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1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201810326386.3 (22)申请日 2018.04.12 (71)申请人 湖州师范学院 地址 313000 浙江省湖州市吴兴区学士路1 号 (72)发明人 吴雨鑫 汤鸿杰 汪晨浩 王启涛 杨海霞 祝守新 (74)专利代理机构 北京凯特来知识产权代理有 限公司 11260 代理人 郑立明 郑哲 (51)Int.Cl. A01D 46/30(2006.01) (54)发明名称 背负式果实采集装置 (57)摘要 本发明公开了一种背负式果实采集装置， 包 括： 背带(1)、 背。
2、包箱体(2)、 折叠式机械手臂(3)、 采摘装置(4)、 收集装置(5)与控制手柄(6)； 背带 (1)固定于背包箱体(2)前面， 折叠式机械手臂 (3)的固定端固定在背包箱体(2)内， 采摘装置 (4)设于折叠式机械手臂(3)的自由端， 收集装置 (5)设于采摘装置(4)下方收集采摘装置(4)摘下 的果实； 控制手柄(6)固定于背包箱体(2)上， 控 制折叠式机械手臂(3)的折叠与伸展， 还控制采 摘装置(4)摘取果实。 可在复杂地形中对不同类 型的水果实现自动采摘与收集， 能在平地与山地 作业， 而且能方便地对水果进行采摘并收集， 轻 便灵活、 适用于各种地形。 权利要求书2页 说明书5页。
3、 附图7页 CN 108633481 A 2018.10.12 CN 108633481 A 1.一种背负式果实采集装置， 其特征在于， 包括： 背带(1)、 背包箱体(2)、 折叠式机械手 臂(3)、 采摘装置(4)、 收集装置(5)与控制手柄(6)； 背带(1)固定于背包箱体(2)前面， 折叠式机械手臂(3)的固定端固定在背包箱体(2) 内， 采摘装置(4)设于折叠式机械手臂(3)的自由端， 收集装置(5)设于采摘装置(4)下方收 集采摘装置(4)摘下的果实； 控制手柄(6)固定于背包箱体(2)上， 控制折叠式机械手臂(3)的折叠与伸展， 还控制采 摘装置(4)摘取果实。 2.根据权利要求。
4、1所述的背负式果实采集装置， 其特征在于， 所述的采摘装置(4)包括 同步运动的剪刀伸缩机构与剪刀切断机构； 所述的剪刀伸缩机构包括基板(41)、 燕尾槽导 轨(42)、 燕尾滑块(43)、 轨迹连杆(44)、 端面槽凸轮(45)、 所述的剪刀切断机构包括左刀片 (46)、 右刀片(47)、 柱面双向凸轮(48)与弹簧(49)； 还包括驱动与剪刀伸缩机构与剪刀切断 机构的凸轮驱动电机； 所述的基板(41)与折叠式机械手臂(3)的自由端固定连接， 凸轮驱动电机安装于基板 (41)上， 凸轮驱动电机的主轴上安装端面槽凸轮(45)， 燕尾槽导轨(42)与基板(41)固定连 接， 燕尾滑块(43)设于。
5、燕尾槽导轨(42)中滑动， 轨迹连杆(44)一端与燕尾滑块(43)铰接， 轨 迹连杆(44)中部设有滚子(441)， 滚子(441)设于端面槽凸轮(45)的滑道(451)中， 轨迹连杆 (44)另一端设有长滑孔(442)， 端面槽凸轮(45)的主轴设于长滑孔(442)中； 轨迹连杆(44) 在主轴上沿长滑孔(442)滑动； 所述的柱面双向凸轮(48)固定于凸轮驱动电机的主轴上与端面槽凸轮(45)同步旋转， 左刀片(46)与右刀片(47)通过剪刀轴(40)铰接于燕尾滑块(43)上， 左刀片(46)与右刀片 (47)的把手段分别设于柱面双向凸轮(48)两侧， 弹簧(49)设于左刀片(46)与右刀片。
