技术领域
[0001] 本发明涉及辣椒种植技术领域，具体涉及辣椒果实采摘用的弹齿滚筒式采摘装置及其弹齿结构，特别涉及一种具有自适应性的辣椒果实采摘滚筒装置。
相关背景技术
[0002] 随着我国经济的持续增长，辣椒种植规模不断扩大，对辣椒收获机械的需求也随[1]之日益增加 。自1976年首台展开式双螺旋型辣椒机研制成功以来，经过四十余年的技术[2]
迭代与发展，弹齿滚筒式采摘装置已成为当前辣椒果实采摘的主流设备 。
[0003] 弹齿滚筒式采摘装置的核心在于其滚动的辊体及其上搭载的弹齿结构。该装置在旋转与前行过程中，弹齿不断拉动辣椒并克服辣椒与茎秆之间的连接力，使辣椒脱离植株，实现果实的有效采集，而无需将植株连根拔起。当辣椒脱离茎干后，滚筒上的弹齿持续自转，辣椒随弹齿转动并在惯性作用下被抛送至农用机械自带的运输带或振动筛中进行存储。
[0004] 然而，现有的弹齿滚筒式采摘装置在实际应用中仍面临一些技术问题。由于实际辣椒植株的生长布局不可能完全均匀，当植株距离采摘装置较近或果实(及其茎秆)较为密集时，弹齿拨动至辣椒茎秆上的行进距离较短，难以给予足够的进给力将果实剥离，甚至可能破坏植株。
[0005] 为了解决这一问题，众多研究者对弹齿滚筒式采摘装置进行了改良尝试：
[0006] (1)雷明举等[3]设计了一种采用弹簧钢丝形式弹齿的采摘装置。该装置通过滚筒带动弹齿高速转动，当弹齿接触到辣椒时，拉动辣椒果实并克服其与茎秆之间的连接力使其脱离。然而，在实际应用中，由于耕地地面的崎岖波动，弹簧钢丝形式的弹齿容易产生不受控的震颤，降低了拨动至辣椒茎秆上的概率，且易磨损。
[0007] (2)邹道钟等[4]模仿人手设计了一种尼龙弹齿，并将其搭载在滚筒式辣椒采摘台上。这种设计可以根据辣椒植株的高度调节采摘台的高度，对辣椒品种的兼容性较高。然而，这种高度补偿并不能很好地适配水平方向的位置补偿。
[0008] (3)沈晓凯等[5]基于辣椒采摘滚筒进行了偏心传动式设计。当弹齿运动到采摘滚筒下方，其端部和辣椒植株具有一定的夹角时，便于弹齿插入植株。且此时的弹齿具有一定线速度，接触果实的面积尽量大，可保证辣椒果实被迅速、平稳采摘。尽管这种偏心运动的模式较为新颖，并在一定程度上解决了上述技术问题，但其仍存在以下两个技术问题：
[0009] 3.1)在实践中，固定的偏心运动导致上述所述的“夹角”也是固定的，进而其弹齿的灵活性相对不足；
[0010] 3.2)虽然偏心运动增大了弹齿接触果实的面积，即另一种形式的位置补偿；但当留给采摘装置的行进距离较短或果实(及其茎秆)较为密集时，弹齿接触果实的面积补偿显得微不足道，仍存在上述技术问题。
[0011] 为此，本发明提出一种具有自适应性的辣椒果实采摘滚筒装置。
[0012] 本背景技术中的引证文献如下：
[0013] [1]彭志良,李莉婕,胡明文,等.我国干辣椒市场与产业调查分析报告[J].农产品市场,2021(13):51‑53.
[0014] [2]胡爽吉.梳齿式辣椒采摘装置的设计研究[D].石河子:石河子大学,2012.[0015] [3]雷明举,孔令军,陈永诚,等.弹齿滚筒式辣椒采摘装置的设计研究[J].中国农机化学报,2014,35(1):161‑165.
[0016] [4]邹道钟.4JZ‑3600A型辣椒收获机关键部件的设计与试验研究[D].乌鲁木齐:新疆农业大学,2021.
[0017] [5]沈晓凯,靳范,李谦绪,等.偏心式辣椒采摘滚筒的设计与试验[J].农机化研究,2024,46(11):90‑95.
