一种旋转切割式的香蕉收割机的制作方法

本实用新型涉及果蔬收割技术领域，具体涉及一种旋转切割式的香蕉收割机。

背景技术：

目前，香蕉采摘一般是采用人工采收和机械采收两种方式，人工采收一般由2到3人组成一组，其中1人负责割断穗杆，1人负责缚果梳，1人负责将果梳搬至加工坊。这种采收方式由于香蕉果实的脆弱性，整个采收、搬运过程人们必须小心翼翼并且全靠人力完成，除此之外，香蕉还因受天气严重影响需要在有限时间内完成香蕉收获，人工采收方式既费工又有费时，严重影响香蕉收获进程。

现有公开的机械采收方式有如cn109757199a公开了《一种分批采摘香蕉的机械手》，包括杆身、安装座和香蕉分梳切刀，所述安装座上设有夹持器和弹射器，夹持器具有两个可靠拢或张开的爪子，香蕉分梳切刀安装在弹射器上，夹持器的开口方向以及香蕉分梳切刀的弹射方向均朝向下方，当两个爪子夹持果柄时香蕉分梳切刀贴合在果轴上。夹持器固定连接这果柄，香蕉分梳切刀由弹射器推动，瞬间完成切断果梳和果轴的联系，由于夹持器夹持着果柄，切割后的香蕉可以由杆身运动而被向上提起。此机械手能够从上往下切出一把把的香蕉，不需要切断果轴，能保留位于果轴底部的尚未成熟的或是尺寸偏小的香蕉，除了减少浪费，还便于在同一批次中采摘的尺寸大小近似的香蕉。但是上述装置存在以下缺点：1、该方案利用夹持器的爪子夹持果柄，因通常一把香蕉达几公斤重，存在不易夹紧而滑落损伤果实的问题，即使不滑落，也易夹伤上果柄，间接影响香蕉的品质；另外果实和果柄的距离很紧，爪子容易损伤果实，直接影响香蕉的品质。2、该方案没有公开香蕉分梳刀的结构，香蕉果柄一般程弧形，香蕉分梳刀的形状需要与香蕉果柄相似与切合，才能将一把香蕉完整切割，显然，该技术方案未能解决此问题。

现有公开的机械采收方式又如cn103141321b公开了《一种回转式香蕉落梳机》，包括机架、电机、第一齿轮、第二齿轮、轴承、轴套、刀盘、刀架、第一落梳刀和第二落梳刀；机架上表面固接轴套，轴套固定轴承内圈，轴承内圈位置为夹持孔，轴承的外圈固定第二齿轮，在第二齿轮的上端面固定刀盘，刀盘上固定刀架，刀架上固定第一落梳刀和第二落梳刀，电机带动第一齿轮转动，第一齿轮带动第二齿轮进行旋转运动。本发明具有结构简单、操作简便、减少体力劳动、缩短加工周期、提高香蕉产后处理效率及减少香蕉表面损伤等特点。但是上述装置存在以下缺点：1、香蕉穗杆通常为弯曲状，并且果柄有一定厚度，在旋转切割，易于切裂果柄造成果把散开，还会损伤果实。2、在收割过程中，香蕉穗杆向下运动中，因香蕉梳的重量和向下拉力的作用，易于损伤香蕉树甚至香蕉穗杆而无法完成收割。3、该装置仅实现了香蕉果穗收割的半自动机械化，仍需要其人力将香蕉穗杆插入夹持孔内，效率提高效果有限。

技术实现要素：

针对现有技术的不足，本实用新型提供了一种可精准切割香蕉串而不致其损伤，且收割效率高的旋转切割式的香蕉收割机。

为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种旋转切割式的香蕉收割机，包括机械臂；

夹持机构，所述夹持机构安装于机械臂上并可抓紧或张开香蕉果轴；

旋转切割机构，所述旋转切割机构安装于机械臂上且可沿机械臂上下运动并位于夹持机构正下方，其包括弧形刀片、与弧形刀片形状相同的刀片轨道、刀片开合驱动装置和竖向驱动装置；所述弧形刀片的上端安装于刀片轨道内、并沿其周向开设有齿状带，弧形刀片的弧长大于刀片轨道缺口部分的弧长；所述刀片轨道通过滑块与竖向驱动装置连接；所述刀片开合驱动装置安装于所述滑块内，其包括刀片电机，所述刀片电机的输出轴与一锥型齿轮连接带动其旋转，所述锥型齿轮与一刀片齿轮啮合带动其旋转，该刀片齿轮与一刀片链条啮合带动刀片链条运动，刀片链条通过1组直线齿轮张紧，刀片链条与齿状带啮合控制优弧形刀片的旋转；所述竖向驱动装置通过所述滑块连接于机械臂上且可沿机械臂上下运动；控制机构通过有线或无线方式与夹持机构和旋转切割机构连接并控制其运动；

