一种转筒式落地林果捡拾装置及方法与流程

1.本发明涉及林果收获机械，特别是一种转筒式落地林果捡拾装置及方法。


背景技术：

2.目前，我国果品总种植面积和产量均占世界首位，林果种类丰富，产业价值持续提高，已成为种植业中位列粮食、蔬菜之后的第三大产业，在我国作物种植中有着重要的地位，其作物生产是一个潜力巨大的朝阳产业，具有非常广阔的发展场景。林果收获作业是林果生产全过程中最重要的环节，季节性强，劳动密集，所用劳动力占整个生产过程所用劳动力的35％～45％。另外，林果一般在其成熟后自动掉落时营养价值最高，为了更好地提高林果品质，人为地推迟林果收获期，使果园中的林果继续在果树枝上挂果，完成自然干燥的过程。但该种方式致使30～50％的林果自然脱落，形成落地林果，因此捡拾落地林果已成为林果收获的重要环节。
3.我国林果品种繁多，种植环境复杂，目前在实际收获过程中，仍以人工或简单器具辅助捡拾为主，但存在劳动强度大与作业环境差(易被林果刺扎伤)、捡拾效率低(平均30kg/h)、人工费用高(约占果园成本的30％～50％)，并且其它作物收获期重叠，劳动力紧张，致使大量林果无法实时收获，果实品质将会受到直接的影响，并造成严重的经济损失，机械捡拾逐渐成为最有效的落地林果捡拾方式，能够快速高效地进行林果采收，收获效率是人工收获的5～10倍。因此，实现落地林果机械化捡拾是林果产业发展的必然趋势，对于林果业发展有着重要的意义。
4.现有技术的落地林果捡拾机械主要采用机械式和气力式，其中机械式按照作业形式可分为滚筒式、拨杆夹取式、刮板输送链式及挑钩式等，属于硬性接触，工作效率较高，易造成林果损伤、漏检、含杂高等现象，而气力式根据气力作业方向可分为气吸式和气吹式，属于柔性接触，损伤率低，但由于自身限制，现有风机负压不足，致使有效作业范围较小，工作效率低，含杂率较高。目前还没有相对成熟、完善、先进的落地林果捡拾机械，现有机械已满足不了林果生产和收获的需要，达不到林果产业化、规模化的发展要求，并成为制约林果作物产业化发展的瓶颈。因此，提高捡拾效率、降低含杂率、损伤率和提升林果收获品质是落地林果自动化捡拾技术的重要研究方向。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述问题，提供一种转筒式落地林果捡拾装置及方法。
6.为了实现上述目的，本发明提供了一种转筒式落地林果捡拾装置，其中，包括：
7.机架；
8.凸轮捡拾机构，安装在所述机架上，用于捡拾落地林果，实现落地林果柔性清扫和伸缩夹持捡拾，并完成自动卸果和分选；
9.一层收获箱，安装在所述机架上，用于收集所述凸轮捡拾机构柔性清扫的林果；
10.捡拾栅条，安装在所述一层收获箱上，用于将所述凸轮捡拾机构柔性清扫的林果捡拾到所述一层收获箱中，并提供分选空间；
11.二层收获箱，安装在所述机架上，用于收集所述凸轮捡拾机构伸缩夹持的林果；
12.卸果机构，安装在所述机架上，用于将所述凸轮捡拾机构卸下的林果排到二层收获箱中；
13.风机，安装在所述机架上，用于分选所述捡拾栅条上的林果混合物；
14.传动机构，安装在所述机架上，并分别与所述凸轮捡拾机构、卸果机构和所述风机连接；以及
15.控制装置，安装在所述机架上，并与所述传动机构连接，用于实时调整所述传动机构的工作速度。
16.上述的转筒式落地林果捡拾装置，其中，所述凸轮捡拾机构包括：
17.凸轮捡拾轴，安装在所述机架上；
18.凸轮转筒，与所述凸轮捡拾轴连接，用于实现偏心运动，所述凸轮转筒包括凸轮卷筒和滚筒，所述凸轮卷筒对称并列安装在所述滚筒上，所述凸轮卷筒的内侧设有轨道；所述滚筒包括支撑片、圆筒和固定块，所述支撑片对称并列安装在所述圆筒上，所述圆筒的表面阵列设置有圆周空孔；所述固定块错开排列安装在所述滚筒表面上；
19.推杆组，用于实现自动卸果，包括推杆单元和捡拾齿孔板，所述推杆单元并列安装在所述捡拾齿孔板的两端；以及
