一种菠萝采摘机的制作方法

本实用新型涉及农作物机械化采摘技术领域，尤其涉及一种菠萝采摘机。

背景技术：

菠萝原产于南美洲巴西、巴拉圭的亚马逊河流域一带，16世纪从巴西传入中国。现在已经成为我国居民经常食用的水果之一。国内菠萝采摘主要由人工来完成,耗时耗力,且不当采摘会导致菠萝品质下降；菠萝生长在莲座状叶丛中心，叶片边缘布满倒刺，手工采摘时极易划伤操作者。

目前关于菠萝采摘的机械较多，有手持便携式的、半自动式的及全自动式的；手持便携式的菠萝采摘器劳动强度大，采摘收集效率偏低，而且也无法避免操作者被叶片划伤。半自动式的除采摘时的切割动作外其余操作均需由人工完成，其工作效率也偏低。而目前的全自动式菠萝采摘机械功能并不齐全，有的虽然具有去茎功能，但由于菠萝采摘后方向难以确定，往往会造成误操作，导致菠萝果实受损。而大部分的菠萝采摘机械无法自动完成去茎后的整理及装箱操作。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种菠萝采摘机，集采摘、传运、去茎、装箱、整理于一体，全程可实现自动化操作，极大地提高了工作效率，降低了操作者的劳动强度，避免菠萝采摘过程对操作者造成人身损伤。

为了达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案实现：

一种菠萝采摘机，包括行走机构、采摘机构、传送机构、识别转向机构、去茎机构及收集整理机构；所述行走机构包括车体和车轮，所述采摘机构、传送机构、识别转向机构、去茎机构及收集整理机构均设于车体上；所述采摘机构为2组分别设于车体前方两侧，每组采摘机构中分别设采摘刀用于将菠萝从树上摘下；每组采摘机构的外侧对应设1组传送机构，每组传送机构中沿车体纵向设有传送带；2组识别转向机构分别设于对应传送带上，用于将菠萝的果实一端调整到朝向传送带末端方向；每组识别转向机构分别由颜色识别相机、转向拨杆、转向电机组成，沿菠萝传送方向，颜色识别相机安装在转向拨杆上游的传送带上方，转向拨杆及转向电机设于传送带上方，转向拨杆、转向电机的电机轴均竖直设置，转向拨杆通过曲柄与电机轴偏心连接并由转向电机带动旋转；颜色识别相机、转向电机及传送带的驱动电机通过控制系统连接；去茎机构为2组，每组去茎机构均由旋转盘、旋转电机、切茎刀及切茎电机组成，旋转盘设于对应传送带的末端，并由旋转电机带动水平转动，旋转盘中设有多个凹槽，凹槽的高度与菠萝的果实高度相适应，切茎刀设于旋转盘的凹槽上方，由切茎电机带动旋转用于将菠萝的茎切除；收集整理机构由六自由度机械手及收集箱组成，收集箱为多个，收集箱与六自由度机械手均设于车体后部，六自由度机械手用于搬运收集箱。

所述行走机构由车体、4个车轮及4个行走驱动电机组成，车体的底部设4个车轮，4个车轮分别由对应的行走驱动电机驱动，行走驱动电机与控制系统连接。

每组采摘机构中分别设有采摘圆盘、采摘电机、悬臂杆及采摘刀；所述采摘电机通过采摘电机架固定在车体的前部，采摘电机的输出轴通过联轴器连接采摘圆盘，采摘圆盘的外侧设有2根水平的悬臂杆，2根悬臂杆沿采摘圆盘径向相对设置，悬臂杆的一端与采摘圆盘固定连接，另一端悬伸至车体外，采摘刀设于悬臂杆的外伸端，采摘刀沿采摘圆盘的切线方向设置并且刀刃一侧朝向采摘圆盘的外侧，采摘刀的刀背一侧设推板；在采摘电机的驱动下，2根悬臂杆带动2个采摘刀绕采摘圆盘的轴线转动；采摘电机连接控制系统。

