CN107211884B - 柔性授粉机械手 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柔性授粉机械手，包括升降驱动部件、升降支架以及若干滚筒，所述升降驱动部件固定设置在可移动的农用机械设备本体上，所述升降支架与升降驱动部件的升降端连接，所述滚筒布置在升降支架上形成滚筒阵列，所述滚筒以滚筒轴线为中心转动装配，所述滚筒内部连接高压气体，并在滚筒的外表面设有若干喷射高速气流的出气孔。本发明结合了人工及机械的优点，利用柔性结构的滚筒，在不损害植株的基础上，模拟人手摇晃及轻微撞击植株，并辅以多方向高速旋转气流吹向植物花株，将花朵中的花粉吹向四周，提高植物授粉几率，达到农作物增产的目的。

Description

柔性授粉机械手

技术领域

本发明属于农业授粉机械，具体涉及一种柔性授粉机械手。

背景技术

农作物的授粉是提高其产量的重要因素。目前在国内外，农田现场授粉作业主要还是以人工以及昆虫采蜜两种方式为主。

昆虫授粉是以蜜蜂等昆虫具有的食用花粉或采集花粉酿蜜的生活特性，将花粉附着在昆虫上进行传播。该传播方法由于现在自然环境恶化，有益昆虫数量快速下降，以及昆虫采蜜喜好花蜜多、花株体积大的植物，而农业作物的花显然不具备这个特点，因此不是昆虫的主要采蜜目标，而达不到农业作物授粉的理想效果。

人工授粉方式是利用人工直接用软毛笔提取或人力摇晃植株的模式，将植物花粉摇出或取出，使花粉扩散范围加大，提高花粉授粉率。这种人工授粉的方式工作劳动强度大、效率低、成本极高、不适合开展大规模生产。

此外，根据人工授粉原理，本领域公开了一些有关授粉机械手的设备，利用一根空心钢管，通以高速气流，吹向植物花朵，来获得花粉，由于植物花株朝向不一，这种单一喷吹授粉的效果有限，这类授粉机械至今未获得很好推广。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有农业作物授粉存在的上述缺陷，提供一种柔性授粉机械手，可从事多种植物的授粉工作，大大提高作物的授粉成功率，提高作物产量。

本发明采用如下技术方案实现：

一种柔性授粉机械手，包括升降驱动部件、升降支架以及若干滚筒，所述升降驱动部件固定设置在可移动的机械设备本体上，所述升降支架与升降驱动部件的升降端连接，所述滚筒布置在升降支架上形成滚筒阵列，所述滚筒以滚筒轴线为中心转动装配，所述滚筒内部连接高压气体，并在滚筒的外表面设有若干喷射高速气流的出气孔。

进一步的，所述升降支架包括升降连杆、支架立柱、支架横杆以及若干空心轴，所述升降立柱与升降横杆组成升降支架的固定框架，并通过升降连杆连接至升降驱动部件，若干所述空心轴平行布置并通过升降横杆一体连接；所述滚筒通过轴承转动套装在空心轴上，所述空心轴内部与产生高压气体的鼓风机连接，并在空心轴上设有连通滚筒内部的进气孔。

进一步的，所述空心轴布置在同一水平面内，所有空心轴的同侧一端封闭，另一端通过进气支管并联，所述进气支管通过气管与鼓风机连接，所述鼓风机固定设置在可移动的机械设备本体上。

