Результат интеллектуальной деятельности: Способ механизации и автоматизации сбора урожая на базе индивидуальных мобильных экзоскелетов

Изобретение относится к сельскому хозяйству, в частности к способам уборки урожая, и может быть применено для повышения производительности при ручном сборе урожая, включая сбор фруктов, ягод, хлопка, чая, а также корнеплодов.

В сельском хозяйстве особое внимание уделяется повышению эффективности различных сельскохозяйственных работ: уборки урожая, хранения убранной массы, ее дальнейшей обработки, обработки почвы и др. Поэтому для повышения эффективности сельскохозяйственных работ требуется упрощение процесса их проведения. Однако также важно при сборе бережно обращаться с плодами для предотвращения их необратимого повреждения, например, смятия при ударах, из-за чего снижается срок их сохранности.

Известен способ сбора урожая с использованием системы, которая включает передвижную ходовую часть с платформой ходовой части, пневматическую транспортировочную трубу (патент РФ№2508621, МПК A01D46/24, опубл. 10.03.2014). Транспортировочная труба установлена спереди ходовой части и снабжена, по крайней мере, одной трубой для транспортировки собранных плодов. Устройство замедления плодов снабжено емкостью с водой для приема транспортируемых плодов.

Недостатком известной системы является сложность ее реализации.

Известен способ сборки плодов с применением стряхивания ягод ударами эластичными битами в специальный улавливатель с последующей сепарацией ягод (заявка РФ №93041483 A, МПК A01D 46/00, опубл. 10.03.1997).

Недостатком известного способа является то, что способ применим только для легкоотделяемых плодов.

Известен механизированный способ сборки плодов, включающий механическое воздействие вращающимися и колеблющимися активаторами, установленными на раме (патент РФ №2222885, МПК A01D 46/00, опубл. 10.02.2004).

Недостатком данного технического решения является частичное нарушение целостности плодов.

Известно большое количество технических решений экзоскелетов, реализующих идею разгрузки, состоящих из каркаса с элементами крепления к туловищу, двух пар рычагов, шарнирно соединенных между собой, которые выполняют функции бедра и голеностопа, а также с каркасом и опорой стопы (патенты РФ № 2116063, МПКА61Н 3/00, опубл. 27.07.1998, № 2200529, МПК А61Н 3/00, опубл. 20.03.2003, № 2110243, МПК А61Н 3/00, опубл. 10.05.1998). Указанные устройства приводятся в движение под действием мышц, поэтому относятся к пассивным конструкциям. Также известны активные экзоскелетоны, приводимые в действие внешними активаторами, например закрепленными на каркасе двигателями (заявки США US № 20050258210, МПК A45F 3/04, 24.11.2005, US № 2007056592,МПК A61G 15/00, 15.03.2007, международные заявки WO № 2005046941, МПК B25J 9/00, 26.05.2005, WO № 2004043307, МПК A61F 5/01, 27.05.2004).

Недостатком известных устройств является невозможность применить их при сборе урожая в сельскохозяйственном производстве.

Также известно устройство, представляющее собой металло-пластиковый экзоскелет (Power Assist Suit), разработанный профессором Шигеки Тояма (Shigeki Toyama) и его командой в Токийском университете сельского хозяйства и технологии для снижения нагрузки с опорно-двигательной системы при сборе урожая (патент Японии №2011251057, МПК A61H 3/00, опубл. 15.12.2011). Экзоскелет имеет восемь электродвигателей, которые призваны увеличить силу рук и ног человека, а также датчики для обнаружения движения и реагирования на команды с помощью системы голосовой идентификации.

Недостатком известных устройств является сложность конструкции и ограниченность возможностей при сборе висящих высоко на деревьях плодов.

Известен способ сбора плодов с деревьев с помощью штока (шеста) (а.с. СССР № 1646514, МПК A01D 41/24, опубл. 07.05.1991). Захваты подводят к снимаемому плоду, при этом плоская форма захватов позволяет добраться до плода сквозь густую крону деревьев, не повреждая плоды. Ручку привода перемещают вниз и поворачивают влево-вправо для удобного захвата плода. Захваты раскрываются, причем угол открытия можно регулировать. Ручку привода плавно отпускают, захваты принимают исходное положение, захватывая плод. Устройство поворачивают вокруг оси для отрыва плодоножки путем удара по ней витков пружины-захвата.

