一种水果有序自动装箱装置及其方法与流程

本发明涉及农业自动化领域，特别涉及一种水果有序自动装箱装置及其方法。

背景技术：

在水果采摘后处理过程中，水果装箱是必不可少的环节。目前，主要依靠人工对水果进行装箱。由于人工成本高，且水果装箱劳动强度大，导致人工装箱效率低下，增加了水果包装成本。同时，现有的水果装箱装置大多数为无序装箱，容易造成水果与水果之间的碰撞，降低水果的质量。因此，如何将水果装箱过程实现自动化和有序化有着重大意义，这对水果行业的发展有重要的经济价值与实用意义。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，提供一种水果有序自动装箱装置及其方法，可以有效解决水果装箱效率低、装箱过程中碰撞导致的水果质量低下等问题，提高了装箱效率和水果品质，实现水果装箱有序化、自动化。

本发明的目的通过下述技术方案实现：

一种水果有序自动装箱装置，包括垂直运输系统和有序自动移动系统；垂直运输系统位于有序自动移动系统的上方；垂直运输系统包括主传动轴、从传动轴、水果托盘、传动链条和机架，从传动轴和主传动轴分别固定在机架的上端和下端，主传动轴和从传动轴通过轴上的链轮与传动链条相连接，水果托盘通过螺纹连接在传动链条上；有序自动移动系统包括压力传感器、x/y轴移动机构，压力传感器固定在x/y轴移动机构的支撑柱的上方，压力传感器上面的支撑板用于放置水果纸箱。

所述机架包括竖向机架、横向机架和纵向机架，竖向机架垂直放置，横向机架和纵向机架水平相互垂直放置；从传动轴和主传动轴分别固定于竖向机架的上、下两端，缓冲机构固定在纵向机架上。

所述垂直运输系统还包括缓冲机构，缓冲机构通过螺纹连接在纵向机架的下方，并对应水果下落的位置。缓冲机构为圆环形，直径根据水果的尺寸进行设计，略大于水果的尺寸，圆环里面安装有毛刷，毛刷的材料为尼龙。

所述传动链条为双侧弯板链条，水果托盘通过螺钉螺母固定在传动链条上。

所述水果托盘为1个或1个以上，可以根据不同水果进行更换不同形状的水果托盘。

所述x/y轴移动机构包括履带、步进电机、支撑柱、l形板、滑块、导轨；x轴方向有两条平行的履带，两条履带与一个步进电机相配合，履带的下方放置有导轨，导轨上设置有滑块，y轴方向的l形板放置两个滑块上，同时l形板通过连接块与固定在履带上的固定座相连接；y轴方向有l形板，l形板的侧面设置有一条履带，安装在l形板上的另一个步进电机的传动轴及从动轮和该履带紧配合，该履带的上方安装有支撑柱；压力传感器固定在支撑柱上，压力传感器与两个步进电机连接，纸箱放置在压力传感器上方。

x/y轴移动机构由两个步进电机来分别控制x/y轴移动机构在x轴或y轴方向的移动。

压力传感器用于接收水果掉进箱子时产生的压力信号，并将信号传递给单片机，再由单片机控制步进电机做出相应的反应。

一种水果有序自动装箱方法，是采用上述的水果有序自动装箱装置，有序自动移动系统上放有纸箱，电机带动垂直运输系统运动，水果经垂直运输系统的水果托盘运输，当承载水果的水果托盘运动到最底端时，在重力的作用下水果离开水果托盘掉入纸箱中，纸箱下的压力传感器接受到水果掉入的信号，通过有序自动移动系统中压力传感器和步进电机的配合，使每个水果有序、自动地装入纸箱的格子中。

所述水果有序自动装箱方法，是垂直运输系统通过主传动轴带动传动链条传动，将水果托盘上的水果由上端运输到底端，然后水果受重力作用经过缓冲机构掉落在压力传感器上的纸箱的空格子中；同时在压力传感器的作用下，信号传递到步进电机中，步进电机接收到脉冲，促使x/y轴移动机构自动沿x轴正方向作一个单位的移动，从而带动纸箱移动至下一个用隔板分开的空格子处，以便于盛放下一个水果；当x轴方向装满一排后，另一个步进电机则促使x/y轴移动机构自动沿y轴作一个单位的定向移动，水果落入后，然后再进行x轴负方向的移动，当装满第二排时，重复上述操作，如此反复，直到将格子装满，装满一层后，箱体回到起始点继续进行重复的操作，最后装满两层水果。

