一种菠萝采摘机构的制作方法

本发明属于农用机械技术领域，具体涉及一种菠萝采摘机构。

背景技术：

菠萝是著名的热带水果之一，世界上有超过70种菠萝品种。菠萝茎短，叶多为剑形，长40-90厘米，宽4-7厘米，呈莲座式排列。其可食部分主要由肉质增大之花序轴、螺旋状排列于外周的花组成。

菠萝果实呈椭圆球状，纵向直径较长，约为20-26cm，横向直径较短为18-24cm。果实重量越0.95kg-1.5kg，菠萝植株株高为0.7m-1m,与果实连接处的果柄直径约3-6cm，果眼大而浅，果肉柔滑多汁，甜酸适中，一般削皮后即可食用，既可鲜食，也可加工罐头。菠萝的叶子纤维甚坚韧，可供织物、制绳、结网和造纸。菠萝植株对土壤适应性强，耐瘠耐旱，病虫害较少，易栽培，产量高，是重要的农业经济作物，具有广阔的产业前景。

近年来，菠萝的市场需求在不断增大，然而菠萝的采摘却一直制约着菠萝产业的发展，菠萝植株的叶片成螺旋形排列，簇生于茎上，当菠萝成熟时，菠萝叶片成革状，形状类似于剑形，有些菠萝还会在叶片的边缘长出小刺，采摘时很容易划伤手。目前我国的菠萝采摘主要依靠于人工采摘，工作效率低，劳动强度大，一直是困扰果农种植菠萝的技术瓶颈问题，急需研制相应的菠萝采摘机来解决这一难题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出一种菠萝采摘机构，解决现有技术存在的人工方式采摘菠萝工作效率低和劳动强度大的问题。

为实现上述目的，本发明的一种菠萝采摘机构包括车架本体以及设置在车架本体上的采摘收集机构和转向机构，采摘收集机构包括：

设置在所述车架本体前部的采摘机构，所述采摘机构包括一组采摘单元和一组高度调节单元，采摘单元包括一端和车架本体连接，另一端与车架本体行进方向垂直的旋转轴连接的悬臂以及设置在旋转轴上左右对称的采摘指，采摘单元的悬臂与高度调节单元铰接并通过高度调节单元与车架本体固定连接；

设置在所述车架本体前部并位于所述采摘指后方的输送及收集机构；

以及对称设置在车架本体两侧的动力传动机构，通过所述动力传动机构带动所述采摘机构中的旋转轴转动以及所述车架本体上的行走轮。

所述车架本体包括：

框式车架以及车底盘；

设置在所述框式车架两侧面的支撑梁；

设置在所述框式车架两侧面的横梁；

设置在框式车架一端两侧的行走轮；

设置在所述框式车架另一端两侧的转向轮；

设置在所述车底盘上的圆形卡槽；

设置在所述车底盘一端两侧的承力板。

所述采摘指设置在所述旋转轴上具体为：多组采摘指沿旋转轴长度方向均匀设置，每组采摘指包括多对圆周均布的采摘指，每一对采摘刀具之间呈V型设计，任意一对采摘刀具V型夹角至少为30度，所述V型夹角两侧采摘刀具设有以所述刀具压缩边为基准，至少呈15度的刀刃。

所述转向机构包括：

设置在车架本体一端两侧内部并垂直于车底盘的定轴；

设置在所述车架本体一端两侧的转向轴，所述的转向轴设置有与其固定连接的转向圆盘，所述转向轴一端与定轴连接，另一端设有轴承与转向轮连接。所述转向圆盘连接弹簧的一端，弹簧另一端连接承力板并垂直于车底盘；

设置在所述转向圆盘上的连杆，所述连杆两端均通过活动螺栓分别与转向圆盘和连杆铰接；

设置在所述车架本体上的操作杆，所述操作杆底端通过活动螺栓与车架本体铰接，靠近底端部分通过销与连杆固定连接。

所述高度调节单元包括：

和所述车架本体上支撑梁固定连接的滑座，所述滑座三者连线与车架本体行进方向平行；

和所述滑座配合的长轴，所述长轴一端设有与其固定连接的拉手，另一端设有套筒卡座，所述套筒卡座和所述长轴分别与曲柄Ⅰ和曲柄Ⅱ一端铰接，所述曲柄Ⅱ和曲柄Ⅰ另一端分别与悬臂和曲柄Ⅲ铰接；

