一种仿生清选轮与辣椒清选分离装置及辣椒收获机

摘要

本发明提供一种仿生清选轮与辣椒清选分离装置及辣椒收获机，包括仿大拇指清选轮、仿食指清选轮、仿中指清选轮、仿无名指清选轮和仿小拇指清选轮；每个仿生清选轮分别设有多个仿生拨齿。本发明对仿生拨齿进行了仿人五指形貌的仿生设计，仿生拨齿的弯曲曲率模仿清选分离、摊平辣椒时人手指的弯曲曲率；模仿人手五指的内外三维曲面形貌，对仿生清选轮的拨齿特征曲面进行仿生设计；模仿人手的五指排布，设计了清选轮在清选分离装置中的排布方案，按照人手手指的分布方式，从大拇指—小拇指沿清选辊方轴轴向依次排列，第一清选辊和第二清选辊平行设置，且依次交替间隔排列。本发明便于辣椒果实下漏，提高了辣椒的分离率，降低果实损伤率、减少堵塞情况。

权利要求

1.一种仿生清选轮，其特征在于，包括仿大拇指清选轮(3‑2)、仿食指清选轮(3‑3)、仿中指清选轮(3‑4)、仿无名指清选轮(3‑10)和仿小拇指清选轮(3‑5)；

所述仿大拇指清选轮(3‑2)、仿食指清选轮(3‑3)、仿中指清选轮(3‑4)、仿无名指清选轮和仿小拇指清选轮(3‑5)均分别设有仿生清选轮基体(3‑2‑2)；仿大拇指清选轮(3‑2)设有多个安装在其仿生清选轮基体(3‑2‑2)圆周上的仿生大拇指拨齿(3‑2‑1)；仿食指清选轮(3‑3)设有多个安装在其仿生清选轮基体(3‑2‑2)圆周上的仿生食指拨齿(3‑3‑1)；仿中指清选轮(3‑4)设有多个安装在其仿生清选轮基体(3‑2‑2)圆周上的仿生中指拨齿(3‑4‑1)；

仿小拇指清选轮(3‑5)设有多个安装在其仿生清选轮基体(3‑2‑2)圆周上的仿生小拇指拨齿(3‑5‑1)；仿食指清选轮(3‑3)和仿无名指清选轮(3‑10)的结构相同。

2.根据权利要求1所述的仿生清选轮，其特征在于，所述仿生大拇指拨齿(3‑2‑1)、仿生食指拨齿(3‑3‑1)、仿生中指拨齿(3‑4‑1)和仿生小拇指拨齿(3‑5‑1)的弯曲曲率曲线方程为：

2 2

y＝‑0.0313x+2.6204x+7.1547，其中0≤x≤60，R＝0.9694。

3.根据权利要求1所述的仿生清选轮，其特征在于，所述仿大拇指清选轮(3‑2)、仿食指清选轮(3‑3)、仿中指清选轮(3‑4)、仿无名指清选轮(3‑10)、仿小拇指清选轮(3‑5)各自旋转形成的外圆直径比例为1：1.1：1.2：1.1：1。

