本发明属于水果采摘技术领域，特别涉及一种振动式水果采摘装置及采摘方法。
背景技术：
现有的枣等水果的采摘方式主要是人工采摘，果农架梯子或者上树用杆子将枣等水果打下。这样的采摘方式，一是准备工作比较繁琐，二是人站在高处操控杆子，很不安全，且农户用的全是手臂的力量，这样使采摘任务变得繁重，费时费力。除此之外，用杆子打水果的力度较大，对水果会造成一定损伤，进而会影响储存与后期的销售。
现有收集水果的方法也十分不方便，大多是人工将网张开或收缩，每一棵树都必须重复操作一次，降低了水果摘取的效率。有的农户不采用收集装置，水果直接散落在地面上，需要花费更多时间进行收集，也会对水果造成一定的损伤，影响水果的质量。
技术实现要素：
本发明的目的在于提供一种振动式水果采摘装置及采摘方法，以解决上述存在的技术问题。本发明的采摘装置操作简单，具有较高的安全性和可靠性；能够提高采摘效率，节省人力物力；能够较好的保证采摘水果的质量，减轻采摘时对水果的损伤。
为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种振动式水果采摘装置，包括：运动装置、振动装置和收集装置；振动装置和收集装置均安装在运动装置上，通过运动装置能够带动振动装置和收集装置进行移动；振动装置包括振动电机、第一传动装置和夹持装置；振动电机的输出轴通过第一传动装置与夹持装置相连接，通过夹持装置能够夹持果树的树干，振动电机通过第一传动装置能够带动夹持装置发生振动；收集装置包括收集网和伸缩支架；伸缩支架设置在运动装置上，收集网设置在伸缩支架上，伸缩支架伸缩时能够带动收集网张开和收拢，收集网具有弹性用于收集水果。
进一步的，运动装置为履带式，包括车架、运动电机、履带和若干链轮；运动电机安装在车架上，运动电机的输出轴通过联轴器与链轮相连接，运动电机能够带动链轮转动，履带安装在链轮上，链轮转动能够带动履带运动。
进一步的，振动装置的第一传动装置包括第一齿轮、第二齿轮、主动连杆、杠杆和被动连杆；第一齿轮与振动电机的输出轴相连接，第二齿轮转动设置于运动装置上，第一齿轮与第二齿轮啮合连接，振动电机通过第一齿轮能够带动第二齿轮转动；主动连杆的一端铰接在第二齿轮上，主动连杆的另一端与杠杆的一端铰接，杠杆的另一端与被动连杆的一端铰接，被动连杆的另一端通过活塞与夹持装置连接，杠杆上设置有支点，支点固定设置在运动装置上且靠近杠杆与被动连杆连接的一端。
进一步的，还包括滑块和导轨；导轨安装在运动装置上，滑块滑动设置于导轨上，夹持装置固定设置在滑块上。
进一步的，夹持装置包括两个钳夹和两个连接杠杆；两个杠杆的一端通过中间轴铰接，两个杠杆的另一端分别与一个钳夹的后端相铰接，两个杠杆的支点均靠近连接有钳夹的一端，两个杠杆的支点均与滑块固定连接。
进一步的，还包括气泵；气泵设置在运动装置上，气泵与活塞靠近钳夹的一端相连通，通过气泵能够为钳夹提供夹紧力。
进一步的，收集装置具体包括收集电机、第二传动装置、丝杠、螺旋套筒、伸缩支架和收集网；收集电机安装在运动装置上，丝杠可转动设置在运动装置上，收集电机的输出轴通过第二传动装置与丝杠相连接，收集电机通过第二传动装置能够带动丝杠转动；螺旋套筒套装在丝杠上，丝杠转动能够使螺旋套筒沿丝杠的轴线方向运动；伸缩支架包括若干伸缩支腿，每个伸缩支腿均包括第一支腿和第二支腿，第一支腿与运动装置连接，第二支腿与螺旋套筒连接，第一支腿和第二支腿均由若干连杆铰接而成，第一支腿的连杆与第二支腿的连杆通过铰接轴铰接，铰接轴设置在每个连杆的中心，铰接轴的轴线垂直与丝杠的轴线，螺旋套筒沿丝杠的轴线运动时能够使每个伸缩支腿实现伸缩；收集网安装在伸缩支腿上，收集网上开有水果收集口。
