一种水果切削装置及适用于该装置的切削方法与流程

1.本技术涉及家用工具与水果去皮的技术领域，特别涉及一种水果切削装置及适用于该装置的切削方法。


背景技术：

2.随着农药在农林业上的广泛应用，一些农药能随着果实的生长而附在果皮上。尽管果皮维生素含量高于果肉，但果皮中的农药残留量也比果肉高出许多倍。这些残留在果皮上的农药用清水很难洗掉，因此，在吃水果之前大多数人都选择将果皮削掉。苹果、梨等是日常生活中常见的水果，并且富含丰富的矿物质和维生素，一直以来深受大众的喜欢，生活中，人们往往都是通过手动或简单的削皮机进行削皮，常见的如手动削皮去核切片机、自动削皮机，无法实现削皮切瓣的自动化，或是无法在削皮后对水果进行切割，因此，对于削皮机器的改良是值得我们研究的。
3.中国专利文献公开了一种自动水果削皮器，【申请号：cn202010785808.0】，包括安装底座，所述的安装底座上端通过外螺纹环与隔离罩下端的内螺纹环相互连接，所述的安装底座上端设有阶梯槽，所述的阶梯槽内活动安装有削皮装置，且所述的削皮装置的旋转中心与所述的安装底座的中心轴线相互重合，所述的削皮装置下端通过驱动装置连接有水果固定装置，所述的水果固定装置外围安装有水果切块装置，该申请提供的一种自动水果削皮器，利用驱动装置连接削皮装置与水果固定装置，使得水果固定装置与削皮装置转向相反，增加削皮效率，且水果切块装置活动安装在水果固定装置外围，便于利用驱动装置驱动水果切块装置上移，对削皮的水果进行切割。该装置可以实现在削皮的同时对水果进行切割，但是无法满足仅需要切瓣或是仅需要削皮的情况。


技术实现要素：

4.本技术目的在于提供一种能同时实现水果削皮、切瓣的一体式装置，具备自动削皮，自动切片，自动削皮切片三种工作模式，可根据用户需求独立实现水果削皮或切瓣的需求，也可以同时在削皮完成后自动进行切瓣，满足人们对于食用水果的不同需要。
5.本技术是通过以下技术措施来实现的：一种水果切削装置，包括基座和位于基座上方、由基板围成的包括正面开口的工作区，所述工作区依次包括削皮活动区、水果放置区以及切瓣活动区；所述水果放置区下方设有一用于放置水果的可旋转的水果旋转座，水果放置区正上方与水果旋转座相对的位置处穿设有一顶针，顶针的延长线穿过水果旋转座的中心；所述削皮活动区设有一水平位置不变，可沿高度方向均匀移动的削皮刀；所述切瓣活动区设有一水平位置不变，可沿高度方向上下移动的切瓣刀。
6.本技术中，将切削装置的工作空间划分为三个独立区域，人在放置水果时，操作空间远离削皮刀和切瓣刀，安全性高；考虑到切削过程中，削皮刀、切瓣刀与水果之间具有相互作用力，容易从作业面对水果形成挤压，使得水果从固定座上掉下来，因此在顶部基板上设有一与水果旋转座相对的顶针，水果放置在水果旋转座上后调节顶针插入顶部基板的深
度，插入水果的顶部或底部；本技术中，削皮刀的设置方式可以是多样的，对于自动化要求不高的情况，也可以是人拿着削皮刀抵住水果表面，随着水果的转动进行削皮操作，这作为一种可能的实现方式；本技术中，水果在水平方向上处于转动的状态，削皮刀和切瓣刀在竖直方向上进行移动完成削皮和切瓣作用。进一步地扩展，当固定座开始旋转时，如果顶针不动，则会在插入处逐渐形成一个锥形的旋涡，时间一长会减弱顶针对于水果的固定作用，因此也可将顶针设计成可随着水果转动绕与顶部基板的连接处进行转动的形式，这样顶针的端部可以始终随着水果转动，对于水果的固定作业不变。
7.进一步地，所述切瓣刀包括第一刀面、分别与第一刀面两侧连接的第二刀面和第三刀面，所述第二刀面和第三刀面的水平延长线的夹角为45
°
或60
°
。
8.本技术中，采用1/8或1/6的切瓣方式，切瓣刀的横截面类似尖角处被弧形切具切了一刀的结构，在进行切瓣时，绕过果核所在的中部位置，只将周边的果肉切开，切瓣完成后，留出完整的果核。
9.进一步地，所述切瓣刀第二刀面和第三刀面的水平延长线汇聚于顶针或顶针的延长线上一点。
10.本技术中，切瓣刀第二刀面和第三刀面的延长线汇聚于顶针或顶针的延长线上一点是为了将切瓣刀设置为以水果的中轴线为中心，准确避开果核部位。
11.进一步地，所述切瓣活动区，设有竖直安装的第二直线丝杆滑台，第二直线丝杆滑台的丝杆上设有第二滑块，所述切瓣刀的第二刀面和第三刀面的末端与第二滑块固定连接，第二滑块带动切瓣刀上下移动，所述基座内设有用于驱动第二直线丝杆滑台丝杆转动的第二步进电机。