4.根据权利要求1所述的仿生清选轮，其特征在于，所述仿生大拇指拨齿(3‑2‑1)具有仿生大拇指外曲面(3‑2‑1‑1)和仿生大拇指内曲面(3‑2‑1‑2)；

所述仿生大拇指外曲面(3‑2‑1‑1)满足：

2 2 3 2 2

z＝40.24+9.17x+0.35y‑6.7x‑0.36xy‑6.47y+1.63x+0.18xy+2.98xy，2

其中，‑10≤x≤40，‑10≤y≤10，R为0.998；

所述仿生大拇指内曲面(3‑2‑1‑2)满足：

2 3 2 2 4 2 2

z＝1.77+2.87x‑11.82y‑0.017y‑0.006x‑0.02x‑0.05xy+0.0002x+0.001xy2

其中，‑10≤x≤40，‑10≤y≤10，R为0.9814。

5.根据权利要求1所述的仿生清选轮，其特征在于，所述仿生食指拨齿(3‑3‑1)具有仿生食指外曲面(3‑3‑1‑1)和仿生食指内曲面(3‑3‑1‑2)；

仿生食指外曲面(3‑3‑1‑1)满足：

2 2 3 2

z＝57.45‑0.93x‑0.31y+0.031x+0.093xy+0.0144y‑0.0007x‑0.0046xy，2

其中，‑10≤x≤45，10≤y≤‑10，R为0.9787；

仿生食指内曲面(3‑3‑1‑2)满足：

2 2 2 2 3 4

z＝72.75‑2.96x‑6.9y+0.11x+0.325xy+0.85y‑0.01xy‑0.02xy‑0.05y+0.001y，2

其中，‑10≤x≤45，10≤y≤‑10，R为0.99。

6.根据权利要求1所述的仿生清选轮，其特征在于，所述仿生中指拨齿(3‑4‑1)具有仿生中指外曲面(3‑4‑1‑1)和仿生中指内曲面(3‑4‑1‑2)；

仿生中指外曲面(3‑4‑1‑1)满足：

2 2 3 2

z＝36.24+2.19x+0.01y‑0.056x‑0.0007xy‑0.245y‑0.0005x+0.0047xy2

其中，‑10≤x≤50，‑10≤y≤10，R为0.9987；

仿生中指内曲面(3‑4‑1‑2)满足：

2 2

z＝31.78+19.78x+0.1372y‑4.712x‑0.024xy+6.31y2

其中，‑10≤x≤50，‑10≤y≤10，R为0.999。

7.根据权利要求1所述的仿生清选轮，其特征在于，所述仿生小拇指拨齿(3‑5‑1)具有仿生小拇指外曲面(3‑5‑1‑1)和仿生小拇指内曲面(3‑5‑1‑2)；

仿生小拇指外曲面(3‑5‑1‑1)满足：

2 2 3 2 2

z＝38.02+6.31x‑0.006y‑7.29x‑0.022xy‑5.314y+2.24x‑0.005x+3.55xy2

其中，‑10≤x≤40，‑10≤y≤10，R为0.9668；

仿生小拇指内曲面(3‑5‑1‑2)满足：

2 2 3 2 2

z＝18.1+11.34x+0.103y‑3.3x‑0.134xy+4.33y+1.35x+0.176xy‑3.31xy2

其中，‑10≤x≤40，‑10≤y≤10，R为0.9972。

8.一种辣椒清选分离装置，其特征在于，包括权利要求1‑7任意一项所述的仿生清选轮，以及多个第一清选分离辊(3)、第二清选分离辊(5)和传动机构；

所述第一清选分离辊(3)和第二清选分离辊(5)平行设置，且依次交替间隔排列；所述第一清选分离辊(3)和第二清选分离辊(5)均分别包括清选辊方轴，所述仿生清选轮安装在清选辊方轴(3‑1)上；所述仿生清选轮的仿大拇指清选轮(3‑2)、仿食指清选轮(3‑3)、仿中指清选轮(3‑4)、仿无名指清选轮(3‑10)和仿小拇指清选轮(3‑5)依次沿清选辊方轴轴向等距排列；相邻第一清选分离辊(3)和第二清选分离辊(5)之间的仿大拇指清选轮(3‑2)、仿食指清选轮(3‑3)、仿中指清选轮(3‑4)、仿无名指清选轮(3‑10)和仿小拇指清选轮(3‑5)交错布置，且第二清选分离辊(5)的仿大拇指清选轮(3‑2)与第一清选分离辊(3)的仿食指清选轮(3‑3)的距离W1小于辣椒的平均直径，所述第一清选分离辊(3)的仿大拇指清选轮(3‑2)与第二清选分离辊(5)的仿大拇指清选轮(3‑2)的距离W2大于辣椒果实的平均长度且小于茎秆平均长度。

9.根据权利要求8所述的辣椒清选分离装置，其特征在于，所述仿大拇指清选轮(3‑2)、仿食指清选轮(3‑3)、仿中指清选轮(3‑4)、仿无名指清选轮(3‑10)和仿小拇指清选轮(3‑5)之间分别设有间隔套一(3‑6)，间隔套一(3‑6)套设在清选辊方轴上，第一清选分离辊(3)的末端与其仿小拇指清选轮(3‑5)之间设有间隔套二(3‑7)，第二清选分离辊(5)的前端与其仿大拇指清选轮(3‑2)之间设有间隔套二(3‑7)，间隔套一(3‑6)的长度大于间隔套二(3‑7)的长度。

10.一种辣椒收获机，其特征在于，包括权利要求9所述的辣椒清选分离装置。

说明书

一种仿生清选轮与辣椒清选分离装置及辣椒收获机

技术领域

[0001] 本发明属于工程仿生技术领域，尤其涉及一种仿生清选轮与辣椒清选分离装置及辣椒收获机。

背景技术

[0002] 辣椒营养价值丰富，不仅是我国餐桌上必不可少的蔬菜之一，也是我国多省重要的经济作物之一。目前的辣椒收获主要以机械收获和人工采摘为主，机械收获的辣椒成本
较人工采摘成本大为减少。目前我国大部分地区的辣椒收获均开始推广使用机械化收获，
市场上出现多种不同形式的辣椒收获机，但是对于辣椒收获机的核心部件—清选分离装置
研究较少，目前市面上的辣椒清选分离装置面临辣椒清选含杂率较高、辣椒果实分离率低、
当辣椒混合物喂入量过多时会出现装置堵塞的问题，导致辣椒品质降低，清选后的辣椒产
品仍然需要人工进行进一步的清选辅助作业，并没有真正意义上实现辣椒的机械化收获。
为减少辣椒收获所需的人工成本，提高辣椒收获的机械化水平，亟待一种有效解决目前辣
椒清选分离所遇到问题的装置来提升辣椒收获机的整机性能。

