一种多功能采摘机的制作方法

本发明属于采摘机研究领域，尤其是涉及一种多功能采摘机。

背景技术

随着国际农业合作力度的不断加深，我国也成为世界上苹果及相关加工品主要出口国之一。但是，随着果园规模的不断扩大，产量的不断提高，传统的人工采摘逐渐暴露出效率低、劳动量大、人工成本高等问题，从而导致经济上的损失，限制我国苹果产业的进一步发展。放眼国外，欧美等国家主要以大型的采摘机器车为主，依靠机械手采摘、摄像头识别定位、运输机构运输。但是由于我国主要的苹果产地位于灵宝等黄土高原丘陵地带，不适合直接引进大型采摘车，目前多采用的小型采摘器不易操作，收纳容量小，功能单一，导致效率较低。

技术实现要素：

本发明的目的是针对上述问题提供一种多功能采摘机，包括采摘头、采摘杆、管道、分拣箱和背架，所述采摘杆与采摘头连接，所述采摘头的底部通过管道与分拣箱连通，分拣箱可放置在背架上。所述采摘头能实现捕捉定位分离功能，所述采摘杆能伸缩可以调节长度也可以调节与采摘头的角度，所述分拣箱能实现大小水果分拣功能，所述背架上设有背带和车轮可实现背负式、推车式两种运输模式。本发明解决人工采摘效率低，搬运不方便，大型机器不适于丘陵地带，使用和维护价格高，不方便携带等问题，所述采摘机易携带，结构简单，是适于多种地形的辅助人工采摘机。

本发明的技术方案是：一种多功能水果采摘机，包括采摘头、采摘杆、管道和分拣箱；

所述采摘头包括掌形框和旋转推片；所述掌形框的一端沿圆周方向设有多根竖立分布的护栏，相邻护栏之间的缝设有刀片；所述掌形框的另一端与采摘杆的一端连接；所述掌形框的底部通过管道与分拣箱连通；所述掌形框的底部还设有驱动器，所述驱动器的输出轴与旋转推片的一端连接，驱动器驱动旋转推片旋转使旋转推片的另一端与刀片配合切断果茎。

上述方案中，所述掌形框的另一端设有防护罩；所述防护罩的后端与采摘杆的一端连接。

上述方案中，所述采摘杆包括上杆、下杆和把手；

所述上杆与下杆通过楔形轴套连接；所述上杆的一端为“6”形结构，所述楔形轴套为圆弧楔形轴套，厚度由厚变薄，能与上杆的一端“6”形结构配合为圆形；所述楔形轴套与上杆接触的内侧为光滑面，楔形轴套与下杆接触的外侧为粗糙面。

上述方案中，还包括电源开关、控制按钮和控制器；

所述电源开关和控制按钮安装在把手上；所述控制器安装在采摘头上；

所述控制器分别与控制按钮、电源开关和驱动器连接。

优选的，所述上杆的另一端与杆接头的一端连接，杆接头的另一端通过调节旋钮与防护罩后端的连接片连接。

优选的，所述刀片为v形刀片；所述v形刀片的两边分别与护栏连接。

上述方案中，所述分拣箱设有两块呈八字布置的薄板；两块所述薄板位于管道的出口处，且两块所述薄板的轴线与管道出口的轴线具有倾斜角；

两块所述薄板间距小的一端高于间距大的一端；所述薄板下方设有隔板，隔板纵向布置将分拣箱分为大筐和小筐，两薄板间距小一端的垂直下方与小筐连通，两薄板间距大一端的垂直下方与大筐连通，且大筐和小筐内均设有多层纵向交替布置的缓冲机构，缓冲机构的一端安装在分拣箱的内壁，另一端向下倾斜。

上述方案中，还包括背架；所述背架包括支撑架；

所述支撑架为l型包括竖架和水平架；所述竖架设有背带；所述水平架用于放置分拣箱。

上述方案中，所述背架还包括手柄和车轮；所述手柄安装在竖架的顶部，所述车轮安装在水平架上。

优选的，还包括助力杆；所述助力杆的一端与水平架通过可固定铰链连接，助力杆的另一端设有卡槽。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明包括捕捉定位分离功能的采摘头、具有伸缩功能的采摘杆和具有背架与推车结合的收纳筐三部分，这样实现了采摘，收纳，分拣，运输一体化，解决人工采摘效率低，搬运不方便，大型机器不适于丘陵地带，使用和维护价格高，不方便携带等问题，所述采摘机易携带，结构简单，是适于多种地形的辅助人工采摘机。

2.本发明所述掌形框的一端沿圆周方向设有多根竖立分布的护栏，相邻护栏之间的缝设有刀片，驱动器驱动旋转推片旋转使旋转推片的另一端与刀片配合切断果茎，这样弯曲的手掌形采摘头及“剪刀”切断方式能将水果快速摘下并通过管道落入分拣箱，进而可以轻松实现多方位、广角采摘。