进一步的，第二传动装置包括第三齿轮、第四齿轮和第五齿轮；第三齿轮与收集电机的输出轴相连接，第四齿轮转动设置于运动装置上，第五齿轮固定设置丝杠的下端，第三齿轮与第四齿轮啮合连接，第四齿轮与第五齿轮啮合连接。
进一步的，还包括控制装置；气泵、运动电机、振动电机和收集电机均设置有信号接收端，控制装置的信号输出端分别与气泵、运动电机、振动电机和收集电机的信号接收端相连接，通过控制装置能够控制气泵、运动电机、振动电机和收集电机的运行状态。
一种基于振动式水果采摘装置的采摘方法，基于上述任一种振动式水果采摘装置，具体步骤包括：
步骤1，通过运动装置将整个采摘装置运送至待采摘地点；
步骤2，通过夹持装置夹紧待采摘果树的树干；
步骤3，启动收集电机，通过伸缩支架打开收集网；
步骤4，启动振动电机，通过振动装置振动果树树干，使水果落入收集网；
步骤5，收集落入收集网内的水果，完成采摘。
相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明的振动式水果采摘装置中，通过运动装置可将采摘装置整体运送至采摘地点，方便快速，工作效率高；振动装置夹持果树树干后，通过振动装置带动树干振动，能够将果树上成熟的果树振动下来，完成水果采摘；采摘下的水果通过弹性的收集网收集，可较大程度上避免受过收到损伤，能够提高水果的采摘质量；收集网设置在伸缩支架上，通过伸缩支架的伸缩能够调节收集网张开的大小，便于根据实际采摘环境进行调节，能够适应较广泛的采摘环境。本发明的采摘装置操作简便，具有较高的安全性和可靠性；能够提高采摘效率，节省人力物力；能够较好的保证采摘水果的质量，减轻采摘时对水果的损伤；采摘装置为小型集成设备，成本低，操作方便、安全。
进一步的，运动装置设置为履带式，可以在多地形，多气候采摘环境下进行工作，提高了运动装置的环境适应性，提高了采摘装置的可靠性，可较大程度避免因为环境因素造成的机械故障等问题。
进一步的，振动装置的传动装置采用齿轮和杠杆的连接方式，连接和传动的性能可靠，便于拆卸；振动电机运转，通过第一齿轮带动第二齿轮转动，第二齿轮通过主动连杆、杠杆和被动连杆带动夹持装置运动，杠杆的支点靠近被动连杆，形成曲柄摇杆机构，能够使夹持装置夹持果树树干后振动。
进一步的，导轨起支撑作用，滑块能够在导轨上运动。
进一步的，连接杠杆通过支点与导轨固定连接，连接杠杆的长臂与活塞铰接，短臂与夹钳的后端铰接，活塞运动时，连接杠杆的长臂端随活塞移动，使连接杠杆绕其支点转动，连接杠杆的短臂端带动夹钳运动，使夹钳能够夹持果树树干。
进一步的，通过气泵在气缸内充气固定住活塞在气缸中的位置，能够使得夹钳夹紧果树树干，防止振动时夹钳与果树树干脱开；气泵驱动夹钳以恒力夹持，与传统机械类相比，可减少对果树树干的损伤。
进一步的，收集装置的弹性的收集网用于收集振动下来的水果，科提高水果的采摘质量；伸缩支架用于调整收集网张开的大小和形状，用于适应复杂的采摘环境；收集电机带动丝杠转动，使得每个伸缩支腿的第一支腿和第二支腿绕其铰接轴转动，完成伸缩支架的开合；收集网的张开程度可调节，能够避免在工作时其他果树对采摘装置的影响，扩大的采摘装置的适用范围，不仅可以用于乔化类果树，也可用于矮化类或灌木等。
进一步的，控制器用于控制各个功能部件和采摘装置的行驶运动，操作简单可靠；通过加装遥控器还可以实现远程遥控。
本发明的采摘方法适用于本发明的采摘装置，采摘效率高，能够提高采摘水果的质量。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。
