基于快门机构原理的菠萝辅助采摘机制造技术

本发明专利技术公开了一种基于快门机构原理的菠萝辅助采摘机，其通过快门机构的连续开合实现对菠萝的固定和松开，然后通过快门机构的旋转对菠萝进行旋拧采摘，实现采摘功能；利用快门机构和刀具机构分别对菠萝进行旋拧和切割，实现二次采摘，确保菠萝可以被采摘下来；利用三向定位模块使采摘机采摘更多生长情况不同的菠萝，提高采摘机的适应性。本发明专利技术结构紧凑,配合协调，实现了辅助采摘机器的小型化和轻量化，而且可以适应不同环境，符合果农的实际需求。

【技术实现步骤摘要】
基于快门机构原理的菠萝辅助采摘机
本专利技术涉及菠萝采摘机械领域，特别是一种用于采摘大范围种植的菠萝的基于快门机构原理的菠萝辅助采摘机。
技术介绍
菠萝在我国华南地区是最具优势的热带水果之一，该产业大大促进了当地农业经济的发展，为促进农民增收和扩大城乡居民就业做了重要的贡献。在菠萝种植的过程中，其采摘成本占据了很大的一部分，大大影响了农民的收益和菠萝产业的发展。目前国内的菠萝采摘方式主要还是人工采摘，农民需用刀具将菠萝从植株上割下，放到背部的箩筐里。农民既要背负沉重的箩筐，又要在荆棘遍布的菠萝地里穿行，并将菠萝挑到路边的车辆内。这种人工采摘方式效率低下,成本高，而且人的劳动强度大，还具有一定的危险性。国内对于菠萝采摘机械领域的探索还是处于设计阶段，市场上还未出现成熟的实物产品。下面介绍几种国内已有的关于菠萝采摘机械的设计和专利技术，一种用于热带菠萝绿色采摘的自动采集车，一种自动采摘菠萝的装置和方法，一种菠萝自动采摘机等等，首先在识别环节中，这些机械大体采用了两种方式，一种是人眼识别，另一种是运用机器视觉技术，本机械是属于第一种识别方式；然后再定位环节中，这些机械大多采摘导向机构，即通过一些导向平板或机械手对菠萝进行导向，然后菠萝果实定位至采摘机构，而本机器的三向定位模块可以在三个方向上自由移动，位置调节比其他机械更为灵活，且只需要将采摘模块的中心孔通过菠萝的中部即可，定位更加简单，降低了对人工操作的要求，提高了采摘效率；在采摘机构上，已有设计专利技术机械大多采用单作用方式的采摘，即采用剪切或旋拧，而本机械采用旋拧和切割双作用的采摘模式，确保采摘能够完成，而且本采摘机构实现了很大的创新，即设计了快门旋拧机构和刀具切割机构，其中快门机构的旋拧原理和已有的旋拧动作原理都不相同，已有的机构有通过双向的皮带运动的摩擦力旋拧菠萝，也有通过不完全齿轮的旋转旋拧菠萝等等，而本机器的快门机构则是通过齿轮的旋转和快门滑块的移动实现对菠萝的固定，再利用滑块下的棘轮的旋转实现对菠萝的旋拧。已有的机械或者这些设计因为成本高和适应性差等问题暂时难以进入市场，进行大规模的生产使用，所以菠萝采摘机械还有待进一步发展和完善。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是：针对目前菠萝人工采摘的不足，以及现有技术存在的缺陷，提供一种基于快门机构原理的菠萝辅助采摘机。本专利技术解决其技术问题采用以下的技术方案：本专利技术提供的基于快门机构原理的菠萝辅助采摘机，其通过快门机构的连续开合实现对菠萝的固定和松开，然后通过快门机构的旋转对菠萝进行旋拧采摘，实现采摘功能；利用快门机构和刀具机构分别对菠萝进行旋拧和切割，实现二次采摘，确保菠萝可以被采摘下来；利用三向定位模块使采摘机采摘更多生长情况不同的菠萝，提高采摘机的适应性。所述基于快门机构原理的菠萝辅助采摘机，包括用于菠萝的定位的三向定位模块，随三向定位模块一起运动的采摘模块，用于装载收集菠萝的收集模块，用于配合轴的运动并承担一定载荷的行走模块，其中：三向定位模块通过丝杠滑块与机架左右的丝杠轴承连接，采摘模块通过X向固定滑块和Y向固定滑块与三向定位模块连接，收集模块的收集筐直接放入机架后部的框架凹槽中，行走模块4通过深沟球轴承与固定在机架的轴承座连接。