每组传送机构均由传送带、皮带轮及带轮驱动电机组成，传送带绕在2个皮带轮上，其中一个皮带轮连接带轮驱动电机，在带轮驱动电机的驱动作用下，皮带轮带动传送带移动，且位于上层的传送带自车体前方向后方移动；带轮驱动电机连接控制系统；传送带的两侧分别安装挡板，对应转向电机下方的传送带外侧设弧形挡板，弧形挡板的半径大于菠萝的回转半径。

每组去茎机构均由旋转盘、旋转电机、切茎刀及切茎电机组成，旋转电机通过旋转电机架固定在车体上，旋转盘的中部与旋转电机的输出轴连接并在旋转电机带动下水平转动，旋转盘中设有多个凹槽，凹槽的高度与菠萝的果实高度相适应；切茎电机设于旋转盘的一侧，切茎刀的中部与切茎电机的输出轴连接并在切茎电机带动下水平旋转；切茎电机连接控制系统；对应旋转盘上凹槽的底部设环形托板，环形托板不随旋转盘旋转，环形托板上设豁口，豁口位于旋转盘朝向车体的一侧，且豁口的形状尺寸与旋转盘中一个凹槽底面的形状尺寸相配合；豁口下方的车体上设收集箱。

所述切茎刀倾斜设置，其刀背与刀刃的连线与水平线呈20～40夹角。

所述六自由度机械手包括纵向移动机构、横向移动机构、升降机构及搬运机械手，其中纵向移动机构包括纵向导轨、纵向移动滑块及纵向移动电机，横向移动机构包括横向导轨、横向移动滑块及横向移动电机，搬运机械手安装在升降机构上，升降机构通过横向移动滑块与横向导轨连接，横向导轨通过纵向移动滑块与纵向导轨连接；在横向移动电机驱动下搬运机械手能够随升降机构沿横向导轨做横向往复移动；在纵向移动电机驱动下搬运机构手能够与升降机构、横向移动机构一起沿纵向导轨做纵向往复移动，从而实现六自由度移动；六自由度机械手与控制系统连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1)采摘刀通过悬臂杆与采摘圆盘连接，能够更好地适应菠萝的高度；2个采摘刀在采摘圆盘上相对设置，使采摘圆盘每转一圈具有2次切削过程，提高了采摘效率；

2)采用传送带传送菠萝，其传送距离长，传送过程对菠萝无损伤；

3)设置识别转向机构，通过颜色识别相机自动识别菠萝在传送带上的状态，绿色表示茎部在前，黄色表示果实在前，识别准确；颜色识别相机通过控制系统与转向电机联锁控制，当需要将菠萝转向时自动启动转向电机由转向拨杆将菠萝水平转动180度，实现自动转向，便于后续的切茎作业；

4)去茎机构采用旋转盘用于将菠萝由水平状态转变到茎部向上的竖直状态，然后利用旋转的切茎刀将菠萝的茎部切除，其结构简单，动作可靠；旋转盘的底部设环形托板，在靠近传送带一侧由环形托板将落入凹槽内的菠萝托住进行切茎作业，在远离传送带一侧通过环形托板上设置的豁口使切茎后的菠萝自动落入下方的收集箱内，实现菠萝的自动收集；

5)设置六自由度机械手，搬运机械手能够沿上下、左右、前后六个方向自由移动，实现收集箱的搬运整理；

6)通过控制系统将行走机构、采摘机构、传送机构、识别转向机构、去茎机构及收集整理机构中的驱动装置进行连接，菠萝的采摘、整理及装箱过程可通过设置在车体上的控制箱或控制器实现随车和/或遥控方式的人工控制，也可进一步通过程序设定实现全自动控制。

附图说明

图1是本实用新型所述菠萝采摘机的立体结构示意图。

图2是本实用新型所述采摘机构、传送机构及识别转向机构的立体结构示意图。

图3是本实用新型所述去茎机构的立体结构示意图。

图4是本实用新型所述六自由度机械手的立体结构示意图。

图中：1.车体2.去茎机构2-1.切茎电机2-2.切茎刀2-3.旋转电机2-4.旋转电机架2-5.旋转盘2-6.凹槽3.传送机构3-1.皮带轮3-2.传送带3-3.挡板4.识别转向机构4-1.颜色识别相机4-2.支撑架4-3.转向电机5.采摘机构5-1.采摘电机5-2.采摘圆盘5-3.采摘刀6.六自由度机械手6-1.纵向导轨6-2.横向导轨6-3.纵向移动电机6-4.横向移动电机6-5.升降机构6-6.搬运机械手7.收集箱8.菠萝