图1是本发明的一种振动式水果采摘装置的正视结构示意图；
图2是图1中实施例的左视结构示意图；
图3是图1中实施例的俯视结构示意图；
图4是图1中实施例的运动装置的俯视结构示意图；
图5是图1中的振动装置的结构示意图；
图6是图1中的收集装置的俯视结构示意图；
图7是图6的正视结构示意图；
图8是采摘装置中收集网和伸缩支架的结构示意图；
图9是控制器装置中的遥控器的结构示意图；
图1至图9中，1振动装置；101振动电机；102导轨；103滑块；104夹钳；105连接杠杆；106气泵；107主动连杆；108第一齿轮；109第二齿轮；110被动连杆；111活塞；118杠杆；2收集装置；201收集网；202伸缩支架；203收集电机205丝杠；206螺旋套筒；207第三齿轮；208第四齿轮；209第五齿轮；3运动装置；301车架；302运动电机；303履带；304链轮；305联轴器；4控制装置；401电源控制开关；402功能控制开关；403运动控制开关。
具体实施方式
参考图1至图9，本发明的一种振动式水果采摘装置，包括：运动装置3、振动装置1和收集装置2；振动装置1和收集装置2均安装在运动装置3上，通过运动装置3能够带动振动装置1和收集装置2进行移动；振动装置1包括振动电机101、第一传动装置和夹持装置；振动电机101的输出轴通过第一传动装置与夹持装置相连接，通过夹持装置能够夹持果树的树干，振动电机101通过第一传动装置能够带动夹持装置发生振动；收集装置2包括收集网201和伸缩支架202；伸缩支架202设置在运动装置3上，收集网201设置在伸缩支架202上，伸缩支架202伸缩时能够带动收集网201张开和收拢，收集网201具有弹性用于收集水果。本发明的振动式水果采摘装置中，通过运动装置3可将采摘装置整体运送至采摘地点，方便快速，工作效率高；振动装置1夹持果树树干后，通过振动装置1带动树干振动，能够将果树上成熟的果树振动下来，完成水果采摘；采摘下的水果通过弹性的收集网201收集，可较大程度上避免受过收到损伤，能够提高水果的采摘质量；收集网201设置在伸缩支架202上，通过伸缩支架202的伸缩能够调节收集网201张开的大小，便于根据实际采摘环境进行调节，能够适应较广泛的采摘环境。本发明的采摘装置操作简便，具有较高的安全性和可靠性；能够提高采摘效率，节省人力物力；能够较好的保证采摘水果的质量，减轻采摘时对水果的损伤。本发明的装置可用于小而密集的水果采摘，能够提高果农的采摘效率，解放了广大果农的劳动力，缩短了果农的劳作时间。收集装置2、振动装置1和运动装置3分层布置互相不影响，节省了空间；且可减少振动产生的驻波对其他部件的影响，可增加采摘装置的使用寿命，降低采摘成本；采摘装置成本低，实用价值高，便于推广使用。
参考图4，运动装置3为履带式，包括车架301、运动电机302、履带303和若干链轮304；运动电机302安装在车架301上，运动电机302的输出轴通过联轴器305、套筒和轴与链轮304相连接，运动电机302能够带动链轮304转动，履带303安装在链轮304上，链轮304转动能够带动履带303运动。运动装置3设置为履带303式，可以在多地形，多气候采摘环境下进行工作，提高了运动装置3的环境适应性，提高了采摘装置的可靠性，可较大程度避免因为环境因素造成的机械故障等问题。
