一种水果采摘刀具及水果采摘装置的制作方法

1.本实用新型涉及一种水果采摘刀具及水果采摘装置，特别涉及一种设置有果柄自动对准、保护水果免受刀刃误伤结构且避免复杂机械传动机构的水果采摘刀具及水果采摘装置。


背景技术：

2.采摘水果时，针对水果位置高与位置远的问题，具有长杆的水果采摘装置是一种合理可行的选择，可避免梯子的使用、频繁上下树或移动位置，有效提高采摘效率。
3.现有的水果采摘装置按照采摘原理大体可分为两类：第一类依靠机械手抓取水果或机械结构卡住水果，通过牵拉使水果与果树分离。然而牵拉极易造成果枝断裂从而损伤果树，也可造成水果的果柄与水果连接处断裂从而损伤水果，牵拉时对水果的直接接触作用力也可导致水果损伤与质量恶化。
4.鉴于上述问题，第二类水果采摘装置采用刀具将果柄切断，避免单纯牵拉引起的相关损伤。这一类型的水果采摘装置客观存在的缺陷在于：第一，很难将刀具切割位置对准果柄进行切割，尤其是在水果处于较高较远的位置时，不便操作；第二，水果采摘装置的刀具刀刃处于暴露状态，操作不当很容易损伤水果；第三，刀具对果柄的切割动作依赖于拉索及多种活动部件间的复杂机械传动，在操作可靠性方面优势不明显。
5.因此，现有水果采摘装置仍然客观存在如下技术问题：刀具切割位置不易对准果柄且容易误伤水果，操作不便；刀具对果柄的切割动作依赖于拉索及多种活动部件间的复杂机械传动，可靠性差。


技术实现要素：

6.有鉴于此，本实用新型的目的在于，提供一种水果采摘刀具及水果采摘装置，解决现有水果采摘装置刀具不易对准果柄且容易误伤水果导致的操作不便以及机械传动复杂的技术问题。
7.为解决上述技术问题，本实用新型提供了一种水果采摘刀具，包括承导环和运动环，所述承导环与所述运动环同轴，所述承导环对所述运动环起支承导向作用，使所述运动环能够沿周向相对于所述承导环自由转动，沿径向和轴向均不能相对于所述承导环移动；所述运动环的内沿沿周向设置有多个刀片，所述刀片的刀刃朝向所述运动环的内侧方向，沿所述运动环的内侧方向高出所述承导环与所述运动环的内沿，所述刀片用于切断果柄；所述运动环的内沿沿周向设置有多个导向齿，所述导向齿的自由端朝向所述运动环的内侧方向，所述自由端沿所述运动环的轴向在所述运动环所在平面上的投影呈中间高凸两侧渐低结构，所述导向齿与所述刀片紧邻间隔排列且沿所述运动环的内侧方向高出所述刀刃，所述导向齿用于将所述刀刃与水果隔离并将果柄导向所述刀刃。
8.优选地，还包括沿周向设置在所述承导环与所述运动环之间的滚动体和保持架，所述滚动体用于降低所述运动环沿周向相对于所述承导环自由转动时的阻力，所述保持架
用于分隔所述滚动体并引导所述滚动体运动。
9.优选地，还包括防尘盖，所述防尘盖沿周向覆盖所述承导环与所述运动环之间暴露在外的间隙，所述防尘盖至少可相对于所述承导环与所述运动环二者之一沿周向自由转动。
10.优选地，所述刀刃呈v型结构。
11.优选地，所述自由端呈半圆形或近半圆形结构。
12.优选地，所述自由端能够定轴自转，转动面与所述运动环所在平面一致。
13.本实用新型提供的水果采摘刀具，用于水果采摘装置进行水果采摘作业时，水果采摘刀具随水果采摘装置移动，水果进入运动环内，大体沿运动环所在平面内任意方向移动水果采摘刀具，果柄直接进入相邻导向齿之间的空间接触到刀片的刀刃，或者导向齿触碰到果柄，果柄沿导向齿的自由端中间高凸位置移向两侧渐低位置，这一过程中导向齿受到果柄的侧向作用力，导向齿所在的运动环随之产生沿周向相对于承导环的转动，更加促进了果柄沿自由端中间高凸位置移向两侧渐低位置，由于导向齿与刀片在运动环内沿沿周向紧邻间隔排列，因此最终果柄被导向齿导向刀刃，从而实现刀刃自动对准果柄，便于操作；刀刃接触到果柄时直接将其切断，或者果柄对刀刃的反作用力会驱动运动环