坚果采摘机和坚果采摘方法与流程

本发明涉及一种坚果采摘机和坚果采摘方法，用于实现对坚果的自动采摘。

背景技术：

在我国核桃、板栗、榛子和银杏等特色林果，己形成了一些特色干果产业化生产基地，经济效益可观。采摘收获约占整个作业量的33％～50％。由于采摘作业的复杂性，采摘自动化程度仍然很低，目前国内水果采摘作业基本上都是人工进行。果实采摘作业季节性强，劳动强度大，费用高，因此保证果实适时、快速采收和降低收获作业费用是果农增收急需解决的问题。

坚果采摘执行器作为坚果采摘机与外界环境互相作用的最后执行部件一直受到研究人员的关注。尤其是在农业机器人研究领域，由于机器人操作对象的特殊性，采摘执行器的研究成为了果实采摘机器人的关键技术之一。

当前美国、法国等国采用振摇采摘机械的结构，一般由单一的定冲程推摇机发展到惯性式振摇机、气力振摇机等多种类型的果园采摘机械。但其摇振方式单一，要使果实从果树树枝上震落，需要产生足够的振动力，往往耗能较大，效率不高，其夹持位置在树干底部，靠近果树根部，由于振动的动力较大，易对果树的根部造成损伤。

检索到的相关坚果摘果的现有专利文献有：

1、cn206461993u,公开了一种红枣采收装置，涉及农产品采收技术领域，包括：晃动装置以及收集装置，晃动装置包括动力部件、传动部件以及用于夹紧枝干的夹紧部件，收集装置可拆卸连接于晃动装置两侧，收集装置为设置有用于容纳枣树主干的孔以及出口的连续曲面，收集装置设置有从孔延伸至收集装置边缘的接缝。

2、cn106664970a,树枝振动式核桃采摘机，主要包括树枝钳、树枝支撑框、树枝钳支架、传振操控杆、可调激振器、激振器总成、调速电机、转速控制器、充电电池和移动台车。树枝钳与树枝支撑框配合可将树枝夹紧，树枝钳的钳柄通过树枝钳支架固定在外推拉杆上端，内推拉杆上端与树枝支撑框下端的连接耳铰接，操纵传振操控杆可控制树枝支撑框准确支撑树枝、树枝钳夹紧和放开，并较好的传递振动，传振操控杆下端安装激振器总成，在可调激振器上装配不同数量、质量的偏心质量块，可得到不同的振动力，通过转速控制器调整调速电机转速可使激振器总成得到不同的振动频率。

3、cn105123120a，公开了一种坚果采摘机械，除机架外还包括一个滑移机构和采摘执行机构，采摘执行机构为旋转主轴上装有载指圆盘，载指圆盘上装有放生采摘指，滑移机构中的滑移块在采摘执行机构作业时，采摘执行机构的旋转与树枝交互作用下，当采摘执行机构遇到强阻力时，滑移块带动整个采摘执行机构沿滑轨向后移动，可避免作业时采摘执行机构卡住；滑移机构通过控制液压缸来控制整个执行装置以及滑移机构倾斜的角度，20度和50度之间任意调控。

现有技术中的机械式采摘设备，主要通过振动的方式进行采摘，使果实脱落，但问题在于振动过程中不仅果树根部容易被振松，而且直接与果实连接的二级枝干很容易在振动过程中将被振断，造成对果树的损害。

技术实现要素：

本发明提供的坚果采摘机和坚果采摘方法，通过夹紧果树的二级枝干并带动其振动，使果实与枝干分离，动力耗能小，不会对果树产生多余的振动，对果树的影响小，而且操作简单，摘采效率高，方便实用。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

坚果采摘机，包括底部带有车轮且具有升降功能的机架、位于机架上方且用于夹紧果树二级枝干的枝干夹紧装置、用于驱动枝干夹紧装置沿垂向振动的振动驱动装置和刹车线组件，振动驱动装置装在机架上，其特征在于所述的枝干夹紧装置包括与振动驱动装置连接且沿垂向设置的主杆、装在主杆顶部且呈上小下大锥形状的夹紧锥盘和用于与夹紧锥盘配合夹紧枝干的夹紧爪组件，夹紧爪组件装在主杆上，刹车线组件装在机架和夹紧爪组件之间，通过刹车线组件控制夹紧爪组件开合，使夹紧爪组件与夹紧锥盘分开或压紧接触。

