一种苹果防碰撞分级收集机及其苹果收集方法
阅读说明：本技术 一种苹果防碰撞分级收集机及其苹果收集方法 (Apple anti-collision grading collector and apple collecting method thereof ) 是由 马锃宏 胡润泽 黄建勋 张剑一 于 2021-07-21 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种苹果防碰撞分级收集机及其苹果收集方法,包括分级防撞管道机构和收集机构；分级防撞管道机构包括分级防撞管道；分级防撞管道的主管内位于每根支管的入料口下方均设有分级器件；最顶部分级器件上方以及最底部分级器件下方均设有防撞器件一；每根支管的内壁设有防撞器件二；主管和每根支管底端均设有一个收集机构。本发明通过分级防撞管道的主管和多根支管结合分级器件对不同直径苹果进行分级收集,分级等级可通过更换不同内径的环形气囊实现；防撞器件使苹果在分级防撞管道内各个位置处均不会碰撞到刚性构件；收集机构中收集管的环形气囊结合收集管的升降,使苹果以无初速度的形式进入收集框内,将苹果的碰撞损伤降到最低。(The invention discloses an apple anti-collision grading collector and an apple collecting method thereof, wherein the apple anti-collision grading collector comprises a grading anti-collision pipeline mechanism and a collecting mechanism; the grading anti-collision pipeline mechanism comprises a grading anti-collision pipeline; a grading device is arranged below a feeding port of each branch pipe in a main pipe of the grading anti-collision pipeline; a first anti-collision device is arranged above the topmost grading device and below the bottommost grading device; the inner wall of each branch pipe is provided with a second anti-collision device; the bottom ends of the main pipe and each branch pipe are respectively provided with a collecting mechanism. According to the invention, apples with different diameters are collected in a grading manner by combining the main pipe and the branch pipes of the grading anti-collision pipeline with the grading device, and the grading grade can be realized by replacing annular air bags with different inner diameters; the anti-collision device ensures that the apples cannot collide with the rigid member at each position in the grading anti-collision pipeline; the annular air bag of the collecting pipe in the collecting mechanism is combined with the lifting of the collecting pipe, so that the apples enter the collecting frame in a form without initial speed, and the collision damage of the apples is reduced to the minimum.)
技术领域