6、(47)的 把手段间； 凸轮驱动电机旋转带动柱面双向凸轮(48)与端面槽凸轮(45)同步旋转， 端面槽凸轮 (45)通过滚子(441)与轨迹连杆(44)带动剪刀切断机构前后伸缩移动， 同时柱面双向凸轮 (48)带动左刀片(46)与右刀片(47)开合， 切断果实柄， 摘取果实。 3.根据权利要求2所述的背负式果实采集装置， 其特征在于， 所述的柱面双向凸轮(48) 上下叠置的两片凸轮板(481)， 凸轮板(481)横截面为半椭圆形与半圆形构成的水滴形， 两 片凸轮板(481)沿凸轮驱动电机的主轴轴心对称设； 两片凸轮板(481)分别与， 左刀片(46) 与右刀片(47)的把手段接触， 驱动左刀片。
7、(46)与右刀片同步开合。 4.根据权利要求1、 2或3所述的背负式果实采集装置， 其特征在于， 所述的收集装置(5) 包括果实篮子(51)， 果实篮子(51)悬挂于采摘装置(4)下方， 摘取的果实落入果实篮子(51) 中， 收集。 5.根据权利要求1、 2或3所述的背负式果实采集装置， 其特征在于， 所述的收集装置(5) 包括固定架(52)与喇叭口管(53)； 固定架(52)固定于折叠式机械手臂(3)的自由端， 并将喇 叭口管(53)设于采摘装置(4)下方； 喇叭口管(53)开口向上， 摘取的果实落入喇叭口管 (53)， 收集。 6.根据权利要求5所述的背负式果实采集装置， 其特征在于， 所。
8、述的收集装置(5)还包 括输送管(54)； 喇叭口管(53)下方连接输送管(54)； 摘取的果实落入喇叭口管(53)后由输 送管(54)输送到暂放区收集。 权 利 要 求 书 1/2 页 2 CN 108633481 A 2 7.根据权利要求1、 2或3所述的背负式果实采集装置， 其特征在于， 所述的采摘装置(4) 上还设置摄像头(7)， 采用图像， 传输至控制手柄(6)上的显示屏显示。 权 利 要 求 书 2/2 页 3 CN 108633481 A 3 背负式果实采集装置 技术领域 0001 本发明涉及机械结构技术领域； 尤其涉及一种背负式果实采集装置。 背景技术 0002 人工采摘为当前。
9、我国最主要的水果采摘方式， 但果农在采摘高处的水果时需要借 助梯子等工具进行采摘， 有很大的危险性， 因此实现自动化采摘显得很重要。 又由于水果种 植园多分布在丘陵地区， 大型机械难以展开工作。 现有采摘装置体积庞大， 不可便携,并且 不可在山地作业。 发明内容 0003 本发明的目的是提供一种背负式果实采集装置， 可在复杂地形中对不同类型的水 果实现自动采摘与收集， 能在平地与山地作业， 而且能方便地对水果进行采摘并收集， 轻便 灵活、 适用于各种地形。 0004 本发明的目的是通过以下技术方案实现的： 0005 一种背负式果实采集装置， 包括： 背带1、 背包箱体2、 折叠式机械手臂3、 。
10、采摘装置 4、 收集装置5与控制手柄6； 0006 背带1固定于背包箱体2前面， 折叠式机械手臂3的固定端固定在背包箱体2内， 采 摘装置4设于折叠式机械手臂3的自由端， 收集装置5设于采摘装置4下方收集采摘装置4摘 下的果实； 0007 控制手柄6固定于背包箱体2上， 控制折叠式机械手臂3的折叠与伸展， 还控制采摘 装置4摘取果实。 0008 所述的采摘装置4包括同步运动的剪刀伸缩机构与剪刀切断机构； 所述的剪刀伸 缩机构包括基板41、 燕尾槽导轨42、 燕尾滑块43、 轨迹连杆44、 端面槽凸轮45、 所述的剪刀切 断机构包括左刀片46、 右刀片47、 柱面双向凸轮48与弹簧49； 还包括。
11、驱动与剪刀伸缩机构与 剪刀切断机构的凸轮驱动电机； 0009 所述的基板41与折叠式机械手臂3的自由端固定连接， 凸轮驱动电机安装于基板 41上， 凸轮驱动电机的主轴上安装端面槽凸轮45， 燕尾槽导轨42与基板41固定连接， 燕尾滑 块43设于燕尾槽导轨42中滑动， 轨迹连杆44一端与燕尾滑块43铰接， 轨迹连杆44中部设有 滚子441， 滚子441设于端面槽凸轮45的滑道451中， 轨迹连杆44另一端设有长滑孔442， 端面 槽凸轮45的主轴设于长滑孔442中； 轨迹连杆44在主轴上沿长滑孔442滑动； 0010 所述的柱面双向凸轮48固定于凸轮驱动电机的主轴上与端面槽凸轮45同步旋转， 左。
