206-)控制；在采摘腕201的极限位置检测由两个行程开关215a和215b完成，当采摘腕201运动到极限位置，触碰到行程开关215a或215b时，直流电机205该转动方向的电路将被切断，直流电机205随即停止转动，从而保护直流电机205和装置零部件免受损坏。

本实施例中，收集桶601通过自攻螺丝614与滑动套管612固定连接，滑动套管612可以沿手持杆4上下滑动。固定支架606通过4个支架螺栓605固定在手持杆4上。

本实施例中，拉绳611为尼龙绳。

本实施例中，第一齿轮602为大齿轮，第二齿轮604为小齿轮。

本实施例中，第一齿轮602和第二齿轮604的外侧被固定挡板603盖住，两块固定挡板603之间通过螺栓或其他方式固定连接，从而使第一齿轮602和第二齿轮604轴向限位。

本实施例中，电磁铁608通过电磁铁紧箍609固定在手持杆4上，电磁铁608与电磁铁开关621之间的连接线埋设在手持杆4内部。电磁铁开关621固定设置在手持杆4上。永磁铁616通过永磁铁固定板615固定在手持杆4上。

本实施例中，收集桶601内壁上粘贴有海绵626，用以缓冲苹果等果实落下的冲击力，以免擦伤果实。收集桶601采用镂空设计，便于使用者观察采摘下来的苹果的数量。

本实施例中，开口固定轴619上设置有孔，涡卷弹簧607的一端插入孔中并固定，另一固定连接在固定销620上。当第一齿轮602旋转时，由于开口固定轴619固定在固定支架606上，不随第一齿轮602旋转而转动，同时，固定销620与第一齿轮602固定为一体，随第一齿轮602旋转而运动，因此，涡卷弹簧607会随第一齿轮602旋转而被压缩或拉伸。涡卷弹簧607在收集桶601下滑时起缓冲作用以及为收集桶601回升到初始位置提供动力。

收集桶601下部设置有可调底座617，通过其挂耳622上的调节卡槽624，使收集桶601的容积可调，可满足不同使用者对收集数量的自主调节。

安装收集桶601的方法如下：将底座617翻转90°左右，使调节卡槽624处于大致水平方向，并套在凸起623上，使凸起623穿出调节卡槽624，然后再将底座617反向翻转90°，使底座617回到开口朝上的位置，同时，限位卡突625卡在凸起623上方，从而使挂耳622挂在限位卡突625上，完成底座617的安装。

收集桶601的调整方法如下：在将调节卡槽624套在凸起623上时，使不同组的限位卡突625卡在凸起623上方，即通过调整底座617高度的方式，调整收集桶601的容积，收集桶601与底座617之间的缝隙保证果实不漏出来即可。

本发明采摘苹果果实的工作方式如下：

如图2所示，按下手闸108，传动绳107被拉动，由于传动绳107是逆时针缠绕在手闸108的转轴上，所以当手闸108被向下按压时，传动绳107被向左拉动，带动拉头106向左运动，复位弹簧102被压缩，拉头106上的转动连接件104也向左运动。由于剪刀101为四连杆机构，因而，在转动连接件104向左运动时，刀片绕铰接件105转动，从而闭合，剪刀101将果实的果柄剪切下来。当松开手闸108时，复位弹簧102会自发向右复位，传动绳107向右复位，拉头106向右运动，转动连接件104也向右运动，刀片绕铰接件105转动，从而重新张开，准备下一次剪切。

为调整剪刀101的角度，闭合电路总开关208，再接通正转三脚两位开关206+或反转三脚两位开关206-，控制直流电机205正转或反转，直流电机205的输出轴219通过蜗轮蜗杆传动机构204，带动传动轴210旋转；传动轴210上的链轮218与传动轴210固定安装，因而，传动轴210旋转的同时，传动轴210上的链轮218同步旋转；同时，铰链轴203的链轮218与铰链轴203也是固定安装，链轮218的转动，使链条213相应地运动，借助两段非完整链条之间的连接绳212，起到传动作用，驱动了铰链轴203的顺时针或逆时针转动；由于拨销202两端分别与铰链轴203和采摘腕201固定连接，拨销202的转动带动采摘腕201的转动，从而使采摘机构1的角度左右调整(以图4中的视角，即采摘机构1朝向纸面或远离纸面运动)，实现剪刀101工作角度的调节。当采摘腕201运动到两个极限位置中的某一个时，即触碰到行程开关215a或215b，此时，直流电机205的电路会被立即切断，直流电机205随即停止转动，剪刀101不再转动。

当采摘人员站在树下，采摘视线被苹果或枝叶遮挡时，通过摄像头301传回到显示屏幕303上的画面可以清晰观察并准确找到剪切位置，辅助人工实现准确采摘，同时避免采摘时碰伤苹果。

收集桶601的初始位置位于剪刀101下方，用于收集采摘下来的苹果。当收集桶601已装满，需要将苹果倒出时，断开电磁铁开关621，电磁铁608失去对上铁片610的磁力，收集桶601随滑道套管612下滑，直至下滑到下铁片613被永磁体616吸住；在下滑过程中，拉绳611被向下拉动，由于拉绳611是顺时针缠绕在转动轴618上的，因而转动轴618逆时针旋转，与之固定安装为一体的第二齿轮604逆时针旋转，带动第一齿轮602顺时针旋转。

将收集桶601中的苹果全部拿出后，手动使滑动套管612与永磁铁616分离，在涡卷弹簧607弹力的作用下收集桶601上升；接通电磁铁开关621，电磁铁608对上铁片610具有向上的作用力，使收集桶601和滑动套管612最终回到初始位置。

此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域技术人员可对其进行简单地更改或替换，例如：

采摘剪刀的闭合与张开还可以曲柄滑块机构、凸轮机构、齿轮机构以及其他连杆机构等形式代替；

顶丝可以用销、螺栓来代替；

驱动采摘腕转动的链轮和链条传动，可以用皮带和带轮传动、或钢丝和滑轮传动来代替。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”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和简化描述，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、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

以上所述的仅是本发明的优选实施方式，但本并不局限于上述的具体实施方式，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。