一种助力式水果采摘装置及其使用方法与流程

本发明涉及水果采摘技术领域，具体为一种助力式水果采摘装置及其使用方法。

背景技术：

随着时代的发展，农业生产，尤其是林果业的发展，正同机械制造业产生越来越紧密的融合，自动化慢慢的进入了农业生产领域中，有望代替工人进行高效的生产工作。但目前以来在很多落后地区，人们还用原始的人工采摘方法，通过人工爬树采摘、借助梯子或自制工具进行采摘。爬树采摘存在安全隐患，并且会对果树枝条造成伤害；而借助梯子采摘劳动强度大，人力成本高，而且采摘不方便，工作效率极低；对应自制工具而言，由于没有专业人员的设计，在采摘过程中效率低下且可能会对水果产生伤害，影响果实的品质和后续储运。

为此，现有技术通过使用水果采摘辅助设备解决上述问题，其中，专利号为cn107801488a，公开日期为2018年03月16日，名称为“水果采摘器”的中国发明专利的技术方案包括支撑杆以及通过支架设置在支撑杆上的剪刀、果袋与控制机构，剪刀设置在支撑杆顶部，果袋设置在剪刀下方，控制机构包括用于打开剪刀的扭簧、用于合上剪刀的记忆弹簧、用于向记忆弹簧通电以使其收缩的控制盒以及连接控制盒的开关；专利号为cn206948933u，公开日期为2018年02月02日，名称为“水果采摘装置”的中国发明专利的技术方案包括主伸缩杆，主伸缩杆的末端安装有剪刀操作机构，剪刀操作机构通过拉线与剪刀机构相连并带动其剪切动作，剪刀机构安装在主伸缩杆的顶部。

上述方案虽然可以用于水果的采摘，但是存在的问题是采摘的剪刀直接裸露在外，而果梗通常很短很小，在实际水果采摘过程中，地面上的采摘者难以看清高空中果梗的位置，不容易对果梗进行定位，因此容易碰到枝叶和水果果体本身，对果树和水果的品质造成伤害，影响果实的储运。所以，如何克服现有技术中存在容易碰到水果果体本身和枝叶问题是亟需解决的技术问题。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种助力式水果采摘装置及其使用方法，结构简单、通用性强、操作方便，在采摘水果时不会碰到枝叶和水果果体本身，能避免对果树和水果的品质造成伤害，有利于果实的储运。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种助力式水果采摘装置，包括上导向板，下导向板，电机，联轴器，切刀，电源，伸缩杆和正转开关；

所述的伸缩杆上端的一侧固定有上导向板、下导向板和电机，其中上导向板和下导向板上下平行设置，电机固定在上导向板上，上导向板和下导向板的一侧设置有导槽，电机的输出轴与联轴器连接，联轴器贯穿上导向板设置，切刀通过联轴器连接在上导向板和下导向板之间，在电机的带动下切刀的刀刃能转动至导槽中；

所述的正转开关与电源和电机串联，当正转开关闭合后，电源、电机和正转开关形成闭合回路a。

优选的，还包括固定在伸缩杆一侧的自定心夹头连接件、两个握爪、拉伸弹簧和拉线；

所述的自定心夹头连接件由一个限位杆和两个防护板组成，两个防护板平行固定在限位杆的前端，两个防护板分别位于限位杆的上方和下方，限位杆的后端固定在伸缩杆上；

所述的握爪包括一个四分之一圆弧和一个拐臂，两个握爪中的拐臂分别上下铰接在限位杆的前端，两个握爪中的拐臂位于两个防护板之间，握爪处于张开状态时伸出自定心夹头连接件的部分为四分之一圆弧，握爪的拐臂上设置有腰圆孔的通槽，两个通槽的重叠部分与限位杆共线，拉伸弹簧套设在限位杆上，拉伸弹簧的一端与两个通槽的重叠部分连接，另一端固定在限位杆上，拉线连接在拉伸弹簧的一端，两个握爪位于导槽的下方，两个握爪用于抓握水果果体。

进一步，所述的正转开关由第一导电片和第二导电片组成，第一导电片的一端和第二导电片的一端分别固定在两个握爪上，当两个握爪张开时第一导电片和第二导电片分开，当两个握爪闭合时第一导电片和第二导电片接触。

