技术领域
[0001] 本发明涉及水果采摘技术领域，尤其涉及一种水果采摘系统。
相关背景技术
[0002] 目前市场上的水果采摘机一般分为三种，一种是利用机械手进行采摘，其优点是可以精确采摘水果，其缺点在于采摘水果效率不高、成本昂贵、不易于推广。另一种为大型的振动式水果采摘机，其优点在于可进行大规模、高效率的采摘，其缺点则是对水果和果树损伤较大。还有一种为简易剪刀式水果采摘机，其优点在于操作简单、成本较低，其缺点在于采摘效率低、劳动强度较大、难以准确的找到水果位置并剪断该水果的果柄。
具体实施方式
[0039] 下面将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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0040] 请参见图1，其为本发明一实施例提供的一种水果采摘系统1的结构示意图。水果采摘系统1包括：水果采摘装置10、水果保护装置20、水果存储箱30、收集杆组件40。水果采摘装置10连接水果保护装置20，水果保护装置20连接水果存储箱，收集杆组件40的上端固定水果采摘装置10。
[0041] 具体地，水果采摘装置10为一壳体结构，用于将水果套入壳体结构内部并采摘水果。如图2a和图2b所示，水果采摘装置10包括：采摘盒11、采摘组件12、采摘组件13、弹性元件14。
[0042] 采摘盒11可例如为用钢板或尼龙板等材料加工形成的套筒状零件，其包括开口111和与开口111相对的开口112。采摘盒11还包括位于开口111和开口112之间的侧壁113、侧壁114、侧壁115以及侧壁116。侧壁113与侧壁114相对设置，侧壁115与侧壁116相对设置。
开口111可例如为采摘盒11的上部开口，开口112例如为采摘盒11的下部开口。
[0043] 采摘组件12设置于靠近开口111的侧壁113内侧。采摘组件12可以例如通过铆钉连接或螺纹连接等方式固定在侧壁113内侧。如图2b所示，采摘组件12包括上铰接座121、下铰接座122、挡板123以及采摘板124。上铰接座121和下铰接座122分别固定于靠近开口111的侧壁113内侧。上铰接座121的铰接中心A和下铰接座122的铰接中心B之间在竖直方向上具有预设距离D1。所述预设距离D1典型地大于0。下铰接座122位于上铰接座121远离开口111的一侧，即上铰接座121比下铰接座122更靠近开口111。此处值得一提的是，上铰接座121和下铰接座122也可以设置在一个零件上、且通过所述零件固定于靠近开口111的侧壁113内侧。再者，采摘组件12还可以包括具有同轴铰接中心的多组上铰接座121和具有同轴铰接中心的多组下铰接座122。这样可提高采摘组件12的稳定性和刚性。
[0044] 挡板123包括第一端E1和与第一端E1相对的第二端E2。第一端E1为铰接端。第一端E1铰接于下铰接座122。第二端E2通过弹性元件14与采摘盒11的侧壁113内侧连接。此处的弹性元件14可例如为弹簧或者皮筋等。当弹性元件14为压缩弹簧时，第二端E2通过压缩弹簧连接于采摘盒11远离第一开口111的侧壁13内侧。当弹性元件14为拉伸弹簧、弹性簧片或皮筋时，第二端E2通过拉伸弹簧或皮筋连接于采摘盒11靠近第一开口111的侧壁113内侧。
[0045] 采摘板124包括第一端E3和与第一端E3相对的第二端E4。第一端E3为铰接端。第一端E3铰接于上铰接座121。这样一来，上铰接座121、下铰接座122、挡板123、采摘板124形成了双摇杆机构的采摘组件12。
[0046] 其中，如图2c所示，采摘板124的第二端E4的边缘到上铰接座121的铰接中心A的最大距离D3大于或等于挡板123的第二端E2的边缘到下铰接座122的铰接中心B的最大距离D5，即D3≥D5。
