一种电动便携式水果采摘装置的制作方法

本实用新型涉及到农业机械控制领域，指一种半自动化便携式水果采摘装置，适用于采摘柑橘类的水果。

背景技术：

随着人们的生活水平不断提高，人们对水果的需求量越来越大，目前的水果采摘设备正向着机械智能化的趋势转变，机械采摘装置正在逐渐淘汰传统的的采摘方式，并且机械智能化的水果采摘装置具备了更大的市场潜能，因为机械化的水果采摘具有效率高、轻巧、便携的特点，容易得到人们的一致认可。

目前柑橘类水果的采摘方式主要有：人工采摘和机械采摘。但这两种采摘方式仍然有各自不足的地方。传统的人工采摘依旧存在劳动工作量大，费时费力，容易疲劳以及采摘效率低等不足，一般的果树比较高，果农需要借助梯子等工具登上高处进行采摘，存在巨大的安全隐患。机械采摘的价格成本昂贵，重大机械容易对果实造成一定程度的损伤，导致采摘效率低。本实用新型针对目前柑橘类的水果在采摘过程中遇到的问题，提出一种电工便携式水果采摘装置，该装置的优势是半自动化装置，装置中采用丝螺杆步进电机先控制抓取爪限位抓取运动，再使弯式剪刀做来回切割，减缓了对剪掉果梗的疲劳强度，先抓取定位再采摘，从而提高采摘效率；同时，装置轻巧、结构简单，便于携带，生产装置的材料价格便宜，成本较低，适合在农业机械领域进行推广应用。

技术实现要素：

在本实用新型针对目前柑橘类水果在在传统采摘和机械采摘过程中所遇到的问题，提出了一种电动便携式水果采摘装置，引进半自动化装置手动控制抓取机构限位移动夹住水果，后准确做限位剪切运动剪掉果梗，微型摄像头能够实现定位功能，采摘较高位置处隐蔽的水果，且能过对采摘的水果进行初步的分拣。

电动便携式水果采摘装置是由驱动装置、采摘装置、传送装置、收集装置和抓取机构组成，所述的驱动装置是由锂电池、驱动板、stc12系列微控制器、电池框架、正负极开关、弹簧电线组成；所述的采摘装置是由卡扣式伸缩杆、弯式剪刀、剪刀两连杆、和丝螺杆步进电机、螺母推板、支撑座、电机方框、滑向轴承、台阶圆柱、微型摄像头、辅助手柄和手机支架构成；所述的传送装置是由长网兜、支撑圆棒、四个轻质铝合圈、短缓冲网带、收尾绳子构成；所述的收集装置是由进料口、出料口、支撑板、辊轮、海绵垫组成；所述的抓取装置是由两抓取爪、抓取两联杆、两不完全齿轮、垂直锥齿轮、锥齿轮轴、抓取平台和抓取支撑板组成。

进一步所述的采摘装置中的卡扣式可伸缩杆的固定杆通过销钉连接方式与调整杆连接，且固定杆手持套筒与调整杆通过卡位槽完成定位。

进一步所述的固定杆手持套筒与固定杆通过自身摩擦固定，且辅助手柄与固定杆也通过自身摩擦固定。

进一步的所述的采摘装置的调整杆与台阶圆柱通过紧固螺钉的连接方式固定在一起，台阶圆柱与电机方框通过紧固螺钉来固定在一起，台阶圆柱与支撑座也通过紧固来固定在一起，且电机框架与丝螺杆步进电机通过紧固螺钉连接方式固定在一起。

进一步的所述的采摘装置的摄像头支座底端与支撑座通过球绞连接方式连接在一起，且摄像头支座上端与微型摄像头通过磁铁稳固的吸附在一起，滑向轴承与支撑座通过销连接方式连接在一起，滑向滚动轴承稳定丝螺杆的转动，且保证螺母推板在丝螺杆上做线性往返直线运动，螺母推板两端分别与两剪刀连杆通过销钉连接方式连接在一起，两剪刀连接与两弯式剪刀在中间通过销钉连接方式连接在一起，通过这样的连接方式实现弯式剪刀横向剪切果梗的功能。