产生沿周向相对于承导环的转动，直至反作用力方向与水果采摘刀具移动方向处在同一直线上，果柄在运动环转动过程中被切断或者在反作用力方向与水果采摘刀具移动方向处在同一直线上之后随着水果采摘刀具的进一步移动而被切断，因此不必根据刀刃与果柄的初始相对方位来选择水果采摘刀具的移动方向，更加具有便于操作的特点；由于导向齿与刀片紧邻间隔排列且沿运动环的内侧方向高出刀刃，可实现仅允许果柄与相邻导向齿之间的刀刃接触而将水果排阻在外，从而避免刀刃误伤水果；由于水果采摘刀具仅依靠移动时与果柄的相互作用力完成对果柄的对准切割，避免了复杂的机械传动结构，可靠性更高。
14.另一方面，本实用新型还提供了一种水果采摘装置，包括手持杆、水果收纳件，同时，还包括上述任一种所述的水果采摘刀具，所述手持杆的末端设置有所述水果采摘刀具，所述水果收纳件设置于所述水果采摘刀具下方，所述水果收纳件开口与所述水果采摘刀具下方开口相对设置。
15.优选地，还包括连接件，所述连接件一端与所述承导环连接，另一端与所述手持杆的末端通过铰接轴铰接，所述水果采摘刀具所在平面与所述手持杆的角度可绕所述铰接轴进行调节并紧固锁定。
16.本实用新型提供的水果采摘装置，采用了上述任一种水果采摘刀具，由于上述任一种水果采摘刀具具有上述技术效果，因此，采用了上述任一种水果采摘刀具的水果采摘装置也具有相应的技术效果。
附图说明
17.图1为本实用新型所提供水果采摘刀具第一种具体实施方式的结构示意图。
18.图2为本实用新型所提供水果采摘刀具第一种具体实施方式的剖切结构示意图。
19.图3为本实用新型所提供水果采摘刀具第二种具体实施方式的结构示意图。
20.图4为本实用新型所提供水果采摘刀具第二种具体实施方式的剖切结构示意图。
21.图5为本实用新型所提供水果采摘刀具第三种具体实施方式的结构示意图。
22.图6为本实用新型所提供水果采摘刀具第三种具体实施方式的剖切结构示意图。
23.图7为本实用新型所提供水果采摘刀具第四种具体实施方式的结构示意图。
24.图8为本实用新型所提供水果采摘刀具第四种具体实施方式的剖切结构示意图。
25.图9为本实用新型所提供水果采摘装置第一种具体实施方式的结构示意图。
26.图10为本实用新型所提供水果采摘装置第二种具体实施方式的结构示意图。
具体实施方式
27.为了使本技术领域的技术人员更好地理解本实用新型的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
28.图2、4、6、8分别为图1、3、5、7所示实施例按照图中虚线所示位置沿垂直于水果采摘刀具所在平面的方向进行剖切后的剖切结构示意图。
29.请参考图1
‑
8，本实用新型提供的水果采摘刀具，可用于水果采摘装置进行水果采摘作业，包括承导环1和运动环2。承导环1与运动环2同轴，承导环1对运动环2起支承导向作用，使运动环2能够沿周向相对于承导环1自由转动，沿径向和轴向均不能相对于承导环1移动；运动环2的内沿沿周向设置有多个刀片3，刀片3的刀刃31朝向运动环2的内侧方向，沿运动环2的内侧方向高出承导环1与运动环2的内沿，刀片3用于切断果柄；运动环2的内沿沿周向设置有多个导向齿4，导向齿4的自由端41朝向运动环2的内侧方向，自由端41沿运动环2的轴向在运动环2所在平面上的投影呈中间高凸两侧渐低结构，导向齿4与刀片3紧邻间隔排列且沿运动环2的内侧方向高出刀刃31，导向齿4用于将刀刃31与水果隔离并将果柄导向刀刃31。
30.需要说明的是，运动环2的内侧方向是指由运动环2外沿指向运动环2内沿的方向。导向齿4游离并朝向运动环2的内侧方向的一端为自由端41。多个是指至少3个。为充分利用运动环2的内沿周向空间，刀片3的数量至少为3个，导向齿4的数量至少为3个。图1、3、5所示具体实施例中，刀片3与导向齿4的数量均为12个，图7所示具体实施例中，刀片3与导向齿4的数量均为16个。对于上述具体数量，本技术领域的技术人员可依据具体应用情况进行选择。
