CN111070300A - 一种用于菠萝底茎切除的旋转夹紧机构 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于菠萝底茎切除的旋转夹紧机构，包括旋转单元，所述旋转单元的外端周向均匀转动连接有多个夹手回转臂，每个所述夹手回转臂上均连接有夹手，所述旋转单元底部设有旋转机架。本发明有益效果：本发明所述的用于菠萝底茎切除的旋转夹紧机构通过工位转杆进行水平方向的旋转，通过多个夹手回转臂连接多个夹手，使每个夹手进行纵向方向的旋转，利用夹手夹取从上料机构转入的菠萝，再送到底茎切除机构进行后续操作；克服了人工去除菠萝底茎效率低下、劳动成本高的问题。

Description

一种用于菠萝底茎切除的旋转夹紧机构

技术领域

本发明属于农业采摘加工设备领域，尤其是涉及一种用于菠萝底茎切除的旋转夹紧机构。

背景技术

菠萝不仅美味，口感独特，而且富含维生素具有一定食用药用价值，是不可或缺的一种水果，被广泛种植。通常情况下，采摘菠萝时，使用镰刀样刀具从菠萝下部将支撑茎割断，一般会在底部留有一段茎，这段茎不仅会给菠萝的装箱运输造成困难，也不利于菠萝的储藏和售卖。

传统菠萝去除底茎的方法是人工切除，即使用镰刀样刀具将底部的短茎一点点砍掉。但在大产量面前，人工除茎的传统方法无法满足加工效率的要求，会造成货物的堆积，且在温度较高的条件下，过量地堆积菠萝可能导致大批量菠萝变质，造成损失；另外，由于人工除茎的劳动量大，在劳动力价格日益昂贵的趋势下，会增加菠萝采摘处理的经济压力。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种用于菠萝底茎切除的旋转夹紧机构，以解决上述问题的不足之处。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种用于菠萝底茎切除的旋转夹紧机构，包括旋转单元，所述旋转单元的外端周向均匀转动连接有多个夹手回转臂，每个所述夹手回转臂上均连接有夹手，所述旋转单元底部设有旋转机架。

进一步的，所述夹手位置高度与出料滑板位置高度相对应。

进一步的，所述旋转单元包括工位转杆、转杆悬臂、转杆旋转电机和夹手回转臂驱动电机，所述工位转杆竖直转动安装在旋转机架上，且底部连接有转杆旋转电机，上端周向固定连接有多个转杆悬臂，所述转杆悬臂的外端通过夹手回转臂驱动电机连接有夹手。

进一步的，所述转杆悬臂水平设置且均匀分布在工位转杆上。

进一步的，所述夹手包括一个夹爪和两个张合支撑杆，所述夹爪上下两侧分别与张合支撑杆固定连接，两个所述张合支撑杆交叉转动连接在一个夹爪回转轴上，所述夹爪内侧设有压力传感器一和压力传感器二。

进一步的，所述夹手回转臂为凵型板结构，且内侧两端相对开设有通孔，内侧底部设有电磁铁一，所述夹爪回转轴的两端分别连接在两个通孔内，所述夹手回转臂外侧通过转臂回转轴连接在转杆悬臂端部，所述转臂回转轴上设有回转臂旋转齿轮，所述回转臂旋转齿轮与夹手回转臂驱动电机输出轴上连接的齿轮啮合连接，所述电磁铁一与控制单元连接。

进一步的，所述夹爪采用弹性材料构成，且初始状态为张口，受外力挤压时合上。

相对于现有技术，本发明所述的用于菠萝底茎切除的旋转夹紧机构具有以下优势：

本发明所述的用于菠萝底茎切除的旋转夹紧机构通过工位转杆进行水平方向的旋转，通过多个夹手回转臂连接多个夹手，使每个夹手进行纵向方向的旋转，利用夹手夹取从上料机构转入的菠萝，再送到底茎切除机构进行后续操作；克服了人工去除菠萝底茎效率低下、劳动成本高的问题。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的菠萝底茎切除装置整体结构示意图；

