本发明公开一种萝卜收获装置及收获方法，车身内部前右侧安有前后水平布置的转动电机，转动电机输出轴前方连接齿轮组，齿轮组左侧连接齿轮，齿轮与上下垂直的齿条相啮合；齿条固定连接位于车身外前方的前收获装置，前收获装置的定位盘边缘处通过连杆固定连接齿条；顶端装有收获电机，收获电机输出轴固定连接锥齿轮，定位盘底部分布四个激光定位器，在锥齿轮外圈处沿圆周方向均布与锥齿轮相互啮合的三个斜齿条，每个斜齿条下端各固定连接一个收获铲；振动电机输出轴经偏心轮连接斜拉杆上端，斜拉杆下端固定连接振动筛，振动筛后端通过丝杆与直线步进电机连接；实现对散种萝卜的半自动化拔取，不会损伤到萝卜本身。
1.一种萝卜收获装置，具有一个车身（28），车身（28）底部前端装有两个前轮（15）、后端装有两个万向轮后轮（25），车身（28）后部顶端装有手柄（27），手柄（27）上装有调速器（26），其特征是：车身（28）内部前右侧安有前后水平布置的转动电机（1），转动电机（1）输出轴前方连接齿轮组（3），齿轮组（3）左侧连接齿轮（4），齿轮（4）与上下垂直的齿条（5）相啮合；齿条（5）固定连接位于车身（28）外前方的前收获装置（7），前收获装置（7）包括定位盘（8）、收获电机（9）、斜齿条（10）、锥齿轮（11）、收获铲（12）和激光定位器（13），定位盘（8）的中心轴垂直向下，其边缘处通过连杆固定连接齿条（5）；定位盘（8）顶端装有垂直布置的收获电机（9），收获电机（9）输出轴固定连接锥齿轮（11），锥齿轮（11）位于定位盘（8）下方正中，定位盘（8）的底部四周均匀分布四个激光定位器（13），车身（28）上固定连接有反射激光定位器（13）的定位信息的反射镜（6）；在锥齿轮（11）外圈处沿圆周方向均布与锥齿轮（11）相互啮合的三个斜齿条（10），每个斜齿条（10）下端各固定连接一个收获铲（12）；在转动电机（1）左侧旁装有左右布置的振动电机（2），振动电机（2）输出轴经偏心轮（18）连接斜拉杆（16）上端，斜拉杆（16）下端固定连接振动筛（14）；振动筛（14）左右两侧面各位于一个前后布置的导轨（21）内，导轨（21）固定装在车身（28）上；振动筛（14）后端通过丝杆（22）与直线步进电机（24）连接，在车身（28）内部还装有控制器（23）和左右布置的驱动电机（20），驱动电机（20）输出轴经皮带轮（19）、皮带（17）驱动两个前轮（15）；控制器（23）分别经不同的控制线连接转动电机（1）、振动电机（2）、收获电机（9）、直线步进电机（24）及调速器（26），调速器（26）连接驱动电机（20）。
2.根据权利要求1所述一种萝卜收获装置，其特征是：丝杆（22）前端设有前限位开关、后端设有后限位开关；每个斜齿条（10）上端装有上限位开关、下端安装有下限位开关；齿条（5）上端装有上限位开关，下端装有下限位开关；每个限位开关均与控制器（23）相连。
3.根据权利要求1所述一种萝卜收获装置，其特征是：两个前轮（15）间通过连接轴连接，连接轴上套有轴齿轮；驱动电机（20）输出轴上装有皮带轮（19），皮带（17）一端与皮带轮（19）啮合，另一端与两个前轮（15）间的轴齿轮啮合。
4.根据权利要求1所述一种萝卜收获装置，其特征是：车身（28）前侧板上开有上下通槽，齿条（5）位于通槽处。
5.一种如权利要求2所述萝卜收获装置的收获方法，其特征是包括以下步骤：
A、开启四个激光定位器（13）和调速器（26），驱动电机（20）推动前轮（15）前进、后退或转弯以寻找目标萝卜，当操作者通过反射镜（6）看到四个激光定位器（13）的投射区域完全包围住目标萝卜时，关闭驱动电机（20）；
B、控制器（23）启动转动电机（1）正转，齿条（5）向下运动使前收获装置（7）下降至收获铲（12）底端与地面相接触，关闭转动电机（1），启动收获电机（9）正转，收获电机（9）带动锥齿轮（11）旋转，三个收获铲（12）向下运动插入泥土内，包住沾有泥土的萝卜，关闭收获电机（9）；