31.本实用新型提供的水果采摘刀具，用于水果采摘装置进行水果采摘作业时的工作原理为：水果采摘刀具随水果采摘装置移动，水果进入运动环2内，大体沿运动环2所在平面内任意方向移动水果采摘刀具，果柄直接进入相邻导向齿4之间的空间触碰到刀刃31，或者导向齿4触碰到果柄，果柄沿自由端41中间高凸位置移向两侧渐低位置，这一过程中导向齿4受到果柄的侧向作用力，导向齿4所在的运动环2随之产生沿周向相对于承导环1的转动，更加促进了果柄沿自由端41中间高凸位置移向两侧渐低位置，由于导向齿4与刀片3在运动环2内沿沿周向紧邻间隔排列，因此最终果柄被导向齿4导向刀刃31，从而实现刀刃31自动对准果柄，便于操作；刀刃31接触到果柄时直接将其切断，或者果柄对刀刃31的反作用力会驱动运动环2产生沿周向相对于承导环1的转动，直至反作用力方向与水果采摘刀具移动方向处在同一直线上，果柄在运动环2转动过程中被切断或者在反作用力方向与水果采摘刀具移动方向处在同一直线上之后随着水果采摘刀具的进一步移动而被切断，因此不必根据刀刃31与果柄的初始相对方位来选择水果采摘刀具的移动方向，更加具有便于操作的特
点；由于导向齿4与刀片3紧邻间隔排列且沿运动环2的内侧方向高出刀刃31，可实现仅允许果柄与相邻导向齿4之间的刀刃31接触而将水果排阻在外，从而避免刀刃31误伤水果；由于水果采摘刀具仅依靠移动时与果柄的相互作用力完成对果柄的对准切割，避免了复杂的机械传动结构，可靠性更高。
32.上述的水果采摘刀具，承导环1可通过多种结构形式实现对运动环2的支承导向作用，使运动环2能够沿周向相对于承导环1自由转动，而沿径向和轴向均不能相对于承导环1移动。如图1
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2所示，承导环1与运动环2同轴，承导环1的内沿沿周向设置有承导环凹槽11，运动环2的外沿凸入承导环凹槽11与之吻合。在这种结构的限位作用下，运动环2能够沿周向相对于承导环1自由转动，而沿径向和轴向均不能相对于承导环1移动。
33.运动环2沿周向相对于承导环1自由转动时，两者之间存在滑动摩擦。为降低两者之间的摩擦阻力，使得运动环2沿周向相对于承导环1的转动更加灵活，可进一步地通过滚动轴承式结构来实现上述支承导向作用。如图3
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4所示，承导环1与运动环2同轴，承导环1内沿沿周向设置有承导环凹槽11，运动环2外沿沿周向设置有运动环凹槽21。滚动体5在保持架51的分隔下均匀分布在承导环凹槽11与运动环凹槽21之间，在保持架51的引导作用下可在承导环凹槽11与运动环凹槽21之间沿周向自由滚动。在这种结构的限位作用下，运动环2能够沿周向相对于承导环1自由转动，而沿径向和轴向均不能相对于承导环1移动。由于滚动体5的滚动摩擦力相对较小，降低了运动环2沿周向相对于承导环1转动时的阻力，增加了转动灵活性。根据上述工作原理，这将有利于果柄反作用力驱动运动环2产生转动。本技术领域的技术人员应当结合径向滚动轴承对图3
‑
4所示的结构进行理解。
34.上述的水果采摘刀具在实际工作过程中，不可避免会暴露在具有植物碎屑、灰尘等杂物的环境中，而杂物进入承导环1与运动环2之间的间隙后会阻碍运动环2相对于承导环1的自由转动，因此需要一定频次的清理。为降低清理频次，上述的水果采摘刀具优选地还可进一步包括防尘盖9，防尘盖9沿周向覆盖承导环1与运动环2之间暴露在外的间隙，用于防止杂物进入承导环1与运动环2之间的间隙。防尘盖9本身不应对运动环2沿周向相对于承导环1的自由转动产生阻碍作用，因此，防尘盖9不能同时固定于承导环1和运动环2之上，即防尘盖9至少可相对于承导环1与运动环2二者之一沿周向自由转动。如图5