具体实施方式
[0072] 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其他方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制；
[0073] 在现有技术中，偏心传动式辣椒采摘滚筒具有较为优异的性能。其当弹齿运动到采摘滚筒下方，其端部和辣椒植株具有一定的夹角时，便于弹齿插入植株。且此时的弹齿具有一定线速度，接触果实的面积尽量大，可保证辣椒果实被迅速、平稳采摘。但是本具体实施方式希望在传统偏心传动式辣椒采摘滚筒的基础上，进一步将传统的固定偏心运动改为动态偏心运动，使弹齿端部和辣椒植株之间的夹角是动态的，而非固定的，进而辅助提高弹齿插入植株的概率；同时在实现上述动态偏心运动的基础上，在留给采摘装置的行进距离较短或果实(及其茎秆)较为密集时，让弹齿自适应的弹性变化并辅助剥离果实。
[0074] 为此，请参阅图1～10，本具体实施方式将提供相关技术方案以解决上述技术问题：一种具有自适应性的辣椒果实采摘滚筒装置：
[0075] 包括机框1，该机框1呈半包围设计，其镂空处设有偏心旋转器3及驱动旋转的旋转执行器2，以及安装于偏心旋转器3上的若干组过载切换辊组件4；每个过载切换辊组件4紧挨在一起，形成一个辊形结构；
[0076] 该机框1外固设有一牵引架101，可与现有的农用牵引装置(如拖拉机、果实采摘机、履带车等)配合连接，并推动本具体实施方式所提供的装置在农田里实施作业。
[0077] 其中，旋转执行器2包括电机204及其驱动的传动轴205，传动轴205与主动轮201固定连接，该主动轮201通过传动带203与从动轮202建立传动关系，而从动轮202与后文中的偏心旋转器3的辊体301上搭载的万向节联轴器303固定连接。
[0078] 在本方案中，本装置整体的所有电器元件依靠农用牵引装置内所安装的蓄电池进行供能；具体的，装置整体的电器元件与蓄电池输出端口处通过继电器、变压器和按钮面板等装置进行常规电熔连接，以满足本装置的所有电器元件的供能需求。
[0079] 具体的，农用牵引装置中需设一控制器，该控制器用于连接并控制本装置整体的所有电器元件按照预先设置的程序作为预设值及驱动模式进行驱动；需要指出的是，上述驱动模式即对应了下文中的相关电器元件之间对应的启停时间间距、转速、功率等输出参数，即满足了下文所述的相关电器元件驱动相关机械装置按其所描述的功能进行运行的需求。
[0080] 优选的，控制器为PLC控制器，通过梯形图、顺序功能图、功能块图、指令表或结构文本等常规PLC控制的模式完成上述控制需求；需要指出的是，其编程所驱动的电器元件或其他动力元件的运行启停时间间距、转速、功率等输出参数是非限定性的；具体的，依据实际使用需求进行相关驱动控制上的调节。
[0081] 在本具体实施方式所提供的技术方案中，请参阅图1～3：过载切换辊组件4上以环形阵列的形式搭载有若干个反行程弹齿5；过载切换辊组件4跟随偏心旋转器3执行旋转时，反行程弹齿5基于线速度拉动辣椒果实并克服其与茎秆之间的连接力并使其脱离。
[0082] 当一个反行程弹齿5的线速度无法拉动辣椒果实时，其角度自适应地调节至与之最接近的另一个反行程弹齿5平行，该两个反行程弹齿5共同配合，拉动辣椒果实并克服其与茎秆之间的连接力并使其脱离。
[0083] 具体的：偏心旋转器3在旋转执行器2的驱动下，以非固定轴心(即偏心)进行旋转，这种动态偏心旋转使得反行程弹齿5在接触辣椒植株时，其端部与植株之间的夹角能够动态变化，从而提高了弹齿插入植株的成功率。同时，由于反行程弹齿5以环形阵列形式分布，确保了在任何旋转位置都能有弹齿与植株接触，保证了采摘的连续性。
[0084] 当单个反行程弹齿5的线速度不足以克服辣椒果实与茎秆之间的连接力时，过载切换辊组件4内部的自适应调节机制被触发。此时，该弹齿的角度会自适应地调整至与之最接近的另一个反行程弹齿5平行，两个弹齿共同配合，利用它们之间的弹性蓄力增大剥离力，从而实现果实的有效采摘。
[0085] 需要指出的是，在上述方案中：通过动态偏心旋转的设计，反行程弹齿5能够以更加灵活的角度和位置接触辣椒植株，有效提高了采摘效率和成功率，特别是在面对非均匀布局的植株时表现尤为突出。过载切换辊组件4的自适应调节机制能够在单个弹齿采摘力不足时自动触发，通过相邻弹齿的协作增强剥离力，解决了果实密集或茎秆坚韧导致的采摘难题，保证了采摘的顺利进行。环形阵列分布的反行程弹齿5确保了采摘动作的连续性，无论偏心旋转器3旋转至任何位置，总有弹齿处于工作状态，有效提高了采摘效率和作业质量。
[0086] 而为了实现上述的动态偏心旋转的功能，在本具体实施方式所提供的技术方案中，请参阅图3：偏心旋转器3包括用于搭载过载切换辊组件4的辊体301、安装于辊体301左右两端使其进行万向角度调节的并联机构302，这两个并联机构302均安装于机框1内，以及安装于辊体301左右两端，使辊体301由旋转执行器2驱动旋转且不产生机械干涉的万向节联轴器303；