20.捡拾单元，用于实现落地林果柔性清扫夹持捡拾，包括毛刷和捡拾齿，所述捡拾齿的一端与所述固定块安装，所述捡拾齿的另一端安装在所述捡拾齿孔板上，用于实现夹持落地林果；所述毛刷安装在所述捡拾齿的顶端，用于完成落地林果的柔性清扫。
21.上述的转筒式落地林果捡拾装置，其中，所述推杆单元包括第一推杆、第二推杆、滚子和空心型钢，所述第一推杆和第二推杆的一端分别以一角度安装在所述空心型钢表面上，所述第一推杆的另一端安装在所述滚子上，所述滚子安装在所述凸轮卷筒的轨道内，所述第二推杆的另一端安装在所述支撑片上；所述推杆推动所述滚子沿着所述凸轮卷筒的轨道运动，带动所述捡拾齿孔板运动，以完成所述捡拾齿的伸缩。
22.上述的转筒式落地林果捡拾装置，其中，所述捡拾齿孔板表面阵列一排空孔，并与所述固定块一一对应。
23.上述的转筒式落地林果捡拾装置，其中，所述卸果机构包括：
24.卸果辊，安装在所述机架上；
25.安装块，固定在所述卸果辊上，并以线性和圆周阵列分布，所述安装块的表面设置有两个开孔；
26.卸果板，固定在所述安装块上；以及
27.挡果板，并列对称安装在所述卸果辊上，用于避免林果从两侧漏出。
28.上述的转筒式落地林果捡拾装置，其中，所述一层收获箱包括第一框架和第一金属网，所述第一金属网围绕所述第一框架形成第一容置空间，所述第一容置空间的顶端为收集所述凸轮捡拾机构柔性清扫的林果入口。
29.上述的转筒式落地林果捡拾装置，其中，所述二层收获箱包括第二框架和第二金属网，所述第二金属网围绕所述第二框架形成第二容置空间，所述第二容置空间的顶端为
收集所述凸轮捡拾机构伸缩夹持的林果入口。
30.上述的转筒式落地林果捡拾装置，其中，所述捡拾栅条包括：
31.支架，安装在所述第一框架上；
32.栅条，以阵列方式安装在所述支架上；以及
33.挡板，对称并列安装在所述支架上，用于避免林果从两侧漏出。
34.为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种转筒式落地林果捡拾方法，其中，包括以下步骤：
35.s100、根据需捡拾落地的林果调节捡拾齿之间的距离；
36.s200、通过控制装置调节传动机构到预设值，并待所述传动机构运行平稳；
37.s300、滚筒运动，在毛刷柔性清扫和捡拾齿夹持的共同作用下，将地面上的林果捡拾起来；
38.s400、在毛刷柔性清扫和风机风力的作用下，落地林果顺着捡拾栅条进入到一层收获箱中；
39.s500、在捡拾齿夹持的作用下，落地林果随着所述滚筒共同转动，推杆推动滚子沿着所述凸轮卷筒的轨道运动，并带动捡拾齿孔板运动，所述推杆从最低位置运行至最高位置后重新回到最低位置往复循环运动，在最高点时，所述推杆推动所述捡拾齿孔板将捡拾齿推出，实现自动卸果；在最低点时，所述推杆拉回所述捡拾齿孔板使所述捡拾齿伸出夹持落地林果，并随滚筒转动重复捡拾林果和卸果过程；以及
40.s600、卸果机构运动，卸下来的林果随着卸果板运动收集到二层收获箱中，所述捡拾齿的顶点与所述卸果板的间距小于落地林果的尺寸。
41.上述的转筒式落地林果捡拾方法，其中：
42.捡拾齿的间隔s≤kmin(r1,r2,r3)，其中k为经验系数，一般取0.25～0.50，r1为林果的长径，r2为林果的横径，r3为林果的纵径。
43.所述风机产生的气流速度满足：v
e
＜v
a
＜v
f
，其中，v
e
为杂质的悬浮速度，v
f
为林果的悬浮速度，v
a
为风机产生的气流速度；所述捡拾栅条的倾斜角度满足：tanα＞f，其中，α为所述捡拾栅条的倾斜角度；f为杂质与所述捡拾栅条表面材料的摩擦系数。
44.捡拾齿孔板的相对轨迹方程为(经过t时间，滚筒转动ωt角度，a、b、c及d点由初始位置运动到a1、b1、c1及d1位置)：
[0045][0046]
r为第二推杆另一端安装在支撑片上的回转半径；ω为滚筒的转速；θ为a1b1与垂直竖线的夹角；r1为第二推杆(a1b1)的长度；b1c1为第一推杆；d1为捡拾齿的顶点。
[0047]
凸轮捡拾机构的转速n1与卸果机构的转速n2需满足：1≤i＝n2/n1≤3。
[0048]
本发明的技术效果在于：
[0049]