图2为本发明实施例所述的上料机构结构示意图；

图3为本发明实施例所述的上料机构剖视图；

图4为本发明实施例所述的放料箱内部结构剖视图；

图5为本发明实施例所述的转笼结构示意图；

图6为本发明实施例所述的旋转夹紧机构结构示意图；

图7为本发明实施例所述的旋转单元结构示意图；

图8为本发明实施例所述的夹手回转臂结构示意图；

图9为本发明实施例所述的夹手结构示意图；

图10为本发明实施例所述的底茎切除机构结构示意图；

图11为本发明实施例所述的二次夹紧单元和切割单元的安装结构示意图；

图12为本发明实施例所述的旋切单元的结构示意图；

图13为本发明实施例所述的二次夹紧杆结构示意图；

图14为本发明实施例所述的切割单元的结构示意图；

图15为本发明实施例所述的底茎切除机构动作结构示意图；

图16为本发明实施例所述的传送机构结构示意图；

图17为本发明实施例所述的控制单元的控制系统结构框图；

图18为本发明实施例所述的菠萝底茎切除装置控制流程图。

附图标记说明：

1、上料机构；11、储料箱；111、对心凸轮；112、凸轮滑杆；113、储料箱电机；114、底板；12、过渡滑板；13、转笼；131、固定凸轮；132、旋转盘；133、固定杆；134、推位活杆；135、转轴；136、弹性元件；137、转笼电机；138、滑槽；139、连接杆；14、上料挡板；141、竖直杆；15、上料机架；16、出料滑板；17：放料箱；2、旋转夹紧机构；21、旋转单元；211、工位转杆；212、转杆悬臂；213、转杆旋转电机；214、夹手回转臂驱动电机；22、夹手回转臂；221、电磁铁一；222、回转臂旋转齿轮；223、通孔；23、夹手；231、夹爪；232、张合支撑杆；233、夹爪回转轴；234、压力传感器一；235、压力传感器二；24、旋转机架；3、底茎切除机构；31、二次夹紧单元；311、二次夹紧杆；312、电磁铁二；313、二次夹紧弹性元件；314、铁块；315、夹紧环；32、切割单元；321、割刀；322、割刀回转轴；323、割刀回转电机；33、旋切单元；331、旋切移动板；332、旋切头；333、旋切主电机；334、旋切进给电机；335、旋切进给齿轮；34、底茎切除机架；341、旋切进给齿条；342、旋切进给导轨；35、二次夹紧支架；36、底座；4、传送机构；41、链板式传送带；42、直挡板；43、链轮；44、传送电机；45、传送机架。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

如图1所示，一种菠萝底茎切除装置，包括上料机构1、旋转夹紧机构2、底茎切除机构3、传送机构4和控制单元，

所述上料机构1用于投放菠萝，并将菠萝转入旋转夹紧机构2，

所述旋转夹紧机构2用于接收上料机构1转入的菠萝，并旋转传送到底茎切除机构3中，

所述底茎切除机构3用于切除菠萝的底茎，

所述传送机构4用于传送切除后的菠萝，

所述控制单元分别与上料机构1、旋转夹紧机构2、底茎切除机构3和传送机构4连接，控制上料、夹紧、切除和传送工作。

如图2至图4所示，图4中虚线表示菠萝位置，所述上料机构1包括储料箱11、放料箱17，所述储料箱11底部设有上料机架15，所述上料机架15一侧设有放料箱17，所述储料箱11上端开口设置，底部转动连接有底板114，所述储料箱11与底板114转动连接的一侧开设有出料口，所述底板114下方设有对心凸轮111，所述对心凸轮111上连接有凸轮滑杆112形成凸轮副，所述凸轮滑杆112的顶端抵在底板114底部，所述对心凸轮111还与储料箱电机113连接，所述出料口底部外侧倾斜向下设有过渡滑板12，所述放料箱17上侧和远离上料机架15的一侧均开口设置，所述过渡滑板12的下端从上料机架15上端的开口处向内伸入上料机架15内部，所述放料箱17内设有转笼13，所述放料箱17远离上料机架15的一侧的开口上侧通过回转副转动连接有倾斜设置的上料挡板14，所述上料挡板14下端位于转笼13与过渡滑板12之间，且在上料挡板14的前后两端对称设有竖直杆141，所述放料箱17远离上料机架15的一侧的开口中间处向内倾斜向上设有出料滑板16，所述储料箱电机113与控制单元连接。