[0087] 可以理解的是，当万向角度调节和旋转同时执行时，就可以实现动态偏心旋转的功能。
[0088] 具体的：动态偏心旋转的原理在于通过并联机构302对辊体301进行灵活的万向角度调节，同时旋转执行器2提供稳定的旋转动力。并联机构302由两个相对设置的盘体(第一盘体3021和第二盘体3022)以及连接它们之间的多个电缸3023组成。电缸3023通过球形联轴器3024实现万向铰接，使得第二盘体3022能够在一定范围内进行角度调节。当电缸3023按不同行程输出活塞杆时，第二盘体3022发生角度偏移，并通过转筒3025带动辊体301进行相应的角度调整。此时，由于万向节联轴器303的自适应性，辊体301在角度调节的同时仍能保持稳定旋转，从而实现动态偏心旋转。这种设计使得反行程弹齿5在接触辣椒植株时能够以更加灵活的角度插入，提高了采摘效率和成功率。
[0089] 需要指出的是，在上述方案中：并联机构302实质上相当于传统机械学中的并联机器人(Parallel Mechanism)；对于本领域技术人员而言，可以通过常规的并联机构用PID控制器算法进行预设程序存储，即实现按照相应的时间步作万向角度调节功能。
[0090] 需要指出的是，在上述方案中：动态偏心旋转的设计为采摘装置带来了显著的功能性提升。首先，它显著提高了采摘的灵活性和适应性，因为辊体301能够执行动态偏心旋转，反行程弹齿5能够以更加多变的角度接触辣椒植株，特别是对于那些生长布局不均匀的植株，这种设计能够确保弹齿更有效地插入并剥离果实。其次，动态偏心旋转还有助于提升采摘效率。通过减少因植株布局不均匀而导致的采摘盲区，确保在任何旋转位置都有弹齿处于工作状态，从而实现了连续稳定的采摘作业。而且这种设计还增强了采摘装置的耐用性和可靠性。通过优化机械结构和传动方式，减少了因机械干涉或过载而导致的故障率，延长了设备的使用寿命。
[0091] 而为了让并联机构302实现上述功能，则在本具体实施方式所提供的技术方案中，请参阅图4：并联机构302包括固设于机框1上的第一盘体3021、与第一盘体3021相对的第二盘体3022及以环形阵列的形式布置于第一盘体3021和第二盘体3022之间的若干个电缸3023，电缸3023的缸体和活塞杆均通过球形联轴器3024万向铰接于第一盘体3021和第二盘体3022相互相对的各自一面上；第二盘体3022通过转筒3025与辊体301转动配合。
[0092] 其中，一个并联机构302中的每个电缸3023按照不同的行程量输出活塞杆时，即可控制第二盘体3022进行万向角度调节；又因为第二盘体3022和辊体301之间设有转筒3025，所以也可带动辊体301进行配合，且另一个并联机构302中的每个电缸3023需对应的作反行程缩回，以实辊体301的万向角度调节；
[0093] 而上述万向角度调节的过程中，因一个万向节联轴器303的两端分别连接于旋转执行器2(从动轮202)和辊体301的一端，所以辊体301的万向角度调节会使得该万向节联轴器303作自适应性调节，进而传递来自旋转执行器2的旋转力，并使得辊体301带动过载切换辊组件4及反行程弹齿5进行旋转。而另一个万向节联轴器303的两端分别连接于机框1及辊体301的另一端，所以可以实现辊体301的万向角度补偿及支撑。
[0094] 按照上述功能，当一个并联机构302中的每个电缸3023按照不同的行程量输出活塞杆，且以循环的形式不断进行往返控制，即使得辊体301以一种摇曳轨迹的万向角度调节不断往复，实现了一种动态偏心旋转的功能。进而当反行程弹齿5运动到辊体301下方，其端部和辣椒植株具有一定的夹角且该夹角是动态的，便于反行程弹齿5插入植株。且此时的反行程弹齿5具有一定线速度，接触果实的面积较大且不断地动态变化，可保证辣椒果实被迅速、平稳采摘。
[0095] 需要指出的是，当辊体301执行动态偏心旋转时，反行程弹齿5随其旋转至辣椒植株下方。由于辊体301的角度在不断变化，因此反行程弹齿5与辣椒植株之间的夹角也是动态的。这种动态夹角使得反行程弹齿5更容易插入辣椒植株，提高采摘效率。而且在动态偏心旋转过程中，反行程弹齿5不仅具有一定的线速度，而且由于夹角的变化，其接触果实的面积也在不断变化。较大的接触面积有助于更有效地克服果实与茎秆之间的连接力，确保果实的顺利采摘。进而这两种功能的结合，有助于更平稳地剥离果实，减少对果实和植株的损伤，同时无论是在耕地地面崎岖波动的情况下，还是在植株距离采摘装置较近或果实密集时，该装置都能通过动态偏心旋转和角度自适应调节来保持高效稳定的采摘性能。
[0096] 进一步的，在动态偏心旋转的实现过程中，通过编程控制每个电缸3023按照预设的行程和频率进行往返运动，使得辊体301能够以一种摇曳轨迹的万向角度调节不断往复。这种循环控制确保了反行程弹齿5在与辣椒植株接触时，其端部和植株之间的夹角始终保持动态变化，提高了采摘的灵活性和成功率。