收割袋，所述收割袋安装于机械臂上并位于旋转切割机构正下方。

本实用新型的旋转切割机构在夹持机构抓紧香蕉果轴时，弧形刀片转出刀片轨道贴合香蕉果轴，然后在刀片旋转驱动装置的带动下实现优弧形刀片的快速旋转，同时在竖向驱动装置的带动下旋转切割机构沿着机械臂下滑，实现香蕉果柄的切割，切割后的香蕉果柄落入收割袋中，完成香蕉的收割过程。

所述弧形刀片的弧长可以为劣弧，此时，刀片轨道的弧长为优弧，且弧形刀片的弧长大于刀片轨道缺口部分的弧长；弧形刀片的弧长可以为优弧，这时刀片轨道的弧长可以为优弧或劣弧，只要弧形刀片的弧长大于刀片轨道缺口部分的弧长即可。在本优选技术方案中，为了进一步提高收割效率和切口的平整度，所述弧形刀片的弧长为优弧且与刀片轨道的弧长相等。

为了使弧形刀片的旋转更稳定，优选的，所述刀片轨道沿其周向开可以设有与齿状带匹配的槽口，所述齿状带穿过槽口与刀片链条啮合。

所述竖向驱动装置可以为由链条、皮带或爬升齿条，加上电机、齿轮等结构组成的直线驱动装置；在本实用新型优选的技术方案中，为提高旋转切割机构移动的稳定性，进一步减少香蕉果实被优弧形刀片损伤的可能性，为由皮带、电机、齿轮等结构组成的直线驱动装置，具体为竖向驱动装置包括竖向电机，所述竖向电机的输出轴与竖向主动轮固定连接，所述竖向主动轮通过竖向皮带与安装在机械臂上端的竖向从动轮连接，所述滑块连接在竖向皮带上，且滑块的一端嵌入机械臂的滑轨内。

为了使本收割机可以从香蕉串的任意角度收割香蕉，以提高收割的效率和减少对香蕉果实的损伤，本实用新型优选的技术方案还可以包括旋转底座，所述旋转底座安装于行驶小车的前部，其包括旋转电机，所述旋转电机的输出轴与旋转主动齿轮固定连接带动其转动，所述旋转主动齿轮通过一旋转链条与旋转从动齿轮连接带动其转动，所述机械臂的底端固定于旋转从动齿轮的轴孔中。

为了可以确保夹持机构可以抱紧香蕉果轴，以便于收割，上述方案优选的，所述夹持机构可以包括夹持电机，所述夹持电机的输出轴与一夹持齿轮固定连接带动其转动，所述夹持齿轮与一传动齿条的一端啮合带动其前后移动，传动齿条的另一端两侧分别与1根第一连杆的一端铰接带动其里外移动，2根第一连杆的另一端分别与1根第二连杆铰接带动其里外移动，2根第二连杆分别与机械抓的一抓牙铰接带动机械抓张合。

上述方案优选的，所述机械爪张开范围可以大于寻常香蕉果轴的直径，抱合范围可以略小于寻常香蕉果轴的直径。

为了可以更方便的观察夹持机构和旋转切割机构与香蕉树的距离及抱合程度，以实现更精准捕捉香蕉串，上述方案优选的，还可以包括至少1个高清摄像头，高清摄像头安装于刀片轨道顶部，并与控制机构通过有线或者无线方式连接。

上述方案优选的，所述控制机构可以包括屏幕，高清摄像头通过有线或者无线方式与屏幕连接。

为了使优弧形刀片旋转更顺利，上述方案优选的，所述刀片轨道内可以设有若干的滚珠，所述滚珠设置于优弧形刀片和刀片轨道内壁之间。

本实用新型的有益效果：

1、利用弧形刀片沿刀片轨道高速旋转切割香蕉柄，且同时通过竖向驱动装置带动向下移动切割香蕉柄，实现对香蕉串从上往下高效采摘香蕉；

2、利用夹持机构抱紧固定香蕉轴，保证旋转切割机构能够快速、平稳切割香蕉柄，实现精确切割，避免损伤香蕉果实或香蕉柄；

3、利用高清摄像头进一步辅助夹持机构对香蕉轴进行精准捕捉，保证弧形刀片不碰伤果实，降低果实损耗率；

4、所述夹持机构、旋转切割机构、收割袋垂直于机械臂，且从上往下位于一条垂直线上，保证了切割下来的香蕉掉入袋子中，减少运输中对果实的伤害；

5、所述旋转底座带动机械臂实现360度旋转，可以对收割机各个方向的香蕉进行采摘；

6、本实用新型的收割机，具有成本低，易于操作的优点，适用于香蕉的大规模生产。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图；