发明内容

[0003] 针对上述技术问题，本发明提供一种仿生清选轮及辣椒清选分离装置和辣椒收获机，本发明从仿生清选轮拨齿的三维形貌、清选轮的排列方式出发，降低辣椒清选分离时辣
椒果实损伤率、提高分离率，减少当辣椒混合物喂入量过多而出现堵塞的情况。

[0004] 人的双手十指在清选分离、摊平堆积的农作物时发挥了及其重要的作用。人手五指各不相同，中指最长，食指和无名指其次，大拇指和小拇指最短，这种中间高，沿两端变低
的抛物线结构有利于堆积物向外摊开。五指的特征形貌能够使在清选分离、分摊农作物时
所遇到的阻力较小，农作物能够很顺利的从指缝中通过，还能降低对农作物的损伤。此外，
当五指弯曲时能够更省力地将堆积物向后推动。因此，本发明采用工程仿生学技术，将人手
手指的这些特点应用到辣椒清选分离上，有利于将喂入的辣椒混合物快速摊开、使辣椒茎
秆更快地排出机外，减少出现当喂入量过多时出现堵塞的情况，降低清选分离辣椒的功耗，
减少辣椒果实的损伤率，便于辣椒果实从清选轮的间隙顺利下落、提高辣椒的分离率。

[0005] 本发明采用三维激光扫描仪对人手手指进行扫描，获取了手指的点云数据。经过Geomagic Studio中的一系列处理工作，最终获得了光滑柔顺的手指的三维模型。

[0006] 本发明基于工程仿生原理，采用工程仿生技术，以人工清选分离、摊平辣椒时人手五指的形貌和多指协同配合的运动姿态为仿生原型。首先，对清选轮拨齿进行了仿人五指
形貌的仿生设计，清选轮拨齿的弯曲曲率模仿清选分离、摊平辣椒时人手指的弯曲曲率；其
次，模仿人手五指的内外三维曲面形貌，对仿生清选轮的拨齿特征曲面进行仿生设计；最后
模仿人手的五指排布，设计了清选轮在清选分离装置中的排布方案，按照人手手指的分布
方式，从大拇指—小拇指沿清选辊方轴轴向依次排列。

[0007] 仿生清选轮与辣椒清选分离装置可以减少机收采摘完毕后辣椒在清选分离这一过程中的堵塞情况，降低装置的功耗，有效降低了目前辣椒清选分离装置清选分离的辣椒
含杂率和损失率，降低辣椒收获的成本。本发明仿生辣椒清选分离装置可以用来清选不同
品种的辣椒。

[0008] 本发明的技术方案是：

[0009] 一种仿生清选轮，包括仿大拇指清选轮、仿食指清选轮、仿中指清选轮、仿无名指清选轮和仿小拇指清选轮；

[0010] 所述仿大拇指清选轮、仿食指清选轮、仿中指清选轮、仿无名指清选轮和仿小拇指清选轮均分别设有仿生清选轮基体；仿大拇指清选轮设有多个安装在其仿生清选轮基体圆
周上的仿生大拇指拨齿；仿食指清选轮设有多个安装在其仿生清选轮基体圆周上的仿生食
指拨齿；仿中指清选轮设有多个安装在其仿生清选轮基体圆周上的仿生中指拨齿；仿小拇
指清选轮设有多个安装在其仿生清选轮基体圆周上的仿生小拇指拨齿；仿食指清选轮和仿
无名指清选轮的结构相同。

[0011] 上述方案中，所述仿生大拇指拨齿、仿生食指拨齿、仿生中指拨齿和仿生小拇指拨齿的弯曲曲率曲线方程为：

[0012] y＝‑0.0313x2+2.6204x+7.1547，其中0≤x≤60，R2＝0.9694。

[0013] 上述方案中，所述仿大拇指清选轮、仿食指清选轮、仿中指清选轮、仿无名指清选轮、仿小拇指清选轮各自旋转形成的外圆直径比例为1：1.1：1.2：1.1：1。