[0097] 具体的：并联机构302的工作原理基于多缸协同驱动与角度调节机制。通过控制多个电缸3023按不同行程输出活塞杆，可以实现第二盘体3022相对于第一盘体3021的精确角度调节。由于电缸3023与盘体之间采用球形联轴器3024进行万向铰接，因此角度调节过程中不会产生机械干涉，确保了调节的平滑性和准确性。
[0098] 转筒3025作为连接第二盘体3022与辊体301的关键部件，在角度调节时能够带动辊体301进行同步运动。同时，两个万向节联轴器303分别连接于辊体301的两端，不仅传递了来自旋转执行器2的旋转力，还实现了辊体301在角度调节过程中的稳定性和支撑。
[0099] 在动态偏心旋转过程中，电缸3023的循环往返控制使得辊体301以一种摇曳轨迹进行角度调节，这种调节方式使得反行程弹齿5在与辣椒植株接触时能够自适应地调整角度和位置，从而提高了采摘的灵活性和效率。
[0100] 优选的，电缸3023为伺服电缸，且如图3～4所示，其两两相邻的任意两电缸3023相互之间呈V形排布，这样排布的模式使得每个电缸3023到达极限行程点位后，其相邻的电缸仍有行程空间，进而可以进行补偿，为上述万向角度调节功能带来更加平滑的轨迹，提高动态偏心运动的效果。
[0101] 需要指出的是，在上述方案中：并联机构302及其动态偏心旋转功能为采摘装置带来了显著的功能性提升。首先，通过多缸协同驱动和角度调节机制，实现了辊体301在采摘过程中的动态偏心旋转，使得反行程弹齿5能够以更加灵活和多变的角度接触辣椒植株，提高了采摘的适应性和成功率。特别是在面对生长布局不均匀的植株时，这种设计能够显著减少采摘盲区，确保果实被有效剥离。
[0102] 动态偏心旋转还带来了采摘效率的提升。由于反行程弹齿5在接触果实时的角度和位置能够自适应调整，使得接触面积更大且动态变化，从而更容易克服果实与茎秆之间的连接力，实现果实的迅速、平稳采摘。
[0103] 在本具体实施方式所提供的技术方案中，请参阅图5～8：过载切换辊组件4包括直接由偏心旋转器3驱动旋转的且固设于辊体301上的第二套筒404，及插入第二套筒404内的并与之配合的第一套筒401；
[0104] 第一套筒401的外表面以环形阵列的形式搭载有若干个连接块406，连接块406上安装有反行程弹齿5；
[0105] 当一个反行程弹齿5的线速度无法拉动辣椒果实时，第一套筒401将其与第二套筒404之间的固定连接关系切换成转动连接关系，使那个反行程弹齿5的高度保持不变；进而实现前文所述的“当一个反行程弹齿5的线速度无法拉动辣椒果实时，其角度自适应地调节至与之最接近的另一个反行程弹齿5平行，该两个反行程弹齿5共同配合，拉动辣椒果实并克服其与茎秆之间的连接力并使其脱离”的高度位置基础；反之，第一套筒401与第二套筒
404之间保持固定连接关系。
[0106] 进一步需要指出的是，当某个反行程弹齿5因线速度不足无法单独拉动辣椒果实时，第一套筒401与第二套筒404之间的连接关系会由固定连接切换为转动连接。这种切换使得受阻的反行程弹齿5保持相对高度不变，而相邻的反行程弹齿5则能够接替其工作，两者共同配合完成果实的采摘，具体的机械原理将在后文阐述。
[0107] 具体的：过载切换辊组件4的工作原理基于套筒间的动态连接机制。在正常情况下，第一套筒401与第二套筒404保持固定连接，确保所有反行程弹齿5能够同步旋转并接触辣椒植株。然而，当某个反行程弹齿5遇到阻力过大、线速度无法克服果实与茎秆之间连接力的情况时，系统会触发机械式过载保护机制。
[0108] 过载保护机制通过改变套筒间的连接状态来实现。具体来说，当某个反行程弹齿5过载时，相关机构(如后文将详细描述的滚珠和卡槽结构)会使第一套筒401与第二套筒404之间的固定连接关系释放，转变为转动连接。这种转变使得受阻的反行程弹齿5能够保持其高度位置不变，而其他未受阻的反行程弹齿5则能够继续工作，或者与受阻弹齿形成配合，共同克服阻力并采摘果实。
[0109] 需要指出的是，在上述方案中：过载切换辊组件4的设计显著增强了采摘装置的适应性和可靠性。首先，通过双套筒结构和动态连接机制，实现了反行程弹齿5在面对不同阻力时的自适应调节。这种调节不仅保证了采摘作业的连续性，还减少了因单个弹齿过载而导致的停机或损坏风险。其次，过载切换功能还提高了采摘效率。当某个反行程弹齿5无法单独完成任务时，相邻的弹齿能够迅速接替并与其配合工作，从而确保了果实被及时、有效地采摘下来。这种协同作业的方式不仅加快了采摘速度，还提高了采摘的成功率。
[0110] 为了实现上述的动态连接机制，在本具体实施方式所提供的技术方案中，请参阅图5～8：过载切换辊组件4包括固设于第一套筒401插入第二套筒404内的一端上的齿形盘402，以及环形阵列式开设于第二套筒404内的卡槽4041；