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6所示，防尘盖9外沿凸入承导环1的防尘盖凹槽内，内沿凸入运动环2的防尘盖凹槽内，沿周向覆盖承导环1与运动2环之间的间隙，以防止杂物进入承导环1与运动环2之间的间隙，并且防尘盖9相对于承导环1与运动环2二者均可沿周向自由转动，因此防尘盖9本身不会对运动环2相对于承导环1的自由转动产生阻碍作用。
35.上述的水果采摘刀具，运动环2的内沿沿周向设置有多个刀片3，刀刃31朝向运动环2的内侧方向，用于对进入运动环2内的果柄进行切割，刀刃31沿运动环2的内侧方向高出承导环1与运动环2的内沿，以利于刀刃31与果柄接触。刀片3可采用多种结构形式的刀刃31，例如平直型结构、斜型结构、v型结构。如图7
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8所示，刀片3采用了平直型结构刀刃31，如图1
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6所示，刀片3优选采用了v型结构刀刃31，刀刃31朝向运动环2的内侧方向，沿运动环2的内侧方向高出承导环1与运动环2的内沿。根据上述工作原理，果柄与刀刃31接触后，果柄的反作用力驱动运动环2转动时，v型结构刀刃31能够对果柄产生更充分的旋切作用，且v型结构刀刃31的两侧刃自动与果柄呈斜刃切割角度，利于将果柄切断。
36.上述的水果采摘刀具，运动环2的内沿沿周向设置有多个导向齿4，导向齿4用于将
刀刃31与水果隔离，避免刀刃31误伤水果，并用于将果柄导向刀刃31，因此，导向齿4与刀片3在运动环2内沿沿周向应呈紧邻间隔排列状态，并且导向齿4沿运动环2的内侧方向高出刀刃31。如图1、3、5、7所示，导向齿4与刀片3在运动环2内沿沿周向紧邻间隔排列且沿运动环2的内侧方向高出刀刃31，以起到隔离刀刃31与水果的作用。根据上述工作原理，两相邻导向齿4之间的空间尺寸，应仅允许果柄进入，而水果无法进入，这样才能够起到隔离刀刃31与水果的作用，对于该空间尺寸本技术领域的技术人员可依据具体应用情况进行选择。
37.上述的水果采摘刀具，导向齿4的自由端41沿运动环2的轴向在运动环2所在平面上的投影呈中间高凸两侧渐低结构，以利于将果柄导向两侧的刀刃31，符合上述特征的自由端41的具体结构有多种，例如半圆形或近半圆形、半球形或近半球形。相比于半球形或近半球形，半圆形或近半圆形在保证导向效果的基础上更加节省材料，因此作为优选结构。如图1
‑
8所示，自由端41呈近半圆形结构，自由端41随水果采摘刀具移动过程中触碰到果柄后，果柄会沿自由端41中间高凸位置移向两侧渐低位置，由于导向齿4与刀片3在运动环2内沿沿周向紧邻间隔排列，因此果柄被导向齿4导向刀刃31。根据力学原理，果柄相对运动方向垂直于果柄与自由端41接触点处的切线时，易产生力平衡，妨碍果柄沿自由端41中间高凸位置移向两侧渐低位置，而此时由于导向齿4受到果柄侧向作用力之后，导向齿4所在的运动环2能够随之产生沿周向相对于承导环1的转动，打破上述力平衡，促进果柄沿自由端41中间高凸位置移向两侧渐低位置，确保导向齿4将果柄导向刀刃31。
38.上述的水果采摘刀具，为减小果柄与导向齿4接触时的摩擦阻力，进一步增强导向齿4对果柄的导向作用，优选地，导向齿4的自由端41能够定轴自转，转动面与运动环2所在平面一致。如图7