[0047] 采摘组件13相对于采摘组件12对称设置于靠近开口111的侧壁114内侧。采摘组件13可例如通过铆钉连接或螺纹连接等方式固定在侧壁114内侧。如图2b所示，采摘组件13包括上铰接座131、下铰接座132、挡板133以及采摘板134。上铰接座131和下铰接座132分别固定于靠近开口111的侧壁114内侧。上铰接座131的铰接中心C和下铰接座132的铰接中心D之间在竖直方向上也具有预设距离D1。下铰接座132位于上铰接座131远离开口111的一侧，即上铰接座131比下铰接座132更靠近开口111。此处值得一提的是，上铰接座131和下铰接座
132也可以设置在一个零件上、且通过所述零件固定于靠近开口111的侧壁114内侧。再者，采摘组件13还可以包括具有同轴铰接中心的多组上铰接座131和具有同轴铰接中心的下铰接座132。这样可提高采摘组件13的稳定性和刚性。
[0048] 挡板133包括第一端E5和与第一端E5相对的第二端E6。第一端E5为铰接端。第一端E5铰接于下铰接座132。第二端E6可例如通过弹性元件15与采摘盒11的侧壁114内侧连接。此处的弹性元件15可例如为弹簧或者皮筋等。当弹性元件15为压缩弹簧时，第二端E6通过压缩弹簧连接于采摘盒11远离第一开口111的侧壁114内侧。当弹性元件15为拉伸弹簧、弹性簧片或皮筋时，第二端E6通过拉伸弹簧或皮筋连接于采摘盒11靠近第一开口111的侧壁
114内侧。
[0049] 采摘板134包括第一端E7和与第一端E7相对的第二端E8。第一端E7为铰接端。第一端E7铰接于上铰接座131。这样一来，上铰接座131、下铰接座132、挡板133以及采摘板1345形成了双摇杆机构的采摘组件13。
[0050] 其中，采摘板134的第二端E8的边缘到上铰接座131的铰接中心C的最大距离D4大于或等于挡板133的第二端E6的边缘到下铰接座132的铰接中心D的最大距离D6，即D4≥D6。
[0051] 在重力的作用下采摘板124会搭在挡板123且向内倾斜，采摘板134会搭在挡板133上且向内倾斜。
[0052] 如图2c所示，设定弹性元件14和弹性元件15的弹簧刚度参数以及采摘板124和采摘板134的长度参数，使得采摘板124的第二端E4到铰接中心A的距离D3与采摘板134的第二端E8到铰接中心C的距离D4之和大于或等于铰接中心A到铰接中心C的距离D2，挡板123的第二端E2到铰接中心B的最大距离D5与挡板133的第二端E8到铰接中心D的最大距离D6之和大于或等于铰接中心A到铰接中心C的距离D7。优选地，D2＝D7。
[0053] 水果采摘装置10的工作过程具体如下：
[0054] 如图3a所示，在套入水果之前，采摘板124和采摘板134分别在弹性元件14和弹性元件15的弹力作用下相互接触。如图3b所示，在套入水果的过程中，水果在自身重力的作用下向下压迫采摘板124和挡板123、采摘板134和挡板133使得采摘板124和挡板123、采摘板134和挡板133分别绕各自的铰接中心向下摆动，以便水果顺利进入采摘盒11。此时弹性元件14和弹性元件15积蓄能量例如压缩弹簧的弹力逐渐增大。在套入水果的过程中，因为采摘板124和挡板123以及采摘板134和挡板133的铰接中心不相同，采摘板124相对于挡板
123、采摘板134相对于挡板133向后退缩，即使得采摘板124收敛于挡板123、采摘板134收敛于挡板133。如图3c所示，当水果完全进入采摘盒11后，在弹性元件14和弹性元件15的弹力作用下采摘板124和挡板123、采摘板134和挡板134又向上转动，由于铰接中心不同，使得采摘板124相对于挡板123、采摘板134相对于挡板133向前伸出，使得采摘板124与采摘板134和/或挡板123与挡板133夹住水果的果柄。之后，在用户向下收回收集杆组件40带动水果采摘装置10向下运动的过程中，下采摘板124和挡板123、采摘板134和挡板134继续向上转动，在用户向下的拉力的作用下，水果采摘装置10夹住果柄连带水果一起脱离果树实现水果采摘。