所述的三向定位模块占据了整个采摘机的主要空间，该三向定位模块通过X2光轴、X1光轴、Y1光轴及上面的X向固定滑块、Y向固定滑块和采摘模块相连接，后面相邻的是收集模块。所述的三向定位模块包括：装在架子大平台上的X向电机，其通过X向链轮与X向短链条相连；装在大平台上的Y向电机，其通过Y向链轮与Y向短链条相连；通过轴承与滚珠丝杠相连的Z向电机，滚珠丝杠通过滚珠螺母副与夹子固定板相连，架子固定板通过左直线轴承和右直线轴承与左侧光轴、右侧光轴相连接，连接架子大平台与架子固定板通过角块相连接。所述的采摘模块设有快门机构，该快门机构包括快门电机、小齿轮、直齿圆柱外齿轮、弹簧、棘爪、滑块销柱、快门滑块、夹板和棘轮,其中：快门电机通过U形板与采摘模块的底部托台相连，快门电机的电机轴与小齿轮相连接，小齿轮与直齿圆柱外齿轮相啮合，弹簧的一端装在托台上，弹簧的另一端顶在棘爪上，棘爪与棘轮配合实现控制棘轮的反转并起到一定的缓冲作用，直齿圆柱外齿轮周围设有对它起限位作用的3个微型轴承，滑块销柱通过其下部的螺纹与快门滑块相连接，滑块销柱的上部卡在直齿圆柱外齿轮的槽中，快门滑块通过其底部凸起嵌入到棘轮的六边形槽中实现与滑块销柱的连接，夹板与快门滑块通过螺栓连接。所述的采摘模块设有刀具机构，该刀具机构通过螺栓连接安装在采摘模块的底部托台的下方，用于切割菠萝的果实和底部根茎连接处。所述的刀具机构包括刀具电机、曲柄、摇杆、刀柄轴套和刀片，其中：刀具电机通过电机轴与曲柄相连，装在一个固定板上；曲柄与摇杆通过柱销在摇杆内的通槽内移动实现连接，刀柄轴套通过销子与刀片、摇杆相连，实现刀片在刀柄轴套内滑动。所述的收集模块包括外伸板、旋转板、收集筐电机、不完全齿轮、旋转轴、收集筐、连杆和铰链架，其中：外伸板装在旋转板上，其通过外伸板底部的两个肋板穿过旋转板的通槽，插入光轴与旋转板相连；收集筐电机固接到收集筐上，并通过齿轮与不完全齿轮啮合，不完全齿轮通过旋转轴带动旋转板转动，从而带动外伸板的伸缩。连杆铰接在铰链架上，连杆的另一端与外伸板的光轴相连接，旋转板底部与旋转轴焊接相连，通过轴承与收集筐相连。所述的行走模块包括转向轮、支架、角接触球轴承、深沟球轴承、联轴器、驱动电机和后轮，其中：转向轮装在支架上，其通过两侧轴卡入支架的凹槽与支架相连；驱动电机通过支架固定在机架上，通过轴承配合驱动电机轴运动，通过联轴器使电机轴和下部轴连接从而带动支架实现转弯；后轮与支架相连作为从动轮。所述的行走模块实现整机的行走和转弯，整机的四个轮子都是驱动轮，转向轮和后轮都是轮毂电机，都作为主动轮驱动机器行走；驱动电机转动，通过联轴器带动支架上的支架轴转动，从而带动转向轮转动，实现整机的转弯功能，角接触轴承和深沟球轴承分别承受轴向力和径向力。本专利技术与现有技术相比具有以下主要的有益效果：1.机器可以采摘不同大小，不同位置的菠萝，三向定位模块在空间三个方向上实现采摘模块的移动，在X向的运动距离为216mm，在Y向的运动距离为400mm，在Z向的运动距离为680mm，由于采用空间三向定位可以保证采摘到空间内所有菠萝，三向的调整空间使得机器适应性强。2.本机器结构紧凑，四个模块之间配合协调，整机由行走模块开始工作，到达指定位置，人工操作定位模块进行定位，由于采摘模块装在定位模块上，定位时采摘模块同时对菠萝进行固定，定位结束后采摘模块的快门机构运动实现旋拧动作，同时刀具机构实现切割动作，采摘完成，收集模块和行走模块相继动作，整机动作紧凑流畅，整机长度为1200mm，整机宽度为1200mm,整机高度为1385mm，整机重量为225KG,从而实现了采摘机的小型化和，轻量化和集成化。3.