进一步，还包括卡扣和活动握把；

所述的限位杆为中空结构，活动握把的限位端固定在伸缩杆的一侧，活动握把的上端固定安装有卡扣，拉线贯穿限位杆设置，通过卡扣固定在活动握把上。

进一步，还包括第一限位开关、第二限位开关和反转开关；

所述的第一限位开关和第二限位开关均为常闭开关，第一限位开关和第二限位开关分别固定在下导向板的下端，位于切刀和导槽的两侧，切刀在未转动时与第一限位开关接触设置，反转开关和电源固定在伸缩杆的一侧，其中反转开关包括两个联动的触点，反转开关通过触点联动实现同时关闭或同时闭合；

第二限位开关串联在闭合回路a中，其中电源的正极与电机的一端连通，电源的负极与电机的另一端连通；

电机的一端还通过第一限位开关和反转开关的一个触点与电源的负极连接，电机的另一端还通过反转开关的另一个触点与电源的正极连接。

进一步，还包括固定在伸缩杆一侧的蜂鸣器，蜂鸣器的一端与电源的正极连接，蜂鸣器的另一端与反转开关的一个触点和电机连接。

再进一步，还包括固定在下导向板下端的固定块，固定块和切刀分别位于第一通槽的两侧，固定块设有刃口，能与切刀的刀刃接触配合。

再进一步，还包括固定设置在伸缩杆一侧的网兜，网兜外部套有弹性材料，用于缩小网兜的直径；

网兜安装在上网环上，上网环通过连接杆固定设置在伸缩杆的一侧，连接杆的一端固定在伸缩杆上，另一端固定在上网环上。

再进一步，还包括由固定连接的上空心圆柱件和下空心圆柱件组成的弯头器；

所述的上空心圆柱件和下空心圆柱件的夹角为140～160度，下空心圆柱件套设在伸缩杆的上端，上空心圆柱件通过导向板连接件与上导向板和下导向板固定；

导向板连接件的一端为圆柱件，另一端固定有两个平行设置的固定板，导向板连接件的圆柱件穿插在上空心圆柱件上，上导向板和下导向板的一侧平齐后平行放置，通过紧固件固定在导向板连接件的两个平行设置的固定板之间。

一种助力式水果采摘装置的使用方法，基于上述任意一项所述的水果采摘装置，包括以下步骤，

步骤1，移动该水果采摘装置，使两个握爪置于水果果体两侧；

步骤2，握紧活动握把，拉线使得两个握爪闭合，第一导电片和第二导电片接触，切刀开始转动，切刀切割掉果梗，碰到第二限位开关后停止转动，松开活动握把；

步骤3，启动反转开关，切刀反转，切刀碰到第一限位开关后停止转动，回到步骤2在未转动时的位置，完成一次水果采摘动作。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

本发明的水果采摘装置，上导向板和下导向板一侧的导槽能将果梗导入，切刀通过联轴器连接在上导向板和下导向板之间，正转开关与电源和电机串联，当正转开关闭合形成闭合回路a后，切刀在电机的带动作用下开始旋转，切刀的刀刃转至导槽中切刀完成对果梗的切割动作，进而将水果剪断；方便了剪切工作，使剪切过程更加的省力，减轻了劳动强度，切刀被夹在上导向板和下导向板之间，在操作本发明水果采摘装置时可以避免刀具对果树枝叶和水果的伤害，保护了果树和水果的品质，有利于果实的储运。

进一步的，两个握爪铰接在限位杆上，拉伸弹簧的一端与两个通槽的重叠部分连接，另一端固定在限位杆上，拉线连接在拉伸弹簧的一端，通过控制拉线使拉伸弹簧在限位杆上移动并压缩，这样两个握爪能不断闭合，又能通过拉伸弹簧的弹力实现两个握爪的张开，采摘前可调整限位杆在伸缩杆上的位置，使两个握爪到下导向板的距离发生变化，能将两个握爪置于水果两侧，进而抓握水果果体，对果实的定位过程也是上导向板和下导向板对果梗的准确定位过程，有利于切刀对果梗进行精确切割。

进一步的，第一导电片和第二导电片固定在两个握爪上，在抓握水果果体的同时便可将电机启动，切刀进而完成对果梗的切割，提高了采摘效率。

进一步的，通过活动握把来带动拉线，使两个握爪闭合或张开，操作方便。

进一步的，第一限位开关和第二限位开关分别固定在下导向板的下端，位于切刀和导槽的两侧，再加上反转开关的作用，第二限位开关、第一限位开关和反转开关的电路连接使切刀能完成一次往返运动，当第一导电片和第二导电片接触后可继续上述运动，实现了切割的自动化。