如图5所示，所述转笼13包括两个对称分布的旋转盘132，两个所述旋转盘132之间连接有多个平行分布的固定杆133，两个所述旋转盘132上均对称设有多个滑槽138，每组相对称的滑槽138之间均连接有一个推位活杆134，所述推位活杆134与滑槽138外端之间设有弹性元件136，所述固定杆133和推位活杆134间隔分布，两个所述旋转盘132的外边缘上均对称设有一个凹槽，所述竖直杆141与旋转盘132的外缘接触，一个所述旋转盘132外侧固定连接有转轴135，所述转轴135另一端穿过放料箱17与转笼电机137的输出轴连接，每个所述旋转盘132内侧均设有一个固定凸轮131，两个所述固定凸轮131对称设置，且固定连接在一个连接杆139上，所述连接杆139穿过远离转笼电机137的旋转盘132并固定连接在放料箱17内壁上，所述转笼电机137与控制单元连接。

每两个所述推位活杆134之间均设有两个固定杆133，且每个所述推位活杆134两侧对称分布固定杆133。

如图6和图7所示，所述旋转夹紧机构2包括旋转单元21，所述旋转单元21的外端周向通过回转副均匀转动连接有多个夹手回转臂22，每个所述夹手回转臂22上均连接有夹手23，所述旋转单元21底部设有旋转机架24，所述夹手23位置高度与出料滑板16位置高度相对应。

所述旋转单元21包括工位转杆211、转杆悬臂212、转杆旋转电机213和夹手回转臂驱动电机214，所述工位转杆211竖直转动安装在旋转机架24上，且底部连接有转杆旋转电机213，上端周向固定连接有多个转杆悬臂212，所述转杆悬臂212的外端通过夹手回转臂驱动电机214连接有夹手23，所述转杆旋转电机213和夹手回转臂驱动电机214均与控制单元连接。

所述转杆悬臂212水平设置且均匀分布在工位转杆211上。

如图9所示，所述夹手23包括一个夹爪231和两个张合支撑杆232，所述夹爪231上下两侧分别与张合支撑杆232固定连接，两个所述张合支撑杆232交叉转动连接在一个夹爪回转轴233上，所述夹爪231内侧设有压力传感器一234和压力传感器二235，所述压力传感器一234和压力传感器二235均连接至控制单元。

如图8所示，所述夹手回转臂22为凵型板结构，且内侧两端相对开设有通孔223，内侧底部设有电磁铁一221，所述夹爪回转轴233的两端分别连接在两个通孔223内，所述夹手回转臂22外侧通过转臂回转轴连接在转杆悬臂212端部，所述转臂回转轴上设有回转臂旋转齿轮222，所述回转臂旋转齿轮222与夹手回转臂驱动电机214输出轴上连接的齿轮啮合连接，所述电磁铁一221与控制单元连接。

所述夹爪231采用弹性材料构成，且初始状态为张口，受外力挤压时合上。

如图10和图15所示，所述底茎切除机构3包括底座36、二次夹紧单元31、切割单元32、旋切单元33，所述底座36上侧两端分别设有二次夹紧支架35和底茎切除机架34，所述二次夹紧支架35上设有二次夹紧单元31和切割单元32，且所述二次夹紧单元31位于切割单元32上方，所述底茎切除机架34上设有旋切单元33，所述二次夹紧单元31一端伸入夹手23内部，所述切割单元32位于夹手23底部。

如图11和图13所示，所述二次夹紧单元31包括二次夹紧杆311，所述二次夹紧杆311的后端与二次夹紧支架35的上面板转动连接，前端设有水平分布的夹紧环315，且中间设有铁块314，所述二次夹紧支架35的上面板与铁块314对应处设有电磁铁二312，所述电磁铁二312与控制单元连接。

所述电磁铁二312后方设有二次夹紧弹性元件313，所述二次夹紧弹性元件313的两端分别固接在二次夹紧支架35的上面板和二次夹紧杆311上。

所述二次夹紧杆311的后端设置有旋转轴，通过所述旋转轴与二次夹紧支架35上面板上的回转副配合转动连接在二次夹紧支架35的上面板。

所述二次夹紧弹性元件313为弹簧。

如图14所示，所述切割单元32包括割刀321、割刀回转轴322和割刀回转电机323，所述割刀回转轴322通过回转副与二次夹紧支架35转动连接，所述割刀回转轴322上端和下端分别固定连接有割刀321和割刀回转电机323，所述割刀321位于夹手23下方，所述割刀回转电机323与控制单元连接。