优选的，所述的夹紧锥盘可转动的套在主杆的顶部，夹紧锥盘的下端面与主杆上的沿径向突出的定位轴肩抵靠，夹紧锥盘的上端面与主杆顶部通过螺栓固定的顶盖抵靠。

优选的，所述的夹紧爪组件包括可活动的套在主杆上的滑套组合、铰接在主杆上的夹紧爪和套装在主杆上且位于滑套组合下方的压簧，所述的夹紧爪沿主杆周向均匀分布多个，压簧的上端抵在滑套组合上，夹紧爪与滑套组合铰接，刹车线组件与滑套组合连接，拉动滑套组合向下运动，带动夹紧爪向下摆下与夹紧锥盘分开，并压缩压簧。

优选的，所述的滑套组件包括可活动的套在主杆上的滑套和下端铰接在在滑套外周的拉杆，拉杆上端与夹紧爪铰接，所述的刹车线组件包括与滑套连接的刹车线和用于控制刹车线拉动滑套向下运动的控制手柄，控制手柄装在机架上。

优选的，所述的夹紧爪通过固定在主杆上的铰接圆盘与主杆铰接，所述的铰接圆盘位于滑套上方，且滑套铰接圆盘和滑套之间的主杆上套有弹簧，所述的弹簧上端与铰接圆盘连接，下端与滑套连接。

优选的，所述的夹紧爪包括下支杆和连接在下支杆顶部的上支杆，下支杆中部与滑套组合铰接，上支杆与下支杆之间形成大于度的夹角，上支杆与夹紧锥盘的外侧壁配合压紧枝干。

优选的，所述夹紧锥盘的外侧壁具有从上至下的波浪形纹路，上支杆与夹紧锥盘配合的面上具有与夹紧锥盘外侧壁相配合的波浪形纹路，使上支杆压紧在夹紧锥盘的外侧壁上时上支杆和夹紧锥盘之间形成多个小环形空间a。

优选的，所述的振动驱动装置包括装在机架上的电机和与电机的转动输出轴连接的曲柄组件，所述的主杆与曲柄组件连接，由曲柄组件带动主杆沿垂向振动。

优选的，所述的曲柄组件包括中心与电机的转动输出轴连接的曲柄轮，铰接在曲柄轮非圆心位置的连杆，所述的连杆下端与曲柄轮铰接，上端与主杆铰接，所述的机架上装有与主杆相配合对主杆的垂向振动进行导向的支撑导向组件，支撑导向组件包括导向筒和对导向筒进行支撑的支撑杆，支撑杆下端与机架连接，上端与导向筒连接，导向筒与主杆间隙配合套在主杆上。

坚果采摘方法，采用以上所述的坚果采摘机，其特征在于将坚果采摘机移动至待采摘果树下，对机架进行高度调整，使夹紧锥盘和夹紧爪组件到达果树二级枝干所在高度，然后用刹车线组件控制夹紧爪组件打合，将果树二级枝干夹紧在夹紧锥盘和夹紧爪组件之间，之后启动振动驱动装置带动枝干夹紧装置沿垂向振动，将果树二级枝干上的果实振下，实现果实的采摘。

本发明的有益效果是：

本发明通过夹紧果树的二级枝干并带动其振动，使果实与枝干分离，动力耗能小，不会对果树产生多余的振动，对果树的影响小，而且操作简单，摘采效率高，方便实用。

用枝干夹紧装置夹紧果树的二级技干，即与果实直接连接的枝干，用振动驱动装置带动枝干夹紧装置垂向振动，将二级枝干上的果实振落，在振动的过程中对二级枝干进行夹紧，保护二级枝干不随果实分离而被同步扯断，而且枝干夹紧装置夹紧的位置是果树二级枝干处，不会引起果树根部的振动，实现在采摘过程中对果树进行有效保护。

夹紧锥盘形成上大下小的锥形状，适应果树上二级枝干从主枝干上叉开形成类似与锥形的分布状态，易于一次夹紧多根二级枝干，提高采摘效率。

夹紧锥盘和夹紧爪组件配合夹紧果实的二级枝干，夹紧爪组件中通过刹车线组件的拉动而打开与夹紧锥盘分开，通过压簧的恢复弹力而闭合与夹紧锥盘配合夹紧二级枝干，夹紧锥盘与夹紧爪组件之间的夹紧力由压簧的恢复弹力恢复力提供，夹紧力适中，即可夹紧枝干，也不会夹伤夹枝，即能有效带动枝干振动，又可有效保护枝干不被夹伤。