所述套筒卡座与所述长轴同轴配合，所述套筒卡座设有锯齿形卡槽；

和所述曲柄Ⅲ一端同轴连接的曲轴，所述曲轴中间位置设有与其固定连接的伸缩杆；

一端和所述伸缩杆铰接的滑块，所述滑块下端设有棘爪机构；

固定在所述车架本体上的通轴Ⅲ；

和所述通轴Ⅲ固定连接的棘轮；所述棘轮与所述滑块的棘爪结构部分保持接触；

和所述滑块配合的滑轨，所述滑轨与车底盘固定连接以及滑轨两侧开设有与所述通轴Ⅲ直径相同大小的圆孔，所述通轴Ⅲ与所述滑轨上的圆孔以及所述棘轮轴心共线，所述棘轮设置在滑轨内部。

所述长轴靠近与曲柄Ⅱ铰接一端采用分段设置；所述长轴上设有能嵌入套筒卡座锯齿形卡槽内的圆形柱头；所述悬臂与所述通轴Ⅲ连接部分采用棘轮棘爪结构。

所述对称设置在车架本体两侧的动力传动机构包括：

设置在车架本体两侧支撑梁Ⅰ上端的通轴Ⅰ以及嵌入在所述支撑梁Ⅰ内部与所述轴Ⅰ相配合的轴承；

设置在车架本体两侧支撑梁Ⅲ中间位置的通轴Ⅱ以及嵌入在所述支撑梁Ⅲ内部与所述通轴Ⅱ相配合的轴承；

设置在车架本体两侧支撑梁Ⅲ下端的通轴Ⅲ以及嵌入在所述支撑梁Ⅲ内部与所述通轴Ⅲ相配合的轴承；

设置在车架本体两侧支撑梁Ⅱ下端的通轴Ⅳ以及嵌入在所述支撑梁Ⅱ内部与所述通轴Ⅳ相配合的轴承；

固定在所述车底盘上的电动机；

和所述电动机输出端连接的是带传动单元，所述带传动单元包括带轮Ⅰ、带轮Ⅱ、带轮Ⅲ、带轮Ⅳ、带轮Ⅴ以及沿通轴Ⅳ轴向均匀分布的带轮Ⅵ、带轮Ⅶ、带轮Ⅷ以及V带Ⅰ、V带Ⅵ、V带Ⅶ、V带Ⅷ，所述带轮Ⅰ通过V带Ⅰ与带轮Ⅱ连接传动，所述带轮Ⅱ、带轮Ⅵ、带轮Ⅶ、带轮Ⅷ均通过键与通轴Ⅳ固定连接，所述带轮Ⅵ通过V带Ⅵ与带轮Ⅳ连接传动，所述带轮Ⅶ通过V带Ⅶ与带轮Ⅴ连接传动，所述带轮Ⅷ通过V带Ⅷ与带轮Ⅲ连接传动；

和所述带轮Ⅳ同轴设置的同步齿轮Ⅰ，所述同步齿轮Ⅰ和所述带轮Ⅳ通过键与通轴Ⅱ固定连接，所述同步齿轮Ⅰ通过齿形带将动力传递给同步齿轮Ⅱ；

和所述带轮Ⅴ同轴设置的链轮组Ⅰ，所述链轮组Ⅰ和所述带轮Ⅴ内部设有轴承，所述轴承外圈与所述链轮组Ⅰ以及带轮Ⅴ固定连接，所述轴承内圈与通轴Ⅲ固定连接，所述链轮组Ⅰ由沿通轴Ⅲ轴向由外向内均匀分布的三个直径大小递减的链轮组成；

和所述链轮组Ⅰ通过链连接传动的链轮组Ⅱ，所述链轮组Ⅱ由沿旋转轴轴向由内向外均匀分布的三个直径大小递减的链轮组成，所述链轮组Ⅱ通过键与旋转轴固定连接，所述链轮组Ⅰ和所述链轮组Ⅱ中

任意一对同侧齿端面位于同一铅垂面上的大小齿轮互补对应；

本发明的有益效果为：本发明的一种菠萝采摘机构包括车架本体以及设置在车架本体上一组结构相同的采摘收集机构和转向机构，采摘收集机构包括采摘机构、输送及收集机构和动力传动机构；采摘机构由一对采摘刀具和高度调节器组成，采用对菠萝杆茎纵向切削的方式实现菠萝采摘。输送及收集机构主要由接果盘、齿形传送带以及收集桶组成，接果盘能沿一端上下调整摆动，使接果盘始终能位于采摘刀具的后下方并顺利实现接果，落入接果盘内的菠萝依靠重力滑入齿形传送带后由传送带送至收集桶。动力传动机构采用带传动、齿轮啮合传动以及链传动组合传动形式为采摘收集传送机构提供动力。本发明的车架本体为一体设计，加强整车结构的稳定性。本发明充分利用采摘收集以及传动机构的整体性，使整机结构紧凑，降低制作成本，与人力采摘方式相比，降低了劳动强度，采摘效率高，操作方便，实用可靠。