[0014] 上述方案中，所述仿生大拇指拨齿具有仿生大拇指外曲面和仿生大拇指内曲面；

[0015] 所述仿生大拇指外曲面满足：

[0016] z＝40.24+9.17x+0.35y‑6.7x2‑0.36xy‑6.47y2+1.63x3+0.18x2y+2.98xy2，

[0017] 其中，‑10≤x≤40，‑10≤y≤10，R2为0.998；

[0018] 所述仿生大拇指内曲面满足：

[0019] z＝1.77+2.87x‑11.82y‑0.017y2‑0.006x3‑0.02x2‑0.05xy2+0.0002x4+0.001x2y2

[0020] 其中，‑10≤x≤40，‑10≤y≤10，R2为0.9814。

[0021] 上述方案中，所述仿生食指拨齿具有仿生食指外曲面和仿生食指内曲面；

[0022] 仿生食指外曲面满足：

[0023] z＝57.45‑0.93x‑0.31y+0.031x2+0.093xy+0.0144y2‑0.0007x3‑0.0046xy2，

[0024] 其中，‑10≤x≤45，10≤y≤‑10，R2为0.9787；

[0025] 仿生食指内曲面满足：

[0026] z＝72.75‑2.96x‑6.9y+0.11x2+0.325xy+0.85y2‑0.01x2y‑0.02xy2‑0.05y3+4
0.001y

[0027] 其中，‑10≤x≤45，10≤y≤‑10，R2为0.99。

[0028] 上述方案中，所述仿生中指拨齿具有仿生中指外曲面和仿生中指内曲面；

[0029] 仿生中指外曲面满足：

[0030] z＝36.24+2.19x+0.01y‑0.056x2‑0.0007xy‑0.245y2‑0.0005x3+0.0047xy2

[0031] 其中，‑10≤x≤50，‑10≤y≤10，R2为0.9987；

[0032] 仿生中指内曲面满足：

[0033] z＝31.78+19.78x+0.1372y‑4.712x2‑0.024xy+6.31y2

[0034] 其中，‑10≤x≤50，‑10≤y≤10，R2为0.999。

[0035] 上述方案中，所述仿生小拇指拨齿具有仿生小拇指外曲面和仿生小拇指内曲面；

[0036] 仿生小拇指外曲面满足：

[0037] z＝38.02+6.31x‑0.006y‑7.29x2‑0.022xy‑5.314y2+2.24x3‑0.005x2+3.55xy2

[0038] 其中，‑10≤x≤40，‑10≤y≤10，R2为0.9668；

[0039] 仿生小拇指内曲面满足：

[0040] z＝18.1+11.34x+0.103y‑3.3x2‑0.134xy+4.33y2+1.35x3+0.176x2y‑3.31xy2

[0041] 其中，‑10≤x≤40，‑10≤y≤10，R2为0.9972。

[0042] 一种辣椒清选分离装置，包括所述的仿生清选轮，以及多个第一清选分离辊、第二清选分离辊和传动机构；

[0043] 所述第一清选分离辊和第二清选分离辊平行设置，且依次交替间隔排列；所述第一清选分离辊和第二清选分离辊均分别包括清选辊方轴，所述仿生清选轮安装在清选辊方
轴上；所述仿生清选轮的仿大拇指清选轮、仿食指清选轮、仿中指清选轮、仿无名指清选轮
和仿小拇指清选轮依次沿清选辊方轴轴向等距排列；相邻第一清选分离辊和第二清选分离
辊之间的仿大拇指清选轮、仿食指清选轮、仿中指清选轮、仿无名指清选轮和仿小拇指清选
轮交错布置，且所述第一清选分离辊的仿大拇指清选轮与第二清选分离辊的仿大拇指清选
轮的距离W1小于辣椒的平均直径，第二清选分离辊的仿大拇指清选轮与第一清选分离辊的
仿食指清选轮的距离W2大于辣椒果实的平均长度且小于茎秆平均长度。

[0044] 上述方案中，所述仿大拇指清选轮、仿食指清选轮、仿中指清选轮、仿无名指清选轮和仿小拇指清选轮之间分别设有间隔套一，间隔套一套设在清选辊方轴上，第一清选分
离辊的末端与其仿小拇指清选轮之间设有间隔套二，第二清选分离辊的前端与其仿大拇指
清选轮之间设有间隔套二，隔套一的长度大于隔套二的长度。

[0045] 一种辣椒收获机，包括所述辣椒清选分离装置。

[0046] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：

[0047] 本发明模仿了人五指的三维形貌，采用仿手指式清选轮来代替传统的星形或方板轮，便于辣椒果实下漏，有利于推动留在清选轮平面上的辣椒茎秆排出机外，提高了辣椒的
分离率，降低了装置的功耗；排列方式上，各仿生清选轮按照人手手指的分布方式，从大拇
指—小拇指依次沿清选辊方轴轴向排列，第一清选辊和第二清选辊平行设置，且依次交替
间隔排列，这些排列方式的设计能够很好地摊平辣椒混合物，减少堵塞，使得辣椒混合物中
的果实能更加顺利下漏落入集料箱，而茎秆则被留在清选轮面之上，随着轮与轮之间的相
互作用而排出机外，降低辣椒清选分离时含杂率、提高辣椒果实分离率。本发明在实现辣椒
清选分离时降杂防堵目标的同时，结构简单，维修方便，具有广阔的市场应用前景。