C、控制器（23）启动转动电机（1）反转，前收获装置（7）向上运动将萝卜拔出泥土，收获铲（12）高于振动筛（14），关闭转动电机（1）；
D、控制器（23）启动直线步进电机（24），振动筛（14）在丝杆（22）的带动下沿导轨（21）向前运动至收获铲（12）的正下方，关闭直线步进电机（24），收获电机（9）反转，锥齿轮（11）带着斜齿条（10）向上移动，萝卜从三个收获铲（12）中漏出掉至振动筛（14）内，关闭收获电机（9）；
E、启动直线步进电机（24）反转，振动筛（14）恢复至原位，关闭直线步进电机（24）；
F、控制器（23）启动振动电机（2），带动振动筛（14）振动以除去粘在萝卜上的部分泥土。
6.根据权利要求5所述的收获方法，其特征是：前收获装置（7）下降至齿条（5）下端装有的下限位开关处时，控制器（23）关闭转动电机（1），前收获装置（7）上升至齿条（5）上端装有的上限位开关处时，控制器（23）关闭转动电机（1）；收获铲（12）向下运动至斜齿条（10）下端装有的下限位开关处时，收获铲（12）插入泥土内，控制器（23）关闭收获电机（9），收获铲（12）向上运动至斜齿条（10）上端装有的上限位开关处时，控制器（23）关闭收获电机（9）；振动筛（14）向前运动至丝杆（22）后端设有的后限位开关处时，关闭直线步进电机（24），振动筛（14）恢复至原位至丝杆（22）前端设有的前限位开关处时，关闭直线步进电机（24）。
一种萝卜收获装置及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及农用生产辅助器械，特别是一种用于收获萝卜的装置。
背景技术
[0002] 萝卜采摘工作在整个农业产业中占有重要地位，目前绝大多数还采用人工的小规模作业或者采用大型农用机械进行的大规模作业。人工收获萝卜时，需要劳动者弯腰蹲在地上或用铁锹用力进行操作，劳动强度大，生产效率低；大型农用机械收获时，必须是大规模的萝卜种植区域才可以，而且收获成本大，存在破坏果实的风险。成熟期的萝卜，收获周期短，工作量大，因此研发萝卜收获装置成为亟待解决的问题。
[0003] 中国专利申请号为200820089396.1、名称为“拔取式萝卜收获机”的文献公开的收获机，采用激振器给萝卜两边松土，再用内、外输送带夹住萝卜缨，继而将萝卜拔起，该装置虽然可以迅速、快捷地收获萝卜，但是其结构复杂，仅适合于田间大规模的垄作式收获，不适用于非规则种植区域或者田间散种的区域；又如中国专利申请号为201220382528.6、名称为“一种胡萝卜收获机螺旋扶禾装置” 的文献公开的装置，其利用旋转的左右螺旋扶禾器，把倒伏在地面的胡萝卜秧扶起来，送入夹持机构完成收获作业，其技术方案存在以下缺陷：仅仅依靠高速旋转的螺旋扶禾器夹住萝卜缨将胡萝卜拔出，容易把萝卜缨夹断，导致胡萝卜不能正常拔出。
发明内容
[0004] 为了解决现有的萝卜收获装置结构复杂、适用范围窄、易夹断萝卜缨以及收获价格昂贵等问题，本发明提供一种结构简单、适用范围广、对萝卜无伤害的萝卜收获装置，本发明同时提供该萝卜收获装置的收获方法，采摘人员不用弯腰就能很方便地收获萝卜。
[0005] 本发明一种萝卜收获装置采用的技术方案是：具有一个车身，车身底部前端装有两个前轮、后端装有两个万向轮后轮，车身后部顶端装有手柄，手柄上装有调速器，车身内部前右侧安有前后水平布置的转动电机，转动电机输出轴前方连接齿轮组，齿轮组左侧连接齿轮，齿轮与上下垂直的齿条相啮合；齿条固定连接位于车身外前方的前收获装置，前收获装置包括定位盘、收获电机、斜齿条、锥齿轮、收获铲和激光定位器，定位盘的中心轴垂直向下，其边缘处通过连杆固定连接齿条；定位盘顶端装有垂直布置的收获电机，收获电机输出轴固定连接锥齿轮，锥齿轮位于定位盘下方的中心处，定位盘的底部四周均匀分布四个激光定位器，车身上固定连接有反射激光定位器的定位信息的反射镜；在锥齿轮外圈处沿圆周方向均布与锥齿轮相互啮合的三个斜齿条 ，每个斜齿条下端各固定连接一个收获铲；在转动电机左侧旁装有左右布置的振动电机，振动电机输出轴经偏心轮连接斜拉杆上端，斜拉杆下端固定连接振动筛；振动筛左右两侧面各位于一个前后布置的导轨内，导轨固定装在车身上；振动筛后端通过丝杆与直线步进电机连接，在车身内部还装有控制器和左右布置的驱动电机，驱动电机输出轴经皮带轮，皮带驱动两个前轮；控制器分别经不同的控制线连接转动电机、振动电机、收获电机、直线步进电机及调速器，调速器连接驱动电机。