12.进一步地，切瓣刀通过第二固定板与第二滑块连接；所述切瓣刀还包括旋转调节阀和用于连接第二刀面末端与第三刀面末端的第四连接台，第四连接台设置于第二固定板的一侧，旋转调节阀位于第二固定板的另一侧；旋转调节阀包括相连接的旋轴和调节旋钮，旋轴穿过第二固定板上预留的中心孔与第四连接台连接，第二固定板的中心孔内设有与旋轴相配合的螺纹；当转动调节旋钮时，切瓣刀相对顶针板向前或向后移动。
13.本技术中，通过第二步进电机驱动第二直线丝杆滑台丝杆的转动，从而带动第二滑块沿丝杆上下滑动，带动切瓣刀上下移动，做往复运动，切瓣刀每上下一次，对水果进行一次切割，实现水果切瓣的自动化。当转动调节旋钮时，切瓣刀相对第二固定板向前或向后移动，适用于不同水果，以便于留取不同大小的果核，帮助人们吃到纯粹的果肉。
14.进一步地，所述削皮刀包括第一连接部、第二活动部以及位于第二活动部第一端部的刀头部，第二活动部中间处与第一连接部连接座铰接并设有扭簧，按下第二活动部第二端部时，第一端部相对顶针向外张开。
15.本技术中，第一连接部和第二活动部设置为铰接结构，是为了实现削皮刀刀头部位置的调节，以适应不同大小的水果，使刀头部刀片能始终与水果表面贴合。
16.进一步地，所述刀头部刀片的切口与水果旋转座的旋转方向相反。
17.本技术中，刀头部刀片的切口与水果旋转座的旋转方向相反，无论水果旋转座带动水果向哪个方向旋转，刀片的切口都能借助水果的转动完成削皮。
18.进一步地，所述水果旋转座表面伸出多个锥形状尖尺。
19.本技术中，水果旋转座表面伸出的锥形状尖尺方便将水果的底部或顶部固定在固
1、切口，120、第一直线丝杆滑台，131、第一限位开关，132、第二限位开关，140、第一滑块，150、第一固定板；160、第一步进电机；
37.310、切瓣刀，311、第一刀面，312、第二刀面，313、第三刀面，314、第四连接台，315、旋轴，316、调节旋钮；320、第二直线丝杆滑台，331、第三限位开关，332、第四限位开关，340、第二滑块，350、第二固定板；360、第三步进电机。
具体实施方式
38.下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
39.如图1-7所示，一种水果切削装置，包括基座10和位于基座上方的工作区。工作区前方为开放的操作面，左右、上方、后方由透明或非透明面板21包围组成工作区。工作分为三个区域，分别是削皮活动区、水果放置区、切瓣活动区，水果放置区位于削皮活动区和切瓣活动区的中间。
40.对于水果放置区，基座中部设有一用于固定水果的固定座210，固定座上方突出一水果旋转座230，水果旋转座下方伸入固定座内通过联轴器与位于基座内的第三步进电机连接。第三步进电机启动后带动水果旋转座绕水果旋转座的中心线旋转。水果旋转座顶部伸出多个锥形状尖尺，至少包括位于中部的一个主齿232和围绕主齿一圈的三个分齿232。水果旋转座突出于固定座表面，周围设有一汁水接盘220，汁水接盘呈u字状，开口处穿过水果旋转座颈部，锥形状尖尺突出于汁水接盘上方，汁水接盘一圈设有向上的折边，在汁水接盘表面形成封闭的承接区，水果削皮或是切瓣过程中，有汁水流下时，正好落入承接区，防止对于周围部件的污染。此外，汁水接盘底部与固定座上表面采用抽拉式滑动连接，正对使用者的一面设有拉手，每次工作完成后，将汁水接盘抽出清理后再安放回原位，操作简便，解决了汁水溅落的问题。
41.工作区顶部面板与水果旋转座相对的位置处穿设有一顶针240，顶针的延长线穿过水果旋转座的中心，顶针穿入工作区的深度可调，具体地，顶针为金属材质，每次使用前需要手动抬起上方顶针帽，顶针整个抬起，将水果固定在水果旋转座后，手动将顶针压下，顶针尖部根据水果大小不同活动距离不同，一般插入水果约20mm即可。在整个运动过程中，顶针一直保持插入水果的状态，防止因为削皮切片导致水果倾倒。