进一步所述的驱动装置的电池方框与固定杆下端通过紧固螺钉连接方式固接在一起，电池框架里的锂电池通过热熔胶和驱动板、stc12系列微控制器连接在一起，锂电池通过电线与开关和丝螺杆步进电机连接在一起，弹簧电线可伸缩在固定杆和调整杆里面。

进一步所述的手机支架夹与固定杆通过夹紧方式连接在一起，微型摄像头可自由旋转调整合适的角度，可在手机APP上准确定位高空隐蔽的果梗位置。

进一步所述的传送装置的2.5米网套由四个轻质铝合圈均等叠合在一起，顶部铝合圈与短圆杆杆通过铰接连接在一起，保证顶部铝合圈水平，短圆杆与调整杆通过销连接在一起，且每一个铝合圈分配有短小缓冲网、网套底部嵌接收尾绳子，使水果安全抵达收集装置。

进一步所述的收集装置的进料口与收尾绳子内嵌在一起，支撑板自高向低拼接在一起，且辊轮宽距自小到大的增大，辊轮具有滚动性，保证不同大小的水果滚入对应的四个出料口，四个出料口均与海绵垫通过双面胶粘结在一起。

进一步所述的抓取装置安装采摘装置的下方，抓取支撑板的一端固接抓取装置的抓取平台下方，另一端抓取支撑板固接在支撑座的卡位槽里，主动锥齿轮固接在丝螺杆的末端，与从动锥齿轮啮合成垂直锥齿轮组，垂直锥齿轮组在采摘剪切机构中间宽敞的空间位置，锥齿轮轴穿过支撑座正方形槽的中间，从动锥齿轮通过锥齿轮轴与主动不完全齿轮连接在一起，主动不完全齿轮与从动不完全齿轮相互啮合，其中间孔与抓取平台上方的小圆轴配合对应在一起，主动不完全齿轮的延长端的孔与一号抓取爪的末端孔通过塞打螺钉连接在一起，对称的从动不完全齿轮的延长端孔与二号抓取爪的末端孔通过塞打螺钉连接在一起，一号抓取爪的前端下方有一半切口，二号抓取爪的前端上方有一半切口，抓取爪可做交叉限位移动，方便夹住不同大小的水果。

进一步所述的抓取装置的上下一号抓取联杆的一端中间孔与一号抓取爪的位置孔通过塞打螺钉连接在一起，上下一号抓取联杆的另一端中间孔与抓取平台的头端孔通过塞打螺钉连接在一起，对称的二号抓取联杆两端连接方式同一号抓取联杆，此抓取机构结构具有对称性，结构简单，省力。

具体来说，本实用新型的工作过程为：

通过本实用新型提出的电动便携式水果采摘装置进行果实采摘时，根据果树的高度，调节采摘装置的伸缩杆，如果需要伸长，则通过手将固定杆手持套筒的卡位槽卡出调整杆的相应位置，然后启动驱动装置，通过丝螺杆步进电机驱动垂直锥齿轮组和不完全齿轮带动抓取爪做抓取限位运动，同步驱使螺母推板来回推动剪刀双联杆，从而使剪刀做剪果梗的准备工作。启动微型摄像头，将微型摄像头调整合适的角度，在手机APP准确定位水果，进行果实的采摘，采摘下来的果实掉入传送装置内。经过一系列高空缓冲安全抵达收集装置，果实对应自身大小落入不同的出料口槽，通过本实用新型提出的电动便携式水果采摘装置能够实现果实的采摘与收集的目的。

本实用新型的有益效果如下：

通过本实用新型提出的一种电动便携式水果采摘装置对柑橘类生长在果树上的水果进行采摘时，能够减缓人工采摘的疲劳强度和降低其危险性、省时省力、降低果实损伤率以及提高采摘效率。