附图说明

图1为本发明的一种菠萝采摘机构主视图；

图2为本发明的一种菠萝采摘机构三维立体图；

图3为本发明的一种菠萝采摘机构中转向机构示意图；

图4为本发明的一种菠萝采摘机构中高度调节单元以及采摘单元结构示意图；

图5为本发明的一种菠萝采摘机构中动力传动机构示意图；

其中：Ⅰ、车架本体，23、车底盘，18、框式车架，24、支撑梁Ⅰ，10、支撑梁Ⅱ，13、支撑梁Ⅲ，26、行走轮，22、转向轮，33、承力板，32、圆形卡槽，Ⅱ、采摘机构，5、采摘刀具，29、旋转轴，38、轴承，31、悬臂，12、长轴，17、滑座，16、紧定螺母，48、套筒卡座，9、曲柄Ⅱ，47、曲柄Ⅰ，49、曲轴，45、伸缩杆，44、滑块，43、棘轮，46、曲柄Ⅲ，Ⅲ、转向机构，41、转向轴，39、轴承，21、弹簧，20、操纵杆，37、活动螺栓，42、销，38、连杆Ⅰ，35、连杆Ⅱ，36、活动螺栓Ⅰ，34、定轴，Ⅳ传动机构，25、电动机，50、带轮Ⅰ，52、带轮Ⅱ，54、带轮Ⅲ，59、带轮Ⅳ，64、带轮Ⅴ，51、V带Ⅰ，60、V带Ⅵ，55、V带Ⅶ，53、V带Ⅷ，56、轴承，57、链轮组Ⅰ，6、链轮组Ⅱ，58、链，61、同步齿轮Ⅱ，66、同步齿轮Ⅰ，65、轮轴，63、通轴Ⅰ，64、通轴Ⅱ，42、通轴Ⅲ，62、通轴Ⅳ，Ⅴ收集传送机构，8、接果板，67、矩形板，14、收集桶，11、齿形带。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。

参见附图1和附图2，本发明的一种菠萝采摘机构包括车架本体以及设置在车架本体上的采摘收集机构和转向机构，采摘收集机构包括：

设置在所述车架本体前部的采摘机构，所述采摘机构包括一组采摘单元和一组高度调节单元，采摘单元包括一端和车架本体连接，另一端与车架本体行进方向垂直的旋转轴29连接的悬臂31以及设置在旋转轴29上左右对称的采摘刀具5，采摘单元的悬臂31与高度调节单元铰接并通过高度调节单元与车架本体固定连接；

设置在所述车架本体前部并位于所述采摘刀具5后方的输送及收集机构；

以及对称设置在车架本体两侧的动力传动机构4，通过所述动力传动机构带动所述采摘机构中的旋转轴29转动以及所述车架本体上的行走轮26。

所述车架本体包括：

框式车架以及车底盘23；

设置在所述框式车架两侧面的支撑梁24、10、13；

设置在所述框式车架两侧面的横梁30；

设置在框式车架一端两侧的行走轮26；

设置在所述框式车架另一端两侧的转向轮22；

设置在所述车底盘23上的圆形卡槽32；

设置在所述车底盘23一端两侧的承力板33。

所述采摘刀具5设置在所述旋转轴29上具体为：多组采摘刀具5沿旋转轴29长度方向均匀设置，每组采摘刀具5包括多对圆周均布的采摘刀具5，每一对采摘刀具5之间呈V型设计，任意一对采摘刀具V型夹角至少为30度，所述V型夹角两侧采摘刀具5设有以所述刀具5压缩边为基准，至少呈15度的刀刃。

所述采摘刀具5为可装卸式，最大程度上减小因菠萝种植垅距过大而出现的对菠萝果柄采摘不到的现象。具体情况可以是当垅距超过标准种植垅距值时可视情况在所述旋转轴29轴向增加一组或两组采摘刀具5。当进行采摘时，菠萝果柄在整机前进的作用下，陷入所述采摘刀具5设有刀刃的V型夹角的内侧，依靠电动机提供的机械能使菠萝果柄受到纵向切削力和向上的拉力，从而实现菠萝的机械化采摘。

参见附图3，所述转向机构包括：

设置在车架本体一端两侧内部并垂直于车底盘23的定轴34；

设置在所述车架本体一端两侧的转向轴40，所述的转向轴40设置有与其固定连接的转向圆盘41，转向轴41一端与定轴34连接，另一端设有轴承39与转向轮22连接。所述转向圆盘41连接弹簧21的一端，弹簧21另一端连接承力板33并垂直于车底盘23；