[0006] 本发明一种萝卜收获装置的萝卜收获方法采用的技术方案是包括以下步骤：
[0007] A、开启四个激光定位器和调速器，驱动电机推动前轮前进、后退或转弯以寻找目标萝卜，当操作者通过反射镜看到四个激光定位器的投射区域完全包围住目标萝卜时，关闭驱动电机；
[0008] B、控制器启动转动电机正转，齿条向下运动使前收获装置下降至收获铲底端与地面相接触，关闭转动电机，启动收获电机正转，收获电机带动锥齿轮旋转，三个收获铲向下运动插入泥土内，包住沾有泥土的萝卜，关闭收获电机；
[0009] C、控制器启动转动电机反转，前收获装置向上运动将萝卜拔出泥土，收获铲高于振动筛，关闭转动电机；
[0010] D、控制器启动直线步进电机，振动筛在丝杆的带动下沿导轨向前运动至收获铲的正下方，关闭直线步进电机，收获电机反转，锥齿轮带着斜齿条向上移动，萝卜从三个收获铲中漏出掉至振动筛内，关闭收获电机；
[0011] E、启动直线步进电机反转，振动筛恢复至原位，关闭直线步进电机；
[0012] F、控制器启动振动电机，带动振动筛振动以除去粘在萝卜上的部分泥土。
[0013] 本发明的有益效果：
[0014] 1、本发明仅通过驱动电机、前收获装置、振动筛和转向等完成收获任务，实现对散种萝卜的半自动化拔取，结构简单、体积小、可靠、实用，制造和使用成本较低，适用于小规模的收获活动。
[0015] 2、本发明每次仅仅收获一个萝卜，适用于非大规模的种植区域和非规则种植区域使用，符合萝卜种植分布特点，应用范围较广。
[0016] 3、本发明收获的萝卜还沾有泥土，不会损伤到萝卜本身，提高了萝卜收获的成功率。
附图说明
[0017] 为了更全面地理解本发明的结构和工作原理，结合以下附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
[0018] 图1是本发明萝卜收获装置的整体结构示意图；
[0019] 图2是图1移掉车身28的左侧板之后的整体结构示意图；
[0020] 图3是图1中前收获装置7的结构放大示意图；
[0021] 图4是本发明萝卜收获装置在收获准备阶段的局部结构示意图；
[0022] 图5是本发明萝卜收获装置在前收获装置7下降阶段的局部结构示意图；
[0023] 图6是本发明萝卜收获装置在收获铲收获萝卜阶段的局部结构示意图；
[0024] 图7是本发明萝卜收获装置在前收获装置7上升阶段的局部结构示意图；
[0025] 图8是本发明萝卜收获装置在振动筛前移阶段的局部示意图；
[0026] 图9是本发明萝卜收获装置在萝卜从收获铲内掉入振动筛中阶段的局部示意图；
[0027] 图10是本发明萝卜收获装置在振动筛收回阶段的局部示意图。
[0028] 图中，1.转动电机；2.振动电机；3.齿轮组；4.齿轮；5.齿条；6.反射镜；7.前收获装置；8.定位盘；9.收获电机；10.斜齿条；11.锥齿轮；12.收获铲；13.激光定位器；14.振动筛；15.前轮；16.斜拉杆；17.皮带；18.偏心轮；19.皮带轮；20.驱动电机；21.导轨；22.丝杆；23.控制器；24.直线步进电机；25.后轮；26.调速器；27.手柄；28.车身。
具体实施方式
[0029] 参见图1，本发明萝卜收获装置具有一个车身28，车身28底部前端安装两个前轮15，两个前轮15左右各一，两个前轮15之间通过连接轴连接，连接轴上套有轴齿轮，轴齿轮的作用是当连接驱动件后可以驱动前轮15。车身28底部后端安装两个后轮25，两个后轮25都是万向轮，负责整车的转向。