本实用新型提出的一种电动便携式水果采摘装置具有装置轻巧、结构简单，便于携带，生产装置的材料价格便宜，成本较低的优势，有利于在农业机械领域推广应用。

目前所用的传统水果采摘装置主要是通过木棍或者网勾的方式对果实进行局部采摘，现代水果采摘装置主要是通过机械振动的方式对果实进行整体采摘，但都很容易对果实以及果树造成损伤，同时会有少量的果树上的脆弱树枝也很容易混到果实里面，容易刮伤果实的表皮，降低果实采摘效率，而本实用新型提出的一种电动便携式水果采摘装置是对果实进行精确的定位局部采摘，不会混进来树枝，克服对果实的损伤，能够充分保护果实的品质。

附图说明

图1是根据本实用新型一实施例的电动便携式水果采摘装置的总体结构示意图。

图2是根据本实用新型一实施例的采摘装置结构示意图。

图3是根据本实用新型一实施例的采摘剪切机构的俯视示意图。

图4是根据本实用新型一实施例的驱动装置的结构示意图。

图5是根据本实用新型一实施例的驱动内部电路的爆炸等轴测示意图。

图6是根据本实用新型一实施例的伸缩杆的结构示意图。

图7是根据本实用新型一实施例的传送装置的结构示意图。

图8是根据本实用新型一实施例的收集装置的结构示意图。

图9是根据本实用新型一实施例的抓取装置的结构示意图。

附图标记说明：

1、采摘装置；2、传送装置；3、驱动装置；4、收集装置；5、伸缩杆；6、抓取装置；7、一号弯式剪刀；8、二号弯式剪刀；9、一号剪刀联杆；10、二号剪刀联杆；11、螺母推板；12、丝螺杆；13、丝螺杆步进电机；14、滑向轴承；15、支撑座；16、台阶圆柱；17、电机方框； 18、摄像头支座；19、微型摄像头；20、紧固螺钉；21、电池框架；22、正负极开关；23、弹簧电线；24、stc12系列微控制器；25、锂电池；26、驱动板；27、固定杆；28、调整杆； 29、固定杆套筒；30、辅助手柄；31、支撑圆棒；32、轻质铝合圈；33、短缓冲网带；34、长网兜；35、收尾绳；36、进料口；37、支撑板；38、辊轮；39、出料口；40、海绵垫；41、扶手；42、电源开关；43、主动锥齿轮；44、从动锥齿轮；45、主动不完全齿轮；46、抓取平台；47、一号抓取联杆；48、一号抓取爪；49、二号抓取爪；50、二号抓取联杆；51、从动不完全齿轮；52、锥齿轮轴；53、抓取支撑板；54、塞打螺钉。

具体实施方式

本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

图1至图9展示出了根据本实用新型的一些实施例。

请参见图1，本实用新型的电动便携式水果采摘装置包括采摘装置1、传送装置2、驱动装置3、收集装置4、伸缩杆5、抓取装置6。

结合参照图2，所述的采摘装置1由采摘剪切驱动机构、伸缩杆5、螺母推板11、丝螺杆12、丝螺杆步进电机13、滑向轴承14、支撑座15、台阶圆柱16、电机方框17、摄像头支座18、微型摄像头19和紧固螺钉20。各结构可相互组合，紧凑不松动。

参见图3，所述的采摘剪切驱动机构包括一号弯式剪刀7、二号弯式剪刀8、一号剪刀联杆9、二号剪刀联杆10和塞打螺钉6。丝螺杆步进电机13的丝螺杆12附上特制螺母推板 11，特制螺母推板11左右两端通过两个塞打螺钉6分别铰接一号剪刀联杆9和二号剪刀联杆 10的各自端头孔，一号剪刀联杆9和二号剪刀联杆10的各自另一端头孔通过塞打螺钉6铰接一号弯式剪刀7和二号弯式剪刀8的各自端头孔，一号弯式剪刀7和二号弯式剪刀8中间位置孔通过塞打螺钉6连接在一起，实现弯式剪刀在中间位置孔无阻力完成张开和闭合的剪切动作。

在一实施例中，该采摘剪切机构由丝螺杆12旋转带动螺母推板11在丝螺杆12上线性直线往返运动，驱动两弯式剪刀在水平面上呈展开状态和线状收叠状态之间往复变换，在展开状态时供水果枝梗进入剪切口，在呈线状收叠状态时剪断果柄，水果安全掉入传送装置。