3.本发明所述掌形框的另一端设有防护罩，用于放置采摘的水果掉出。

4.本发明所述刀片为v形刀片；所述v形刀片的两边分别与护栏连接，当进行采摘时，确定水果被捕捉后，将该水果果茎嵌入v形刀口中，并将采摘头略微上仰，水果将被压在采摘头上且v形刀口也会对水果起到固定作用，这样就会减少在分离果实过程中果实的晃动情况的发生。

5.本发明伸缩采摘杆采用特殊楔形结构，即在上杆底部设计为特殊“6”形结构，与楔形轴套能配合为正圆形，旋转楔形轴套从而使上杆与下杆的配合为间隙配合或过盈配合，从而实现伸缩状态和夹紧状态，可以实现采摘杆的伸缩固定，适用于不同高度的果树。

6.本发明采摘头与采摘杆通过杆接头和调节旋钮连接，实现角度的调节，使采摘更方便。

7.本发明在分拣箱内设置有分拣结构和简易的缓冲机构，减小苹果落入框内的冲击，也实现了简易的大小水果分拣功能。

8.本发明设有背架，包括背带和车轮，可以实现背负和推车两种运输方式，根据不同采摘地形随时切换。

9.本发明在背架上设有一助力杆，可以用来放置采摘杆，以便使用者短暂休息。

附图说明

图1为本发明所述采摘头1、采摘杆、管道3和分拣箱4的结构示意图；

图2为本发明背架示意图；

图3为本发明采摘头结构示意图；

图4为本发明采摘杆伸缩机构示意图；

图5为本发明上杆与楔形轴套配合为圆形示意图；

图6为本发明上杆与楔形轴套配合为非圆形示意图；

图7为本发明分拣箱结构图；

图8为本发明控制电路图；

图9为本发明arduino算法流程图。

图中：1.采摘头，2.软管接头，3.管道，4.分拣箱，5.上杆，6.下杆，7.控制按钮，8.电源开关，9.把手，10.手柄，11.背带，12.卡槽，13.车轮，14.背垫，15.助力杆，16.支撑架，1601.竖架，1602.水平架，17.可固定铰链，18.水杯盒，19.刀片，20.旋转推片，21.舵机，22.调节旋钮，23.杆接头，24.薄板，25.隔板，26.缓冲机构，27.大筐，28.小筐，29.楔形轴套，30.防护罩，31.掌形框，32.护栏。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围并不限于此。

如图1和2所示，一种多功能采摘机包括采摘头1、采摘杆、管道3、分拣箱4和背架。所述采摘杆与采摘头1连接，所述采摘头1的底部通过管道3与分拣箱4连通，分拣箱4可放置在背架上。背架上设有背带和车轮可实现背负式、推车式两种运输模式。

如图3所示，所述采摘头1包括掌形框31和旋转推片20；所述掌形框31为弯曲的手掌形状，掌形框31的一端沿圆周方向设有多根竖立分布的护栏32，掌面与护栏32呈90°，可平稳快速捕捉到水果并放置于分拣箱4中。相邻护栏32之间的缝设有刀片19；所述掌形框31的另一端与采摘杆的一端连接；所述掌形框31的底部通过管道3与分拣箱4连通；所述掌形框31的底部还设有驱动器，所述驱动器的输出轴与旋转推片20的一端连接，驱动器驱动旋转推片20旋转使旋转推片20的另一端与刀片19配合切断果茎。

所述掌形框31的另一端设有防护罩30，用于防止水果掉出。所述防护罩30的后端与采摘杆的一端连接。

优选的，所述驱动器为180度转角舵机21，掌形框31底部有一舵机槽，槽内嵌有180度转角舵机21，舵机21与旋转推片20的一端通过2个螺栓连接固定，旋转推片20沿着掌形框31一端沿圆周方向旋转，与护栏32上固定的刀片19形成“剪刀”的切断方式。

优选的，所述管道3为软管，掌形框31底部开有圆柱孔，凸出一部分为软管接头2，软管接头2与软管采用螺栓连接，便于拆卸。

所述刀片19为v形刀片；所述v形刀片的两边由螺栓固定在护栏32之间的缝中，进而可以轻松实现多方位、广角采摘。当进行采摘时，确定水果被捕捉后，将该水果果茎嵌入v形刀口中，并将采摘头略微上仰，水果将被压在采摘头上且v形刀口也会对水果起到固定作用，这样就会减少在分离果实过程中果实的晃动情况的发生。然后按下控制按钮7，舵机21带动旋转推片20转动，形成剪刀切断方式加速水果采摘。

所述采摘杆包括上杆5、下杆6和把手9；所述上杆5与下杆6可伸缩连接，所述上杆5的另一端与杆接头23的一端连接，杆接头23的另一端通过调节旋钮22与防护罩30后端的连接片连接；所述调节旋钮2用于调节采摘头1与上杆5的角度。

所述杆接头23采用管螺纹，上杆5的另一端为外螺纹，杆接头23和上杆5采用螺纹连接，方便拆卸。所述调节旋钮上22中间固定有一长螺栓，防护罩30后端的两连接片与杆接头23中心均有同径齐心的圆孔，长螺栓从一端连接片的圆孔贯穿，在另一端连接片上固定一螺母，拧松调节旋钮22后可调节采摘头1与上杆5的角度，之后拧紧螺母即可固定角度。实现采摘头与采摘杆角度的调节，使采摘更方便。

