一种基于变自由度机构的樱桃采摘装置的制作方法

本发明属于采摘装置技术领域，涉及一种基于变自由度机构的樱桃采摘装置。

背景技术

作为我国产量较高的水果之一，近年来，樱桃种植业迅速发展，进一步导樱桃采摘的作业量大幅增加。而在传统的樱桃生产行业，采摘作业属于较为消耗人力、资源、成本和时间的一个环节。室外樱桃采摘作业工作环境较为恶劣，作业强度和劳动量大，且樱桃采摘期比较短，采摘工作必须在短时间内完成，否则会造成果实过熟而导致腐烂等问题，因此发明一种安全、实用、低成本的辅助樱桃采摘装置具有重要意义。

观察国内外果蔬采摘机械的研究现状，目前大部分技术还不是十分成熟，仍处于从试验到推广的过渡性阶段。但是人工辅助采摘装置作为采摘领域的一种新兴方式，仍具有很大的发展潜力。现有的樱桃采摘装置因为成本较高或者实用性不够强的问题，未能得到大范围的推广。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种通过变自由度机构实现对樱桃进行安全、高效采摘的装置，力求提高采摘过程的效率和保护性、便携性、灵活性和可靠性。本发明结构简单、原理明确、操作方便、成本低廉，在采摘过程中保护了樱桃果树、果实和果柄的完整性，可在一定程度上促进樱桃产业的发展。

本发明的技术方案：

一种基于变自由度机构的樱桃采摘装置，主要由采摘部分、操控部分、折叠部分和收集部分组成；

所述的采摘部分，主要由上方固定机构和下方分离机构组成；

所述的上方固定机构，主要由固定板4、固定杆件6和限位板12组成；所述的固定板4的前端设有水平的条形插孔，作为固定板的限位部分8，固定板4的中部设有插孔；所述的固定杆件6分为三段，分别为直杆、折型杆和固定杆件的伸长部分9，直杆的一端固定在牵动杆1的中部，直杆的另一端与折型杆的一端铰接，二者可绕铰接点转动，固定杆件的伸长部分9垂直固定在折型杆的另一端，固定杆件的伸长部分9穿过固定板的限位部分8上的条形插孔；所述的限位板12为l型结构，一边固定在固定板4上，另一边与固定杆件的伸长部分9相互配合；

所述的下方分离机构，主要由分离板3、夹紧杆件7和夹紧板11组成；所述的分离板3与固定板4的结构相同，二者对称布置；所述的夹紧杆件7与固定杆件6的结构相同，二者对称布置，夹紧杆件的伸长部分10穿过分离板3前端的条形插孔；所述的夹紧板11与限位板12的结构相同，二者对称布置；下方分离机构与上方固定机构的不同之处在于，固定板4前端的水平条形插孔的内侧与限位板12之间留有空隙，而分离板3前端的水平条形插孔的内侧与夹紧板11之间没有间隙；

所述的固定板4、分离板3和两根牵动杆1通过固定件连接，固定板4焊接在固定件上，分离板3和两根牵动杆1活动连接在固定件的中心轴点5上，分离板3和两根牵动杆1绕中心轴点5转动；固定板4和分离板3的中部，通过螺栓和阻碍弹簧17进一步连接，实现固定与分离；

所述的操控部分，主要由牵动杆1、把手13和拉线14组成；所述的牵动杆1共两个，一端与分离板3活动连接，另一端通过复位弹簧2相互连接；所述的拉线14共两根，贯穿折叠杆15的内部，一端与把手13连接，另一端与牵动杆1相连接；

所述的折叠部分，主要由折叠杆15和铰链16组成；所述的折叠杆15为中空的杆，共两根，一端通过铰链16连接，另一端分别与采摘部分和操控部分连接；

所述的收集部分，位于整个装置的下方，用于收集采摘的樱桃。

本装置的核心工作原理是通过变自由度机构实现机构的演化变异，具体如下：

上方固定机构执行固定动作，牵动杆1带动固定杆件6的杆绕铰点转动，使得固定杆件的伸长部分9向内侧运动。当固定杆件的伸长部分9被固定板的限位部分8挡住，运动停止，整个上方固定机构不再运动，位置固定，有效阻碍了下一步果柄与树枝分离时，果柄根部上方的树枝的运动，起到了固定树枝、保护樱桃果柄和果实的作用。此时，樱桃果柄靠近树枝的根部处于固定杆件的伸长部分9与限位板12之间。