[0030] 车身28的后部顶端安装手柄27，手柄27固定连接车身28，车身28的左右两侧板上各连接一个手柄27，便于操作者控制车速和方向。在手柄27上开一个滑槽，滑槽上安装调速器26，调速器26连接于控制器23，调速器26可以控制本发明的运动方向（前进和后退）、速度以及控制器23的开关。调速器26沿滑槽向前推则为前进，向后推为后退，中间位置为停车，在中间位置按下调速器26则会开启或关闭控制器23，调速器26越往前本发明装置前进越快，反之，调速器26越往后本发明装置后退越快。
[0031] 为便于描述本发明的内部结构，将车身28的左侧板移掉，车身28的左侧板移掉的结构如图2所示。在车身28内部安装转动电机1、齿轮组3、齿轮4、振动电机2、振动筛14、驱动电机20等。在车身28内部的前右侧安装转动电机1，转动电机1固定在车身28上，转动电机1前后水平布置，在转动电机1的前方是齿轮组3，齿轮组3的左侧是齿轮4，齿轮4的前方是上下垂直的齿条5，转动电机1的输出轴连接齿轮组3，齿轮组3通过联轴器与齿轮4相连，齿轮4又与齿条5相啮合。齿条5位于车身28前侧板处，在车身28前侧板上开有上下通槽，用于安装齿条5。
[0032] 在车身28外部的前方是前收获装置7，前收获装置7固定连接在齿条5上。转动电机1通过齿轮组3驱动与齿条5配合的齿轮4旋转，齿轮4带动与其啮合的齿条5上下移动，从而使前收获装置7上下运动。
[0033] 在车身28和收获装置7之间安装反射镜6，反射镜6的作用是反射激光定位器13的定位信息，可将反射镜6固定在车身28前侧板上，且位于齿条5的正左侧旁，用于反射地面上目标萝卜处的位置，便于操作人员通过反射镜6观察到收获装置7的收获状态。
[0034] 在转动电机1左侧旁安装振动电机2，振动电机2与转动电机1一起固定在车身28上，振动电机2左右方向布置，振动电机2输出轴伸向左方，与偏心轮18连接，偏心轮18同时连接斜拉杆16上端，斜拉杆16下端固定连接振动筛14，固定在振动筛14的左前部，振动筛14左右两侧面各位于一个导轨21内，左右两个导轨21沿前后方向布置，左右两个导轨21分别相应地固定安装在车身28的左右两侧板的内壁上。导轨21留有足够的上下高度，当振动筛14振动时，导轨21和振动筛14不发生干涉。振动筛14后端通过丝杆22与直线步进电机24连接，当振动筛14振动时，丝杆22不干涉振动筛14，可将振动筛14与丝杆22铰接在一起。直线步进电机24的输出轴与丝杆24相啮合，丝杆22和直线步进电机24均沿前后方向布置，直线步进电机24工作时经丝杆24驱动振动筛14前后移动。丝杆22的前端设有前限位开关，防止振动筛14与直线步进电机24发生干涉，后端设有后限位开关，防止丝杆22与直线步进电机
24发生脱离。
[0035] 在车身28内部，在直线步进电机24的上方安装控制器23，以控制萝卜的收获作业。
[0036] 在振动筛14的上方、振动电机2下方安装驱动电机20，驱动电机20沿左右方向布置，驱动电机20的输出轴向右方，在驱动电机20的输出轴上安装皮带轮19，皮带17一端与皮带轮19啮合，另一端与两个前轮15之间的连接轴上的齿轮啮合，继而通过驱动电机20驱动整车的前进和后退。
[0037] 参见图3所示的前收获装置7，前收获装置7包括定位盘8、收获电机9、斜齿条10、齿轮11、收获铲12和激光定位器13。定位盘8的中心轴垂直向下，定位盘8的边缘处通过连杆固定连接齿条5。在定位盘8下方中心是一个可旋转的锥齿轮11，锥齿轮11与定位盘8同轴心，在定位盘8的底部四周均匀分布四个激光定位器13，四个激光定位器13用以对目标萝卜的定位，定位信息通过安装在车身28上的反射镜6传递给操作者，方便操作者对目标萝卜的定位。激光定位器13沿前收获装置7的中心轴线向下投影后，在地面上形成一个红色圆形区域，用以对目标萝卜的定位。在定位盘8顶端安装收获电机9，收获电机9沿上下方向垂直布置，收获电机9的输出轴向下，且与定位盘8下方的锥齿轮11固定连接，在锥齿轮11的外圈处，沿圆周方向均布三个斜齿条10，三个斜齿条10与锥齿轮11相互啮合，三个斜齿条10穿过定位盘8上的三个相应的通孔后向斜上方。在每个斜齿条10下端各固定连接一个收获铲12，在每个斜齿条10的上端安装上限位开关，以防止三个收获铲12发生干涉，在每个斜齿条10的下端安装有下限位开关，以防止收获铲12与锥齿轮11发生干涉。