图2为本实用新型的旋转切割机构的结构示意图；

图3为本实用新型的夹持机构的结构示意图；

图4为本实用新型的机械臂及与其连接部分的结构示意图；

图5为本实用新型的旋转底座的结构示意图；

图6为本实用新型的控制机构示意图。

图中标号为：

1、机械臂；1-1、滑轨；2、夹持机构；2-1、夹持电机；2-2、夹持齿轮；2-3、传动齿条；2-4、第一连杆；2-5、第二连杆；2-6、机械爪；3、旋转切割机构；3-1、弧形刀片；3-2、刀片轨道；3-3、刀片旋转驱动装置；3-3-1、刀片电机；3-3-2、锥型齿轮；3-3-3、刀片齿轮；3-3-4、刀片链条；3-3-5、直线齿轮；3-4、竖向驱动装置；3-4-1、竖向电机；3-4-2、竖向主动轮；3-4-3、竖向皮带；3-4-4、竖向从动轮；3-4-5、滑块；4、控制机构；5、收割袋；6、旋转底座；6-1、旋转电机；6-2、旋转主动齿轮；6-3、旋转链条；6-4、旋转从动齿轮；7、高清摄像头。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型公开了一种旋转切割式的香蕉收割机，如图1所示，包括机械臂1、夹持机构2、旋转切割机构3、控制机构4和收割袋5。所述夹持机构2安装于机械臂1上端并可抓紧或张开香蕉果轴。所述旋转切割机构3安装于机械臂1上且可沿机械臂1上下运动并位于夹持机构2正下方，其通过从上到下、旋转切割的方式将香蕉柄从香蕉轴上切割下来。

如图2所示，所述旋转切割机构3包括弧形刀片3-1、与弧形刀片3-1形状相同的刀片轨道3-2、刀片旋转驱动装置3-3和竖向驱动装置3-4。

所述弧形刀片3-1的上端安装于刀片轨道3-2内、并沿其周向开设有齿状带，弧形刀片3-1的弧长大于刀片轨道3-2缺口部分的弧长；在本优选实施例中，所述弧形刀片3-1的弧长为优弧且与刀片轨道3-2的弧长相等。

所述刀片轨道3-2通过滑块3-4-5与竖向驱动装置3-4连接,在本优选实施例中，所述刀片轨道3-2沿其周向开设有与齿状带形状匹配的槽口，该槽口的弧长可以大于为一小段，也可以沿刀片轨道3-2的周向的一端开设到另一端，所述刀片轨道3-2内设有若干的滚珠，所述滚珠设置于优弧形刀片3-1和刀片轨道3-2内壁之间。

所述刀片旋转驱动装置3-3安装于所述滑块3-4-5内，其包括刀片电机3-3-1、锥型齿轮3-3-2、刀片齿轮3-3-3、刀片链条3-3-4和1组直线齿轮3-3-5。所述刀片电机3-3-1的输出轴与锥型齿轮3-3-2连接带动其旋转，所述锥型齿轮3-3-2与刀片齿轮3-3-3啮合带动其旋转，该刀片齿轮3-3-3与刀片链条3-3-4啮合带动刀片链条3-3-4运动，刀片链条3-3-4通过1组直线齿轮3-3-5张紧，这组直线齿轮3-3-5沿刀片轨道3-2的周向分布，这组直线齿轮3-3-5的轴心连线和刀片链条3-3-4与刀片轨道3-2的切线平行，以保证弧形刀片3-1旋转的稳定性。刀片链条3-3-4与穿过槽口的齿状带啮合控制弧形刀片3-1的旋转。

如图4所示，所述竖向驱动装置3-4包括滑块3-4-5、竖向电机3-4-1、竖向主动轮3-4-2、竖向皮带3-4-3和竖向从动轮3-4-4。所述竖向电机3-4-1安装于机械臂1的下端，其的输出轴与竖向主动轮3-4-2固定连接，所述竖向主动轮3-4-2通过竖向皮带3-4-3与安装在机械臂1上端的竖向从动轮3-4-4连接，所述滑块3-4-5连接在竖向皮带3-4-3上，且滑块3-4-5的一端嵌入机械臂1的滑轨1-1内。