[0055] 优选地，如图4a和图4b所示，采摘组件112还包括刀片125，采摘组件13还包括刀片135。
[0056] 刀片125例如通过螺纹连接方式安装于采摘板124的第二端E4的侧面例如靠近挡板123的侧面。刀片125包括刀刃1251。第一刀刃1251位于刀片125上远离侧壁113的一端、且凸出于第二端E4的边缘。这样一来，上铰接座121、下铰接座122、挡板123、采摘板124以及刀片125形成了双摇杆机构的采摘组件12。此外，可以理解的是，在采摘组件12未设置125的情形下，采摘板124的边缘可以自带刀刃，以实现类似刀片125的功用。
[0057] 如图4c所示，刀刃1251到上铰接座121的铰接中心A的最大距离D8大于或等于挡板123的第二端E2的边缘到下铰接座122的铰接中心B的最大距离D5，即D8≥D5。
[0058] 刀片135与刀片125对称设置，可例如通过螺纹连接方式安装于采摘板134的第二端E8的侧面例如靠近挡板133的侧面。刀片135包括刀刃1351。第一刀刃1351位于刀片135上远离侧壁114的一端、且凸出于第二端E8的边缘。这样一来，上铰接座131、下铰接座132、挡板133、采摘板134以及刀片135形成了双摇杆机构的采摘组件13。此外，可以理解的是，在采摘组件13未设置135的情形下，采摘板134的边缘可以自带刀刃，以实现类似刀片135的功用。
[0059] 刀刃1351到上铰接座131的铰接中心C的最大距离D9大于或等于挡板133的第二端E6的边缘到下铰接座132的铰接中心D的最大距离D6，即D9≥D6。
[0060] 如图4c所示，设定弹性元件14和弹性元件15的参数例如弹簧刚度以及采摘板124和采摘板134的参数例如长度，使得刀刃1251到铰接中心A的最大距离D8与刀刃1351到铰接中心C的最大距离D9之和大于或等于铰接中心A到铰接中心C的距离D2，挡板123的第二端E2到铰接中心B的最大距离D5与挡板133的第二端E8到铰接中心D的最大距离D6之和大于或等于铰接中心A到铰接中心C的距离D7。优选地，D2＝D7。
[0061] 具体地，水果采摘装置10套入水果并切断果柄的过程如下：如图5a所示，在套入水果之前，刀刃1251和刀刃1351在弹性元件14和弹性元件15的弹力作用下相互接触。如图5b所示，在套入水果的过程中，水果在自身重力的作用下向下压迫采摘板124和挡板123、采摘板134和挡板133使得采摘板124和挡板123、采摘板134和挡板133分别绕各自的铰接中心向下摆动，以便水果顺利进入采摘盒11。此时弹性元件14和弹性元件15积蓄能量例如压缩弹簧的弹力逐渐增大。在套入水果的过程中，因为采摘板124和挡板123以及采摘板134和挡板133的铰接中心不相同，采摘板124相对于挡板123、采摘板134相对于挡板133向后退缩，从而使刀片125收敛于挡板123、刀片135收敛于挡板133。这样一来，水果的果身不会接触刀刃而被刀刃刮伤。如图5c所示，当水果完全进入采摘盒11后，在弹性元件14和弹性元件15的弹力作用下采摘板124和挡板123、采摘板134和挡板134又向上转动，由于铰接中心不同，使得刀片125相对于挡板123、刀片135相对于挡板133向前伸出，使得刀刃1251和刀刃1351夹住水果的果柄。之后，在用户向下收回收集杆组件40带动水果采摘装置10向下运动的过程中，下采摘板124和挡板123、采摘板134和挡板134继续向上转动，从而使刀刃1251和刀刃1351逐渐切入水果的果柄，最终切断果柄，完成水果采摘。该水果采摘系统只需要模糊定位，将水果套入采摘盒便能实现水果采摘，采摘效率高。在前一种水果采摘系统的基础上，这种采摘方式既实现了水果的无损采摘，又避免了在采摘过程中对果树的强力拽拉导致的果树损伤，在一定程度上起到了保护果树的作用。而且，通过在采摘板124和采摘板134分别安装刀片125和刀片135，当刀片125和/或刀片135产生磨损时，可非常方便地实现刀片125和/或刀片135的更换。