本发明属于农业机械技术领域，具体涉及一种苹果防碰撞分级收集机及其苹果收集方法。
背景技术
随着我国农业生产技术的不断进步，以及苹果新品种的引进和研发，我国已经成为世界苹果生产第一大国，产量占全球苹果总产量的65％。在整个苹果种植过程中，需要大量的劳动力投入。另外，对于苹果采摘收集工作，由于采摘工作季节性强，需要在短时间内采摘所有苹果，劳动强度大，若不及时完成采摘工作，会导致经济损失。在采摘过程中，为满足贮藏、运输、售卖的要求，需尽量避免苹果破损且需要根据大小分级。
目前，我国苹果采摘收集主要通过手工完成，能满足少损伤和分级要求，但劳动强度大。而对于实现苹果采摘过程的机构研究，大多集中在采摘抓取的动作上，对于苹果分级收集并防撞的研究涉及甚少。现有对于苹果防撞的专利中，有涉及一种笛卡尔直角坐标系机构，机构复杂且忽略了在分级之后不同苹果大小还存在差距，从而也不能避免苹果碰撞。另外，也有一种旋转机构，在刚性扇形结构上包裹一层衬布接住掉落的苹果，并使苹果滚到框内，但掉落速度大，不可避免与其余苹果产生碰撞。
因此设计一种能够完成苹果收集过程中防碰撞的分级收集机已成为我国苹果采摘领域发展的迫切需求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种苹果防碰撞分级收集机及其苹果收集方法，收集已被摘下的苹果，能够极大程度上保证苹果无损地输送到各收集框内，且实现分级收集。
本发明一种苹果防碰撞分级收集机，包括分级防撞管道机构和收集机构。所述的分级防撞管道机构包括分级防撞管道、分级器件、防撞器件一和防撞器件二；所述的分级防撞管道固定在机架上；分级防撞管道设有一体成型的主管和n根支管，n≥2；所有支管的入料口均与主管连通，且各支管的入料口所在高度均不相同；所述主管的内壁位于每根支管的入料口下方位置均设有一个分级器件，且在最顶部分级器件上方以及最底部分级器件下方均设有若干防撞器件一；每根支管的内壁设有若干防撞器件二；所述的分级器件包括环形气囊、位于环形气囊上方的月形气囊和位于月形气囊上方的光电传感器；分级器件的环形气囊、月形气囊和光电传感器通过一个固定环与主管固定；所述的防撞器件一和防撞器件二均包括环形气囊和位于环形气囊上方的光电传感器；防撞器件一的环形气囊和光电传感器通过一个固定环与主管固定，防撞器件二的环形气囊和光电传感器通过一个固定环与支管固定；环形气囊的整个外侧与固定环固定；月形气囊的一侧与固定环固定，另一侧自由设置；主管由上至下排布的分级器件中的环形气囊内径逐渐减小。
所述分级防撞管道的主管和每根支管底端均设有一个收集机构；所述的收集机构包括直线运动机构和收集框；所述的直线运动机构包括收集管、防撞器件三、升降气缸、光杆、连接块和直线轴承；所述的收集管外固定有连接块；连接块与固定在机架上的光杆通过直线轴承连接，并与升降气缸的推杆固定；升降气缸的缸体固定在机架上；升降气缸的推杆竖直设置；收集管的内壁设有多个防撞器件三，其中一个防撞器件三位于收集管的最底端位置处；所述的防撞器件三包括环形气囊和位于环形气囊上方的光电传感器；防撞器件三的环形气囊和光电传感器通过一个固定环与收集管固定；收集管的底部设有收集框。收集机构的收集管顶端与主管或对应的一根支管底端对齐。
优选地，所述的光电传感器采用漫反射式光电传感器。
优选地，所述的环形气囊、月形气囊和升降气缸均通过气管以及换向阀与气泵连接，光电传感器的信号输出端与控制器连接；气泵由控制器控制。
优选地，所述收集管的底部设有弯管段。
优选地，还包括旋转底座；所述的旋转底座包括挡板、转台、凸轮扳手、轴、回转气缸、推力轴承和底板；所述的转台通过推力轴承支承在底座上，并与回转气缸的转子固定；回转气缸的定子与底座固定；回转气缸通过气管以及换向阀与气泵连接；所述的挡板固定在转台上；所述的轴与挡板正对设置，并固定在转台上；所述的凸轮扳手与轴过渡配合；凸轮扳手朝向挡板的一端设有一体成型的凸轮；每个收集机构的收集框置于对应一个旋转底座的转台上，且位于对应一个旋转底座的挡板和凸轮扳手之间。
该苹果防碰撞分级收集机的苹果收集方法，具体如下：
将待分级苹果由分级防撞管道的主管顶端放入，先由上至下依次落到主管内位于最顶部分级器件上方的各防撞器件一上；当苹果通过各防撞器件一落到最顶部分级器件上后，直径较小的苹果落入下一个分级器件上，不能通过最顶部分级器件的苹果则被推入对应的支管内；之后各级分级器件对苹果进行分级，不能通过各级分级器件的苹果被推入对应级别的支管内；通过最后一级分级器件的苹果则再由上至下依次落到主管内位于最底部分级器件下方的各防撞器件一上，之后由主管输出至主管下方的收集机构内；而进入支管内的苹果由上至下依次落到支管内的各防撞器件二上后，由支管输出至支管下方的收集机构内；各收集机构中，收集管内最顶部防撞器件三上落入苹果后，升降气缸驱动连接块和收集管沿着光杆下降，收集管下降到位后，收集管内的苹果由上至下依次落到剩余防撞器件三上，之后落入收集框内；最后，升降气缸驱动连接块和收集管上升复位；其中，升降气缸驱动连接块和收集管下降的高度每过预设时间减小一个预设步长。