附图说明

[0048] 图1为本发明一实施方式的一种辣椒清选分离装置的立体示意图；

[0049] 图2为本发明一实施方式的一种辣椒清选分离装置的俯视图；

[0050] 图3为本发明一实施方式的一种辣椒清选分离装置中第一清选辊的主视图；

[0051] 图4为本发明一实施方式的一种辣椒清选分离装置中第二清选辊的主视图；

[0052] 图5为本发明一实施方式的一种辣椒清选分离装置中仿生大拇指清选轮的主视图；

[0053] 图6为本发明一实施方式的一种辣椒清选分离装置中仿生食无名清选轮的主视图；

[0054] 图7为本发明一实施方式的一种辣椒清选分离装置中仿生中指清选轮的主视图；

[0055] 图8为本发明一实施方式的一种辣椒清选分离装置中仿生小拇指清选轮的主视图；

[0056] 图9本发明一实施方式的一种辣椒清选分离装置中清选轮仿生大拇指拨齿的立体图；

[0057] 图10本发明一实施方式的一种辣椒清选分离装置中清选轮仿生食无名指拨齿的立体图；

[0058] 图11本发明一实施方式的一种辣椒清选分离装置中清选轮仿生中指拨齿的立体图；

[0059] 图12本发明一实施方式的一种辣椒清选分离装置中清选轮仿生小拇指拨齿的立体图；

[0060] 图13本发明一实施方式的一种辣椒清选分离装置中仿生大拇指拨齿外仿生曲面的放大图；

[0061] 图14本发明一实施方式的一种辣椒清选分离装置中仿生大拇指拨齿内仿生曲面的放大图；

[0062] 图15本发明一实施方式的一种辣椒清选分离装置中仿生食无名指拨齿外仿生曲面的放大图；

[0063] 图16本发明一实施方式的一种辣椒清选分离装置中仿生食无名指拨齿内仿生曲面的放大图；

[0064] 图17本发明一实施方式的一种辣椒清选分离装置中仿生中指拨齿外仿生曲面的放大图；

[0065] 图18本发明一实施方式的一种辣椒清选分离装置中仿生中指拨齿内仿生曲面的放大图；

[0066] 图19本发明一实施方式的一种辣椒清选分离装置中仿生小拇指拨齿外仿生曲面的放大图；

[0067] 图20本发明一实施方式的一种辣椒清选分离装置中仿生小拇指拨齿内仿生曲面的放大图；

[0068] 图21本发明一实施方式的一种辣椒清选分离装置中清选轮仿生中指拨齿的主视图；

[0069] 图22为辣椒清选分离仿真运动轨迹示意图，其中左侧为本发明仿生轮+交错居中排列仿真运动轨迹，右侧为现有技术的星型轮+交错居中排列仿真运动轨迹。

[0070] 图中，1为主动链轮，2为带立式轴承座，3为第一清选辊，4为链条，5为第二清选辊，3‑1为清选辊方轴，3‑2为仿大拇指清选轮，3‑3为仿食指清选轮，3‑4为仿中指清选轮，3‑5为
仿小拇指清选轮，3‑6为间隔套一，3‑7为间隔套二，3‑8为开口销，3‑9为仿生手指弯曲曲率
曲线，3‑10为仿无名指清选轮；3‑2‑1为仿生大拇指拨齿，3‑2‑2为仿生清选轮基体，3‑2‑1‑1为仿生大拇指外曲面，3‑2‑1‑2为仿生大拇指内曲面，3‑3‑1为仿生食指拨齿，3‑3‑1‑1为仿
生食指外曲面，3‑3‑1‑2为仿生食指内曲面，3‑4‑1为仿生中指拨齿，，3‑4‑1‑1为仿生中指外曲面，3‑4‑1‑2为仿生中指内曲面，3‑5‑1为仿生小拇指拨齿，3‑5‑1‑1为仿生小拇指外曲面，
3‑5‑1‑2为仿生小拇指内曲面。

具体实施方式

[0071] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附
图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

[0072] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“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”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”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，
“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

[0073] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，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，可以根据具体情况理解上述术语在本发
明中的具体含义。