42.对于削皮活动区，设有竖直安装的第一直线丝杆滑台120，第一直线丝杆滑台的上下两侧分别安装有第一限位开关131和第二限位开关132，用于限制削皮刀的活动区域。第一直线丝杆滑台的丝杆上设有第一滑块140和削皮刀110，削皮刀的第一连接部固定安装在第一滑块上，第一滑块带动削皮刀在第一限位开关和第二限位开关的空间范围内沿第一直线丝杆滑台上下移动。具体地，第一滑块表面设有第一固定板150，削皮刀通过第一固定板与第一滑块固定连接，第一固定板呈半圆状。通过第一步进电机驱动第一直线丝杆滑台的丝杆转动，从而带动第一滑块沿丝杆上下滑动，带动削皮刀从上到下或是从下到上螺旋式均匀移动，实现水果削皮的自动化。
43.削皮刀包括第一连接部111、第二活动部112以及位于第二活动部第一端部的刀头
部113。第一连接部内侧为半圆弧状，半包围地设置于第一固定板的外围。第一连接部外侧向外凸出地设有一半圆弧状连接座111-1，第二活动部中间处与第一连接部连接座铰接，按下第二活动部第二端部时，第一端部相对顶针向外张开，由此调节削皮刀刀头部与顶针之间的距离，以适应不同大小的水果。同时，考虑到水果从上到下果径会发生变化，第二活动部中间与第一连接部的铰接处设有扭簧，以适应削皮过程中水果果径的变化，使得削皮刀的刀头部始终与水果表面相贴合。刀头部刀片的切口113-1与水果旋转座的旋转方向相反，例如当水果旋转座顺时针旋转时，刀头部刀片的切口朝向左侧倾斜；当水果旋转座逆时针旋转时，刀头部刀片的切口朝向右侧倾斜。这里所说的左、右是以人站在装置正前方，面对工作区而言的。
44.对于切瓣活动区，设有竖直安装的第二直线丝杆滑台320，第二直线丝杆滑台的上下两侧分别安装有第三限位开关331和第四限位开关332，第二直线丝杆滑台的丝杆上上设有第二滑块340，第二滑块带动切瓣刀在第三限位开关和第四限位开关的空间范围内沿第二直线丝杆滑台上下移动。具体地，第二滑块表面设有第二固定板350，切瓣刀通过第二固定板与第二滑块固定连接。切瓣活动区的上下两端设有第三限位开关331和第四限位开关332，用于限制切瓣刀的活动区域。
45.切瓣刀包括第一刀面311，位于第一刀面两侧的第二刀面312和第三刀面313，第一刀面、第二刀面和第三刀面均竖直设置。其中，第一刀面为弧形状，位于以顶针为圆心的外圆上，第二刀面和第三刀面沿水平方向的延长线的夹角为45
°
或60
°
，汇聚于顶针上一点。第二刀面和第三刀面的长度相同，为15～18cm，在实际应用时，可根据需要选择安装两刀面延长线夹角为45
°
的切瓣刀，将一个苹果切成8等分；也可以安装两刀面延长线夹角为60
°
的切瓣刀，将一个苹果切成6等分。此外，考虑到不同水果果核大小有所不同，梨子的果核往往比苹果的果核大，因此在切瓣刀上增设了用于连接第二刀面末端和第三刀面末端的第四连接台314和旋转调节阀，第四连接台设置于第二固定板的一侧，旋转调节阀位于第二固定板的另一侧。旋转调节阀包括相连接的旋轴315和调节旋钮316，旋轴穿过第二固定板上预留的中心孔与第四连接台连接，第二固定板的中心孔内设有与旋轴相配合的螺纹，当转动调节旋钮时，切瓣刀相对第二固定板向前或向后移动，以便于留取不同大小的果核，帮助人们吃到纯粹的果肉。
46.基座内设有用于驱动第一直线丝杆滑台丝杆120转动的第一步进电机160，用于驱动第二直线丝杆滑台320丝杆转动的第二步进电机250，为各个步进电机及限位开关供电的开关电源18以及控制器17，基座正前方面板上安装有两个开关(分别为选择开关14和确认按钮15)、显示屏13、mp3模块16以及光电开关11。第一步进电机的控制端、第二步进电机的控制端、两个开关、显示屏、mp3模块均与控制器电连接，mp3模块对外经喇叭口12发出语音提示。光电开关检测装置正前方是否有人站立，若否则控制设备处于待机状态。
47.具体地，本实施例中所用的装置清单如表1所示，其中，控制器选用arduino主板。本实施例中，通过两个开关控制模式的选择和确认开始模式，四个限位开关负责控制削皮刀和切瓣刀的上下运行极限；它们共同向中间的arduino主板发送信息。mp3模块在接收到信息后播放对应的语音提示，步进电机驱动板带动步进电机连接丝杆运行完成对应的削皮或者切瓣，oled显示屏显示模式选择情况。
48.表1
[0049][0050][0051]
其中，arduino主板是一款开源性较高的单片机驱动板，可以根据外界传感器的输入信息向对应的执行器传达功能指令，保证整个程序的正常运行，其工作电压为5v，可以为