其中，防撞器件一、防撞器件二或防撞器件三上落入苹果时，均进行如下操作：光电传感器检测到苹果，将检测信号传给控制器，控制器判别下方一个防撞器件一、防撞器件二、防撞器件三或分级器件的光电传感器未检测到苹果后，经过预设时间再控制换向阀换向，使环形气囊放气，苹果落下后光电传感器未检测到苹果，控制器控制换向阀再次换向，使环形气囊充气。
其中，苹果落入分级器件上不能通过时，分级器件进行如下操作：分级器件的光电传感器检测到苹果，控制器判别下方一个分级器件或防撞器件一的光电传感器未检测到苹果后，控制与月形气囊连接的换向阀换向，使月形气囊充气，将苹果推入对应的支管内，随后控制与月形气囊连接的换向阀再次换向，使月形气囊放气。
优选地，将机架固定在苹果采摘车上，在分级防撞管道的主管顶端固定机械手臂；由机械手臂采摘苹果，并送入分级防撞管道的主管内。
优选地，收集框被夹紧在转台上的挡板与凸轮扳手之间，转台在回转气缸驱动下保持匀速旋转，使苹果均匀分散在收集框内；收集框收集满苹果后，旋转凸轮扳手，即可松开收集满苹果的收集框，更换空的收集框夹紧在转台上的挡板与凸轮扳手之间。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明通过分级防撞管道的主管和多根支管结合分级器件对不同直径的苹果进行分级收集，分级等级和大小设定可通过更换不同内径的环形气囊实现。
2、本发明通过在分级防撞管道的主管和每根支管内设置带环形气囊的防撞器件，使苹果在分级防撞管道内各个位置处均不会碰撞到刚性构件；进一步，分级防撞管道的主管和每根支管底端均设有一个收集机构，收集机构中收集管的多处环形气囊，最重要的是最底端位置的环形气囊结合收集管的升降功能，在收集管接收到主管或支管输出的苹果后，下降到位使苹果以无初速度的形式进入收集框内，将苹果与收集框或收集框内苹果的碰撞损伤降到最低。
3、本发明可连接机器手臂，实现苹果采摘的机械化、智能化。
4、本发明采用旋转底座驱动收集框，配合收集管的升降运动，使苹果在收集框内分散更加均匀。
5、本发明操作简便，极大地减少了劳动量；收集框的固定方式使收集框收集满苹果后方便更换空的收集框。
附图说明
图1是本发明中分级防撞管道机构的结构示意图；
图2是本发明中收集机构和旋转底座的结构示意示意图；
图3是本发明中月形气囊在分级防撞管道内充气状态的示意图；
图4是本发明中月形气囊在分级防撞管道内放气状态的示意图；
图5是本发明中直线运动机构的结构示意图；
图6是本发明中旋转底座的结构示意图；
图7是本发明中回转气缸、推力轴承和底座的装配示意图。
图中：1.分级防撞管道机构，2.直线运动机构，3.旋转底座，4.收集框，5.分级防撞管道，6.环形气囊，7.月形气囊，8.主管，9.光电传感器，10气管，11.支管，12.机架，13.升降气缸，14.连接块，15.光杆，16.直线轴承，17.凸轮扳手，18.轴，19.推力轴承，20.底座，21.挡板，22.回转气缸，23.转台，24.固定环。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1、3和4所示，一种苹果防碰撞分级收集机，包括分级防撞管道机构1和收集机构。分级防撞管道机构1包括分级防撞管道5、分级器件、防撞器件一和防撞器件二；分级防撞管道5固定在机架上；分级防撞管道5设有一体成型的主管8和n根支管11，n≥2；所有支管的入料口均与主管8连通，且各支管的入料口所在高度均不相同；主管的内壁位于每根支管的入料口下方位置均设有一个分级器件，且在最顶部分级器件上方以及最底部分级器件下方均设有若干防撞器件一；每根支管的内壁设有若干防撞器件二；分级器件包括环形气囊6、位于环形气囊6上方的月形气囊7和位于月形气囊7上方的光电传感器9；分级器件的环形气囊6、月形气囊7和光电传感器9通过一个固定环24与主管固定；防撞器件一和防撞器件二均包括环形气囊6和位于环形气囊6上方的光电传感器9；防撞器件一的环形气囊6和光电传感器9通过一个固定环24与主管固定，防撞器件二的环形气囊6和光电传感器9通过一个固定环24与支管固定；环形气囊6的整个外侧与固定环24固定；月形气囊7的一侧与固定环24固定，另一侧自由设置；主管由上至下排布的分级器件中的环形气囊6内径逐渐减小。