[0074] 实施例1

[0075] 结合图5‑8所示，一种仿生清选轮，包括仿大拇指清选轮3‑2、仿食指清选轮3‑3、仿中指清选轮3‑4、仿无名指清选轮3‑10和仿小拇指清选轮3‑5；所述仿大拇指清选轮3‑2、仿
食指清选轮3‑3、仿中指清选轮3‑4、仿无名指清选轮和仿小拇指清选轮3‑5均分别设有仿生
清选轮基体3‑2‑2；仿大拇指清选轮3‑2设有多个安装在其仿生清选轮基体3‑2‑2圆周上的
仿生大拇指拨齿3‑2‑1；仿食指清选轮3‑3设有多个安装在其仿生清选轮基体3‑2‑2圆周上
的仿生食指拨齿3‑3‑1；仿中指清选轮3‑4设有多个安装在其仿生清选轮基体3‑2‑2圆周上
的仿生中指拨齿3‑4‑1；仿小拇指清选轮3‑5设有多个安装在其仿生清选轮基体3‑2‑2圆周
上的仿生小拇指拨齿3‑5‑1；因人手在清选分离农作物时，食指和无名指的三维形貌和运动
姿态相似，本实施例中仿食指清选轮3‑3和仿无名指清选轮3‑10的结构相同。

[0076] 结合图21，所述仿生大拇指拨齿3‑2‑1、仿生食指拨齿3‑3‑1、仿生中指拨齿3‑4‑1、仿无名指清选轮3‑10和仿生小拇指拨齿3‑5‑1的弯曲曲率曲基于人工清选农作物时手指的
弯曲曲率来确定，其弯曲曲率曲线3‑9方程满足：

[0077] y＝‑0.0313x2+2.6204x+7.1547，其中0≤x≤60，R2＝0.9694。

[0078] 所述仿大拇指清选轮3‑2、仿食指清选轮3‑3、仿中指清选轮3‑4、仿无名指清选轮3‑10、仿小拇指清选轮3‑5各自旋转形成的外圆直径比例为1：1.1：1.2：1.1：1。

[0079] 所述仿生大拇指拨齿3‑2‑1、仿生食指拨齿3‑3‑1、仿生中指拨齿3‑4‑1、仿无名指清选轮3‑10和仿生小拇指拨齿3‑5‑1的内外特征曲面为仿人五指的内外三维轮廓曲面，基
于人清选、摊平农作物时五根手指的三维形貌仿生设计，包括外仿生曲面、内仿生曲面。因
食指和无名指三维形貌相似，拟采用相同的曲面方程来描述。两个三维曲面以x，y为自变
量，z为因变量，其三维曲面拟合方程分别为：