进一步的，所述进气孔的气流喷射方向与空心轴的轴线呈空间交错设置。

优选的，所述滚筒的直径为20mm-40mm，相邻滚筒之间的间距为10cm-15cm。

优选的，所述出气孔沿滚筒的周向均匀布置。

进一步的，所述升降支架上固定设有滑块，所述滑块与可移动的机械设备本体竖向设置的滑轨之间滑动装配，实现授粉机械手的升降导向。

优选的，所述升降驱动部件为竖直设置的液压缸或电动推杆。

在本发明中，所述滚筒为柔性滚筒，采用碳素纤维、塑料或PVC材质的管材制作。

本发明中的滚筒通过轴承转动安装，在外力的轻微作用下以及鼓风机的风力作用下可以被动旋转，当授粉机械设备在田间作业时，滚筒阵列可以随机械本身运动，当对农业作物的花株直径较小、花朵附着性较好的作物，比如水稻、小麦等，滚筒高度可以下降至植株高度的2/3，保证滚筒阵列扫过植株，可以使植株做波浪状起伏运动，由于植物主干也有弹性，植株反弹时也会多次撞击滚筒，这种摇晃及撞击运动可将植株花粉击出，扩散到空中。为了保证花粉震出后，能迅速地扩散，滚筒上还均布有细小的出气孔，从中喷出快速旋转气流，可以花粉吹向四周，大大提高植物的授粉效果。另外由于滚筒为柔性材质的滚筒，不会伤害植物花株，不会造成其他授粉机械手存在撞击植株时带落大量花朵，造成大面积损伤的不良后果。对于花径较大、花朵易掉落的作物，授粉手臂可以只使用气流授粉模式，只要将滚筒阵列高度调整到植株顶端，加大鼓风机吹出的风速及风力，由于滚筒在强风带动下可以自旋，就可以产生强烈的旋转风，相对于自然风授粉，该旋转风能获得比自然风更好的授粉效果。

鼓风机转速可调，可以控制吹出的风速，针对不同物种及作业模式，可以采用合适的风力授粉，气管则可以将鼓风机产生的高速气流通入滚筒内部形成高压气体，再从均布出气孔的滚筒中喷出，扩大授粉面积。

本发明结合了人工及机械授粉的优点，利用柔性结构的滚筒，在不损害植株的基础上，模拟人手摇晃及轻微撞击植株，并辅以多方向高速旋转气流吹向植物花株，将花朵中花粉吹向四周，提高植物授粉几率，达到增产的目的。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为实施例中的一种柔性授粉机械手的主视图。

图2为实施例中的一种柔性授粉机械手的俯视图A-A。

图3为实施例中的一种柔性授粉机械手的侧视图。

图4为实施例中的滚筒和空心轴的装配示意图。

图5为实施例中空心轴上的进气孔布置方式。

图中标号：1-机械设备本体，2-升降驱动部件，3-升降连杆，4-螺钉，5-进气孔，6-滑块，7-支架立柱，8-滑轨，9-空心轴，10-出气孔，11-滚筒，12-轴承，13-气管，14-鼓风机，15-进气支管，16-支架横杆。

具体实施方式

实施例

参见图1至图4，图示中的一种柔性授粉机械手为本发明的优选方案，包括升降驱动部件2、升降连杆3、螺钉4、滑块6、支架立柱7、滑轨8、空心轴9、出气孔10、滚筒11、轴承12、气管13、进气孔14、进气支管15、支架横杆16等部件和结构。具体的，柔性授粉机械手整体通过升降驱动部件2安装在可移动的机械设备主体1上，如农用拖拉机上，升降驱动部件2竖向固定设置在机械设备主体1上，其升降端连接一个由升降连杆3、支架立柱7、支架横杆16和若干空心轴9构成的升降支架，若干滚筒11阵列排布在升降支架上，滚筒11内部连接高压气体，滚筒11的外表面沿周向均布有若干将高压气流喷出的1cm-3cm的出气孔10。

如图1所示，升降支架的框架主体由支架立柱7和支架横杆16构成，两根平行的支架立柱7竖向设置，两根平行的支架横杆16分别与支架立柱的底端连接，支架立柱7的上部通过另一横杆固连成一体，并通过该横杆与升降连杆3连接，五组空心轴9平行布置并与底部的支架横杆16垂直交叉固连。滚筒11通过轴承12转动套装在空心轴9上，空心轴9上设有连接滚筒11内部的进气孔5，同时空心轴9的内部与产生高压气体的鼓风机14连通，滚筒11通过空心轴连接高压气体。