[0062] 优选地，采摘组件12和采摘组件13相同。这样一来，既可降低水果采摘装置10的加工成本，又可提高水果采摘装置10的装配效率。
[0063] 优选地，弹性元件14和弹性元件15相同，可进一步减少装配零部件的种类，降低生产成本。
[0064] 此外，在侧壁115和侧壁116靠近开口111的一端分别设置有弧形缺口117。弧形缺口117的设置可以确保水果完全进入采摘盒11内，也可以降低水果采摘装置10的重量，减轻用户的劳动强度。
[0065] 水果保护装置20典型地可为缓存布袋或者可伸缩的波纹软管等软性材料制成的筒状零件。水果保护装置20用于缓冲被水果采摘装置10摘下的水果，以使所述水果在掉落过程中顺着具有缓冲功能的水果保护装置20滑落，保护已摘下的水果不受损伤。如图6所示，水果保护装置20的一端设置有入口201，另一端设置有出口202。水果保护装置20的入口201可例如通过喉箍连接采摘盒11的开口112以引导、缓冲被水果采摘装置10摘下的水果。
入口201的形状根据采摘盒11的开口112的形状确定，可例如为圆形、矩形等。
[0066] 如图7a和7b所示，水果存储箱30可例如为一箱形壳体结构，用于存储从水果保护装置20滑落的已摘下的水果。水果存储箱30的壳体上部或者侧面上设置有开孔301。开孔301连接水果保护装置20的出口202。开孔301的形状根据水果保护装置20的出口202的形状确定，可例如为圆形、矩形等。另外，在水果存储箱30的底部还设置有缓冲垫305。缓冲垫305的材料可例如为软橡胶或者海绵类等可起到缓冲减震作用的材料。缓冲垫305对水果起保护作用。此外，水果存储箱30还可以包括用于取出已采摘的水果的开孔。当所述开孔在水果存储箱30的上部时，在采摘完水果后直接可通过上部的所述开孔倒出水果。当所述开孔在水果存储箱30的侧面时，在采摘水果过程中，开孔302则处于封闭状态，在采摘完水果后，打开开孔302即取出水果存储箱30内的水果。再者，水果存储箱30内部还可分隔出多个容置空间并对每个所述容置空间设置有相应尺寸的开口，以使大小不同的水果进入通过相应大小尺寸的开口进入对应的容置空间，以实现分类存储的功能，减少人工分类的工作量。
[0067] 如图8a所示，收集杆组件40典型地为一细长杆状零件或细长管状零件。收集管组件40包括采摘端401和手持端402。采摘端401可例如通过螺纹连接、焊接或铆钉连接方式连接水果采摘装置10的采摘盒以固定水果采摘装置10。在采摘水果时，用户可握住手持端402举起水果采摘装置10完成水果采摘工作。进一步地，如图8b所示，收集杆组件40可包括多个依次套接的管状杆件。用户可根据水果的高度调节收集杆组件40的长度并配合可伸缩的水果保护装置20，完成不同高度的水果采摘工作。
[0068] 本发明实施例提供的水果采摘系统1的工作原理为：
[0069] 用户手持收集管组件40的手持端401向上举升水果采摘装置10靠近并套入水果。在水果完全进入水果采摘装置10后，用户向下收回收集杆组件40带动水果采摘装置10向下运动。在水果采摘装置10向下运动的过程中，水果采摘装置10中的采摘组件12和采摘组件
13相互配合运动以完成水果采摘。之后，水果掉落到水果保护装置20中并顺着水果保护装置20滑落到水果存储箱30中完成水果的收集和存储。
[0070] 如图9a和图9b所示，水果采摘系统1还包括省力机构50。省力机构50包括活动杆组件和拉力装置。所示活动杆组件例如包括依次铰接的多个活动杆，例如第一活动杆501、第二活动杆502。拉力装置可例如为弹簧503。第一活动杆501的第一端E9铰接于水果存储箱30的侧壁上。第一活动杆501上与第一端E9相对的第二端E10铰接于第二活动杆502的第一端E11，第二活动杆502上与第一端E11相对的第二端E12铰接于收集杆组件40的手持端402。弹簧503的一端连接水果存储箱30上，弹簧503的另一端连接在第二活动杆502的第一端E11与第二端E12之间。当用户握住收集杆组件40的手持端402进行水果采摘时，弹簧503向收集杆组件40提供向上的力，使得用户的手臂控制收集杆组件40所需的力量大为减小，从而达到省力效果，降低了劳动强度。当需要放下水果存储箱30时，将第一活动杆501水平摆放，便于水果存储箱30平放。