[0080] 结合图9、13和14，所述仿生大拇指拨齿3‑2‑1具有仿生大拇指外曲面3‑2‑1‑1和仿生大拇指内曲面3‑2‑1‑2，

[0081] 所述仿生大拇指外曲面3‑2‑1‑1满足：

[0082] z＝40.24+9.17x+0.35y‑6.7x2‑0.36xy‑6.47y2+1.63x3+0.18x2y+2.98xy2，

[0083] 其中，‑10≤x≤40，‑10≤y≤10，R2为0.998；

[0084] 所述仿生大拇指内曲面3‑2‑1‑2满足：

[0085] z＝1.77+2.87x‑11.82y‑0.017y2‑0.006x3‑0.02x2‑0.05xy2+0.0002x4+0.001x2y2

[0086] 其中，‑10≤x≤40，‑10≤y≤10，R2为0.9814；

[0087] 结合图10、15和16，所述仿生食指拨齿3‑3‑1具有仿生食指外曲面3‑3‑1‑1和仿生食指内曲面3‑3‑1‑2，

[0088] 仿生食指外曲面3‑3‑1‑1满足：

[0089] z＝57.45‑0.93x‑0.31y+0.031x2+0.093xy+0.0144y2‑0.0007x3‑0.0046xy2，

[0090] 其中，‑10≤x≤45，10≤y≤‑10，R2为0.9787；

[0091] 仿生食指内曲面3‑3‑1‑2满足：

[0092] z＝72.75‑2.96x‑6.9y+0.11x2+0.325xy+0.85y2‑0.01x2y‑0.02xy2‑0.05y3+4
0.001y，

[0093] 其中，‑10≤x≤45，10≤y≤‑10，R2为0.99；

[0094] 结合图11、17和18，所述仿生中指拨齿3‑4‑1具有仿生中指外曲面3‑4‑1‑1和仿生中指内曲面3‑4‑1‑2，

[0095] 仿生中指外曲面3‑4‑1‑1满足：

[0096] z＝36.24+2.19x+0.01y‑0.056x2‑0.0007xy‑0.245y2‑0.0005x3+0.0047xy2

[0097] 其中，‑10≤x≤50，‑10≤y≤10，R2为0.9987；

[0098] 仿生中指内曲面3‑4‑1‑2满足：

[0099] z＝31.78+19.78x+0.1372y‑4.712x2‑0.024xy+6.31y2

[0100] 其中，‑10≤x≤50，‑10≤y≤10，R2为0.999；

[0101] 结合图12、19和20，所述仿生小拇指拨齿3‑5‑1具有仿生小拇指外曲面3‑5‑1‑1和仿生小拇指内曲面3‑5‑1‑2，

[0102] 仿生小拇指外曲面3‑5‑1‑1满足：

[0103] z＝38.02+6.31x‑0.006y‑7.29x2‑0.022xy‑5.314y2+2.24x3‑0.005x2+3.55xy2

[0104] 其中，‑10≤x≤40，‑10≤y≤10，R2为0.9668；

[0105] 仿生小拇指内曲面3‑5‑1‑2满足：

[0106] z＝18.1+11.34x+0.103y‑3.3x2‑0.134xy+4.33y2+1.35x3+0.176x2y‑3.31xy2

[0107] 其中，‑10≤x≤40，‑10≤y≤10，R2为0.9972。

[0108] 仿生清选轮所采用的材料为天然橡胶，降低清选轮工作时对辣椒果实的损伤率。

[0109] 实施例2

[0110] 结合图1‑4，一种辣椒清选分离装置，包括实施例1所述的仿生清选轮，以及多个第一清选分离辊3、第二清选分离辊5和传动机构。

[0111] 所述第一清选分离辊3和第二清选分离辊5平行设置，且依次交替间隔排列；所述第一清选分离辊3和第二清选分离辊5均分别包括清选辊方轴，所述仿生清选轮安装在清选
辊方轴上；所述仿生清选轮的仿大拇指清选轮3‑2、仿食指清选轮3‑3、仿中指清选轮3‑4、仿
无名指清选轮3‑10和仿小拇指清选轮3‑5依次沿清选辊方轴轴向等距排列，相邻清选轮之
间的间隔距离可以由收获的辣椒品种的尺寸来确定。相邻第一清选分离辊3和第二清选分
离辊5之间的仿大拇指清选轮3‑2、仿食指清选轮3‑3、仿中指清选轮3‑4、仿无名指清选轮3‑
10和仿小拇指清选轮3‑5交错布置，且所述第一清选分离辊3的仿大拇指清选轮3‑2与第二
清选分离辊5的仿大拇指清选轮3‑2的距离W1小于辣椒的平均直径，第二清选分离辊3的仿
大拇指清选轮3‑2与第一清选分离辊5的仿食指清选轮3‑3的距离W2大于辣椒果实的平均长
度且小于茎秆平均长度，该种排布方案能够使得辣椒果实与茎杆能够比较彻底的分离，提
高了辣椒果实的分离率。

[0112] 根据本实施例，优选的，所述仿大拇指清选轮3‑2、仿食指清选轮3‑3、仿中指清选轮3‑4、仿无名指清选轮3‑10和仿小拇指清选轮3‑5之间分别设有间隔套一3‑6，间隔套一3‑
6套设在清选辊方轴上，第一清选分离辊3的末端与其仿小拇指清选轮3‑5之间设有间隔套
二3‑7，第二清选分离辊5的前端与其仿大拇指清选轮3‑2之间设有间隔套二3‑7，隔套一3‑6
的长度大于隔套二3‑7的长度。

[0113] 根据本实施例的优选，所述第一清选分离辊3安装固定在带立式座轴承2上，通过驱动机构，利用传动机构的主动链轮1与链条4，实现旋转运动；所述第二清选分离辊5安装
固定在带立式座轴承2上，能够通过传动机构的主动链轮1、链条4与第一清选分离辊3相连，
被第一清选分离辊3驱动，实现旋转运动；相邻清选轮辊组通过一级级链传动的方式进行驱
动，便于当某一节链条出现问题时可以快速维修更换。

[0114] 根据本实施例的优选，清选轮辊上的清选轮中心孔和清选轮轴3‑1的外形均选择方形，便于清选轮的周向定位。

[0115] 根据本实施例的优选，所述清选轮辊上的间隔套一3‑5、间隔套二3‑7的长度由相邻清选轮之间的距离来确定，且在当收获不同品种辣椒的时候，可以通过更换不同长度的
间隔套来改变相邻清选轮的距离，来达到对于不同品种的辣椒具有较好的清选分离效果的
要求。