12、刀片46与右刀片47通过剪刀轴40铰接于燕尾滑块43上， 左刀片46与右刀片47的把手段分 别设于柱面双向凸轮48两侧， 弹簧49设于左刀片46与右刀片47的把手段间； 0011 凸轮驱动电机旋转带动柱面双向凸轮48与端面槽凸轮45同步旋转， 端面槽凸轮45 通过滚子441与轨迹连杆44带动剪刀切断机构前后伸缩移动， 同时柱面双向凸轮48带动左 刀片46与右刀片47开合， 切断果实柄， 摘取果实。 说 明 书 1/5 页 4 CN 108633481 A 4 0012 所述的柱面双向凸轮48上下叠置的两片凸轮板481， 凸轮板481横截面为半椭圆形 与半圆形构成的水滴形， 两片凸轮板481沿凸。
13、轮驱动电机的主轴轴心对称设； 两片凸轮板 481分别与， 左刀片46与右刀片47的把手段接触， 驱动左刀片46与右刀片同步开合。 0013 所述的收集装置5包括果实篮子51， 果实篮子51悬挂于采摘装置4下方， 摘取的果 实落入果实篮子51中， 收集。 0014 所述的收集装置5包括固定架52与喇叭口管53； 固定架52固定于折叠式机械手臂3 的自由端， 并将喇叭口管53设于采摘装置4下方； 喇叭口管53开口向上， 摘取的果实落入喇 叭口管53， 收集。 0015 所述的收集装置5还包括输送管54； 喇叭口管53下方连接输送管54； 摘取的果实落 入喇叭口管53后由输送管54输送到暂放区收集。。
14、 0016 所述的采摘装置4上还设置摄像头7， 采用图像， 传输至控制手柄6上的显示屏显 示。 0017 由上述本发明提供的技术方案可以看出， 本发明实施例提供的一种背负式果实采 集装置， 可在复杂地形中对不同类型的水果实现自动采摘与收集， 能在平地与山地作业， 而 且能方便地对水果进行采摘并收集， 轻便灵活、 适用于各种地形。 附图说明 0018 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案， 下面将对实施例描述中所需要使用 的附图作简单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例， 对于本 领域的普通技术人员来讲， 在不付出创造性劳动的前提下， 还可以根据这些附图获得其他 附。
15、图。 0019 图1为本发明实施例一提供的背负式果实采集装置的立体结构示意图； 0020 图2为本发明实施例一提供的背负式果实采集装置的机械手臂折叠状态结构示意 图； 0021 图3为本发明实施例一提供的背负式果实采集装置的机械手臂展开状态结构示意 图； 0022 图4为本发明实施例一提供的背负式果实采集装置的采摘装置结构示意图； 0023 图5为本发明实施例一提供的背负式果实采集装置的采摘装置剪刀闭合状态结构 示意图； 0024 图6为本发明实施例一提供的背负式果实采集装置的采摘装置剪刀张开状态结构 示意图； 0025 图7为本发明实施例一提供的背负式果实采集装置的采摘装置运动状态示意图； 。
16、0026 图8为本发明实施例二提供的背负式果实采集装置的立体结构示意图； 0027 图9为本发明实施例二提供的背负式果实采集装置的机械手臂展开状态结构示意 图。 具体实施方式 0028 下面结合本发明实施例中的附图， 对本发明实施例中的技术方案进行清楚、 完整 地描述， 显然， 所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于本 说 明 书 2/5 页 5 CN 108633481 A 5 发明的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施 例， 都属于本发明的保护范围。 0029 下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述。 0030 实。