参考图5，振动装置1的第一传动装置包括第一齿轮108、第二齿轮109、主动连杆107、杠杆118和被动连杆110；第一齿轮108与振动电机101的输出轴相连接，第二齿轮109转动设置于运动装置3上，第一齿轮108与第二齿轮109啮合连接，振动电机101通过第一齿轮108能够带动第二齿轮109转动；主动连杆107的一端铰接在第二齿轮109上，主动连杆107的另一端与杠杆118的一端铰接，杠杆118的另一端与被动连杆110的一端铰接，被动连杆110的另一端通过活塞111与夹持装置连接，杠杆118上设置有支点，支点固定设置在运动装置3上且靠近杠杆118与被动连杆110连接的一端。振动装置1的传动装置采用齿轮和杠杆118的连接方式，连接和传动的性能可靠，便于拆卸；振动电机101运转，通过第一齿轮108带动第二齿轮109转动，第二齿轮109通过主动连杆107、杠杆118和被动连杆110带动夹持装置运动，杠杆118的支点靠近被动连杆110，形成曲柄摇杆机构，能够使夹持装置夹持果树树干后振动。振动装置1还包括滑块103和导轨102；导轨102安装在运动装置3上，滑块103滑动设置于导轨102上，夹持装置固定设置在滑块103上。夹持装置包括两个夹钳104和两个连接杠杆105；两个连接杠杆105的一端通过中间轴铰接在与活塞连接的连杆上，两个连接杠杆105的另一端分别与一个夹钳104的后端相铰接，两个连接杠杆105的支点均靠近连接有夹钳104的一端，两个连接杠杆105的支点均与滑块103固定连接。气泵106设置在车架301上，气泵106与气缸的活塞111靠近夹钳104的一端相连通，通过气泵106能够为夹钳104提供恒定的夹紧力。振动装置1中的主动连杆107、杠杆118和被动连杆110组成曲柄摇杆机构，曲柄摇杆的连杆与杠杆118的长臂铰接，所述杠杆118的短臂与曲柄滑块103的连杆铰接。
参考图6至图8，收集装置2具体包括收集电机203、第二传动装置、丝杠205、螺旋套筒206、伸缩支架202和收集网201；收集电机203安装在运动装置3上，丝杠205可转动设置在运动装置3上，收集电机203的输出轴通过第二传动装置与丝杠205相连接，收集电机203通过第二传动装置能够带动丝杠205转动；螺旋套筒206套装在丝杠205上，丝杠205转动能够使螺旋套筒206沿丝杠205的轴线方向运动；伸缩支架202包括若干伸缩支腿，每个伸缩支腿均包括第一支腿和第二支腿，第一支腿与运动装置3连接，第二支腿与螺旋套筒206连接，第一支腿和第二支腿均由若干连杆铰接而成，第一支腿的连杆与第二支腿的连杆通过铰接轴铰接，铰接轴设置在每个连杆的中心，铰接轴的轴线垂直与丝杠205的轴线，螺旋套筒206沿丝杠205的轴线运动时能够使每个伸缩支腿实现伸缩；收集网201安装在伸缩支腿上，收集网201上开有水果收集口。连接杠杆105通过支点与导轨102固定连接，连接杠杆105的长臂与活塞111铰接，短臂与夹钳104的后端铰接，活塞111运动时，连接杠杆105的长臂端随活塞111移动，使连接杠杆105绕其支点转动，连接杠杆105的短臂端带动夹钳104运动，使夹钳104能够夹持果树树干。第二传动装置包括第三齿轮207、第四齿轮208和第五齿轮209；第三齿轮207与收集电机203的输出轴相连接，第四齿轮208转动设置于运动装置3上，第五齿轮209固定设置丝杠205的下端，第三齿轮207与第四齿轮208啮合连接，第四齿轮208与第五齿轮209啮合连接。收集装置2的弹性的收集网201用于收集振动下来的水果，科提高水果的采摘质量；伸缩支架202用于调整收集网201张开的大小和形状，用于适应复杂的采摘环境；收集电机203带动丝杠205转动，使得每个伸缩支腿的第一支腿和第二支腿绕其铰接轴转动，第二支腿与螺旋套筒206的连接端随螺旋套筒206运动，完成伸缩支架202的开合；可自动伸缩支架202架部分的连杆以铰接连接，连杆皆为标准件，具有互换性；收集网201的张开程度可调节，能够避免在工作时其他果树对采摘装置的影响，扩大的采摘装置的适用范围，不仅可以用于乔化类果树，也可用于矮化类或灌木等。