[0038] 在齿条5上端有一上限位开关，齿条5下端有一下限位开关，当齿条5运动至下限位开关时，收获铲12刚好与地面接触，防止齿条5向下运动时脱离齿轮4而滑落。
[0039] 控制器23分别经不同的控制线连接转动电机1、振动电机2、收获电机9、直线步进电机24、调速器26以及各个限位开关；调速器26连接驱动电机20。
[0040] 以下结合图4-10阐述本发明装置的萝卜收获过程，本发明装置的萝卜收获过程分为以下步骤：
[0041] 第一步，收获准备阶段，参见图4，当操作者使用本发明萝卜收获装置收获萝卜时，开启四个激光定位器13，两只手握住手柄27，滑动右侧的手柄27上的调速器26以启动驱动电机20，驱动电机20推动本装置，本装置通过前轮15前进、后退或转弯以寻找目标萝卜，通过激光定位器13定位目标萝卜，在确定目标萝卜后，操作者通过反射镜6看到激光定位器13在泥土上的投射信息，若四个激光定位器13投射的红色圆形区域可以完全包围住目标萝卜，则定位成功，否则需继续定位，直至四个激光定位器13投射的红色圆形区域能够完全包围住目标萝卜。
[0042] 第二步，收获阶段，参见图5和图6，目标萝卜定位成功后，将调速器26滑至中间位置关闭驱动电机20，按下调速器26，控制器23将控制本发明装置按以下步骤作业：
[0043] ①如图5 ，控制器23自动启动转动电机1正转，转动电机1经齿轮组3和齿轮4带动齿条5向下运动，使前收获装置7下降至齿条5的下限位开关处，在此下位置处时，正好是收获铲12底端与地面相接触，此时齿条5触发下限位开关，使控制器23自动关闭转动电机1。
[0044] ②如图6，控制器23启动收获电机9正转，收获电机9带动其下方的锥齿轮11旋转，锥齿轮11带动三个与其配合的斜齿条10以及三个收获铲12向下运动，直至斜齿条10下端安装的下限位开关处，此时收获铲12插入泥土内，三个收获铲12围成锥形空间，在地下形成一个相对封闭的锥形空间包住沾有泥土的萝卜，此位置处，斜齿条10下端的下限位开关被触发，控制器23自动关闭收获电机9。
[0045] 第三步，拔出阶段，参见图7、图8、图9、图10，控制器23继续工作：
[0046] ③如图7，控制器23启动转动电机1并使其反转，使得前收获装置7在齿条5的带动下向上运动，将萝卜拔出泥土，当前收获装置7上升至齿条5的上限位开关处时，触发控制器23自动关闭转动电机1，在此位置时，位于当前收获装置7最底部的收获铲12在振动筛14的左上方，高于振动筛14。
[0047] ④如图8，控制器23启动直线步进电机24，使振动筛14在丝杆22的带动下沿导轨21向前运动至后限位开关位置，此时，振动筛14在收获铲12的正下方，触发控制器23自动关闭直线步进电机24。
[0048] ⑤如图9，控制器23启动收获电机9，使其反转，锥齿轮11带着斜齿条10向上移动，三个收获铲12沿斜齿条10向上运动至上极限开关处时，上极限开关触发控制器23自动关闭收获电机9。在此过程中，三个收获铲12之间的空隙逐渐变大，直至萝卜从三个收获铲12中漏出，掉至振动筛14内；
[0049] ⑥如图10，控制器23启动直线步进电机24，使其反转，将振动筛14回收至丝杆22的前限位开关位置，振动筛14恢复至原位，触发控制器23关闭直线步进电机24；
[0050] ⑦控制器23启动振动电机2，振动电机2通过偏心轮18和斜拉杆16带动振动筛14振动，除去粘在萝卜上的部分泥土，操作者再次按下调速器26，控制器23进入休眠状态，振动电机2也停止工作，从而完成一个收获周期，控制器23控制的一个收获周期结束。
[0051] 将萝卜暂时存放在振动筛14内，继续进行下一个收获周期，直至收获完一片土地后，以前轮15为支点，通过手柄27将后轮25抬起，继而使萝卜从振动筛14内掉出。