本发明从根本上解决了落地林果捡拾效率低、损伤率高、含杂率高等问题，降低劳动强度和作业成本，达到高效低损、高质低杂的工作效果，有效提升了落地林果捡拾性能和自动化程度。其中，根据捡拾落地林果的对象，适当增加或删减捡拾滚筒轴向和径向捡拾齿的数量，可实现不同落地林果的捡拾；在毛刷柔性清扫和捡拾齿夹持的共同作用下，将地面上的林果捡拾起来，有效提高林果捡拾效率；在毛刷柔性清扫和风机产生的气力作用下，以
及通过凸轮轨道控制捡拾齿捡拾林果、卸果过程，极大降低了损伤率和含杂率。
[0050]
以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
[0051]
图1为本发明一实施例的装置整体结构示意图；
[0052]
图2为本发明一实施例的凸轮捡拾机构结构示意图；
[0053]
图3为本发明一实施例的凸轮转筒结构示意图；
[0054]
图4为本发明一实施例的滚筒结构示意图；
[0055]
图5为本发明一实施例的捡拾齿结构示意图；
[0056]
图6为本发明一实施例的推杆组结构示意图；
[0057]
图7为本发明一实施例的推杆单元结构示意图；
[0058]
图8为本发明一实施例的卸果机构结构示意图；
[0059]
图9为本发明一实施例的捡拾栅条结构示意图；
[0060]
图10为本发明一实施例的捡拾齿孔板的相对轨迹图。
[0061]
其中，附图标记
[0062]
1 机架
[0063]
2 控制装置
[0064]
3 凸轮捡拾机构
[0065]
31 推杆组
[0066]
311 推杆单元
[0067]
3111 滚子
[0068]
3112 第一推杆
[0069]
3113 空心型钢
[0070]
3114 第二推杆
[0071]
312 捡拾齿孔板
[0072]
32 捡拾单元
[0073]
321 毛刷
[0074]
322 捡拾齿
[0075]
33 凸轮转筒
[0076]
331 凸轮卷筒
[0077]
332 滚筒
[0078]
3321 支撑片
[0079]
3322 固定块
[0080]
3323 圆筒
[0081]
34 凸轮捡拾轴
[0082]
4 卸果机构
[0083]
41 卸果辊
[0084]
42 挡果板
[0085]
43 安装块
[0086]
44 卸果板
[0087]
5 捡拾栅条
[0088]
51 挡板
[0089]
52 支架
[0090]
53 栅条
[0091]
6 风机
[0092]
7 传动机构
[0093]
8 一层收获箱
[0094]
9 二层收获箱
具体实施方式
[0095]
下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
[0096]
参见图1，图1为本发明一实施例的装置整体结构示意图。本发明的转筒式落地林果捡拾装置，包括：机架1；凸轮捡拾机构3，安装在所述机架1上，用于捡拾落地林果，实现落地林果柔性清扫和伸缩夹持捡拾，并完成自动卸果和分选；一层收获箱8，安装在所述机架1上，用于收集所述凸轮捡拾机构3柔性清扫的林果；捡拾栅条5，安装在所述一层收获箱8上，用于将所述凸轮捡拾机构3柔性清扫的林果捡拾到所述一层收获箱8中，并为分选提供空间；二层收获箱9，安装在所述机架1上，用于收集所述凸轮捡拾机构3伸缩夹持的林果；卸果机构4，安装在所述机架1上，用于将所述凸轮捡拾机构3卸下的林果排到二层收获箱9中；风机6，安装在所述机架1上，用于分选所述捡拾栅条5上的林果混合物；传动机构7，安装在所述机架1上，并分别与所述凸轮捡拾机构3、卸果机构4和所述风机6连接；以及控制装置2，安装在所述机架1上，并与所述传动机构7连接，用于实时调整所述传动机构7的工作速度。其中，传动机构7包括：凸轮捡拾传动机构，凸轮捡拾传动机构与凸轮捡拾机构3连接；卸果传动机构，卸果传动机构与卸果机构4连接；风机传动机构，风机传动机构与风机6连接。
[0097]