进一步的，蜂鸣器的一端与电源的正极连接，另一端与反转开关的一个触点和电机连接，能对电机旋转过程中进行提醒，方便采摘人员判断切刀是否在转动。

进一步的，固定块与切刀接触配合，由于固定块有刃口，便可在电机提供动力时快速切断果梗，提高了采摘效率。

进一步的，设置与伸缩杆固定的网兜，网兜外部套有弹性材料，能缩小网兜的直径，这样剪断之后的水果便可落到网兜内部。

进一步的，通过夹角为140～160度的上空心圆柱件和下空心圆柱件组成弯头器的设计，并将弯头器固定在伸缩杆的上端，并与上导向板和下导向板固定，这样斜持伸缩杆便可使上导向板和下导向板水平，方便观察水果果体位置，实现了切割角度的优化；现有水果采摘装置中没有考虑人体工程学，切割刀具与伸缩杆的角度大多是垂直的，没有角度优化，实际操作过程中，采摘人员须站在水果下面进行操作，竖直举着采摘装置并仰头观察，长时间仰头十分费力，且不易看到水果在果树上的空间位置，采用本发明的水果采摘装置，采摘人员可以斜持装置进行切割，减轻了劳动强度，也方便观察水果的位置。

本发明助力式水果采摘装置的使用方法，两个握爪置于水果果体两侧后，握紧活动握把，通过拉线使得两个握爪闭合，之后第一导电片和第二导电片接触，切刀在电机的带动作用下开始转动，切刀碰到第二限位开关后切刀停止转动，松开活动握把以便之后重新抓握水果果体，再启动反转开关，切刀开始反转，当切刀碰到第一限位开关后停止转动，回到最初未转动时的位置，切刀完成一次切割动作；减轻了劳动强度，切刀被夹在上导向板和下导向板之间，在操作本发明水果采摘装置时可以避免刀具对果树枝叶和水果的伤害，保护了果树和水果的品质，有利于果实的储运。

附图说明

图1为本发明所述水果采摘装置的示意图。

图2为图1中伸缩杆上端的结构侧视图。

图3为图1中伸缩杆上端的结构仰视图。

图4为图2中去下导向板的整体结构示意图。

图5为图4中握爪在闭合时的状态图。

图6为本发明的电路图。

图中：上导向板1，下导向板2，电机3，电机支架4，联轴器5，切刀6，固定块7，第一限位开关81，第二限位开关82，导向板连接件9，握爪10，拉伸弹簧11，上网环14，连接杆15，网兜16，电源17，导线18，蜂鸣器19，伸缩杆20，把持握把21，活动握把22，反转开关23，卡扣24，拉线25，第一导电片26，第二导电片27，导槽28，通槽29，限位杆121，防护板122，上空心圆柱件131，下空心圆柱件132。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，所述是对本发明的解释而不是限定。

如图1、图2和图3所示，本发明的助力式水果采摘装置，包括伸缩杆20、弯头器、采摘刀头机构、自定心夹头机构、电机驱动装置和收集装置六部分，伸缩杆20的下端安装有把持握把21，伸缩杆20上端去下导向板的整体结构如图4所示；

其中采摘刀头机构包括上导向板1、下导向板2、电机部件、切刀6、固定块7、第一限位开关81和第二限位开关82，电机部件由电机3、电机支架4和联轴器5组成；自定心夹头机构包括两个握爪10、拉伸弹簧11、自定心夹头连接件、卡扣24、拉线25和活动握把22，其中的“自定心”是指两个握爪10在闭合和张开时绕它们的交汇点同步进行；电机驱动装置包括电源17、导线18、第一导电片26和第二导电片27；收集装置包括上网环14和网兜16。