[0116] 所述辣椒清选分离装置工作原理和过程如下：

[0117] 所述仿大拇指清选轮3‑2、仿食指清选轮3‑3、仿中指清选轮3‑4、仿无名指清选轮3‑10和仿小拇指清选轮3‑5通过中心方孔和清选辊方轴3‑1进行装配，实现仿生清选轮的周
向定位，通过间隔套一3‑6、间隔套二3‑7实现清选辊上相邻清选轮需要达到的轴向间距。第
一清选辊3和第二清选辊5沿轴承座2轴向依次交错排列，且相邻第一清选分离辊3和第二清
选分离辊5之间的仿大拇指清选轮3‑2、仿食指清选轮3‑3、仿中指清选轮3‑4、仿无名指清选
轮3‑10和仿小拇指清选轮3‑5交错布置，且所述第一清选分离辊3的仿大拇指清选轮3‑2与
第二清选分离辊5的仿大拇指清选轮3‑2的距离W1小于辣椒的平均直径果实不会从此处掉
落造成堵塞，第二清选分离辊3的仿大拇指清选轮3‑2与第一清选分离辊5的仿食指清选轮
3‑3的距离W2大于辣椒果实的平均长度且小于茎秆平均长度。工作时，连接主动链轮1的第
一清选辊3受电机驱动后以设定的速度进行枢转运动，通过一级级的链传动，驱动相邻清选
辊进行枢转运动。高速旋转的仿生清选轮与喂入的辣椒混合物相互接触，将堆积的辣椒混
合物向两端摊平，推动混合物向前运动。在这一过程中，处于旋转状态的相邻仿生清选轮之
间的间隙形成网格状空间，由于网格空间的距离W2大于辣椒果实的平均长度且小于茎秆平
均长度，因此辣椒果实会从这些网格状空隙中下落，而茎秆会留在上面，随着清选轮的相互
作用排出机外。

[0118] 利用EDEM离散元仿真软件进行辣椒混合物的清选分离试验，导入辣椒清选分离装置网格模型后，对辣椒混合物中的材料、物理特性等参数进行设置，在对物料研究的基础上
进行颗粒建模，创建颗粒工厂，辣椒果实设置生成800个，茎秆生成120个。对比本发明的仿
生清选轮及装置排列布置同现有通用的星型清选轮及交错排列布置，经过多次多组离散元
仿真试验整理后，结合图22—EDEM仿真试验中辣椒混合物在清选分离装置的运动轨迹，该
图随机截取了EDEM离散元仿真试验中的3s、10s、15s时辣椒混合物在装置中的运动轨迹，其
中左侧为本发明的仿生清选轮+交错居中排列仿真运动轨迹，右侧为现有技术常用的星型
轮+交错居中排列仿真运动轨迹，可以看出，相比于现阶段通用的星型清选轮，本发明的仿
生清选轮便于辣椒果实下漏，不会在清选轮平面上进行堆积，有利于推动留在清选轮平面
上的辣椒茎秆排出机外，减少出现堵塞的情况，提高了辣椒的分离率。借助EDEM离散元仿真
软件后处理中Grid Bin Group功能，得到不同清选分离形式的辣椒分离率和含杂率数据，
如表格1和2所示。由表格1和2看出，本发明的仿生清选轮较通用的星型轮，提高了辣椒果实
的分离率，但是随之带来的是辣椒含杂率的小幅度上升；本发明提出的仿人手的清选轮排
列方式较通用的交错居中排列方式，可以减少辣椒茎秆下漏到集料斗，明显地降低辣椒的
含杂率。通过仿真试验数据可以得知，本发明的仿生清选轮及辣椒清选分离装置对于辣椒
清选分离有着较好的效果。

[0119] 表1基于EDEM的不同清选分离形式的辣椒分离率比较

[0120]

[0121] 表2基于EDEM的不同清选分离形式的辣椒含杂率比较

[0122]

[0123] 本发明以人的手指为仿生原型，从三维形貌、运动姿态等方面考虑，设计了一种仿生清选轮，提取人的五根手指头的三维形貌应用于清选轮的拨齿设计上；提出了一种基于
人手清选、摊平农作物时的运动姿态，即人双手清选、摊平农作物时的五指弯曲协同、形成
爪状的清选轮排布方案。本发明结构上模仿了人五指的三维形貌，采用仿手指式清选轮来
代替传统的星形或方板轮，便于辣椒果实下漏，有利于推动留在清选轮平面上的辣椒茎秆
排出机外，提高了辣椒的分离率，降低了装置的功耗；排列方式上，模仿了人手在清选疏通
农作物时的五指运动姿态，各仿生清选轮按照人手手指的分布方式从大拇指—小拇指依次
沿星轮方轴轴向排列，第一清选辊和第二清选辊平行设置，且依次交替间隔排列。这些排列
方式的组合能够很好地摊平辣椒混合物，避免出现堵塞的问题，能够很好的实现辣椒混合
物中的果实更顺利下漏落入集料箱，而茎秆则被留在清选轮面之上，随着轮与轮之间的相
互作用而排出机外，降低辣椒清选分离时含杂率，提高辣椒果实分离率，在实现辣椒清选分
离时降杂防堵同时，结构简单，维修方便，具有广阔的市场应用前景。

[0124] 实施例3

[0125] 一种辣椒收获机，包括实施例2所述的辣椒清选分离装置，因此具有其有益效果，此处不再赘述。

[0126] 应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说
明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以
理解的其他实施方式。

[0127] 上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更
均应包含在本发明的保护范围之内。