设置在所述转向圆盘41上的连杆Ⅰ38，所述连杆Ⅰ38两端均通过活动螺栓37分别与转向圆盘41和连杆Ⅱ35铰接；

设置在所述车架本体上的操纵杆20，所述操纵杆20底端通过活动螺栓Ⅰ36与车架本体铰接，靠近底端部分通过销42与连杆Ⅱ35固定连接。

参见附图4，所述高度调节单元包括：

和所述车架本体上支撑梁Ⅰ24固定连接的滑座17，所述滑座17三者连线与车架本体行进方向平行；

和所述滑座17配合的长轴12，所述长轴12一端设有与其固定连接的拉手19，另一端设有套筒卡座48，所述套筒卡座48和所述长轴12分别与曲柄Ⅰ47和曲柄Ⅱ9一端铰接，所述曲柄Ⅱ9和曲柄Ⅰ47另一端分别与悬臂31和曲柄Ⅲ46铰接；

所述套筒卡座48与所述长轴12同轴配合，所述套筒卡座48设有锯齿形卡槽；

和所述曲柄Ⅲ46一端同轴连接的曲轴49，所述曲轴49中间位置设有与其固定连接的伸缩杆45；

一端和所述伸缩杆45铰接的滑块44，所述滑块44下端设有棘爪结构；

固定在所述车架本体上的通轴Ⅲ42；

和所述通轴Ⅲ42固定连接的棘轮43；所述棘轮43与所述滑块44的棘爪结构保持接触；

和所述滑块配合的滑轨28，所述滑轨28与车底盘23固定连接以及滑轨28两侧开设有与所述通轴Ⅲ42直径相同大小的圆孔，所述通轴Ⅲ42与所述滑轨28上的圆孔以及所述棘轮43轴心共线，所述棘轮43设置在滑轨28内部。

所述长轴12靠近与曲柄Ⅱ9铰接一端采用分段设置；所述长轴12上设有能嵌入套筒卡座48锯齿形卡槽内的圆形柱头；所述悬臂31与所述通轴Ⅲ42连接部分采用棘轮棘爪结构。

当采摘单元处在某一特定的高度位置时，所述带有拉手19一端长轴12上的圆形柱头处在套筒卡座上相应齿形卡槽内，此时长轴12与曲柄Ⅰ47等同于固定连接作用；由于长轴12另一端通过曲柄Ⅱ9与悬臂31铰接，悬臂31在采摘单元的重力作用下使长轴12产生与整机行进方向相同的滑动趋势，进而使曲柄Ⅲ46产生顺时针方向的扭矩；由于悬臂31与通轴Ⅲ42连接部分采用了棘轮棘爪结构，悬臂31能带动通轴Ⅲ42顺时针旋转，悬臂31在重力作用下通过通轴Ⅲ42使棘轮43产生顺时针转动趋势，进而使滑块有向上窜动的趋势，再通过伸缩杆45作用使曲轴49产生与曲柄Ⅲ46相反的扭矩，从而形成自锁效应，使采摘单元的高度稳定。

参见附图5，所述对称设置在车架本体两侧的动力传动机构包括：

设置在车架本体两侧支撑梁Ⅰ24上端的通轴Ⅰ63以及嵌入在所述支撑梁Ⅰ24内部与所述轴63）相配合的轴承；

设置在车架本体两侧支撑梁Ⅲ13中间位置的通轴Ⅱ64以及嵌入在所述支撑梁Ⅲ13内部与所述通轴Ⅱ64相配合的轴承；

设置在车架本体两侧支撑梁Ⅲ13下端的通轴Ⅲ42以及嵌入在所述支撑梁Ⅲ13内部与所述通轴Ⅲ42相配合的轴承；

设置在车架本体两侧支撑梁Ⅱ10下端的通轴Ⅳ62以及嵌入在所述支撑梁Ⅱ10内部与所述通轴Ⅳ62相配合的轴承；

固定在所述车底盘23上的电动机25；

和所述电动机25输出端连接的是带传动单元，所述带传动单元包括带轮Ⅰ50、带轮Ⅱ52、带轮Ⅲ54、带轮Ⅳ59、带轮Ⅴ64以及沿通轴62轴向均匀分布的带轮Ⅵ、带轮Ⅶ、带轮Ⅷ以及V带Ⅰ51、V带Ⅵ60、V带Ⅶ55、V带Ⅷ53，所述带轮Ⅰ50通过V带Ⅰ51与带轮Ⅱ52连接传动，所述带轮Ⅱ52、带轮Ⅵ、带轮Ⅶ、带轮Ⅷ均通过键与通轴62固定连接，所述带轮Ⅵ通过V带Ⅵ60与带轮Ⅳ59连接传动，所述带轮Ⅶ通过V带Ⅶ55与带轮Ⅴ64连接传动，所述带轮Ⅷ通过V带Ⅷ53与带轮Ⅲ54连接传动；