附图说明

图1为本发明的坚果采摘机的主机图。

图2为本发明的坚果采摘机的侧视图。

图3为图1的局部放大图。

图4为图3中b处的局部放大图。

图5为夹紧爪打开时的状态示意图。

具体实施方式

下面结合图1至图5对本发明的实施例做详细说明。

坚果采摘机，包括底部带有车轮且具有升降功能的机架1、位于机架1上方且用于夹紧果树二级枝干的枝干夹紧装置2、用于驱动枝干夹紧装置2沿垂向振动的振动驱动装置3和刹车线组件7，振动驱动装置3装在机架1上，其特征在于所述的枝干夹紧装置2包括与振动驱动装置2连接且沿垂向设置的主杆4、装在主杆4顶部且呈上小下大锥形状的夹紧锥盘5和用于与夹紧锥盘5配合夹紧枝干的夹紧爪组件6，夹紧爪组件6装在主杆4上，刹车线组件7装在机架1和夹紧爪组件6之间，通过刹车线组件7控制夹紧爪组件6开合，使夹紧爪组件6与夹紧锥盘5分开或压紧接触。

如图所示的坚果采摘机，通过夹紧果树的二级枝干并带动其振动，使果实与枝干分离，动力耗能小，不会对果树产生多余的振动，对果树的影响小，而且操作简单，摘采效率高，方便实用。用枝干夹紧装置2夹紧果树的二级技干，即与果实直接连接的枝干，用振动驱动装置3带动枝干夹紧装置2垂向振动，将二级枝干上的果实振落，在振动的过程中对二级枝干进行夹紧，保护二级枝干不随果实分离而被同步扯断，而且枝干夹紧装置2夹紧的位置是果树二级枝干处，不会引起果树根部的振动，实现在采摘过程中对果树进行有效保护。夹紧锥盘5形成上大下小的锥形状，适应果树上二级枝干从主枝干上叉开形成类似与锥形的分布状态，易于一次夹紧多根二级枝干，提高采摘效率。

其中，所述的夹紧锥盘5可转动的套在主杆4的顶部，夹紧锥盘5的下端面与主杆4上的沿径向突出的定位轴肩41抵靠，夹紧锥盘5的上端面与主杆4顶部通过螺栓固定的顶盖42抵靠。夹紧锥盘5通过定位轴肩41和顶盖42进行垂向定位，而且夹紧锥盘5可沿主杆4转动，保证振动过程中夹紧锥盘5可适度转动，不会对枝干进行硬拉扯，提高对枝干的保护可靠性。

其中，所述的夹紧爪组件6包括可活动的套在主杆4上的滑套组合61、铰接在主杆4上的夹紧爪62和套装在主杆4上且位于滑套组合61下方的压簧63，所述的夹紧爪62沿主杆4周向均匀分布多个，压簧63的上端抵在滑套组合61上，夹紧爪62与滑套组合61铰接，刹车线组件7与滑套组合6连接，拉动滑套组合6向下运动，带动夹紧爪62向下摆下与夹紧锥盘5分开，并压缩压簧63。刹车线组件4拉动滑套组件6下滑，进一步压缩压簧63，并将夹紧爪62向下拉，使夹紧板62向下摆动打开，当刹车线组件4取消拉动滑套组件6时，在压簧63的弹性恢复力作用下滑套组件6上滑，带动夹紧爪62向上摆动闭合，与夹紧锥盘5配合夹紧技干。

其中，所述的滑套组件61包括可活动的套在主杆4上的滑套61.1和下端铰接在在滑套61.1外周的拉杆61.2，拉杆61.2上端与夹紧爪62铰接，所述的刹车线组件7包括与滑套61.1连接的刹车线71和用于控制刹车线71拉动滑套61.1向下运动的控制手柄72，控制手柄72装在机架1上。刹车线71直接与滑套61.1连接，拉动滑套61.1下滑，从而进一步压缩压簧，并通过拉杆61.2带动夹紧爪62向下摆动。