[0111] 齿形盘402和卡槽4041之间设有滚珠403；滚珠403的一半和另一半分别卡在齿形盘402的齿形结构的一半空间内，以及卡槽4041的一半空间内，滚珠403充当了齿形盘402和卡槽4041、也就是第一套筒401与第二套筒404之间的“连接件”；当一个反行程弹齿5的线速度无法拉动辣椒果实时，基于第二套筒404传递来的冲力/阻力使滚珠403脱离卡槽4041并完全进入齿形盘402的齿形结构空间，实现第一套筒401与第二套筒404之间的固定连接关系切换成转动连接关系。
[0112] 具体的：过载切换辊组件4的工作原理基于滚珠403在齿形盘402和卡槽4041之间的动态移动。在正常情况下，滚珠403同时卡在齿形盘402的齿形结构和卡槽4041内，使得第一套筒401与第二套筒404之间保持固定连接关系。此时，所有反行程弹齿5能够同步旋转并接触辣椒植株进行采摘作业。然而，当某个反行程弹齿5遇到阻力过大、线速度无法克服果实与茎秆之间连接力的情况时，第二套筒404会传递较大的冲力或阻力至第一套筒401。这种力使得滚珠403受到挤压，从而脱离卡槽4041并完全进入齿形盘402的齿形结构空间内。此时，第一套筒401与第二套筒404之间的固定连接关系被释放，转变为转动连接关系。
[0113] 在这种转动连接状态下，受阻的反行程弹齿5保持其高度位置不变，而其他未受阻的反行程弹齿5则能够继续旋转工作。或者，当相邻的反行程弹齿5行进至受阻果实处时，两者能够形成配合关系，共同克服阻力并采摘果实(具体的配合方法将在后文阐述)。
[0114] 需要指出的是，在上述方案中：通过滚珠403在齿形盘402和卡槽4041之间的动态移动，实现了第一套筒401与第二套筒404之间连接关系的自适应切换。这种设计使得采摘装置在面对不同阻力时能够灵活应对，保证了采摘作业的连续性和稳定性。当某个反行程弹齿5过载时，过载切换机制的触发会释放第一套筒401与第二套筒404之间的固定连接关系，防止因单个弹齿过载而导致的设备损坏或停机。这种保护机制提高了采摘装置的可靠性和使用寿命。而且在过载切换状态下，相邻的反行程弹齿5能够形成配合关系，共同克服阻力并采摘果实。这种协同作业方式不仅提高了采摘效率，还增强了采摘装置对复杂生长环境的适应能力。
[0115] 在本具体实施方式所提供的技术方案中，请参阅图7～8：卡槽4041处开设有能使滚珠403沿着第一套筒401的轴向滚动的滑道4042。当滚珠403脱离卡槽4041时，滚珠403因其曲面特征，会与滑道4042的曲面特征相切并进而进入至滑道4042中；当第二套筒404仍在被辊体301驱动旋转时，本应让第一套筒401参与旋转的旋转力被滚珠403沿着滑道4042的滚动而抵消，进而实现第二套筒404仍转动，但是搭载有反行程弹齿5的第一套筒401不转动；进而实现前文的“当一个反行程弹齿5的线速度无法拉动辣椒果实时，其角度自适应地调节至与之最接近的另一个反行程弹齿5平行，该两个反行程弹齿5共同配合，拉动辣椒果实并克服其与茎秆之间的连接力并使其脱离”的水平位置基础；
[0116] 具体的：在正常情况下，滚珠403同时嵌入齿形盘402的齿形结构和卡槽4041内，确保第一套筒401与第二套筒404之间的固定连接。此时，两者同步旋转，带动反行程弹齿5进行采摘作业。当某个反行程弹齿5遇到过大阻力无法继续拉动辣椒果实时，第二套筒404传递的冲力/阻力使滚珠403受到挤压，从而脱离卡槽4041。由于滚珠403的曲面特征与滑道4042的曲面特征相切，滚珠403会顺利进入滑道4042并开始滚动。当第二套筒404继续被辊体301驱动旋转时，原本应传递给第一套筒401的旋转力被滚珠403在滑道4042中的滚动所抵消。这样，第二套筒404能够继续旋转，而搭载有反行程弹齿5的第一套筒401则保持相对静止或仅有微小移动。随着滚珠403在滑道4042中的滚动，第一套筒401相对于第二套筒404的位置发生微小调整，但这种调整是在水平方向上的。这种水平位置的自适应调节使得受阻的反行程弹齿5能够逐步调整至与相邻的未受阻弹齿平行的位置，为后续的共同配合采摘提供条件。
[0117] 需要指出的是，在上述方案中：滑道4042的设计使得过载切换辊组件4在过载状态下能够实现水平位置的自适应调节。这种调节保证了相邻反行程弹齿5之间能够形成有效的配合关系，共同克服阻力并完成采摘任务。结合滑道4042与滚珠403的相互作用，过载切换机制得到了进一步增强。即使某个反行程弹齿5因阻力过大而无法继续工作，整个过载切换辊组件4仍能保持相对稳定的工作状态，避免了对整个采摘装置的冲击和损坏。通过水平位置的自适应调节和相邻反行程弹齿5的共同配合，采摘装置在面对复杂生长环境时能够更加灵活高效地完成采摘任务，从而提高了整体采摘效率。
[0118] 在本具体实施方式所提供的技术方案中，请参阅图6～7：第一套筒401内设有能使滚珠403复位的锥形碟片弹簧405，实现第一套筒401与第二套筒404之间的转动连接关系切换成固定连接关系。