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：

如图1所示，本实用新型所述一种菠萝采摘机，包括行走机构、采摘机构5、传送机构3、识别转向机构4、去茎机构2及收集整理机构；所述行走机构包括车体1和车轮，所述采摘机构5、传送机构3、识别转向机构4、去茎机构2及收集整理机构均设于车体1上；如图2所示，所述采摘机构5为2组分别设于车体1前方两侧，每组采摘机构5中分别设采摘刀5-3用于将菠萝8从树上摘下；每组采摘机构5的外侧对应设1组传送机构3，每组传送机构3中沿车体1纵向设有传送带3-2；2组识别转向机构4分别设于对应传送带3-2上，用于将菠萝8的果实一端调整到朝向传送带3-2末端方向；每组识别转向机构4分别由颜色识别相机4-1、转向拨杆、转向电机4-3组成，沿菠萝8传送方向，颜色识别相机4-1安装在转向拨杆上游的传送带3-2上方，转向拨杆及转向电机4-3设于传送带3-2上方，转向拨杆、转向电机4-3的电机轴均竖直设置，转向拨杆通过曲柄与电机轴偏心连接并由转向电机4-3带动旋转；颜色识别相机4-1、转向电机4-3及传送带3-2的驱动电机通过控制系统连接；去茎机构2为2组，每组去茎机构2均由旋转盘2-5、旋转电机2-3、切茎刀2-2及切茎电机2-1组成，旋转盘2-5设于对应传送带3-2的末端，并由旋转电机2-3带动水平转动，旋转盘2-5中设有多个凹槽2-6，凹槽2-6的高度与菠萝8的果实高度相适应，切茎刀2-2设于旋转盘2-5的凹槽2-6上方，由切茎电机2-1带动旋转用于将菠萝8的茎切除；收集整理机构由六自由度机械手6及收集箱7组成，收集箱7为多个，收集箱7与六自由度机械手6均设于车体1后部，六自由度机械手6用于搬运收集箱7。

所述行走机构由车体1、4个车轮及4个行走驱动电机组成，车体1的底部设4个车轮，4个车轮分别由对应的行走驱动电机驱动，行走驱动电机与控制系统连接。

如图2所示，每组采摘机构5中分别设有采摘圆盘5-2、采摘电机5-1、悬臂杆及采摘刀5-3；所述采摘电机5-1通过采摘电机架固定在车体1的前部，采摘电机5-1的输出轴通过联轴器连接采摘圆盘5-2，采摘圆盘5-2的外侧设有2根水平的悬臂杆，2根悬臂杆沿采摘圆盘5-2径向相对设置，悬臂杆的一端与采摘圆盘5-2固定连接，另一端悬伸至车体1外，采摘刀5-3设于悬臂杆的外伸端，采摘刀5-3沿采摘圆盘5-2的切线方向设置并且刀刃一侧朝向采摘圆盘5-2的外侧，采摘刀5-3的刀背一侧设推板；在采摘电机5-1的驱动下，2根悬臂杆带动2个采摘刀5-3绕采摘圆盘5-2的轴线转动；采摘电机5-1连接控制系统。

如图2所示，每组传送机构3均由传送带3-2、皮带轮3-1及带轮驱动电机组成，传送带3-2绕在2个皮带轮3-1上，其中一个皮带轮3-1连接带轮驱动电机，在带轮驱动电机的驱动作用下，皮带轮3-1带动传送带3-2移动，且位于上层的传送带3-2自车体1前方向后方移动；带轮驱动电机连接控制系统；传送带3-2的两侧分别安装挡板3-3，对应转向电机4-3下方的传送带3-2外侧设弧形挡板，弧形挡板的半径大于菠萝8的回转半径。