参考图5和图9，还包括控制装置4；气泵106、运动电机302、振动电机101和收集电机203均设置有信号接收端，控制装置4的信号输出端分别与气泵106、运动电机302、振动电机101和收集电机203的信号接收端相连接，通过控制装置4能够控制气泵106、运动电机302、振动电机101和收集电机203的运行状态。控制装置4还包括遥控器，遥控器上设置有气泵开关、电源控制开关401、功能控制开关402和运动控制开关403，气泵开关用于控制气泵106的开闭状态，电源控制开关401用于控制装置4的供电和启动，功能控制开关402用于控制收集装置2和振动装置1，运动控制开关403用于控制采摘装置的行驶。控制器用于控制各个功能部件和采摘装置的行驶运动，操作简单可靠；通过加装遥控器还可以实现远程遥控。
本发明的一种基于振动式水果采摘装置的采摘方法，基于上述的一种振动式水果采摘装置，具体步骤包括：
步骤1，通过电源控制开关401遥控启动采摘装置，通过运动控制开关403控制运动装置3将整个采摘装置运送至待采摘地点；
步骤2，通过功能控制开关402控制夹持装置夹紧待采摘果树的树干，通过气泵开关打开气泵；
步骤3，启动收集电机203，通过伸缩支架202打开收集网201；
步骤4，启动振动电机101，通过振动装置1振动果树树干，使水果落入收集网201；
步骤5，通过收集网201上的水果收集口收集落入收集网201内的水果，完成采摘。
本发明的采摘装置的工作过程：
本发明的小型振动式水果采摘装置，主要是人为控制，果农通过遥控器可以控制运动电机302运动，运动电机302通过联轴器305连接链轮304，通过轴带动链轮304转动，链轮304带动履带303运动从而实现了采摘装置的前进、后退和左右转向。采摘装置调整到适当的位置，旋转气阀开关，活塞111带动连杆运动从而推动夹钳104夹紧树干，然后按下开网开关，收集电机203带动第三齿轮207转动，第三齿轮207与第四齿轮208啮合，第四齿轮208与第五齿轮209啮合，第五齿轮209带动丝杠205转动，使得伸缩支腿中的的第二支腿随螺旋套筒206向下运动，从而带动各个铰接的连杆运动使得伸缩支架202张开，收集网201随伸缩支架202张开，在树冠以下形成收集网201，然后按下振动开关，振动电机101转动，带动第一齿轮108转动，第一齿轮108与第二齿轮109啮合，第二齿轮109与主动连杆107连接作为曲柄做圆周运动，主动连杆107与杠杆118的长臂连接，短臂与被动连杆110连接，从而带动滑块103在导轨102上作循环往复的直线运动从而形成高频低幅的振动，果实被震下落入收集网201中，停止振动。通过收集网201上的水果收集口，果农用收集袋可以收集采摘下的水果。收集完成后，再次转动气阀开关，活塞111带动连接杠杆118105杆运动使得夹钳104张开，再按下收网开关，收集电机203带动第三齿轮207转动，第三齿轮207与第四齿轮208啮合，第四齿轮208与第五齿轮209啮合，第五齿轮209带动丝杠205转动，使得伸缩支腿中的的一个支腿随螺旋套筒206向上运动，从而带动各个铰接的连杆运动使得伸缩支架202收拢，收集网201随伸缩支架202收拢。