如图12所示，所述旋切单元33包括旋切移动板331，所述底茎切除机架34的横截面为凵型结构，两侧端面竖直设有旋切进给导轨342，所述旋切移动板331的两端均通过导轨滑块滑动连接在两个旋切进给导轨342上，所述旋切移动板331中间通过回转副连接有竖直设置的旋切头332，所述旋切头332底端连接有旋切主电机333，所述旋切进给导轨342外侧的底茎切除机架34端面上设有一个旋切进给齿条341，所述旋切进给齿条341上啮合有一个旋切进给齿轮335，所述旋切进给齿轮335连接在旋切进给电机334的输出轴上，所述旋切进给电机334与旋切移动板331固定连接，所述旋切主电机333与控制单元连接。

如图16所示，所述传送机构4包括设置在传送机架45上的链板式传送带41，所述链板式传送带41的表面均匀设有多个直挡板42，所述链板式传送带41前后两端均设有链轮43，两个链轮43之间通过链条连接，其中一端链轮43连接在传送电机44的输出轴上，所述传送电机44与控制单元连接。

所述上料机构1、底茎切除机构3、传送机构4围绕旋转夹紧机构2两两间隔120゜呈放射状分布。

如图17所示，所述控制单元与压力传感器一234、压力传感器二235、电磁铁一221、电磁铁二312、储料箱电机113、转笼电机137、转杆旋转电机213、夹手回转臂驱动电机214、割刀回转电机323、旋切主电机333、旋切进给电机334、传送电机44信号连接，所述储料箱电机113、转笼电机137、转杆旋转电机213、夹手回转臂驱动电机214、割刀回转电机323、旋切主电机333、旋切进给电机334、传送电机44均为步进电机或伺服电机。

本实施例中，所述控制单元为单片机STM32F427ZIT7，所述储料箱电机113为三相异步电机Y80M1-4，所述转笼电机137为三相异步电机Y90L-4，所述转杆旋转电机213为步进电机130BYG350，所述夹手回转臂驱动电机214为步进电机28YBJ-48，所述割刀回转电机323为步进电机42BYGH34，所述旋切进给电机334为步进电机42BYGH34，所述旋切主电机333为三相异步电机Y90S-6，所述传送电机44为三相异步电机Y80M1-4。

本实施例中，所述回转副为轴承。

如图18所示，控制过程如下：

步骤一，为储料箱电机113、转笼电机137、旋切主电机333、传送电机44供电，按给定转速旋转；转杆旋转电机213复位，使夹手23对准上料挡板14；

步骤二，检测压力传感器一234和压力传感器二235的信号，有信号则说明夹手23中有待切茎菠萝，电磁铁一221通电，将张合支撑杆232吸合，带动夹爪231合闭，从而将菠萝夹住；

步骤三，比较压力传感器一234和压力传感器二235的数值，如果压力传感器一234的数值大于压力传感器二235的数值，则夹手回转驱动电机正转90゜(依据夹手23的回转方向，设定顺时针为正，逆时针为负)，否则夹手回转驱动电机反转90゜，使夹手23呈竖直状态，即待切菠萝根部向下，头部向上；

步骤四，与步骤三同步，转杆旋转电机213旋转120゜，使夹手23与二次夹紧单元31对正，此时二次夹紧单元31不动作，电磁铁二312断电，二次夹紧弹性元件313将二次夹紧杆311顶起，二次夹紧杆311上的夹紧环315位于夹爪231的上方；

步骤五，二次夹紧单元31动作，电磁铁二312供电，将二次夹紧杆311上的铁板向下吸附，二次夹紧弹性元件313被压缩，二次夹紧杆311绕回转轴向夹爪231方向旋转，夹紧环315进入竖直状态下的夹爪231内部，压紧待切茎菠萝，完成对待切茎菠萝的二次夹紧；

步骤六，割刀回转电机323旋转一周，将菠萝底茎切除。具体过程为，切割单元32不动作时，割刀321位于远离夹爪231处；动作时，割刀回转电机323通电并带动割刀回转轴322旋转一周，割刀321也旋转一周；旋转过程中，割刀321的刀锋通过夹爪231的下部，将待切茎菠萝的底茎切除；

步骤七，旋切进给电机334正转，带动旋切进给齿轮335旋转，将旋切移动板331向靠近夹爪231方向移动，靠近过程中旋切头332将待切茎菠萝底茎切面修理平整，直到旋切头332接触夹爪231底部，然后旋切进给电机334反转，直到旋切单元33回到初始位置；这里设定使旋切单元33靠近夹爪231的方向为电机正转方向，反之为反转方向；