[0119] 其中，锥形碟片弹簧405的一端是抵顶在第一套筒401内的，其另一端则抵顶于滑套4043上，而滑套4043插入并滑动配合于第二套筒404的壁结构中，其中滑套4043的内壁又通过一圆角结构与滚珠403相切。当滚珠403脱离卡槽4041时，滑套4043被滚珠403所挤压，进而锥形碟片弹簧405开始弹性蓄力。当第二套筒404传递来的冲力/阻力足够小，即反行程弹齿5的线速度足以拉动辣椒果实时(无论是其独立的可以拉动还是两个反行程弹齿5相互配合的拉动)，锥形碟片弹簧405推动滑套4043带动滚珠403返回至齿形盘402和卡槽4041之间，实现第一套筒401与第二套筒404之间的转动连接关系切换成固定连接关系。
[0120] 需要指出的是，如图7所示，在实际中，锥形碟片弹簧405的一端应当抵在图中的b1处的槽体内，即滑套4043的内壁的槽体；因绘图软件的可视化限制，导致图中所示的锥形碟片弹簧405呈压缩状态且并未与槽体配合，故特此说明。
[0121] 具体的：上述流程在实际应用时为：
[0122] S1、过载状态：当滚珠403因阻力过大而脱离卡槽4041并进入滑道4042时，滑套4043的内壁会被滚珠403所挤压。此时，锥形碟片弹簧405开始弹性蓄力，储存因滚珠403移动而产生的能量。
[0123] S2、弹性蓄力：在滚珠403脱离卡槽4041的过程中，锥形碟片弹簧405受到压缩并逐渐储存能量。这种能量储存为后续滚珠403的复位提供了动力基础。
[0124] S3、复位条件：当第二套筒404传递的冲力/阻力减小至足够小的程度(即反行程弹齿5的线速度足以克服果实与茎秆之间的连接力时)，锥形碟片弹簧405开始释放储存的能量。这股释放的能量推动滑套4043沿第二套筒404的壁结构滑动，并带动滚珠403返回至齿形盘402和卡槽4041之间。
[0125] S4、固定连接恢复：随着滚珠403重新嵌入齿形盘402的齿形结构和卡槽4041内，第一套筒401与第二套筒404之间的转动连接关系被切换回固定连接关系。此时，两者再次同步旋转，带动反行程弹齿5进行正常的采摘作业。
[0126] 需要指出的是，在上述方案中：锥形碟片弹簧405的设计实现了过载切换辊组件4的自动复位功能。一旦过载状态解除，锥形碟片弹簧405即会释放能量推动滚珠403复位，使装置迅速恢复到正常工作状态。通过锥形碟片弹簧405的复位机制，过载切换辊组件4在面对复杂采摘环境时能够保持更高的稳定性。即使在短时间内多次触发过载切换机制，装置也能够迅速恢复并继续工作。自动复位功能减少了因过载切换导致的机械磨损和冲击损伤，从而延长了过载切换辊组件4乃至整个采摘装置的使用寿命。
[0127] 在本具体实施方式所提供的技术方案中，请参阅图5、9～12：反行程弹齿5包括用于拉动辣椒果实并克服其与茎秆之间的连接力并使其脱离的月牙形齿体501，以及自锁组件503，月牙形齿体501通过销轴502与自锁组件503连接，自锁组件503设于连接块406内；
[0128] 自锁组件503使月牙形齿体501沿偏心旋转器3的辊体301旋转方向进行角度调节，但制约其沿反方向旋转；
[0129] 月牙形齿体501进行角度调节时进行弹性蓄力，实现两个反行程弹齿5共同配合，基于上下两端的弹性力拉动辣椒果实并克服其与茎秆之间的连接力并使其脱离。
[0130] 实际应用中，如图11所示，当一个反行程弹齿5的线速度可以拉动辣椒果实时，它会因为其受力方向与自锁组件503的旋转方向相反，所以使得月牙形齿体501成为一种刚性件，进而拉动辣椒果实并克服其与茎秆之间的连接力并使其脱离；
[0131] 而当一个反行程弹齿5的线速度无法拉动辣椒果实时，如图12所示，基于前文的过载切换辊组件4对该反行程弹齿5实现的“高度位置基础”和“水平位置基础”，此时的反行程弹齿5同时执行如下三种动作：
[0132] 1)反行程弹齿5沿着固定的高度，以及水平方向，仍在向前移动；
[0133] 2)其月牙形齿体501受来自上方的果实的位置制约，开始向下铰接，并按压下方的果实；
[0134] 3)其月牙形齿体501与其相邻的另一个反行程弹齿5逐步形成一种平行关系；
[0135] 然后随着整机的向前移动，又进而实现如下的功能：当其月牙形齿体501到达极限位置处时，月牙形齿体501基于销轴502的弹性蓄力要么克服果实与茎秆之间的连接力并使其脱离，要么继续蓄力；如果是前者，则果实既被拨动脱离，又可以实现月牙形齿体501的弹性复位；如果是后者，则另一个反行程弹齿5行进至该果实处时，两个月牙形齿体501相互上下配合，位于上部的月牙形齿体501按压果实上部，位于下部的月牙形齿体501基于与之配合的自锁组件503自锁并形成前文的“刚性件”，使得果实的上部补偿方位被一个月牙形齿体501锁死，而果实的下部又被另一个月牙形齿体501所拨动，进而实现果实的脱离。