如图5所示，进气孔5的气流喷射方向与空心轴9的轴线呈空间交错设置，使得从空心轴9内喷射的高速气流方向均在空心轴的周向上朝统一方向偏斜，由于空心轴固定不动，其产生的气流推力会推动滚筒11以空心轴为轴线自转。

滚筒11排列成平行于地面的水平阵列如图2所示，相邻滚筒之间间距为10cm-15cm，滚筒11为柔性滚筒，采用直径为20mm-40mm的碳素纤维、塑料或PVC材质的管材制作，滚筒11的两端通过轴承12装配在空心轴9上，转动装配滚筒的同时，将滚筒内部和空心轴之间密封成一个环形内腔，在外力的轻微作用下以及鼓风机14风力作用下可以被动旋转，当授粉机械在田间作业时，滚筒矩阵可以随机械本身运动，当对花株直径较小、花朵附着性较好的作物，比如水稻、小麦等，滚筒高度可以下降至植株高度的2/3，保证滚筒阵列扫过植株，可以使植株做波浪状起伏运动，由于植物主干也有弹性，植株反弹时也会多次撞击滚筒，这种摇晃及撞击运动可将植株花粉击出，扩散到空中。为了保证花粉震出后，能迅速地扩散，滚筒上还均布有细小气孔，从中喷出快速旋转气流，可以花粉吹向四周，大大提高植物的授粉效果。另外由于滚筒为柔性滚筒，不会伤害植物花株，不会造成其他授粉机械手哪样撞击植株时带落大量花朵，造成大面积损伤。对于花径较大、花朵易掉落的作物，授粉手臂可以只使用气流授粉模式，只要将滚筒阵列高度调整到植株顶端，加大鼓风机吹出的风速及风力，由于滚筒在强风带动下可以自旋，就可以产生强烈的旋转风，相对于自然风授粉，该旋转风能获得比自然风更好的授粉效果。

具体的，空心轴9由光滑的空心薄钢管构成，其上加工有直径为3cm-6cm的进气孔5，进气孔5位于滚筒的内部，连通空心轴内部和滚筒内部，空心轴9的同一端密封，另一端通过一进气支管15并联，鼓风机14通过气管13连接进气支管15，通过气管13和进气支管15可以将鼓风机14吹过来的高压气流引入空心轴9和滚筒11，再经滚筒上的出气孔10喷向植物花朵。

另外空心轴9还作为滚筒11的支撑以及旋转轴，其上安装的轴承12为轻型塑料防水轴承，轴承的外圈安装了滚筒11，内圈固定在空心轴的轴上固定部位，这样当授粉机械手接触到植株，滚筒11可以在外力作用下转动，化解部分冲击力，既达到摇动植株的目的有可以减小对植株的损伤。

升降支架的两根支架立柱7则为升降支架的主要受力部件，在支架立柱的外侧通过螺钉4固定连接滑块6，滑块6与机械设备主体1上竖向设置的滑轨8滑动配合，配合升降驱动部件2的升降导向，实现升降支架以及滚筒阵列实现高度调整及收放工作。滑轨8及滑块6采用工业标准件，主要作用是对授粉机械手的升降支架进行限位，并承受机械手所受的径向压力；同时也保证机械手能够在垂直方向进行运动，实现机械手的收放工作。

升降驱动部件2可采用竖直布置的液压缸或电动推杆，以电动推杆为例，电动推杆采用了螺旋螺杆结构，静止时可实现机械自锁；通电时则可以按控制系统的要求实现上下移动，推动机械手上下运动。