和所述带轮Ⅳ59同轴设置的同步齿轮Ⅰ66，所述同步齿轮Ⅰ66和所述带轮Ⅳ59通过键与通轴Ⅱ64固定连接，所述同步齿轮Ⅰ66通过齿形带11将动力传递给同步齿轮Ⅱ61；

和所述带轮Ⅴ64同轴设置的链轮组Ⅰ57，所述链轮组Ⅰ57和所述带轮Ⅴ64内部设有轴承56，所述轴承56外圈与所述链轮组Ⅰ57以及带轮Ⅴ64固定连接，所述轴承56内圈与通轴Ⅲ42固定连接，所述链轮组Ⅰ57由沿通轴Ⅲ42轴向由外向内均匀分布的三个直径大小递减的链轮组成；

和所述链轮组Ⅰ57通过链58连接传动的链轮组Ⅱ6，所述链轮组Ⅱ6由沿旋转轴29轴向由内向外均匀分布的三个直径大小递减的链轮组成，所述链轮组Ⅱ6通过键与旋转轴29固定连接，所述链轮组Ⅰ57和所述链轮组Ⅱ6中大小两链轮互补对应以及两链轮任意一相同侧面位于同一铅垂面上；

参见附图1和2，所述输送及收集机构包括：

设置在所述车架本体上的矩形板67，所述矩形板67一端通过紧定螺栓16与支撑梁Ⅲ13固定连接；

设置在所述矩形板67上的接果板8，所述接果板8形状承梯形以及靠近采摘刀具5一端向上倾斜设置；接果板8与矩形板67呈一定夹角固定连接；

设置在所述接果板8一端下方的齿形带11，所述齿形带11与所述同步齿轮Ⅱ61紧密啮合；

设置在所述齿形带11另一端下方的收集桶14，所述收集桶14底端置于车底盘23上圆形卡槽32内。

本发明当需要向下调节采摘刀具5高度时，转动所述拉手19使带有拉手的长轴12一端与另一端发生相对转动，设置在长轴12上的圆形柱头脱离齿形卡槽，套筒卡座48与长轴12脱离连接，套筒卡座48与长轴12发生相对滑动，推动长轴12向前运动，此时由于棘轮43克服了滑块44作用在棘轮43上的重力，悬臂31通过曲柄Ⅱ9传递的推力以及自身重力作用下向下运动，当调整到所需求位置时，往相反方向旋转长轴12使设在长轴12上的圆形柱头嵌入套筒卡座48上的相应齿形卡槽内，使采摘单元高度稳定，实现采摘单元的向下动作调节。

当需要向上调节采摘刀具5高度时，转动带有拉手19的长轴12一端，使设置在长轴12上的圆形柱头脱离齿形卡槽，套筒卡座48与长轴12脱离连接，同时向后拉动长轴12，由于悬臂31与通轴Ⅲ42连接部分存在棘轮棘爪结构，悬臂31在通过曲柄Ⅱ9传递的拉力作用下相对于静止的通轴Ⅲ42逆时针转动，当调节到所需要高度时，反方向转动长轴12使长轴12上的圆形柱头嵌入套筒卡座48上相应齿形卡槽内，使采摘单元高度稳定，实现采摘单元的向上动作调节。

在车架本体运动过程中，操作操纵杆20向左或向右转动时，作用在操纵杆20上的力会依次通过连杆35和连杆38传递给转向圆盘41，转向圆盘41和转向轴40固定连接，转向轴40在转向圆盘41作用下绕定轴34产生相应的转动，从而使转向轮22得到与操纵杆20相同的转向，而车架本体获得与操纵杆20相反的前进方向，实现车架本体的转向调节。

当需要进行采摘时，采摘刀具5可通过链轮组Ⅰ57与链轮组Ⅱ6中大小不同的链轮组合获得三组不同的转速来满足菠萝采摘的不同需求；当菠萝采摘完落入接果板8时，依靠重力作用滑入置于接果盘8一端下方的齿形带11，通过齿形带11与菠萝产生的摩擦力将菠萝送入收集桶14，实现收集的目的。