其中，所述一层收获箱8包括第一框架和第一金属网，所述第一金属网围绕所述第一框架形成第一容置空间，所述第一容置空间的顶端为收集所述凸轮捡拾机构3柔性清扫的林果入口。所述二层收获箱9包括第二框架和第二金属网，所述第二金属网围绕所述第二框架形成第二容置空间，所述第二容置空间的顶端为收集所述凸轮捡拾机构3伸缩夹持的林果入口。
[0098]
参见图2
‑
图5，图2为本发明一实施例的凸轮捡拾机构3结构示意图，图3为本发明一实施例的凸轮转筒33结构示意图，图4为本发明一实施例的滚筒332结构示意图，图5为本发明一实施例的捡拾单元32结构示意图。本实施例中，所述凸轮捡拾机构3包括：凸轮捡拾轴34，安装在所述机架1上；凸轮转筒33，与所述凸轮捡拾轴34连接，用于实现偏心运动，所述凸轮转筒33包括凸轮卷筒331和滚筒332，所述凸轮卷筒331对称并列安装在所述滚筒332上，轴心偏离圆心一定距离l，实现偏心运动，形成凸轮运动轨迹，所述凸轮卷筒331的内侧设有轨道；所述滚筒332包括支撑片3321、圆筒3323和固定块3322，所述支撑片3321对称并列安装在所述圆筒3323上，所述圆筒3323的表面阵列设置有圆周空孔，用于固定推杆组31；所述固定块3322错开排列安装在所述滚筒332表面上，用于固定捡拾齿322；推杆组31，用于实现自动卸果，包括推杆单元311和捡拾齿孔板312，所述推杆单元311并列安装在所述捡拾
齿孔板312的两端；以及捡拾齿322，用于实现落地林果柔性清扫夹持捡拾，包括毛刷321和捡拾齿322，所述捡拾齿322的一端与所述固定块3322安装，所述捡拾齿322的另一端安装在所述捡拾齿孔板312上，用于实现夹持落地林果；所述毛刷321安装在所述捡拾齿322的顶端，用于完成落地林果的柔性清扫。
[0099]
参见图6
‑
图7，图6为本发明一实施例的推杆组31结构示意图，图7为本发明一实施例的推杆单元311结构示意图。本实施例的所述推杆单元311包括第一推杆3112、第二推杆3114、滚子3111和空心型钢3113，所述第一推杆3112和第二推杆3114的一端分别以一定角度安装在所述空心型钢3113表面上，所述第一推杆3112的另一端安装在所述滚子3111上，所述滚子3111安装在所述凸轮卷筒331的轨道内，所述第二推杆3114的另一端安装在所述支撑片3321上；所述推杆推动所述滚子3111沿着所述凸轮卷筒331的轨道运动，带动所述捡拾齿孔板312运动，以完成所述捡拾齿322的伸缩。所述捡拾齿孔板312表面阵列一排空孔，并与所述固定块3322一一对应。
[0100]
参见图8，图8为本发明一实施例的卸果机构4结构示意图。本实施例的所述卸果机构4包括：卸果辊41，安装在所述机架1上；安装块43，固定在所述卸果辊41上，并以线性和圆周阵列分布，所述安装块43的表面设置有两个开孔；卸果板44，固定在所述安装块43上；以及挡果板42，并列对称安装在所述卸果辊41上，用于避免林果从两侧漏出。
[0101]
参见图9，图9为本发明一实施例的捡拾栅条5结构示意图。所述捡拾栅条5包括：支架52，安装在所述第一框架上；栅条53，以阵列方式安装在所述支架52上，栅条53之间的间距h＝s；以及挡板51，对称并列安装在所述支架52上，用于避免林果从两侧漏出。
[0102]
本发明的转筒式落地林果捡拾方法，包括以下步骤：
[0103]
步骤s100、根据需捡拾落地的林果对象，调节捡拾齿322之间的距离，便于捡拾不同种类的果实，其中捡拾齿322的间隔s≤kmin(r1,r2,r3)，其中k为经验系数，一般取0.25～0.50，r1为林果的长径，r2为林果的横径，r3为林果的纵径；
[0104]
步骤s200、通过控制装置2调节传动机构7(包括风机6电机、卸果机构4电机、凸轮捡拾机构3电机)到预设值，并待各个所述传动机构7运行平稳；
[0105]
步骤s300、滚筒332优选以逆时针方向运动，在毛刷321柔性清扫和捡拾齿322夹持的共同作用下，将地面上的林果捡拾起来；
[0106]
步骤s400、在毛刷321柔性清扫和风机6风力的作用下，落地林果顺着捡拾栅条5进入到一层收获箱8中，其中，风机6产生的气流速度满足：v