17、施例一 0031 如图1到图3所示， 一种背负式果实采集装置， 包括： 背带1、 背包箱体2、 折叠式机械 手臂3、 采摘装置4、 收集装置5与控制手柄6； 所述的背带1固定于背包箱体2前面， 这里前面 指的是靠近操作人员身体后背的一面； 本例以此为参考， 并不特指前后。 如图2与图3所示， 折叠式机械手臂3的固定端固定在背包箱体2内， 固定端指的是折叠式机械手臂3的 “肩” 的 一端， 也就是与背包箱体2固定的一端， 也称后端， 本例的折叠式机械手臂3有三段， 是奇数 段， 固定于背包箱体2的底部， 如果折叠式机械手臂3有两段或四段的偶数段， 则可以固定于 背包箱体2的顶部。 同时为了便于折。
18、叠与展开， 背包箱体2的后面是敞开的， 无面板。 本例的 三段结构类似于吊车的三段的折叠吊臂， 其展开与运动的方式也与吊车的类似， 如采用曲 柄连杆机构， 其采用三个步进电机驱动， 连杆机构大致由前臂、 主臂与副臂及基座等组成， 从而保证将机械臂末端的可平衡自动将采摘装置4送到竖直平面的任意位置。 属于本领域 技术人员公知的技术， 不再详述。 0032 采摘装置4设于折叠式机械手臂3的自由端， 自由端指的是折叠式机械手臂3的 “手” 的一端， 也就是安装 “手” 的一端， 就是自由活动端， 安装采摘装置4。 0033 本例的采摘装置4如图4至6所示， 所述的采摘装置4包括同步运动的剪刀伸缩机构。
19、 与剪刀切断机构； 所述的剪刀伸缩机构包括基板41、 燕尾槽导轨42、 燕尾滑块43、 轨迹连杆 44、 端面槽凸轮45、 所述的剪刀切断机构包括左刀片46、 右刀片47、 柱面双向凸轮48与弹簧 49； 还包括驱动与剪刀伸缩机构与剪刀切断机构的凸轮驱动电机。 凸轮驱动电机采用步进 电机。 0034 所述的基板41与折叠式机械手臂3的自由端固定连接， 凸轮驱动电机安装于基板 41上， 凸轮驱动电机的主轴上安装端面槽凸轮45， 燕尾槽导轨42与基板41固定连接， 燕尾滑 块43设于燕尾槽导轨42中滑动， 轨迹连杆44一端与燕尾滑块43铰接， 轨迹连杆44中部设有 滚子441， 滚子441设于端面。
20、槽凸轮45的滑道451中， 轨迹连杆44另一端设有长滑孔442， 端面 槽凸轮45的主轴设于长滑孔442中； 轨迹连杆44在主轴上沿长滑孔442滑动。 0035 所述的柱面双向凸轮48固定于凸轮驱动电机的主轴上与端面槽凸轮45同步旋转， 左刀片46与右刀片47通过剪刀轴40铰接于燕尾滑块43上， 左刀片46与右刀片47的把手段分 别设于柱面双向凸轮48两侧， 弹簧49设于左刀片46与右刀片47的把手段间； 凸轮驱动电机 旋转带动柱面双向凸轮48与端面槽凸轮45同步旋转， 端面槽凸轮45通过滚子441与轨迹连 杆44带动剪刀切断机构前后伸缩移动， 同时柱面双向凸轮48带动左刀片46与右刀片47开。
21、 合， 切断果实柄， 摘取果实。 具体的， 所述的柱面双向凸轮48上下叠置的两片凸轮板481， 凸 轮板481横截面为半椭圆形与半圆形构成的水滴形， 两片凸轮板481沿凸轮驱动电机的主轴 轴心对称设； 两片凸轮板481分别与， 左刀片46与右刀片47的把手段接触， 驱动左刀片46与 右刀片同步开合。 0036 如图7所示， 为采摘装置4的运动状态图， X轴表示柱面双向凸轮48与端面槽凸轮45 的转角， Y1轴表示剪刀伸缩的距离， Y2轴表示剪刀的开度大小， 二者同步运动。 0037 收集装置5设于采摘装置4下方收集采摘装置4摘下的果实； 本例的收集装置5包括 说 明 书 3/5 页 6 CN 。