[0071] 如图10所示，水果采摘系统1还包括背负组件60。背负组件60设置于水果存储箱30的一个侧面。背负组件60包括两根背带601。背带601可采用类似于背包的背带。用户可通过所述两根背带601背负起水果存储箱30，可实现山坡、农田等各种地况复杂的果林中的水果采摘。
[0072] 如图11所示，水果采摘系统1还包括照明组件70。照明组件10包括发光元件例如灯泡701、电源702、控制开关703以及连接灯泡701、电源702以及控制开关703的线缆704。灯泡701设置于水果采摘装置10的采摘盒11上，电源702和控制开关703设置于收集杆组件40上的手持端402。用户可通过控制开关703来控制灯泡701的开启与关闭。照明组件70用于光线较暗的场合以使用户能更加清楚的观察到水果的位置，便于采摘。
[0073] 如图12所示，水果采摘系统1还包括摄像组件80。摄像组件80包括摄像设备801例如微型摄像头和显示设备802例如手机显示屏。摄像设备801安装于水果采摘装置10的采摘盒11的侧壁外侧。显示设备802可例如安装于收集杆组件40的手持端402，以便于用户观看显示设备。显示设备802可例如通过线缆803或者无线网络连接摄像设备。用户可通过显示设备和摄像设备观察到一些高处无法观察到的水果。
[0074] 如图13，水果采摘系统1还包括行走组件90。行走组件包括车架901和安装于车架上的车轮902。车轮902的数量可为一个或多个。水果存储箱30设置于车架901上。这样一来，用户可以不用背负水果存储箱30，只需要推动水果存储箱30行走即可，极大地减轻了用户的劳动强度。
[0075] 另外，如图13所示，水果存储箱30还包括支架303，支架303的一端固定于水果存储箱30上，支架303上的另一端铰接于收集杆组件40的采摘端401和手持端402之间，用于支撑水果采摘装置10、水果保护装置20以及收集杆组件40的重量，以减小用户举升这些组件时所需要的力量，进一步降低了劳动强度。
[0076] 此外，如图13所示，水果存储箱30还包括弹性元件304，弹性元件304可例如为弹簧。弹性元件304的两端分别连接水果存储箱30和收集杆组件40的手持端402，免除了需要用户时刻维持收集杆组件40的状态，降低了劳动强度，同时也避免了因收集杆组件40突然倒下而导致危险事故。
[0077] 综上所述，本发明实施例通过采用具有双摇杆机构的两个采摘组件尤其是带有刀片的采摘组件配合运动实现水果的无损采摘，保护果树。与机械手式采摘装置相比，该机构易于制造，制造成本低。与剪刀式采摘装置相比，本发明实施例提供的水果采摘系统只需要模糊定位，将水果套入采摘盒便能实现水果采摘，采摘效率高。另外，通过配置省力机构和/或行走组件来降低用户的劳动强度，通过配置摄像组件和/或照明组件可使用户更加方便地完成水果采摘工作，通过设置背负组件可使本发明提供的水果采摘系统适用于山坡、农田等各种地况复杂的果林。再者，本发明提供的水果采摘系统易学易用，易于推广。
[0078] 如图14所示，在本发明的另一实施例还提供一种具有双水果采摘装置的水果采摘系统1。水果采摘系统1包括第一水果采摘装置10A、第二水果采摘装置10B、水果保护装置20、水果存储箱30、收集杆组件40A以及收集杆组件40B。第一水果采摘装置10A和第二水果采摘装置10B分别连接水果保护装置20，水果保护装置20连接水果存储箱30，第一收集杆组件40A的上端固定有水果采摘装置10A，第二收集杆组件40B的上端固定有水果采摘装置