由机器采摘代替人工采摘，降低了人的劳动强度，提高了工作效率，通过机器实验得出单个菠萝的采摘时间为1-2秒，人工采摘时间为3-5秒；整个完整动作为8-10秒，而人工采摘菠萝整个工作流程平均10-15秒。附图说明图1是本专利技术的结构示意图；图2是本专利技术的三向定位模块X,Y向定位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于快门机构原理的菠萝辅助采摘机，其特征是通过快门机构的连续开合实现对菠萝的固定和松开，然后通过快门机构的旋转对菠萝进行旋拧采摘，实现采摘功能；利用快门机构和刀具机构分别对菠萝进行旋拧和切割，实现二次采摘，确保菠萝可以被采摘下来；利用三向定位模块使采摘机采摘更多生长情况不同的菠萝，提高采摘机的适应性。

【技术特征摘要】
1.一种基于快门机构原理的菠萝辅助采摘机，其特征是通过快门机构的连续开合实现对菠萝的固定和松开，然后通过快门机构的旋转对菠萝进行旋拧采摘，实现采摘功能；利用快门机构和刀具机构分别对菠萝进行旋拧和切割，实现二次采摘，确保菠萝可以被采摘下来；利用三向定位模块使采摘机采摘更多生长情况不同的菠萝，提高采摘机的适应性。2.根据权利要求1所述的基于快门机构原理的菠萝辅助采摘机，其特征在于包括用于菠萝的定位的三向定位模块(1)，随三向定位模块(1)一起运动的采摘模块(2)，用于装载收集菠萝的收集模块(3)，用于配合轴的运动并承担一定载荷的行走模块(4)，其中：三向定位模块(1)通过丝杠滑块与机架左右的丝杠轴承连接，采摘模块(2)通过X向固定滑块(24)和Y向固定滑块(25)与三向定位模块(1)连接，收集模块(3)的收集筐(54)直接放入机架后部的框架凹槽中，行走模块(4)通过深沟球轴承(60)与固定在机架的轴承座连接。3.根据权利要求2所述的基于快门机构原理的菠萝辅助采摘机，其特征在于三向定位模块占据了整个采摘机的主要空间，该三向定位模块通过X2光轴(11)、X1光轴(12)、Y1光轴(21)及上面的X向固定滑块(24)、Y向固定滑块(25)和采摘模块(2)相连接，后面相邻的是收集模块(3)。4.根据权利要求3所述的基于快门机构原理的菠萝辅助采摘机，其特征在于三向定位模块1包括：装在架子大平台(26)上的X向电机(5)，其通过X向链轮(6)与X向短链条(7)相连；装在大平台(26)上的Y向电机(16)，其通过Y向链轮(17)与Y向短链条(18)相连；通过轴承与滚珠丝杠(28)相连的Z向电机(27)，滚珠丝杠(28)通过滚珠螺母副(30)与夹子固定板(29)相连，架子固定板29()通过左直线轴承(31)和右直线轴承(33)与左侧光轴(32)、右侧光轴(34)相连接，连接架子大平台(26)与架子固定板(29)通过角块相连接。5.根据权利要求2所述的基于快门机构原理的菠萝辅助采摘机，其特征在于采摘模块(2)设有快门机构，该快门机构包括快门电机(35)、小齿轮(36)、直齿圆柱外齿轮(37)、弹簧(38)、棘爪(39)、滑块销柱(40)、快门滑块(41)、夹板(42)和棘轮(43),其中：快门电机(35)通过U形板与采摘模块(2)的底部托台相连，快门电机(35)的电机轴与小齿轮(36)相连接，小齿轮(36)与直齿圆柱外齿轮(37)相啮合，弹簧(38)的一端装在托台上，弹簧(38)的另一端顶在棘爪(39)上，棘爪(39)与棘轮(43)配合实现控制棘轮的反转并起到一定的缓冲作用，直齿圆柱外齿轮(37)周围设有对它起限位作用的3个微型轴承，滑块销柱(40)通过其下部的螺纹...

【专利技术属性】
技术研发人员：李波，张祖林，魏翔，汪谦，吴华强，李少波，梅杰，陈定方，陶孟仑，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42