具体地，伸缩杆20上端的一侧固定有上导向板1、下导向板2和电机3，上导向板1和下导向板2为大小相同的方形，上导向板1和下导向板2上下平行固定放置，相距1-2cm，电机3固定在上导向板1上，伸缩杆20通过调整箍环的松紧实现连接和杆的伸长缩短，伸缩杆20采用铝合金材料制成，具有轻质的特点，上导向板1和下导向板2的一侧设置有导槽28，电机3的输出轴与联轴器5连接，联轴器5贯穿上导向板1设置，切刀6通过联轴器5连接在上导向板1和下导向板2之间，在电机3的带动下切刀6的刀刃能转动至导槽28中，第一导电片26和第二导电片27组成正转开关，正转开关与电源17和电机3串联，正转开关也可称为自定心夹头开关，当第一导电片26和第二导电片27接触后，正转开关闭合，电源17、电机3、第一导电片26和第二导电片27形成闭合回路a。此外，还包括固定设置在下导向板2下端的固定块7，固定块7和切刀6分别位于第一通槽28的两侧，固定块7设有锋利的刃口，能与切刀6的刀刃接触配合，这样便可在电机3提供动力时快速切断果梗。

在本实施例中，上导向板1和下导向板2的一侧设置有位置重合的梯形导槽28，槽口自外向内逐渐缩小，方便果梗进入；电机支架4固定在上导向板1上，电机3固定安装在电机支架4上，联轴器5的一侧与电机3的输出轴相连，另一侧从上导向板1中的通孔伸入到上导向板1和下导向板2之间，通过紧固件固定安装有切刀6。上导向板1和下导向板2对果梗起到引导作用且能避免切刀6裸露在外，保护果树果实；梯形的导槽28的设计也方便果梗进入切刀6的行程范围，提高了定位精度。

在自定心夹头机构中，自定心夹头连接件由一个限位杆121和两个防护板122组成，防护板122的四角设置有通孔，两个防护板122通过螺栓平行固定在限位杆121的前端，其中螺栓沿限位杆121依次对称设置，两个防护板122分别位于限位杆121的上方和下方，限位杆121的后端固定在伸缩杆20上；握爪10包括一个四分之一圆弧和一个拐臂，两个握爪10中的拐臂分别上下套设在限位杆121的前端，通过两个沿限位杆121对称的螺杆实现铰接，两个握爪10中的拐臂位于两个防护板122之间，握爪10处于张开状态时伸出自定心夹头连接件的部分为四分之一圆弧，握爪10的拐臂上设置有腰圆孔的通槽29，两个通槽29的重叠部分与限位杆121共线，拉伸弹簧11套设在限位杆121上，拉伸弹簧11的一端与两个通槽29的重叠部分连接，另一端固定在限位杆121上，拉线25连接在拉伸弹簧11的一端，两个握爪10位于导槽28的下方，两个握爪10的最高点与下导向板2相距2-5cm，两个握爪10用于抓握水果果体，使得所采摘的水果果体在握爪10中时，水果果梗能进入上导向板1和下导向板2之间，从而方便切刀6进行切割。

两个握爪10的材质为塑料，外部包裹有海绵，用于保护果皮。活动握把22的限位端固定在伸缩杆20的一侧，活动握把22的上端固定安装有卡扣24，限位杆121为中空结构，拉线25贯穿限位杆121设置，拉线25在限位杆121的末端导出，通过卡扣24固定在活动握把22上，手指放在活动握把22上，手握紧时通过拉线25控制拉伸弹簧能不断闭合两个握爪，同时使拉伸弹簧11压缩，可实现两个握爪10的开合，握爪在闭合时的状态图如图5所示；第一导电片26和第二导电片27为l型，第一导电片26的一端和第二导电片27的一端分别固定在两个握爪10上，当两个握爪10张开时第一导电片26和第二导电片27分开，当两个握爪10闭合时第一导电片26和第二导电片27接触，进而两个握爪10在拉线25的作用下闭合时自定心夹头开关接通。

第一限位开关81和第二限位开关82均为常闭开关，分别固定在下导向板2的下端，位于切刀6和导槽28的两侧，以限定切刀6的旋转角度，切刀6在未转动时与第一限位开关81接触设置，第二限位开关82串联在闭合回路a中，其中电源17的正极与电机3的一端连通，电源17的负极与电机3的另一端连通，当切刀6未与第二限位开关82接触时切刀6正转，当切刀6转动后与第二限位开关82接触后切刀6停止转动；反转开关23和电源17固定在伸缩杆20的一侧，其中反转开关23包括两个联动的触点，反转开关23通过触点联动实现同时关闭或同时闭合，电机3的一端还通过第一限位开关81和反转开关23的一个触点与电源17的负极连接，电机3的另一端还通过反转开关23的另一个触点与电源17的正极连接，其中电路的连接使用导线18，电路图如图6所示。