e
＜v
a
＜v
f
，v
e
为枣叶、枝条等杂质的悬浮速度，v
f
为林果的悬浮速度，v
a
为风机6产生的气流速度，捡拾栅条5的倾斜角度满足：tanα＞f，其中α为捡拾栅条5的倾斜角度；f为碎石、土块等杂质与捡拾栅条5表面材料的摩擦系数，以实现林果与杂质的分选工作；
[0107]
步骤s500、在捡拾齿322夹持的作用下，落地林果随着所述滚筒332共同转动，推杆推动滚子3111沿着所述凸轮卷筒331的轨道运动，并带动捡拾齿孔板312运动，所述推杆从最低位置被推到运行至最高位置后重新回到最低位置，往复循环运动，在最高点时，所述推杆推动所述捡拾齿孔板312将捡拾齿322从捡拾齿孔板312中推出，实现自动卸果；在最低点时，所述推杆拉回所述捡拾齿孔板312使所述捡拾齿322伸出夹持落地林果，并随滚筒332转动重复捡拾林果和卸果过程，其中，捡拾齿322的数量可根据要求选取，适当增加或删减捡拾滚筒332轴向和径向捡拾齿322的数量，可实现不同落地林果的捡拾，通过凸轮轨道控制
捡拾齿322捡拾林果、卸果过程，优选捡拾齿322的材料为橡胶材料，以防损伤林果；参见图10，图10为本发明一实施例的捡拾齿孔板312的相对轨迹图，如图10所示，捡拾齿孔板312的相对轨迹方程为(经过t时间，滚筒332转动ωt角度，a、b、c及d点由初始位置运动到a1、b1、c1及d1位置)：
[0108][0109]
r为第二推杆3114另一端安装在支撑片3321上的回转半径；ω为滚筒332的转速；θ为a1b1与垂直竖线的夹角；r1为第二推杆3114(a1b1)的长度；b1c1为第一推杆3112；d1为捡拾齿322的顶点；以及
[0110]
步骤s600、卸果机构4以顺时针方向运动，将捡拾齿322上卸下来的林果随着卸果板44运动收集到二层收获箱9中，所述捡拾齿322的顶点与所述卸果板44的间距小于落地林果的尺寸，其中，捡拾齿322的顶点与卸果板44的间距要小于落地林果的尺寸，以防林果遗漏下去；凸轮捡拾机构3的转速n1与卸果机构4的转速n2需满足：1≤i＝n2/n1≤3。
[0111]
工作前，通过控制装置2调节风机6电机、卸果机构4电机、凸轮捡拾机构3电机到预设值，待各个传动机构7运动平稳。滚筒332以逆时针方向运动，捡拾齿孔板312、推杆、滚子3111、毛刷321和捡拾齿322随着滚筒332共同转动。在毛刷321柔性清扫和捡拾齿322夹持的共同作用下，将落地林果捡拾起来，其中在毛刷321柔性清扫的作用下，落地林果顺着捡拾栅条5进入到一层收获箱8中，与此同时风机6产生的气力吹向捡拾栅条5，果叶与枝条等轻杂质被吹走，土块、碎石头等重杂质顺着捡拾栅条5表面滑落下去，完成林果清选过程；在捡拾齿322夹持的作用下，落地林果随着滚筒332共同转动，与此同时推杆推动滚子3111沿着凸轮轨道运动，带动捡拾齿孔板312运动，推杆从最低位置被推到最高位置后重新回到最低位置，在最低点到最高点过程中，推杆推动捡拾齿孔板312将捡拾齿322从捡拾齿孔板312中推出，致使其夹持的林果被排出，实现自动卸果过程；当在最高点到最低点过程中，推杆拉回捡拾齿孔板312使捡拾齿322伸出，实现夹持落地林果过程，一直循环运动，捡拾齿322随滚筒332转动重复完成捡拾林果和卸果过程；然后卸果机构4以顺时针方向运动，与滚筒332保持相反方向，将捡拾齿322上排下来的林果，在卸果板44拨动的作用下收集到二层收获箱9中，最终完成落地林果捡拾工作。
[0112]
本发明可以实现落地林果柔性清扫和伸缩夹持捡拾过程，完成自动卸果和分选工作，从根本上解决了落地林果捡拾效率低、损伤率高、含杂率高及劳动强度大、作业成本高等问题，降低了劳动强度和作业成本，极大提高林果捡拾效率，有效降低损伤率和含杂率，确保林果收获品质，达到高效低损、高质低杂的工作效果，有效提升了落地林果捡拾性能和自动化程度。
[0113]
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。