[0136] 具体的：月牙形齿体501通过销轴502与自锁组件503连接，自锁组件503内部包含螺旋碟形弹簧5036等弹性元件。这些弹性元件在月牙形齿体501受到阻力时(如无法直接拉动辣椒果实)会进行弹性蓄力。当月牙形齿体501达到极限位置时，其受到的来自果实和茎秆的阻力达到最大。此时，月牙形齿体501和自锁组件503内的弹性元件(如螺旋碟形弹簧5036)已经蓄积了足够的能量。请参阅图12，其中：
[0137] (1)克服连接力：如果蓄积的能量足够大，能够克服果实与茎秆之间的连接力，月牙形齿体501会突然发力，使果实脱离茎秆。
[0138] (2)继续蓄力：如果蓄积的能量不足以克服连接力，月牙形齿体501会保持在极限位置继续蓄力，等待配合其他反行程弹齿5的协助。即，它会保持在极限位置继续蓄力，并等待下一个反行程弹齿5的到来。随着设备的继续前行，另一个反行程弹齿5会行进到该果实处。此时，位于上部的月牙形齿体501会按压果实的上部，形成一个向上的力。同时，位于下部的月牙形齿体501通过自锁组件503自锁，形成“刚性件”，对果实下部施加一个向下的拨动力。上下两个月牙形齿体501的合力作用使得果实在两个方向上受到同时的力，这种协同作用有助于克服果实与茎秆之间的连接力，从而实现果实的顺利脱离，其原理进一步在于：
[0139] (2.1)上部月牙形齿体501：位于果实上部的月牙形齿体501通过按压果实上部，对果实施加一个向上的力。这个力有助于拉伸果实与茎秆之间的连接，减弱其连接强度；
[0140] (2.2)下部月牙形齿体501：同时，位于果实下部的月牙形齿体501则基于自锁组件503形成的“刚性件”，对果实下部施加一个向下的拨动力。这个力直接作用于果实与茎秆的连接处，试图直接剥离果实；
[0141] (2.3)力的叠加效应：上下两个月牙形齿体501同时对果实施加力，这些力在方向上相互补充，形成了对果实与茎秆连接处的综合作用。这种合力作用不仅增强了剥离果实的力度，还从多个角度削弱了连接力，提高了采摘成功率。
[0142] 可以理解的是，上述功能的核心点在于自锁组件503的设计确保了月牙形齿体501在需要时能够形成刚性件，提供稳定的拨动力。而当果实被成功剥离后，自锁组件503也能实现月牙形齿体501的弹性复位，为下一次采摘做准备。而且当单个反行程弹齿5在无法单独完成任务时能够自适应地调整工作状态，与相邻的反行程弹齿5形成协同作用。这种设计充分考虑了采摘过程中的实际情况，通过机械结构的巧妙安排，实现了力的最大化利用。因此方案不仅提高了采摘效率，还增强了采摘过程中的适应性和稳定性。无论是在果实密集还是植株布局不均的情况下，上下两个月牙形齿体501的协同作用都能有效地应对，确保果实的顺利脱离。
[0143] 而在实际应用中，可以将上述操作模式总结为：根据采摘过程中的不同情况可分为两种状态：正常采摘状态和过载状态。
[0144] 1)正常采摘状态：
[0145] 如图11所示，当反行程弹齿5的线速度足以拉动辣椒果实时，其受力方向与自锁组件503的旋转方向相反。这种情况下，月牙形齿体501在自锁组件503的制约下成为一种刚性件，能够稳定地拉动辣椒果实并克服其与茎秆之间的连接力，使其顺利脱离。
[0146] 2)过载状态：
[0147] 如图12所示，当反行程弹齿5遇到过大阻力无法继续拉动辣椒果实时，基于过载切换辊组件4提供的“高度位置基础”和“水平位置基础”，反行程弹齿5会执行以下三种动作：
[0148] 2.1)继续前移：
[0149] 反行程弹齿5沿着固定的高度和水平方向继续向前移动，保持与果实的接触。
[0150] 2.2)向下铰接：
[0151] 月牙形齿体501受上方果实位置的制约，开始向下铰接并按压下方的果实。这种弹性蓄力为后续的共同配合采摘做准备。
[0152] 2.3)形成平行关系：
[0153] 月牙形齿体501与其相邻的另一个反行程弹齿5逐步形成一种平行关系，为两个弹齿的共同配合采摘创造条件。
[0154] 随着整机的向前移动，月牙形齿体501到达极限位置时，基于销轴502的弹性蓄力会发挥作用：
[0155] 1)如果弹性蓄力足够克服果实与茎秆之间的连接力，则果实被拨动脱离，月牙形齿体501实现弹性复位。
[0156] 2)如果弹性蓄力不足以克服连接力，则另一个反行程弹齿5行进至该果实处时，两个月牙形齿体501相互配合：位于上部的月牙形齿体501按压果实上部，位于下部的月牙形齿体501基于自锁组件503自锁形成“刚性件”，锁死果实的上部方位，同时拨动果实的下部，从而实现果实的脱离。
[0157] 需要指出的是，在上述方案中：反行程弹齿5通过月牙形齿体501和自锁组件503的设计，实现了在采摘过程中的自适应调节。无论是正常采摘还是过载状态，反行程弹齿5都能根据实际情况调整工作状态，确保采摘任务的顺利进行。月牙形齿体501的设计增加了与果实的接触面积，提高了采摘效率；而自锁组件则保证了月牙形齿体在拉动果实过程中的稳定性。在过载状态下，反行程弹齿5能够通过弹性蓄力和相互配合的方式克服阻力，避免了因阻力过大而导致的机械损坏，延长了采摘装置的使用寿命。