大部分传感器和执行器提供电源。
[0052]
限位开关是一种数字信号传感器，使用时连接至arduino主板对应的数字输入端口，检测到金属靠近时向arduino主板发送0，没有检测到时发送1。
[0053]
按钮使用时连接至arduino主板对应的数字输入端口，用于接收外部操作指令，向arduino主板发送0和1的数字信号。
[0054]
oled显示屏显示内容复杂，因此需要使用arduino主板的iic总线，iic总线是arduino主板上的高速通信总线，负责与对应的元器件传输各种复杂的信息。
[0055]
mp3模块需要从高到低触发播放指令，即可通过喇叭播放语音提示，本技术的共设有
″
开机提醒
″
，
″
开始运行
″
，
″
结束运行
″
三段语音，因此需要使用三个引脚进行控制。
[0056]
步进电机采用共阳接线的方法，将三个信号(旋转信号，第一)的正极全部接至arduino主板的v端口；三个信号的负极接在arduino主板的数字d端口。
[0057]
三个步进电机驱动板的ena、dir、pul信号分别连接至arduino主板的d13、d12、d11、d10、d9、d8、d7、d6、d5管脚，步进电机驱动板根据步进电机的额定电压接入24v电源。两个开关分别接入arduino主板的d4、d3端口。mp3模块接入arduino主板的d2、d1、d0三个端口，用于控制三段语音。oled显示屏接入arduino主板的iic端口。四个限位开关分别接入arduino主板的a0-a3端口，复用a端口的数字信号功能。为了驱动步进电机的运行，需要将步进电机驱动板连接至外接24v电源。步进电机的红绿黑蓝四根线分别与步进电机驱动板的a+、a-、b+、b-连接，通过pul步进脉冲信号，dir方向控制信号，ena电机使能信号共同控制它的运动速度和运动方向。驱动电流和转速细分可通过侧面的拨码开关进行调整，保证电机的正常运行。当给ena电机使能信号通高电平后驱动模块工作，dir方向控制信号通高低电平可以改变步进电机的运动方向；pul步进脉冲信号通过高低电平的切换间隔时间可以调整步进电机的速度。同时需要根据42步进电机的额定电流调整sw1-sw7的拨码开关，将细分调节至1600，电流限额为1.5a。
[0058]
本装置的运行过程包括：
[0059]
进行设备初始化，将削皮刀和切瓣刀恢复至初始位置(削皮刀位于削皮活动区的下部，切瓣刀位于切瓣活动区的上部)，mp3模块通过喇叭播放欢迎词或是开机提醒。
[0060]
按下削皮刀第二活动部的第二端部，使得第二活动部第一端部相对顶针向外张开，将水果置于水果旋转座上并使得削皮刀刀头部能够贴合在水果表面，通过水果旋转座上的锥形状尖尺对水果做第一次固定，调节顶针的位置，使得顶针插入水果顶部，对水果做第二次固定。
[0061]
通过选择开关进行模式选择：
″
削皮模式
″
、
″
切瓣模式
″
或
″
削皮加切瓣模式
″
，所选择模式显示在显示屏上，通过确认按钮进行模式确认。当选择
″
削皮模式
″
并确认后，第一步进电机和第三步进电机开始工作，水果在水果旋转座上开始旋转，顶针也随着水果的旋转而转动，削皮刀顺着水果的旋转开始螺旋式上升进行削皮，当到达第一限位开关处时，第一步进电机和第三步进电机停止；当选择
″
切瓣模式
″
并确认后，第二步进电机开始工作，切瓣刀从上到下进行第一次切瓣，当切瓣刀到达第四限位开关处时，第二步进电机反向转动，带动切瓣刀从下到上运行，遇到第三限位开关后停止，此时，第三步进电机带动水果进行旋转，旋转的角度跟切瓣刀两个刀面的夹角相一致，本实施例中以45
°
为例，第三步进电机停止后，第二步进电机带动切瓣刀从上到下进行第二次切瓣；以此反复执行8八次后，水果被
切为八瓣，果核中心被切除；当选择
″
削皮加切瓣模式
″
并确认后，先按照削皮模式进行削皮操作，削皮完成后按照
″
切瓣模式
″
进行切瓣操作。
[0062]
运行结束后，mp3模块通过喇叭播放运行结束提醒。
[0063]
显然，本领域的技术人员可以对本技术进行各种改动和变型而不脱离本技术的精神和范围。这样，倘若本技术的这些修改和变型属于本技术权利要求及其等同技术的范围之内，则本技术也意图包含这些改动和变型在内。