其中，所述的台阶圆柱16的外壁面与伸缩杆5的调整杆28的内壁面配合在一起，通过紧固螺钉20固接在一起，台阶圆柱16与电机方框17通过紧固螺钉20连接，支撑座15与台阶圆柱16通过紧固螺钉20连接，电机方框17与丝螺杆步进电机13通过紧固螺钉20连接，滑向轴承14的左右两端通过两个紧固螺钉20与支撑座15固接。

丝螺杆12的外螺纹与滑向轴承14的内孔配合在一起，防止丝螺杆左右摆动。由锂电池25通过弹簧电线23提供电源带动丝螺杆步进电机13转动，丝螺杆12上的螺母推板11推动铰接一号剪刀联杆9和二号剪刀联杆10的一号弯式剪刀7和二号弯式剪刀8来实现采摘动作。

所述的摄像头支座18与支撑座15右端面的空圆柱通过球铰连接在一起，摄像头支座 18与微型摄像头19通过强磁性磁铁吸附在一起，启动手机APP和微型摄像头19的电源开关，旋转球铰调整微型摄像头19的前方视角定位，在手机APP可清楚地看到高空隐蔽处的水果枝梗。

参见图4，本实用新型的驱动装置3包括电池框架21、正负极开关22、弹簧电线23、 stc12系列微控制器24、锂电池25以及驱动板26。

所述的弹簧电线23设在伸缩杆5内部与锂电池25和丝螺杆步进电机13相连，弹簧电线23具有弹性，可随伸缩杆5的调整杆28的杆长调整而变化。

其中，所述的驱动装置3安装在固定杆27的辅助手柄30上面，电池方框21的上下两端头通过紧固螺钉20固接在固定杆表面。

参见图5，所述的电池方框21的竖直面上有正负极开关22，其向上、向下拨动分别代表开始、停止按钮，启动电源开关42，当按上正负极开关22的开始按键，电动便携式采摘装置开始作业，锂电池25给丝螺杆步进电机13供电，stc12系列微控制器24的芯片开始工作，驱动板26开始工作，丝螺杆步进电机13通过驱动装置3带动丝螺杆12转动，丝螺杆 12带动螺母推板11做线性往复运动，stc12系列微控制器24的芯片会根据力的大小调整好程序来控制丝螺杆步进电机13的工作，驱使采摘剪切机构的弯式剪刀叠拢剪切掉果梗后，采摘者可轻移将伸缩杆5缓慢放下，按下停止按钮，stc12系列微控制器24的芯片会控制丝螺杆步进电机13停止，果实并可放入指定的网兜里，完成一个果实采摘的过程。

所述的锂电池25的电压为直流十二伏等根据丝螺杆步进电机13工作电压而定，可充电，轻巧方便。只要锂电池的电压与丝螺杆步进电机的电压相匹配,就不会有任何影响的。

结合参照图6，所述伸缩杆5包括固定杆27、调整杆28、固定杆套筒29、辅助手柄30、紧固螺钉20和扶手41，所述的固定杆套筒29通过紧固螺钉20固接在圆柱固定杆27的表面上，且卡扣式套筒29的卡位槽通过圆销卡在带孔的调整杆28上，使调整杆28可根据采摘水果高度在卡位槽上使卡位圆销卡在调整杆28的对位圆孔上调整长度，所述的辅助手柄 30通过自身摩擦固接在固定杆27的底端，可减缓人工手腕的操作疲劳度，所述扶手41通过紧固螺钉20侧面安装在固定杆27中间的表面上，可倾斜一定角度控制采摘与弯式剪刀方位，精确对准果梗完成采摘作业。

参见图7，所述的传送装置2包括支撑圆棒31、轻质铝合圈32、短缓冲网带33、长网兜34以及收尾绳35。支撑圆棒31与顶部轻质铝合圈通过转动副连接，支撑圆棒31与调整杆28通过紧固螺钉20水平固接。两米四层式的长网兜34每节设有缓冲装置，设置四节轻质铝合圈32，圈内嵌接带收尾绳35的短缓冲网带33，收尾绳35可以通过调整直径的大小来减缓水果落下来的速度，直径开口比水果略大，起到缓冲作用，安全抵达收集装置4。