本发明的工作原理是：将垂直运输系统放置于水果分级流水线的末端，有序移动系统放置于垂直运输系统的下方；水果从分级流水线的末端掉入垂直运输系统的水果托盘中，垂直运输系统带动水果由上往下运输，在底端时，水果受重力作用经过缓冲机构自然往下掉至纸箱空格子中，这时，装在x/y轴移动机构上的压力传感器感受到压力，步进电机接受到来自于压力传感器的信号，从而促使x/y轴移动机构沿x轴正方向作一个单位的定向定位移动，从而带动纸箱移动至下一个纸箱中用隔板分开的空格子处，以便于盛放下一个水果，重复以上动作，直至x轴方向装满一排，然后另一个步进电机则使x/y轴移动机构在y轴方向上作一个单位的定向定位移动，然后x/y轴移动机构作与之前的x轴方向相反的定向移动，如此反复，直至装满第一层水果，装满一层后，箱体回到起始点继续进行重复的操作，最后装满两层水果。

本发明与现有技术相比具有如下优点和效果：

(1)本发明结构简单，垂直运输系统与有序自动移动系统之间不需要额外的连接件，成本低，效率高。

(2)本发明的x/y轴移动机构通过压力传感器输出信号给步进电机，步进电机接受脉冲信号，做出x轴或y轴的单向定向定位的平面移动，从而实现水果的有序排列，降低水果与水果之间的碰撞率，有效减少碰撞导致的水果损伤，保证了水果的质量。

(3)本发明的适应水果范围广，通过调整水果托盘和缓冲机构的形状，可以适用于大部分水果的自动装箱。

(4)本发明设计的缓冲机构，可以减少水果下落与箱体接触时所受到的冲力，防止损伤水果。

附图说明

图1为x/y轴移动机构的立体结构图。

图2为x/y轴移动机构的立体结构图。

图3为x/y轴移动机构和压力传感器的立体结构图。

图4为垂直运输系统的立体结构图。

图5为垂直运输系统的立体结构后视图。

图6为压力传感器的立体结构图。

图7为缓冲机构的立体结构图。

图8为本发明装置的整体立体结构示意图。

其中，1-1：导轨滑块；1-2：固定座；2-1：步进电机；2-2：步进电机传动轴；2-3：固定座；2-4：连接块；2-5：滑块；2-6：导轨；2-7：履带；2-8：传动轴；2-9：从动轮1；2-10：从动轮2；2-11：支撑柱；2-12：l形板；3-1：压力传感器；4-1：竖向机架；4-2：链轮；4-3：轴承；4-4：横向机架；4-5：纵向机架；4-6：支撑脚；4-7：主传动轴；4-8：水果托盘；4-9：大传动链条；4-10：从传动轴；5-1：电机；5-2：电机传动轴；5-3：小齿轮1；5-4：小传动链条；5-5：小齿轮2；5-6：支撑机架；7-1：缓冲支撑架；7-2毛刷。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例1

如图8所示的一种水果有序自动装箱系统，包括图1和图2所示的x/y轴移动机构、图3和图6所示的压力传感器、以及图4和图5所示的垂直运输系统、图7所示的缓冲机构。

x/y轴移动机构是放置于垂直运输系统与地面之间，并根据需求调整到对应的位置。x/y轴移动机构包括导轨滑块1-1、固定座1-2、步进电机2-1、步进电机传动轴2-2、固定座2-3、连接块2-4、滑块2-5、导轨2-6、履带2-7、传动轴2-8、从动轮1(2-9)、从动轮2(2-10)、支撑柱2-11、l形板2-12。x轴方向有两条平行的导轨2-6，导轨2-6固定在装置的外壳里，两条导轨2-6上均放置有滑块2-5；y轴方向有l形板2-12，l形板2-12的两端固定在两个滑块2-5的上方，通过滑块2-5的滑动带动l形板2-12在导轨2-6的方向上移动。x轴方向有两条平行的履带2-7，履带2-7位于导轨2-6的上方，两条履带2-7上均固定有固定座2-3，连接块2-4用于连接固定座2-3和l型板2-12，从而两条平行的履带2-7带动固定座2-3、连接块2-4、滑块2-5同步进行相对静止的滑动，即x轴方向上的移动。两条平行的履带2-7中，一条履带2-7与步进电机2-1上的步进电机传动轴2-2相连，另一条履带2-7与从动轮1(2-9)相连，传动轴2-8的两端分别与两条履带2-7相连接，通过电机传动轴2-2的转动，可以带动这两条履带2-7进行导轨2-6方向的同步滚动。

y轴方向上设置有一条履带，履带位于l形板的一侧，该履带上有一个导轨，导轨上有滑块1-1，滑块1-1上固定有支撑柱2-11，固定座1-2用于连接履带与滑块1-1，l形板2-12上还安装有另一个步进电机，该步进电机的传动轴及从动轮2(2-10)和该履带紧配合，从而通过在该步进电机中设置所需的速度，再通过该履带的传送，便可实现该履带上的固定座1-2、滑块1-1、支撑柱2-11在该导轨方向上相对静止的移动，即y轴方向上的移动。