Недостатком известного способа является сложность конструкции захвата и неудобство его использования, а также невозможность проведения других операций при сборе урожая, ограниченность сфер применения.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ традиционного ручного сбора фруктов (http://farmer1.ru/text/). Сборщики аккуратно собирают отобранные фрукты и помещают их в мешки для яблок, размещаемые на плечах сборщиков. При сборе фруктов, расположенных на высоких ветках, может потребоваться, чтобы сборщики поднимались по лестнице или стояли на эстакадах. Затем сборщики выгружают фрукты из мешка в большие корзины для последующей транспортировки. Известный способ предназначен для сборщиков, которые собирают плоды по визуально различимым критериям, таким как, цвет, размер и качество.

Недостатком известного способа является низкая производительность, за счет того, что много времени затрачивается на подъем и спуск по лестнице, перенос мешков с фруктами из одного места в другое. Вес мешка сборщика может достигать 20 кг, что в результате приводит к усталости сборщика и снижению производительности.

Задачей изобретения является снижение затрат энергии сборщика при повышении эффективности сбора урожая без ущерба качеству, уменьшение затрачиваемого на вспомогательные операции времени, снятие нагрузки с мышц и скелета, увеличение грузоподъемности сборщика при выполнении технологических операций по сбору урожая в сельскохозяйственном производстве.

В результате использования предложенного изобретения при сборе урожая появляется возможность снизить затраты энергии сборщика при повышении эффективности сбора урожая, повысить производительность и скорость сбора плодов, не теряя при этом качество сбора, за счет оснащения сборщика индивидуальным мобильным экзоскелетом в виде костюма с поддерживающим каркасом для переноски тяжестей и снижения нагрузки на опорно-двигательную систему сборщика при стоячей работе и удлиняющимся штоком с захватом для сбора плодов для выполнения технологических операций по сбору урожая в сельскохозяйственном производстве, при этом экзоскелет можно применять при сборе урожая как с деревьев и кустарников, так и при выкапывании корнеплодов, а также при сборе хлопка и листьев чая.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе механизации и автоматизации сбора урожая на базе индивидуальных мобильных экзоскелетов, включающем отбор плодов по визуально различимым критериям, таким как, цвет, размер и качество, сбор урожая в мешки, выгрузку плодов из мешков по мере заполнения в корзины для последующей транспортировки в упаковочный или обрабатывающий цех, согласно изобретению, при сборе урожая на сборщика закрепляют экзоскелет, который состоит из каркаса с элементами крепления к туловищу, двух пар рычагов, шарнирно соединенных между собой, которые выполняют функции бедра и голеностопа, с каркасом и опорой стопы, а также из механически или автоматически удлиняющегося штока с захватами, закрепляемого к руке для выполнения технологических операций по сбору урожая в сельскохозяйственном производстве, с возможностью снижения затрат энергии при повышении эффективности, производительности и скорости сбора урожая, уменьшения нагрузки на опорно-двигательную систему сборщика при переноске тяжестей, наклонах, приседаниях на корточки, при длительной стоячей работе, а также увеличения грузоподъемности при помощи механизированных или автоматизированных узлов экзоскелета.

Способ механизации и автоматизации сбора урожая на базе индивидуальных мобильных экзоскелетов осуществляют следующим образом.

На сборщика урожая закрепляют экзоскелет, который разгружает опорно-двигательную систему от нагрузок при перемещении тяжестей, приседов и наклонов при сборе урожая. Сборщик в экзоскелете отбирает плоды по внешнему виду при сборе фруктов, ягод, кофе, вручную собирает плоды с деревьев или кустарников или выкапывает корнеплоды в мешок при отсутствии возможности применить механизированный сбор с помощью техники, при этом при перемещении мешка с места на место, нагрузка передается на каркас экзоскелета. Плоды, висящие высоко достают посредством механического или автоматического удлинения штока. Наполненные мешки с собранным урожаем разгружают в большие корзины для последующей транспортировки в упаковочный или обрабатывающий цех.

Пример.

При сезонном сборе яблок сборщик одевает экзоскелет, собирает сначала упавшие плоды, в процессе экзоскелет снимает нагрузку с опорно-двигательной системы при наклонах и приседах на корточки, далее с помощью штока с захватом аккуратно начинает собирать плоды с нижних веток, постепенно переходя на ветки повыше, при этом сборщик регулирует длину штока, который удлиняет механически или автоматически и достает висящие высоко плоды посредством механического или автоматического удлинения штока, а захват аккуратно срезает плодоножку. При перемещении сборщика с мешком или тарой с яблоками от дерева к дереву, а также при выгрузке яблок для дальнейшей транспортировки экзоскелет снижает нагрузку на сборщика.

Предлагаемый способ механизации и автоматизации сбора урожая на базе индивидуальных мобильных экзоскелетов позволяет сэкономить затраты времени на перемещение мешков, подъем и спуск по лестнице, перенос фруктов из одного места в другое примерно на 30% в пользу фактического сбора фруктов, повышается производительность без ущерба качеству.