如图3所示，每组去茎机构2均由旋转盘2-5、旋转电机2-3、切茎刀2-2及切茎电机2-1组成，旋转电机2-3通过旋转电机架2-4固定在车体1上，旋转盘2-5的中部与旋转电机2-3的输出轴连接并在旋转电机2-3带动下水平转动，旋转盘2-5中设有多个凹槽2-6，凹槽2-6的高度与菠萝8的果实高度相适应；切茎电机2-1设于旋转盘2-5的一侧，切茎刀2-2的中部与切茎电机2-1的输出轴连接并在切茎电机2-1带动下水平旋转；切茎电机2-1连接控制系统；对应旋转盘2-5上凹槽2-6的底部设环形托板，环形托板不随旋转盘2-5旋转，环形托板上设豁口，豁口位于旋转盘2-5朝向车体1的一侧，且豁口的形状尺寸与旋转盘2-5中一个凹槽2-6底面的形状尺寸相配合；豁口下方的车体1上设收集箱7。

所述切茎刀2-2倾斜设置，其刀背与刀刃的连线与水平线呈20～40夹角。

如图4所示，所述六自由度机械手6包括纵向移动机构、横向移动机构、升降机构6-5及搬运机械手6-6，其中纵向移动机构包括纵向导轨6-1、纵向移动滑块及纵向移动电机6-3，横向移动机构包括横向导轨6-2、横向移动滑块及横向移动电机6-4，搬运机械手6-6安装在升降机构6-5上，升降机构6-5通过横向移动滑块与横向导轨6-2连接，横向导轨6-2通过纵向移动滑块与纵向导轨6-1连接；在横向移动电机6-4驱动下搬运机械手6-6能够随升降机构6-5沿横向导轨6-2做横向往复移动；在纵向移动电机6-3驱动下搬运机构手6-6能够与升降机构6-5、横向移动机构一起沿纵向导轨6-1做纵向往复移动，从而实现六自由度移动；六自由度机械手6与控制系统连接。

基于本实用新型所述一种菠萝采摘机的菠萝采摘整理方法如下：

1)确定菠萝的采摘路线后，通过行走机构将菠萝采摘机移动到起点位置，行走机械采用4轮驱动，通过控制系统能够实现前进、后退及转向操作；

2)菠萝采摘机沿采摘路线前进同时开始采摘工作，启动采摘电机5-1、带轮驱动电机、颜色识别相机4-1及切茎电机2-1；采摘电机5-1带动采摘圆盘5-2绕水平轴线转动，通过设于悬臂杆外伸端的采摘刀5-3的旋转运动对菠萝8进行采摘；

3)被采摘下来的菠萝8落入传送带3-2上向车体1后方传送，由传送带3-2两侧的挡板3-3保证菠萝8不会偏离传送路线，当菠萝8经过颜色识别相机4-1时，由颜色识别相机4-1对菠萝8的近端进行颜色识别，若识别为绿色即启动转向电机4-3由转向拨杆对菠萝8进行水平180度的转向，确保经过识别转向机构4后的菠萝8果实一端朝向去茎机构2；

4)菠萝8到达去茎机构2时，其果实一端自动落入到下方旋转盘2-5的一个凹槽2-6中，茎部以上伸出凹槽2-6外；旋转电机2-3带动旋转盘2-5匀速转动，切茎电机2-1带动切茎刀2-2匀速转动，当凹槽2-6中的菠萝8与切茎刀2-2相遇时，由切茎刀2-2将菠萝8的茎部切除；

5)切除茎部后的菠萝8继续随旋转盘2-5转动，经过环形托盘上的豁口处时，自动落入下方的收集箱7中，当收集箱7中的菠萝集满后，由六自由度机械手6用空的收集箱7替代装满菠萝的收集箱7，并将装满菠萝的收集箱7进行多排多层的整理。

所述控制系统与安装在车体1上的控制箱连接，控制箱上设有多个控制按钮。

所述控制系统通过无线网络与控制器连接，控制器上设有多个控制按钮。

以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，根据本实用新型的技术方案及其实用新型构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。