22、108633481 A 6 果实篮子51， 果实篮子51悬挂于采摘装置4下方， 可以在折叠式机械手臂3打开后挂机上采 摘装置4。 摘取的果实落入果实篮子51中， 收集。 这里的果实篮子51结构同样适用于实施例 二。 0038 控制手柄6固定于背包箱体2上， 控制折叠式机械手臂3的折叠与伸展， 还控制采摘 装置4摘取果实。 具体的控制手柄6包括， 支撑臂61与控制面板62， 控制面板62通过支撑臂61 固定于背包箱体2的左或右侧面， 且控制面板62处于操作人员的胸前下方， 便于操作。 0039 控制面板62上包括机械手臂控制杆， 可以独立控制折叠式机械手臂3的折叠与打 开， 并且控制折叠式机械手。
23、臂3向前延伸带动采摘装置4运动， 使采摘装置4移动到果实的根 部位置； 同时控制面板62上还包括采摘控制杆， 此时通过采摘控制杆驱动凸轮驱动电机工 作， 摘取果实。 摘取的果实落入果实篮子51中， 收集。 控制面板62可以通过电缆线连接控制 折叠式机械手臂3和驱动机构与凸轮驱动电机， 也可以通过无线的方式连接， 进行摇控， 摇 控器不使用时， 可以放于背包口袋中。 这里的控制方式均为公知的控制技术， 不再详述。 0040 另外， 为了便于观察果实的情况， 所述的采摘装置4上还设置摄像头7， 采集图像， 传输至控制手柄6上的显示屏显示。 0041 实施例二 0042 如图8到图9所示， 一种背负。
24、式果实采集装置， 包括： 背带1、 背包箱体2、 折叠式机械 手臂3、 采摘装置4、 收集装置5与控制手柄6； 所述的背带1固定于背包箱体2前面， 这里前面 指的是靠近操作人员身体后背的一面； 本例以此为参考， 并不特指前后。 如图2与图3所示， 折叠式机械手臂3的固定端固定在背包箱体2内， 固定端指的是折叠式机械手臂3的 “肩” 的 一端， 也就是与背包箱体2固定的一端， 也称后端， 本例的折叠式机械手臂3有三段， 是奇数 段， 固定于背包箱体2的底部， 如果折叠式机械手臂3有两段或四段的偶数段， 则可以固定于 背包箱体2的顶部。 同时为了便于折叠与展开， 背包箱体2的后面是敞开的， 无面板。
25、。 本例的 三段结构类似于吊车的三段的折叠吊臂， 其展开与运动的方式也与吊车的类似， 属于本领 域技术人员公知的技术， 不再详述。 0043 采摘装置4设于折叠式机械手臂3的自由端， 自由端指的是折叠式机械手臂3的 “手” 的一端， 也就是安装 “手” 的一端， 就是自由活动端， 安装采摘装置4。 0044 本例的采摘装置4如图4至6所示， 所述的采摘装置4包括同步运动的剪刀伸缩机构 与剪刀切断机构； 所述的剪刀伸缩机构包括基板41、 燕尾槽导轨42、 燕尾滑块43、 轨迹连杆 44、 端面槽凸轮45、 所述的剪刀切断机构包括左刀片46、 右刀片47、 柱面双向凸轮48与弹簧 49； 还包括驱。
26、动与剪刀伸缩机构与剪刀切断机构的凸轮驱动电机。 凸轮驱动电机采用步进 电机。 0045 所述的基板41与折叠式机械手臂3的自由端固定连接， 凸轮驱动电机安装于基板 41上， 凸轮驱动电机的主轴上安装端面槽凸轮45， 燕尾槽导轨42与基板41固定连接， 燕尾滑 块43设于燕尾槽导轨42中滑动， 轨迹连杆44一端与燕尾滑块43铰接， 轨迹连杆44中部设有 滚子441， 滚子441设于端面槽凸轮45的滑道451中， 轨迹连杆44另一端设有长滑孔442， 端面 槽凸轮45的主轴设于长滑孔442中； 轨迹连杆44在主轴上沿长滑孔442滑动。 0046 所述的柱面双向凸轮48固定于凸轮驱动电机的主轴上与端。