支撑柱2-11与压力传感器3-1固定，压力传感器3-1上的支撑板用于盛放装水果的纸箱。通过x轴方向的两条履带和y轴方向的一条履带的传动，从而带动整个纸箱的移动。当水果从垂直运输系统中的水果托盘4-8中落下与纸箱接触时，压力传感器3-1接受到压力信号并将信号传送到步进电机中，步进电机接受到脉冲信号，从而促使x/y轴移动机构自动沿x轴或y轴单向定向定位移动，从而带动纸箱移动至下一个用隔板分开的空格子处，以便于盛放下一个水果，当x轴或y轴的其中一个方向装满一排后，另一个步进电机则带动另一个方向的定向定位移动，然后继续进行与第一排装箱的过程，如此反复，直至将水果盛满，盛满一层后，纸箱回到起始点继续进行重复的操作，最后盛满两层水果。

所述垂直运输系统包括竖向机架4-1，链轮4-2，轴承4-3，横向机架4-4，纵向机架4-5，支撑脚4-6，主传动轴4-7，水果托盘4-8，大传动链条4-9，从传动轴4-10，电机5-1，电机传动轴5-2，小齿轮1(5-3)，小传动链条5-4，小齿轮2(5-5)，支撑机架5-6。如图4所示，竖向机架4-1、横向机架4-4与纵向机架4-5构成垂直运输系统的主体结构；支撑脚4-6安装在前后两根横向机架4-4的两端，与地面接触起支撑整个系统的作用；支撑机架5-6安装在横向机架4-4的上端；电机5-1安装在支撑机架5-6的上端；主传动轴4-7与上方的从传动轴4-10通过轴承4-3安装在两个竖向机架4-1的中间，链轮4-2套在从传动轴4-10上，链轮4-2下方的另一个链轮套在主传动轴4-7上，大传动链条4-9与链轮4-2安装在一起；如图5所示，小齿轮25-5安装在下方的主传动轴的左端，小齿轮15-3安装在电机传动轴5-2上，小齿轮15-3通过小传动链条5-4与小齿轮25-5连接；5个水果托盘4-8安装在大传动链条4-9上，5个水果托盘4-8间隔相同的距离。电机5-1工作，通过小齿轮15-3、小齿轮25-5和小传动链条5-4带动下方的主传动轴4-7旋转，通过大传动链条4-9和主传动轴4-7带动水果托盘4-8在竖直平面内做自上而下的运动。

图7所示的缓冲机构中，缓冲支撑架7-1固定在纵向机架4-5的下方并位于水果下落的对应位置，以便水果掉落时经过缓冲机构，减少水果下落与箱体接触时所受到的冲力，缓冲机构的内部设置有毛刷7-2。

在具体的实施过程中，水果自动装箱的步骤如下：

(1)水果经过流水线以一定的速度传送至水果托盘4-8上并被其中一个托盘接住；

(2)水果托盘4-8在电机5-1、电机传动轴5-2、小齿轮1(5-3)、小传动链条5-4、从传动轴4-10与下方的主传动轴4-7、大传动链条4-9的传动作用下，以一定的速度做竖直向下的匀速直线运动；

(3)当承载水果的水果托盘4-8到达传送底部时，水果经过缓冲机构自行落入下部已摆放好的箱体中；

(4)当水果与箱体接触或碰撞时，压力传感器接受到压力信号，并发送至步进电机中，步进电机接收到脉冲信号，使得x/y轴移动机构做出一个单位的定向定位移动(此时应注意下一个水果落入箱体之前的时间应大于x/y轴移动机构做完一个单位平面移动的时间)；

(5)根据所需的要求，水果与垂直运输系统、x/y轴移动机构在压力传感器的反复作用传递信号下，做出相同的动作，并使得箱体充满第一层水果，盛满一层后，箱体回到起始点继续进行重复的操作，最后盛满两层水果。

以上所述仅为本发明的实施例，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。