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8所示，导向齿4呈圆形结构，通过转动轴42固定于运动环2，自由端41能够围绕通过导向齿4的转动轴42自由转动，转动面与所述运动环2所在平面一致。果柄与导向齿4接触时，果柄的对导向齿4的反作用力驱动自由端41自转，这样更加有利于果柄沿自由端41中间高凸位置移向两侧渐低位置。
39.上述的水果采摘刀具，导向齿4与刀片3应紧邻，导向齿4与刀片3之间的间隙尺寸应小于果柄径向尺寸，防止果柄进入上述间隙后妨碍刀片3对果柄的切割，对于该间隙尺寸本技术领域的技术人员可依据具体应用情况进行选择。
40.另一方面，本实用新型提出的水果采摘装置，如图9所示，包括手持杆7、水果收纳件8，还包括上述任一种的水果采摘刀具6，手持杆7的末端设置有水果采摘刀具6，水果收纳件8设置于水果采摘刀具6下方，水果收纳件8开口与水果采摘刀具6下方开口相对设置。按照上述水果采摘刀具的工作原理，手持杆7的末端应与承导环1相连接。
41.手持杆7用于带动水果采摘刀具6移动至水果所在位置，使水果进入水果采摘刀具6的运动环2内，大体沿运动环2所在平面内任意方向移动水果采摘刀具6，由于水果采摘刀具6可实现刀刃31自动对准果柄，因此可以方便地将果柄切断。手持杆7的长度应根据所采摘水果的位置距离情况而定，例如高枝水果应使用较大的长度。为便于调节长度，手持杆7可选用伸缩式结构，这对于本技术领域的技术人员是显而易见的，此处不再赘述。
42.水果收纳件8用于接收果柄被切断后落下的水果，水果收纳件8可采用多种形式，例如布袋、网袋、网笼等。显然地，水果收纳件8开口应与水果采摘刀具6下方开口相对设置，便于水果进入其中。如图9
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10所示，水果收纳件8采用布袋形式，图9中水果收纳件开口粘结固定于水果采摘刀具6下方开口边缘，图10中水果收纳件开口通过螺钉81固定于水果采摘
刀具6下方开口边缘，水果收纳件8开口与水果采摘刀具6下方开口相对。需要说明的是，本技术所述下方是以水果采摘刀具6所在平面处在水平工作状态时进行描述的。
43.显然地，水果采摘装置工作时水果采摘刀具6所在的平面应尽可能大体上与果柄垂直，以便于对果柄进行切割。实际情况下水果所处的高度层次不同，仅通过调整手持杆7的角度很难保持水果采摘刀具6所在的平面大体上与果柄处于垂直的状态。因此水果采摘装置还包括连接件71，连接件71的一端与水果采摘刀具6的承导环1连接，另一端与手持杆7的末端通过铰接轴72进行铰接，水果采摘刀具6所在平面与手持杆7的角度可绕铰接轴72进行调节并紧固锁定。如图10所示，连接件71一端与承导环1连接，另一端与手持杆7的末端通过铰接轴72进行铰接，铰接轴72采用螺栓形式，水果采摘刀具6所在平面与手持杆7的角度可绕铰接轴72进行调节并通过螺母73紧固锁定。在采摘不同高度层次的水果时，可简单地通过调整水果采摘刀具6所在平面与手持杆7的角度，保持水果采摘刀具6所在的平面大体上与果柄呈垂直状态，以利于对果柄进行切割。例如，采摘高层次水果时，手持杆7与地面角度接近垂直，此时水果采摘刀具6所在平面与手持杆7的角度应调节为近垂直状态；采摘低层次水果时，手持杆7与地面角度接近平行，此时水果采摘刀具6所在平面与手持杆7的角度应调节为近平行状态。
44.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，以上实施例的说明只是为了帮助理解本实用新型的技术方案与核心思想，并不用以限制本实用新型，在不脱离本实用新型原理的前提下所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。