本发明的助力式水果采摘装置还包括固定在伸缩杆20一侧的蜂鸣器19，电源17固定安装在把持握把21的上方，蜂鸣器19安装在把持握把21和电源17之间，蜂鸣器19的一端与电源17的正极连接，蜂鸣器19的另一端与反转开关23的一个触点和电机3连接。

弯头器由焊接而成的上空心圆柱件131和下空心圆柱件132组成的，上空心圆柱件131和下空心圆柱件132的夹角为140～160度，上空心圆柱件131和下空心圆柱件132设有通孔，下空心圆柱件132套设在伸缩杆20的上端，上空心圆柱件131通过导向板连接件9与上导向板1和下导向板2固定；

导向板连接件9的一端为圆柱件，另一端固定有两个平行设置的固定板，导向板连接件9的圆柱件穿插在上空心圆柱件131上，上导向板1和下导向板2的一侧平齐后平行放置，通过紧固件固定在导向板连接件9的两个平行设置的固定板之间，上导向板1和下导向板2的四角设有通孔，通过螺栓上下固定连接；弯头器起着角度优化的作用，方便采摘人员斜持装置来观察水果位置。

收集装置中，网兜16外径大小相同，固定设置在伸缩杆20的一侧，网兜16与地面接触，外部套有弹性材料，用于缩小网兜16的直径；网兜16安装在上网环14上，上网环14通过连接杆15固定设置在伸缩杆20的一侧，连接杆15的一端固定在伸缩杆20上，另一端固定在上网环14上，这样能够保证水果自动落下，进而对水果起到很好的保护作用，进而对水果进行连续收集。

本发明助力式水果采摘装置的工作过程分为如下步骤，

步骤1，采摘前，上下调整限位杆121在伸缩杆20上的位置，使得所采摘的水果果体在两个握爪10中时，水果果梗能进入上导向板1和下导向板2一侧的导槽28中，方便切刀6进行切割；

步骤2，采摘时，首先采摘人员的一只手握着伸缩杆20，另一只手握住把持握把21，手指放在活动握把22上，斜持伸缩杆20，使上导向板1和下导向板2水平，观察水果果体的位置，并移动该装置，使自定心夹头机构中的两个握爪10置于水果果体两侧；

步骤3，当活动握把22被采摘人员握紧时，通过活动握把22拉紧拉线25，拉线25推动拉伸弹簧11移动位置，使得两个握爪10闭合，握住水果，当两个握爪10闭合时，自定心夹头开关接通，然后电路连通，切刀6在电机3的带动作用下开始旋转，切刀6与固定块7配合完成对果梗的切割动作，在切割时，蜂鸣器19实现提醒作用，剪断果梗后的水果落在网兜16内，水果通过网兜16时能减速，顺利落到地面上；

步骤4，切刀6在电机3的带动下继续旋转，触碰到第二限位开关82，电路断开，切刀6的切割动作终止，蜂鸣器19停止提醒，以防止采摘人员看不到水果已被切割而使电机3持续工作，提高电能利用率和提高电机寿命，松开活动握把22，拉伸弹簧复原到最初状态，将自定心夹头机构中的握爪10复位成初始张开的状态，自定心夹头开关断开，按一下把持握把21旁边的反转开关23，电路接通，此时切刀6反转，切刀6在电机3的带动作用下触碰到另一侧的第一限位开关81，电路断开完成一次切割动作，关闭反转开关23，之后重复步骤2-步骤4，切刀6重复地在第一限位开关81和第二限位开关82之间转动，最终完成水果的采摘，最后关闭反转开关23即可。

握爪10的开合大小可以根据不同水果类型进行换置，在不同时间对多种水果进行采摘，避免因水果的季节性问题造成采摘装置的闲置，本发明的水果采摘装置能够对繁枝茂叶间的水果进行采摘，进而提高了采摘效率，同时提高了定位精度，避免了水果采摘过程水果跌落的危险，保证了采摘质量。

本发明未做详细说明的部分属于本领域技术人员的公知常识，通过上述的解释说明，本领域技术人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改，这些都在本发明权利要求书的保护范围之内。