下方分离机构执行夹紧动作，在上方固定机构执行固定动作的同时，牵动杆1也将带动下方分离机构中夹紧杆件7的杆绕铰点转动，由于固定板4和分离板3之间连有阻碍拉簧17，弹簧力f阻碍了该阶段杆绕铰点的转动，杆与铰点及整个机构相对固定。夹紧杆件的伸长部分10沿杆向夹紧板11的方向运动，此时樱桃果柄靠近果实的一端位于夹紧杆件的伸长部分10与夹紧板11之间，当夹紧杆件的伸长部分10将樱桃果柄紧贴在夹紧板11上，夹紧杆件的伸长部分10运动停止，果柄靠近果实一端被夹紧。

果柄靠近果实的部分被夹紧后，继续握动把手13，带动拉线14，由于固定板4固定在固定件上，无相对活动，则上方固定机构保持静止，而下方分离机构继续运动。此时，夹紧杆件的伸长部分10夹紧樱桃果柄与牵动杆1相对固定，不再沿其运动，成为一个整体，但阻碍拉簧17产生的弹簧力被克服，使得杆可以绕铰点转动。牵动杆1将继续带动夹紧杆件7的杆绕铰点转动，带动夹紧杆件的伸长部分10与牵动杆1一起绕铰点转动，从而整个分离机构绕该铰点转动，与上方固定机构分离，带动被夹紧的果柄与果柄上方的树枝分离。采摘部分的主要工作完成。

折叠部分的折叠杆通过铰链连接，利用摩擦紧固，转动螺纹锁进手柄可实现任意位置锁定。

操控部分为抓握手柄，通过杠杆机构，手柄压紧达到抓取结构收缩抓紧的动作，同时配合弹簧复原，进行实际反复抓取释放操作。

本发明的有益效果：

先将树枝固定再进行摘取樱桃，避免了树枝的剧烈晃动和樱桃的损伤，实现了无损摘取樱桃果实；采用纯机械结构，材质多为轻质铝合金、塑料，质量小，携带轻便，制作主要部件多为现有零件，易维修，制作成本低廉；主要适用于生长在樱桃树约2-3米高度范围内、难以直接摘取的樱桃。此外，对于合适高度的苹果、梨等悬挂于树枝上的水果也适用；折叠杆使装置重量减轻；在实现高处樱桃摘取的同时，易于操作拆卸，使用灵活方便。

附图说明

图1(a)是装置的结构示意图；

图1(b)是装置结构的局部放大示意图；

图2是总体机构原理示意图；

图3是上方固定机构执行固定动作的机构原理示意图；

图4是下方分离机构执行夹紧动作的机构原理示意图；

图5是下方分离机构执行分离的机构原理示意图；

图6是收集部分示意图。

图中：1牵动杆；2复位弹簧；3分离板；4固定板；5中心轴点；6固定杆件；7夹紧杆件；8固定板的限位部分；9固定杆件的伸长部分；10夹紧杆件的伸长部分；11夹紧板；12限位板；13把手；14拉线；15折叠杆；16铰链；17阻碍弹簧。

具体实施方式

以下结合附图和技术方案，进一步说明本发明的具体实施方式。

使用本装置进行采摘作业的完整工作流程如下：

1.将树枝上的樱桃置于采摘装置中，使樱桃果柄靠近树枝的根部处于固定杆件的伸长部分9与固定板4上的限位板12的空隙之间，靠近果实的一端处于夹紧杆件的伸长部分10与分离板3上的夹紧板11的空隙之间。

2.握动把手13，牵动隐藏贯穿于折叠杆15内，拉线14的另一端与两个牵动杆1相连。

3.拉线14使两个牵动杆1发生相对运动，两个牵动杆1将同时带动固定杆件的伸长部分9与夹紧杆件的伸长部分10分别向着限位板12与夹紧板11运动。当固定杆件的伸长部分9与固定板的限位部分8接触，此时，固定杆件的伸长部分9与限位板12分别在靠近树枝的樱桃果柄根部两侧，由此固定了果柄根部周围树枝的位置，但由于固定板的限位部分8的存在，中间仍留有一定空隙，使得樱桃果柄根部可以在缝隙间活动。而夹紧杆件的伸长部分10与夹紧板11共同夹紧樱桃果柄靠近果实的一端。

4.继续握动把手13，牵动拉线14，带动两个牵动杆1继续发生相对运动；此时，由固定杆件6、固定板4和限位板12组成的固定机构保持静止，由夹紧杆件7、夹紧板11与分离板3组成的分离机构沿中心轴点5转动，与固定机构分离，此时树枝被固定机构阻碍运动，位置固定，不会随着果柄一起运动，最终实现分离机构带动樱桃柄及果实与树枝分离。

5.松开把手13，复位弹簧2使固定板4与分离板3合拢，固定杆件6与夹紧杆件7回到初始位置，带果柄的樱桃落入采摘装置下方的网袋，整个装置复位，完成一次采摘作业。