鼓风机14采用50w--100w工业级微型风机，鼓风机14采用螺丝固定在机械设备本体1上，气管13通过进气支管与空心轴直接相连，为了精简结构，鼓风机使用12v直流电源，采用pwm控制模式，可以调整其电机转速及吹出的风力，为植物花粉的扩散提供动力条件。鼓风机转速可调，可以控制吹出的风速，针对不同物种及作业模式，可以采用合适的风力授粉，气管则可以将鼓风机产生的高压气流通入滚筒内部，再从均布的滚筒中喷出，扩大授粉面积。

在实施过程中，在授粉机械手的控制单元的指令下，授粉机械手可根据植物的种类以及花株结构决定授粉工作时采用摇晃撞击+风力授粉模式还是纯风力授粉模式，并调整机械手高度以及风力的大小。例如针对水稻的授粉，由于水稻的花朵小、附着力较强，可采用摇晃撞击+风力授粉模式时，可以将授粉机械手的滚筒阵列高度调至水稻植株高度的2/3处，这样授粉机械在行进时就可以带动机械手慢速扫过水稻植株，因为机械手特殊的设计结构，可以使水稻植株产生波浪运动并通过柔性滚筒轻微撞击及弹击水稻植株，可以很好地震出水稻花粉，并吹向四周，提高水稻授粉率，从而提高水稻的产量。

又如对油菜等花朵较大、植株花朵附着力不强、花朵脆弱易掉落的植物，这类植物授粉可采用纯风力授粉模式，调整授粉机械手的滚筒阵列高度，使其稍高于植物顶端，在增大鼓风机转速，提高滚筒中风力，由于滚筒在空心轴上相对于轴线周向偏斜的进气孔吹出风力作用下可以转动，同时滚筒上也有均布的出气孔，使滚筒中吹出的风形成旋转气流，大大提高植物花粉的扩散速度与范围，也能提高授粉效果，并且不伤害植物花株。

以上对本发明实施例所提供的技术方案进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明实施例的原理以及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只适用于帮助理解本发明实施例的原理；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明实施例，在具体实施方式以及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (7)

1.一种柔性授粉机械手，其特征在于：包括升降驱动部件、升降支架以及若干滚筒，所述升降驱动部件固定设置在可移动的机械设备本体上，所述升降支架与升降驱动部件的升降端连接，所述滚筒布置在升降支架上形成滚筒阵列，所述滚筒以滚筒轴线为中心转动装配，所述滚筒内部连接高压气体，并在滚筒的外表面设有若干将喷射高速气流的出气孔；所述升降支架包括升降连杆、支架立柱、支架横杆以及若干空心轴，所述升降立柱与升降横杆组成升降支架的固定框架，并通过升降连杆连接至升降驱动部件，若干所述空心轴平行布置并通过升降横杆一体连接；所述滚筒通过轴承转动套装在空心轴上，所述空心轴内部与产生高压气体的鼓风机连接，并在空心轴上设有连通滚筒内部的进气孔；所述进气孔的气流喷射方向与空心轴的轴线呈空间交错设置，使空心轴内喷射的高速气流方向均在空心轴的周向上朝统一方向偏斜。

2.根据权利要求1所述的一种柔性授粉机械手，所述空心轴布置在同一水平面内，所有空心轴的同侧一端封闭，另一端通过进气支管并联，所述进气支管通过气管与鼓风机连接，所述鼓风机固定设置在可移动的机械设备本体上。

3.根据权利要求2所述的一种柔性授粉机械手，所述滚筒的直径为20mm-40mm，相邻滚筒之间的间距为10cm-15cm。

4.根据权利要求1所述的一种柔性授粉机械手，所述出气孔沿滚筒的周向均匀布置。

5.根据权利要求1所述的一种柔性授粉机械手，所述升降支架上固定设有滑块，所述滑块与可移动的机械设备本体竖向设置的滑轨之间滑动装配，实现授粉机械手的升降导向。

6.根据权利要求1所述的一种柔性授粉机械手，所述升降驱动部件为竖直设置的液压缸或电动推杆。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的一种柔性授粉机械手，所述滚筒为柔性滚筒，采用碳素纤维、塑料或PVC材质的管材制作。

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