27、面槽凸轮45同步旋转， 左刀片46与右刀片47通过剪刀轴40铰接于燕尾滑块43上， 左刀片46与右刀片47的把手段分 别设于柱面双向凸轮48两侧， 弹簧49设于左刀片46与右刀片47的把手段间； 凸轮驱动电机 说 明 书 4/5 页 7 CN 108633481 A 7 旋转带动柱面双向凸轮48与端面槽凸轮45同步旋转， 端面槽凸轮45通过滚子441与轨迹连 杆44带动剪刀切断机构前后伸缩移动， 同时柱面双向凸轮48带动左刀片46与右刀片47开 合， 切断果实柄， 摘取果实。 具体的， 所述的柱面双向凸轮48上下叠置的两片凸轮板481， 凸 轮板481横截面为半椭圆形与半圆形构成的水滴形， 两。
28、片凸轮板481沿凸轮驱动电机的主轴 轴心对称设； 两片凸轮板481分别与， 左刀片46与右刀片47的把手段接触， 驱动左刀片46与 右刀片同步开合。 0047 如图7所示， 为采摘装置4的运动状态图， X轴表示柱面双向凸轮48与端面槽凸轮45 的转角， Y1轴表示剪刀伸缩的距离， Y2轴表示剪刀的开度大小， 二者同步运动。 0048 收集装置5设于采摘装置4下方收集采摘装置4摘下的果实； 可以在折叠式机械手 臂3打开后挂机上采摘装置4。 本例的收集装置5包括固定架52、 喇叭口管53与输送管54； 固 定架52固定于折叠式机械手臂3的自由端， 并将喇叭口管53设于采摘装置4下方； 喇叭口管 5。
29、3开口向上， 下方连接输送管54； 摘取的果实落入喇叭口管53后由输送管54输送到暂放区 收集。 这里的收集装置结构同样适用于实施例一。 0049 控制面板62上包括机械手臂控制杆， 可以独立控制折叠式机械手臂3的折叠与打 开， 并且控制折叠式机械手臂3向前延伸带动采摘装置4运动， 使采摘装置4移动到果实的根 部位置； 同时控制面板62上还包括采摘控制杆， 此时通过采摘控制杆驱动凸轮驱动电机工 作， 摘取果实。 摘取的果实落入果实篮子51中， 收集。 控制面板62可以通过电缆线连接控制 折叠式机械手臂3和驱动机构与凸轮驱动电机， 也可以通过无线的方式连接， 进行摇控， 摇 控器不使用时， 可以。
30、放于背包口袋中。 这里的控制方式均为公知的控制技术， 不再详述。 0050 另外， 为了便于观察果实的情况， 所述的采摘装置4上还设置摄像头， 采集图像， 传 输至控制手柄6上的显示屏显示。 0051 综上所述， 本专利可以穿戴在果农身上， 站立在地上便可以轻松操作装置内的机 械臂对位于高处的水果进行采摘和运输。 项目产品解决了果农采摘时手臂长时间高举的酸 痛和高处采摘的危险性。 通过置于人体腰间附近的控制面板来控制整个装置内部的步进电 机的运动， 在不影响采摘水果时的灵活多变与适用于多种地形特点的同时， 降低了劳动强 度， 解放了劳动力。 0052 以上所述， 仅为本发明较佳的具体实施方式，。
31、 但本发明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发明揭露的技术范围内， 可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。 因此， 本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范 围为准。 说 明 书 5/5 页 8 CN 108633481 A 8 图1 说 明 书 附 图 1/7 页 9 CN 108633481 A 9 图2 说 明 书 附 图 2/7 页 10 CN 108633481 A 10 图3 说 明 书 附 图 3/7 页 11 CN 108633481 A 11 图4 图5 说 明 书 附 图 4/7 页 12 CN 108633481 A 12 图6 图7 说 明 书 附 图 5/7 页 13 CN 108633481 A 13 图8 说 明 书 附 图 6/7 页 14 CN 108633481 A 14 图9 说 明 书 附 图 7/7 页 15 CN 108633481 A 15 。