如图4所示，所述上杆5与下杆6通过楔形轴套29配合连接；所述楔形轴套29与上杆5接触的内侧为光滑面，楔形轴套29与下杆6接触的外侧为粗糙面。

如图5所示，所述上杆5的一端为“6”形结构，所述楔形轴套29为圆弧楔形轴套，厚度由厚变薄，能与上杆5的一端“6”形结构配合为圆形，外围面积最小。采用了“楔子原理”，如图6所示，所述楔形轴套29可以旋转，使上杆5和楔形轴套29相对位置改变为非正圆形，外围面积变大，上杆5与楔形轴套29形成的配合结构嵌入下杆6。当楔形轴套29与上杆5恰好配合为正圆形，此时上杆5和下杆6为间隙配合，能自由相对移动，为伸缩杆的活动状态，当调节到合适长度后，保持下杆6不动，上杆5逆时针转动，或保持上杆5不动，顺时针转动下杆6带动楔形轴套29转动，此时，楔形轴套29与上杆5底部相对位置改变，外围面积增大，上杆5和上杆6为过盈配合，从而达到夹紧的效果。传统楔子使用方法是在使用时尖端放入目标缝隙，用重物锤击后方的平面端，楔子进入物体内，使物体人为膨胀以达到固定或者衔接的作用。在本设计中，将楔子形状及使用方法进行创新，从而达到新的使用要求。

如图7所示，所述分拣箱4设有两块呈八字布置的薄板24，两薄板24位于管道3的出口处，两薄板24间距小的一端高于间距大的一端，薄板24下方设有隔板25，隔板25纵向布置将分拣箱4分为大筐27和小筐28，两薄板24间距小一端的垂直下方与小筐28连通，两薄板24间距大一端的垂直下方与大筐27连通，且大筐27和小筐28内设有多层纵向交替布置的缓冲机构26，缓冲机构26的一端安装在分拣箱4的内壁，另一端向下倾斜，缓冲机构26的表面设有海绵。

经采摘头1采摘的水果经软管首先滑落到两薄板24间距小的一端，继而借助重力势能自由向下滑动；直径小的水果将会在间距小处掉落入小筐28，直径大的水果将在间距大处掉落入大筐27。掉落的苹果会经过多层垫有海绵的缓冲机构26最终到达分拣箱4的底部，多层缓冲机构26优选为缓冲板，可以避免水果直接坠落到分拣箱4底部或者坠落到先前已坠落水果上造成水果损伤，同时可以利用摩擦力降低水果滚动的速度。

如图2所示，所述背架包括支撑架16；所述支撑架16为l型包括竖架1601和水平架1602；竖架1601设有背带11；所述水平架1602用于放置分拣箱4。

所述背架还包括手柄10和车轮13；所述手柄10安装在竖架1601的顶部，为可伸缩手柄，所述车轮13安装在水平架1602上；所述背架还包括助力杆15；所述助力杆15的一端与水平架1602通过可固定铰链17连接，助力杆15的另一端设有卡槽12。所述支撑架16还设有水杯盒18用于放置水杯。

所述分拣箱4可固定在特制的背架上，特制的背架可实现推车式，背负式两种运输模式。如图2，当地形平坦，可将手柄10拉长，助力杆15收起，将轮子13着地作为推车使用；当地形崎岖时，将手柄10收起，助力杆15放下，使背架背负在人体背部，实现背负模式。在长时间采用背负式工作时，人体手臂需要休息，此时可以将采摘杆水平放在腹前的助力杆15上，即把采摘杆嵌入卡槽12内，解放双手，以供果民短时间休息，补充水分。助力机构能使杆的重力分配在人体前面，背架和苹果重力分配在人体背部，使人体受力达到平衡。助力机构的前端采用的是半封闭式卡槽12，能确保采摘杆轻易放入且不会掉落。

如图8所示，还包括电源开关8、控制按钮7和控制器；所述电源开关8和控制按钮7安装在把手9上；所述控制器安装在采摘头1上；所述控制器分别与控制按钮7、电源开关8和驱动器连接。所述采摘机的电源可以为电池，所述电池可以选9v电池，安装在采摘头上。电池与电源开关8连接。

图9是人工辅助算法流程图，电池由电源开关8控制，控制按钮7可以为触碰开关或者传感器。当电源开关8闭合时，当按下控制按钮7时，控制按钮7检测到脉冲，控制器驱动舵机21旋转180°；当再一次按下控制按钮7时，舵机21反向旋转180°。由于控制按钮7在检测时会有干扰信号，因此在控制器的控制按钮7检测程序中添加了防抖动算法，即在检测到脉冲后间隔50ms再测检测脉冲，以确保脉冲信号的真实有效；另外，在控制器中记忆舵机21的运动方向，通过取反运算使得舵机21来回运行，方便快捷、省时节能。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。