[0158] 优选的，月牙形齿体501使用橡胶材质或轻质金属材质，且内部最好为空心结构，避免过高的质量对果实造成破坏。
[0159] 在本具体实施方式所提供的技术方案中，请参阅图10：自锁组件503包括外筒体5031和转动配合于其内的转轴5033，转轴5033与月牙形齿体501的销轴502固定连接；
[0160] 外筒体5031内设有螺旋碟形弹簧5036，螺旋碟形弹簧5036的一端和另一端分别抵顶于转轴5033与月牙形齿体501的销轴502，实现弹性蓄力。
[0161] 自锁组件503包括固设于外筒体5031内的棘轮5032，与铰接于转轴5033上的棘爪5034，转轴5033和棘爪5034之间设有使棘爪5034始终啮合于棘轮5032的弹性拨片5035。
[0162] 具体的：
[0163] 1)外筒体5031：作为自锁组件503的主体结构，外筒体5031内部设有其他关键部件，包括转轴5033、螺旋碟形弹簧5036、棘轮5032和棘爪5034。
[0164] 2)转轴5033：与月牙形齿体501的销轴502固定连接，能够带动月牙形齿体501沿特定方向旋转。转轴5033转动配合于外筒体5031内。
[0165] 3)螺旋碟形弹簧5036：安装于外筒体5031内部，一端抵顶于转轴5033，另一端抵顶于月牙形齿体501的销轴502。螺旋碟形弹簧5036在受压缩时能够储存能量，并在适当条件下释放能量以实现弹性蓄力。
[0166] 4)棘轮5032：固设于外筒体5031内，与棘爪5034配合使用实现自锁功能。棘轮5032的齿形设计使得棘爪5034只能单向啮合，从而制约转轴5033的反向旋转。
[0167] 5)棘爪5034：铰接于转轴5033上，通过弹性拨片5035的作用始终啮合于棘轮5032的齿间。棘爪5034的设计使得转轴5033只能沿特定方向(即偏心旋转器3的辊体301旋转方向)旋转，而不能反向旋转。
[0168] 6)弹性拨片5035：安装于转轴5033和棘爪5034之间，为棘爪5034提供持续的啮合力，确保棘爪5034始终与棘轮5032保持啮合状态。
[0169] 可以理解的是：当反行程弹齿5沿偏心旋转器3的辊体301旋转方向运动时，转轴5033带动月牙形齿体501同步旋转。此时，棘爪5034在弹性拨片5035的作用下沿棘轮5032的齿形表面滑动，不会阻碍转轴5033的旋转。螺旋碟形弹簧5036在此过程中保持压缩状态，为月牙形齿体501提供稳定的旋转支撑力。
[0170] 当需要阻止月牙形齿体501沿反方向旋转时(如遇到过载情况)，棘爪5034在棘轮5032的齿形作用下自动锁死，阻止转轴5033的反向旋转。此时，螺旋碟形弹簧5036的压缩力进一步增强了自锁效果，确保月牙形齿体501不会因外力作用而反向旋转。
[0171] 若需要解锁，则必须通过外部力量(如整机继续前移产生的力矩)克服棘爪5034与棘轮5032之间的啮合力，使棘爪5034从棘轮5032的齿间跳出，从而允许转轴5033反向旋转。
[0172] 螺旋碟形弹簧5036在月牙形齿体501进行角度调节时进行弹性蓄力。这种蓄力不仅有助于月牙形齿体501在采摘过程中保持稳定的接触力，还能在需要时提供额外的驱动力以克服果实与茎秆之间的连接力。
[0173] 因此可以理解的是，基于上述反行程弹齿5的具体结构限制，为满足上述“弹性蓄力会发挥作用”的功能，即“位于上部的月牙形齿体501按压果实上部，位于下部的月牙形齿体501基于自锁组件503自锁形成刚性件”，所以每两两相邻的两个反行程弹齿5的反行程方向应当相反。例如请参阅图12，偏心旋转器3顺时针旋转，位于上部的反行程弹齿5的反行程方向(即自锁方向)为逆时针，而相邻与其下方的那个反行程弹齿5的反行程方向应当为顺时针。其具体的反行程方向的满足条件可基于开设棘爪5034和棘轮5032的齿向来实现。
[0174] 因此基于上述结构特征可以理解的是，对于偏心旋转器3而言，反行程弹齿5的数量越多越好，这样可以增加任意两反行程弹齿5插入辣椒植株的可能性。
[0175] 需要指出的是：根据上述通过棘轮5032和棘爪5034的配合使用，自锁组件503实现了月牙形齿体501的单向旋转锁定功能。这一设计确保了月牙形齿体501在采摘过程中能够稳定地沿特定方向旋转，避免了因反向旋转而导致的采摘失败或机械损坏。螺旋碟形弹簧5036的引入为月牙形齿体501提供了弹性蓄力功能。这种蓄力不仅增强了月牙形齿体501在采摘过程中的稳定性，还提高了其克服果实与茎秆之间连接力的能力。自锁组件503的整体设计使得反行程弹齿5在采摘过程中能够保持高效稳定的工作状态。无论是正常采摘还是过载状态，自锁组件503都能根据实际情况调整工作状态，确保采摘任务的顺利进行。
[0176] 以上所述实施例仅表达了本发明的相关实际应用的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