其中，所述的夹紧爪62通过固定在主杆4上的铰接圆盘42与主杆4铰接，所述的铰接圆盘42位于滑套61.1上方，且滑套铰接圆盘42和滑套61.1之间的主杆4上套有弹簧64，所述的弹簧64上端与铰接圆盘42连接，下端与滑套61.1连接。弹簧64的初始状态为自由状态，当滑套61.1下滑时，弹簧64被伸长，当刹车线71松开对滑套61.1的下拉时，弹簧64的弹性恢复力和压簧63的弹性恢复力一起作用，将滑套61.1上推，提高滑套61.1的往复运动的可靠性，从而提高采摘机的运行可靠性。

其中，所述的夹紧爪62包括下支杆62.1和连接在下支杆62.1顶部的上支杆62.2，下支杆62.1中部与滑套组合61铰接，上支杆62.2与下支杆62.1之间形成大于90度的夹角，上支杆62.2与夹紧锥盘5的外侧壁配合压紧枝干。通过下支杆62.1和上支杆62.2形成形成具有一定夹角的夹紧爪，以适应夹紧锥盘5上小下大的锥形状，使上支架62.2有效与夹紧锥盘5配合。

其中，所述夹紧锥盘5的外侧壁具有从上至下的波浪形纹路，上支杆62.1与夹紧锥盘5配合的面上具有与夹紧锥盘5外侧壁相配合的波浪形纹路，使上支杆62.2压紧在夹紧锥盘5的外侧壁上时上支杆62.2和夹紧锥盘5之间形成多个小环形空间a。通过波浪形纹路提高夹紧时对枝干的摩擦力，而且小环形空间a可在振动过程中对枝干进行有效定位，防止枝干在振动过程中从夹紧锥盘5与上支杆62.2间脱出，避免枝干被夹紧时相对于上支杆62.2和夹紧锥盘5产生相对振动而被磨损或拉伤，保证振动过程中枝干不受损伤。

其中，所述的振动驱动装置3包括装在机架1上的电机31和与电机的转动输出轴连接的曲柄组件32，所述的主杆4与曲柄组件32连接，由曲柄组件32带动主杆4沿垂向振动。所述的曲柄组件32包括中心与电机31的转动输出轴连接的曲柄轮32.1，铰接在曲柄轮32.1非圆心位置的连杆32.2，所述的连杆32.2下端与曲柄轮32.1铰接，上端与主杆4铰接，所述的机架1上装有与主杆4相配合对主杆4的垂向振动进行导向的支撑导向组件8，支撑导向组件8包括导向筒82和对导向筒82进行支撑的支撑杆81，支撑杆81下端与机架1连接，上端与导向筒82连接，导向筒82与主杆4间隙配合套在主杆4上。如图所示，电机31带动曲柄轮32.1转动，曲柄轮32.1带动连杆32.2运动，连杆32.2带动主杆4在导向筒82的导向下振动，从而实现果实的振动，通过调节电机的输出功率，从而调节曲柄轮32.1的转速，方便根据枝干的粗细以果实的大小进行振动采摘，提高采摘机的可靠性和实用性。

坚果采摘方法，采用以上所述的坚果采摘机，其特征在于将坚果采摘机移动至待采摘果树下，对机架1进行高度调整，使夹紧锥盘5和夹紧爪组件6到达果树二级枝干所在高度，然后用刹车线组件7控制夹紧爪组件6打合，将果树二级枝干夹紧在夹紧锥盘5和夹紧爪组件6之间，之后启动振动驱动装置3带动枝干夹紧装置2沿垂向振动，将果树二级枝干上的果实振下，实现果实的采摘。

以上的述的坚果采摘方法，用枝干夹紧装置2夹紧果树的二级技干，即与果实直接连接的枝干，用振动驱动装置3带动枝干夹紧装置垂向振动，将二级枝干上的果实振落，在振动的过程中对二级枝干进行夹紧，保护二级枝干不随果实分离而被同步扯断，而且枝干夹紧装置夹紧的位置是果树二级枝干处，不会引起果树根部的振动，实现在采摘过程中对果树进行有效保护。夹紧锥盘形成上大下小的锥形状，适应果树上二级枝干从主枝干上叉开形成类似与锥形的分布状态，易于一次夹紧多根二级枝干，提高采摘效率。通过夹紧果树的二级枝干并带动其振动，使果实与枝干分离，动力耗能小，不会对果树产生多余的振动，对果树的影响小，而且操作简单，摘采效率高，方便实用。

以上结合附图对本发明的实施例的技术方案进行完整描述，需要说明的是所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。