如图1、2和5所示，分级防撞管道5的主管和每根支管底端均设有一个收集机构；收集机构包括直线运动机构2和收集框4；直线运动机构2包括收集管、防撞器件三、升降气缸13、光杆15、连接块14和直线轴承16；收集管外固定有连接块14；连接块14与固定在机架上的光杆15通过直线轴承16连接，并与升降气缸13的推杆固定；升降气缸13的缸体固定在机架12上；升降气缸13的推杆竖直设置；收集管的内壁设有多个防撞器件三，其中一个防撞器件三位于收集管的最底端位置处；防撞器件三包括环形气囊6和位于环形气囊6上方的光电传感器9；防撞器件三的环形气囊6和光电传感器9通过一个固定环24与收集管固定；收集管的底部设有收集框4。收集机构的收集管顶端与主管或对应的一根支管底端对齐。
作为一个优选实施例，光电传感器9采用漫反射式光电传感器。
作为一个优选实施例，环形气囊6、月形气囊7和升降气缸13均通过气管10以及换向阀与气泵连接，光电传感器9的信号输出端与控制器连接；气泵由控制器控制。
作为一个优选实施例，收集管的底部设有弯管段。
作为一个优选实施例，如图2、6和7所示，还包括旋转底座3；旋转底座3包括挡板21、转台23、凸轮扳手17、轴18、回转气缸22、推力轴承19和底板20；转台23通过推力轴承19支承在底座20上，并与回转气缸22的转子固定；回转气缸22的定子与底座20固定；回转气缸22通过气管10以及换向阀与气泵连接；挡板21固定在转台23上；轴18与挡板21正对设置，并固定在转台23上；凸轮扳手17与轴18过渡配合；凸轮扳手17朝向挡板21的一端设有一体成型的凸轮；每个收集机构的收集框4置于对应一个旋转底座3的转台23上，且位于对应一个旋转底座3的挡板21和凸轮扳手17之间；搬动凸轮扳手17，可实现收集框4的松紧；转台23的旋转使收集苹果均匀分散在收集框4内。
该苹果防碰撞分级收集机的苹果收集方法，具体如下：
将待分级苹果由分级防撞管道5的主管顶端放入，先由上至下依次落到主管内位于最顶部分级器件上方的各防撞器件一上；当苹果通过各防撞器件一落到最顶部分级器件上后，直径较小的苹果落入下一个分级器件上，不能通过最顶部分级器件的苹果则被推入对应的支管内；之后各级分级器件对苹果进行分级，不能通过各级分级器件的苹果被推入对应级别的支管内；通过最后一级分级器件的苹果则再由上至下依次落到主管内位于最底部分级器件下方的各防撞器件一上，之后由主管输出至主管下方的收集机构内；而进入支管内的苹果由上至下依次落到支管内的各防撞器件二上后，由支管输出至支管下方的收集机构内；各收集机构中，收集管内最顶部防撞器件三上落入苹果后，升降气缸13驱动连接块14和收集管沿着光杆15下降，收集管下降到位后，收集管内的苹果由上至下依次落到剩余防撞器件三上，之后落入收集框4内；最后，升降气缸13驱动连接块14和收集管上升复位；其中，升降气缸13驱动连接块14和收集管下降的高度每过预设时间减小一个预设步长，使得收集管底端在不同高度均停留一段时间，保证苹果在对应高度充满一层，且在对应高度与前一个高度的距离足够小，避免苹果之间的撞击。
其中，防撞器件一、防撞器件二或防撞器件三上落入苹果时，均进行如下操作：光电传感器9检测到苹果，将检测信号传给控制器，控制器判别下方一个防撞器件一、防撞器件二、防撞器件三或分级器件的光电传感器9未检测到苹果(避免下方防撞器件一、防撞器件二、防撞器件三或分级器件的环形气囊6上存在苹果，导致两个苹果相撞的情况发生)后，经过预设时间(预设时间足够苹果静止即可，起到缓冲作用)再控制换向阀换向，使环形气囊6放气，苹果落下后光电传感器9未检测到苹果，控制器控制换向阀再次换向，使环形气囊6充气。
其中，苹果落入分级器件上不能通过时，分级器件进行如下操作：分级器件的光电传感器9检测到苹果(这里，分级器件的光电传感器9需要设置为1s内多次检测到苹果才触发控制器，避免直径较小的苹果经过光电传感器9时触控制器的情况发生)，控制器判别下方一个分级器件或防撞器件一的光电传感器9未检测到苹果后，控制与月形气囊7连接的换向阀换向，使月形气囊7充气，将苹果推入对应的支管内，随后控制与月形气囊7连接的换向阀再次换向，使月形气囊7放气。
作为一个优选实施例，将机架固定在苹果采摘车上，在分级防撞管道的主管顶端固定机械手臂；由机械手臂采摘苹果，并送入分级防撞管道5的主管内。
作为一个优选实施例，收集框4被夹紧在转台23上的挡板21与凸轮扳手17之间，转台23在回转气缸22驱动下保持匀速旋转，使苹果均匀分散在收集框4内；收集框4收集满苹果后，旋转凸轮扳手17，即可松开收集满苹果的收集框4，更换空的收集框4夹紧在转台23上的挡板21与凸轮扳手17之间。
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