参见图8，所述的收集装置4包括进料口36、支撑板37、辊轮38、出料口39以及海绵垫40，其用处是用来分类不同大小的水果。

所述的进料口36与长网兜34底部相连，设置以轻质支撑板37为单元拼接成带一定坡度的方形通道，四个不同宽度出料口39上面设置对应间距自小到大的辊轮38，水果落到有一定坡度垫有海绵垫40的方形通道，落到辊轮38处，辊轮38旋转，增加水果的滑动速度，避免水果因为不同大小形状卡在辊轮38之间，造成一定的损伤，然后水果落入对应直径大小的出料口39。

参见图9，所述的抓取装置6包括主动锥齿轮43、从动锥齿轮44、主动不完全齿轮 45、抓取平台46、一号抓取联杆47、一号抓取爪48、二号抓取爪49、二号抓取联杆50、从动不完全齿轮51、锥齿轮轴52、抓取支撑板53以及塞打螺钉54，其用来实现先抓取后采摘的半自动化操作。

所述的抓取装置6安装采摘装置1的下方，抓取支撑板53的一端固接抓取装置6的抓取平台46下方，另一端抓取支撑板53固接在支撑座15的卡位槽里，主动锥齿轮43固接在丝螺杆12的末端，与从动锥齿轮44啮合成垂直锥齿轮组，垂直锥齿轮组在采摘剪切机构中间宽敞的空间位置，锥齿轮轴52穿过支撑座15正方形槽的中间，从动锥齿轮44通过锥齿轮轴52与主动不完全齿轮45连接在一起，主动不完全齿轮45与从动不完全齿轮51相互啮合，其中间孔与抓取平台46上方的小圆轴配合对应在一起，主动不完全齿轮45的延长端的孔与一号抓取爪48的末端孔通过塞打螺钉54连接在一起，对称的从动不完全齿轮51的延长端的孔与二号抓取爪49的末端孔通过塞打螺钉54连接在一起，一号抓取爪48的前端下方有一半切口，二号抓取爪49的前端上方有一半切口，抓取爪可做交叉限位移动，方便夹住不同大小的水果。

所述的上下一号抓取联杆47的一端中间孔与一号抓取爪48的位置孔通过塞打螺钉54 连接在一起，上下一号抓取联杆47的另一端中间孔与抓取平台46的头端孔通过塞打螺钉54 连接在一起，对称的二号抓取联杆50两端连接方式同一号抓取联杆47，此抓取机构结构具有对称性，结构简单，省力。

所述的采摘装置的丝螺杆步进电机13启动，丝螺杆12旋转，手动控制螺母推板11 使剪刀联杆暂时不驱动，丝螺杆12带动主动锥齿轮43同步旋转，主动锥齿轮43带动从动锥齿轮44和锥齿轮轴52逆向旋转，锥齿轮轴52带动主动不完全齿轮45同步旋转，从动不完全齿轮51逆向旋转，驱动一号抓取爪48和二号抓取爪49，同时一号抓取联杆47和二号抓取联杆50拉拢各自抓取爪，使抓取运动更加省力。

所述的一号抓取爪48和二号抓取爪49做对称抓取限位运动，将水果夹紧，螺母推板 11前移限位运动，驱动一号剪刀联杆9和二号剪刀联杆10运动，使一号弯式剪刀7和二号弯式剪刀8做剪切运动剪掉果梗，完成采摘操作之后，给丝螺杆步进电机13一个信号，丝螺杆步进电机13反转，螺母推板11后移限位运动，一号弯式剪刀7和二号弯式剪刀8呈展开状态，同时主动不完全齿轮45和从动不完全齿轮51反转松开，一号抓取爪48和二号抓取爪 49展开，进入下一个采摘循环。

以上说解了本实用新型的结构，说明书的详细描述为实施本实用新型的实施方式，所叙述的是以说明本实用新型的一般原则为目的，提出的实施例所述的内容仅仅是对实用新型构思的实现形式的列举。