本实用新型的一种优选实施方式中，还包括旋转底座6，如图5所示，所述旋转底座6安装于行驶小车的前部，其包括旋转电机6-1、旋转主动齿轮6-2、旋转链条6-3和旋转从动齿轮6-4。所述旋转电机6-1安装于行驶小车的前部，其输出轴与旋转主动齿轮6-2固定连接并带动主动齿轮6-2转动，所述旋转主动齿轮6-2通过旋转链条6-3与旋转从动齿轮6-4连接并带动从动齿轮6-4转动，所述机械臂1的底端固定于旋转从动齿轮6-4的轴孔中。

如图3所示，所述夹持机构2包括壳体、夹持电机2-1、夹持齿轮2-2、传动齿条2-3、第一连杆2-4、第二连杆2-5和机械爪2-6。所述壳体安装于机械臂1的上端，所述夹持电机2-1安装于壳体内，其输出轴与夹持齿轮2-2固定连接并带动其转动，所述夹持齿轮2-2与传动齿条2-3的一端(即后端)啮合并带动其前后移动，传动齿条2-3的另一端(即前端)两侧分别与1根第一连杆2-4的一端铰接并带动第一连杆2-4里外移动(里、外指相对机械抓内的方向)，2根第一连杆2-4的另一端(即前端)分别与1根第二连杆2-5铰接带动其里外移动，2根第二连杆2-5的前端分别与机械爪2-6的一爪牙铰接带动机械爪2-6张合。为保证机械爪2-6更强的稳定性，其中传动齿条2-3一侧的1根第二连杆2-5可以为两根，其与第一连杆2-4、机械爪2-6牙形成更稳定的联动关系。所述机械爪2-6张开范围大于寻常香蕉果轴的直径，抱合范围略小于寻常香蕉果轴的直径，这样可以抱紧各大小的香蕉果轴。

作为一种优选的实施方式，所述机械臂1内部的左端设有一根竖直滑轨1-1，用于与滑块3-4-5连接，滑块3-4-5宽度为机械臂1的一半，使弧形刀片3-1位于机械臂1的正中间，进一步确保旋转切割机构3上下移动的稳定性。

所述收割袋5安装于机械臂1上并位于旋转切割机构3正下方，用于接住切割下来的香蕉串。所述夹持机构2、旋转切割机构3、收割袋5垂直于机械臂1上，且由上至下位于一条垂直线上。

作为一种优选实施方式，如图6所示，所述控制机构4包括信号发射装置、屏幕、方向遥控杆和a、b、c、d、e、f按键，高清摄像头7通过有线或者无线方式与屏幕连接，所述屏幕显示高清摄像头7拍摄的图像。所述信号发射装置与旋转切割机构3、旋转底座6、和夹持机构2上相应的电机上装有匹配的信号接收装置，实现相应控制。具体如下：方向遥控杆控制本收割机移动的方向，方向遥控杆可实现360°灵活移动；a、b键控制旋转底座6的方向，从而控制机械臂1的方向。具体实施为，按住a键不放，旋转底座6顺时针旋转，按住b键，旋转底座6逆时针旋转，松开按键，旋转底座6停止旋转。c键控制夹持机构2张合，具体为，按一次c键，夹持机构2处于抱合状态，再按一次c键则处于张开状态。d键控制旋转切割机构3的旋转，具体为，按下d键，弧形刀片3-1由刀片电机3-3-1驱动进入旋转状态，再按一次则停止旋转；e、f键通过竖向电机3-4-1控制旋转切割装置3上下移动，具体为按一次e键使滑块3-4-5和旋转切割机构3顺着竖向皮带3-4-3向下移动，再按一次停止移动；按一次f键，旋转切割机构3向上移动，再按一次则停止。

作为一种优选实施方式，控制机构4通过有线或无线方式与夹持机构2和旋转切割机构3连接并控制其运动。其中有线方式可以为mod-bus、485、232等，或者上述各类有线通信方式的组合。无线方式可以为wifi、4g、zigbee、射频(radiofrequency，rf)、蓝牙(bluetooth)等，或者上述各类无线通信方式的组合。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

本实用新型的使用方式为：

1、操作者通过高清摄像头7、方向遥控杆和a、b按键将本收割机及其夹持机构2和旋转切割机构3移动到香蕉果轴的合理位置。

2、操作者在高清摄像头7的辅助下，按住手柄上的c键使机械爪2-6张开，再按一次c键机械爪2-6抓取香蕉果轴，旋转切割机构3的弧形刀片3-1贴合果轴。

3、操作者通过控制机构4d键启动刀片电机3-3-1工作，弧形刀片3-1在刀片轨道3-2中旋转切割香蕉柄。

4、操作者通过控制机构4e、f键启动竖向电机3-4-1开始工作，旋转切割机构3沿着机械臂1的滑轨1-1由上向下运动，切割香蕉柄，再按一次则停止旋转。

5、香蕉把从树上完全采摘下来，掉入收割袋5内。