步骤八，电磁铁二312断电，停止二次夹紧；

步骤九，转杆旋转电机213旋转120゜，将夹手23转运至传送机构4处；

步骤十，电磁铁一221断电，夹手23张开，将已切茎菠萝“吐出”至传送机构4上。

本实施例的工作过程如下：

工作时，人工将采摘的菠萝直接倒入储料箱11中，启动系统；凸轮滑杆112随对心凸轮111的旋转而上下往复滑动，推动底板114倾斜摆动，将储料箱11中储存的菠萝批量放出；投放的菠萝通过过渡滑板12滑入转笼13中，过渡滑板12上设计有上料挡板14用于阻挡菠萝避免在转笼口堵塞；且旋转盘132随时，旋转盘132上的凹槽转动至上部时，上料挡板14在菠萝的重力作用下，沿回转轴摆动，下落至该凹槽，此时上料挡板14上方空间可通过一个待切菠萝，其他时间，上料挡板14相反方向摆动，待切菠萝不可通过；通过上料挡板14上方空间的菠萝，进入转笼13上由固定杆133与推位活杆134组成的容纳槽内，随着转笼13的继续转动，推位活杆134与固定凸轮131轮廓开始接触，当推位活杆134移动至固定凸轮131远休止点时，推位活杆134被推至滑槽138外端，将待切菠萝推出，沿出料滑板16滑落至夹手23内；

底茎切除前，转笼13输送出来的菠萝被夹手23自动夹紧，然后夹手回转驱动电机旋转90゜，使夹手23呈竖直状态，即待切菠萝根部向下，头部向上；与此同时，转杆旋转电机213旋转120゜，使夹手23与二次夹紧单元31对正；

底茎切除时，二次夹紧杆311将待切茎菠萝压紧；割刀321旋转将菠萝底茎切除；然后，旋切单元33运动，旋切头332将菠萝底茎整理平整；最后，二次夹紧杆311松开；

底茎切除后，转杆旋转电机213旋转120゜，将夹手23转运至传送机构4处；夹手23张开，将已切茎菠萝“吐出”至传送机构4上；传送机构4将已切茎菠萝传送至预先放置的菠萝箱中，完成菠萝底茎切除工作。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于菠萝底茎切除的旋转夹紧机构，其特征在于：包括旋转单元，所述旋转单元的外端周向均匀转动连接有多个夹手回转臂，每个所述夹手回转臂上均连接有夹手，所述旋转单元底部设有旋转机架。

2.根据权利要求1所述的一种用于菠萝底茎切除的旋转夹紧机构，其特征在于：所述旋转单元包括工位转杆、转杆悬臂、转杆旋转电机和夹手回转臂驱动电机，所述工位转杆竖直转动安装在旋转机架上，且底部连接有转杆旋转电机，上端周向固定连接有多个转杆悬臂，所述转杆悬臂的外端通过夹手回转臂驱动电机连接有夹手。

3.根据权利要求2所述的一种用于菠萝底茎切除的旋转夹紧机构，其特征在于：所述转杆悬臂水平设置且均匀分布在工位转杆上。

4.根据权利要求2所述的一种用于菠萝底茎切除的旋转夹紧机构，其特征在于：所述夹手包括一个夹爪和两个张合支撑杆，所述夹爪上下两侧分别与张合支撑杆固定连接，两个所述张合支撑杆交叉转动连接在一个夹爪回转轴上，所述夹爪内侧设有压力传感器一和压力传感器二。

5.根据权利要求4所述的一种用于菠萝底茎切除的旋转夹紧机构，其特征在于：所述夹手回转臂为凵型板结构，且内侧两端相对开设有通孔，内侧底部设有电磁铁一，所述夹爪回转轴的两端分别连接在两个通孔内，所述夹手回转臂外侧通过转臂回转轴连接在转杆悬臂端部，所述转臂回转轴上设有回转臂旋转齿轮，所述回转臂旋转齿轮与夹手回转臂驱动电机输出轴上连接的齿轮啮合连接。

6.根据权利要求1所述的一种用于菠萝底茎切除的旋转夹紧机构，其特征在于：所述夹爪采用弹性材料构成，且初始状态为张口，受外力挤压时合上。

7.根据权利要求1所述的一种用于菠萝底茎切除的旋转夹紧机构，其特征在于：所述夹手位置高度与出料滑板位置高度相对应。

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