10B。
[0079] 第一水果采摘装置10A和/或第二水果采摘装置10B可采用前述实施例中的水果采摘装置10，也可采用现有技术中其他类似的水果采摘装置。具体地，第一水果采摘装置10A下部设置有下部开口，第二水果采摘装置10B的下部设置有下部开口。优选地，第一水果采摘装置10A和第二水果采摘装置10B为相同的水果采摘装置。
[0080] 水果保护装置20典型地可为缓存布袋或者可伸缩的波纹软管等软性材料制成的筒状零件。水果保护装置20用于缓冲被水果采摘装置10摘下的水果，以使所述水果在掉落过程中顺着具有缓冲功能的水果保护装置20滑落，保护已摘下的水果不受损伤。如图15所示，水果保护装置20的一端设置有入口201和入口203，另一端设置有出口202，出口202与入口201和入口203相连通。水果保护装置20的入口201可例如通过喉箍连接水果采摘装置10A下部的下部开口，入口203可例如通过喉箍连接水果采摘装置10B下部的下部开口，以引导、缓冲被水果采摘装置10A和水果采摘装置10B摘下的水果。入口201和入口203的形状分别根据水果采摘装置10A的第一开口和水果采摘装置10B的第二开口的形状确定，其可例如为圆形、矩形等。更具体地，水果保护装置20包括第一管状零件和第二管状零件，所述第一管状零件包括位于两端的第一开口和第二开口。此外所述第一管状零件还包括设置于所述第一开口和所述第二开口之间的第三开口。所述第二管状零件包括位于两端的第四开口和第五开口。其中，所述第四开口连接所述第三开口，且所述第一管状零件的所述第一开口和所述第二管状零件的所述第五开口分别作为水果保护装置20的第一入口和第二入口，所述第一管状零件的所述二开口作为水果保护装置20的出口。所述出口与所述第一入口和所述第二入口相连通。
[0081] 水果存储箱30上设置有开孔。所述开孔可例如通过喉箍连接水果保护装置20的出口202。水果存储箱30用于存储已采摘的水果，其可采用上述实施例中的水果存储箱30，也可以采用现有技术中的其他水果存储箱。
[0082] 第一收集杆组件40A和/或第二收集杆组件40B可采用前述实施例中的收集杆组件40，也可采用现有技术中其他类似的收集杆组件。第一收集杆组件40A包括第一采摘端。第一水果采摘装置10A固定于第一收集杆组件40A的第一采摘端。第二收集杆组件40B包括第二采摘端。第二水果采摘装置10B固定于第二收集杆组件40B的第二采摘端。
[0083] 参考图16a至图16f，本发明实施例提供的水果采摘系统1的工作过程具体如下：
[0084] 用户双手分别握住第一收集杆组件40A和第二收集杆组件40B使第一水果采摘装置10A和第二水果采摘装置10B同时对准(参见图16a)、向上靠近并套入两个水果(参见图16b)。用户将第一水果采摘装置10A支撑住上部的树枝，同时向下收回第二水果采摘装置
10B以摘下套入其中的水果(参见图16c)。然后，再将第二水果采摘装置10B向上支撑住上部的树枝(参见图16d)，之后向下收回第一水果采摘装置10A以摘下套入其中的水果(参见图
16e)。最后向下收回上方的第二水果采摘装置10B(参见图16f)。然后重复循环以上步骤完成水果采摘。
[0085] 综上所述，本发明实施例通过设置双水果采摘装置和双收集杆组件，使得用户可以控制所述双水果采摘装置联动以实现水果的高效采摘。该机构制造成本低，而且操作简单，易学易用。另外，在采摘过程中，用户将其中一个水果采摘装置支撑住上部的树枝，同时向下收回另外一个水果采摘装置以摘下套入其中的水果，在一定程度上保护了果树。
[0086] 此处值得一提的是，前述实施例中的省力机构50、背负组件60、照门组件70以及摄像组件80、行走组件90可部分或者全部适用于本实施例提供的水果采摘系统1。
[0087] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
