CN107548708A - 一种林果采摘机器人的自动对靶夹持振动装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种林果采摘机器人的自动对靶夹持振动装置及方法,该装置包括夹持机构、激振机构、减振机构及控制机构。夹持机构用于使整个装置加紧在树干上;激振机构用来产生振动,使树干以一定的频率和振幅振动;减振机构用来减少夹持振动装置传递到采摘机的振动,提高采摘机的稳定性;控制机构用于检测树干的位置以及控制各个机构工作过程中的位移关系及位移量,实现自动对靶的功能;本发明具有结构稳固、方法简便、工作效率高等优点,实现了林果采摘机夹持振动方式的机械化及自动化,达到了连续作业的要求。
Description
技术领域
本发明属于农业机器人领域,涉及一种林果采摘机器人的自动对靶夹持振动装置及方法,尤其涉及一种自动对靶方法。
背景技术
林果业具有明显的经济效益与生态效益,近几年随着林果产业的不断发展,已成为新农村发展建设以及农民创收致富的重要产业。林果业是技术密集型和劳动密集型相结合的产业,目前我国采摘林果的主要方法是依靠人工采摘,或采用简单的辅助工具采摘,即采用杆子敲打树枝,让成熟的果实掉落,再收集到容器内。上述采摘方法工作效率低,劳动强度大,并且由于劳动力的缺乏,导致大量成熟的果实不能及时的进行采摘,收获效率一直偏低。因此,林果收获机械化已成为国内外研究的重点。
目前,国外对振动式林果采摘机械的研究很多,研究结果表明通过对果树树枝或树干的振动,实现林果果实的采摘是可行的,采收效果好,而且效率较高,但国外采收机一般都是大型机具,作业空间要求较大,适用于稀疏果园。针对目前林果业发展存在的问题,为了提高采摘效率、增加农民收入,降低采摘成本,设计研究出适合我国林果采摘机械显得尤为迫切。目前,最常用的采摘方式是利用振动的形式分离成熟的果实,这种收获方式效率高,适合大面积作业。按振动的位置不同,分为树干振动,树枝振动和树冠振动。按振动的形式可分为气力式和机械式,气力振动主要是依靠高速气流冲击树冠来分离果实。机械振动是利用往复式运动机构或者偏心回转机构产生的惯性力作用在果树的树干、树枝或树冠上,使果树带动果实产生受迫振动,达到分离果实的目的。目前已有的机械化树干夹持振动机构,需要人工辅助夹持树干,工作效率低,不符合连续行走作业的要求。
发明内容
为了解决上述问题,本发明提供了一种林果采摘机器人的自动对靶夹持振动装置及方法,能实现对树干自动对靶、夹持、振动功能,从而实现林果采摘机器人的连续作业功能,减少劳动成本,降低劳动强度,提高作业效率。
一种林果采摘机器人的自动对靶夹持振动装置,包括夹持机构、激振机构、减振机构和控制机构;所述的夹持机构用于使整个装置夹紧固定在树干上;所述的激振机构用来产生振动,使树干以一定的频率和振幅振动,将林果振动下来;所述的减振机构用来减少夹持振动装置传递到采摘机的振动,提高采摘机的稳定性;所述的控制机构用于检测树干的位置以及控制各个机构工作过程中的位移关系及位移量,实现自动对靶的功能。
所述的夹持机构包括夹持臂、固定夹持板、活动夹持板、夹持液压缸和夹持橡胶垫;所述的夹持臂一端固定在激振机构的振动箱体外侧,相对于振动箱体不发生移动;所述的固定夹持板固定在夹持臂的另一端;所述的活动夹持板固定在夹持液压缸的一端,活动夹持板随着夹持液压缸的伸缩而移动;所述的夹持液压缸另一端固定在激振机构的振动箱体上;所述活动夹持板与固定夹持板相对平行设置,通过夹持液压缸的伸缩控制活动夹持板和固定夹持板夹住树干;所述的夹持橡胶垫分别固定在固定夹持板和活动夹持板相对的一侧,以保证夹持橡胶垫直接与树干表面接触,降低对树干的损害。
所述的激振机构包括偏心轮、激振液压马达、偏心轮轴、联轴器、轴承座和振动箱体;所述的偏心轮采用扇形结构,扇形结构产生的离心力较大;所述的激振液压马达安装固定在振动箱体的顶面,激振液压马达用来驱动偏心轮转动;所述的偏心轮轴一端通过联轴器连接固定激振液压马达轴,偏心轮轴的另一端安装偏心轮,激振液压马达轴、偏心轮和偏心轮轴同轴转动;所述的轴承座安装固定在振动箱体内部的底面,用来连接支撑偏心轮轴转动;所述的振动箱体用于连接固定夹持液压缸、夹持臂、激振液压马达、轴承座和减振机构,起到支撑固定的作用。联轴器、偏心轮轴、偏心轮上下依次安装在振动箱体内部且不与振动箱体直接接触;激振液压马达-联轴器-偏心轮轴-偏心轮-轴承座自上而下顺序连接。
所述的减振机构包括减振橡胶组合构件、悬挂板和链环。所述的减振橡胶组合构件包括减振橡胶和挂环;所述的悬挂板上部设有挂接件,用于挂接在现有林果采摘机的通用机械臂上;悬挂板下部依次按照减振橡胶组合构件-链环-减振橡胶组合构件的顺序连接所述振动箱体顶部;通过减振橡胶的减振作用,和链环连接的灵活性,降低传递到林果采摘机的振动。
所述的控制机构包括红外传感器、超声波传感器、高度传感器、压力传感器和控制器;所述的红外传感器安装在所述固定夹持板前侧,用来检测红外传感器的正前方是否有树干;所述的超声波传感器安装在活动夹持板与固定夹持板之间的夹持臂的前方,用来测量树干与夹持臂之间的距离;所述的高度传感器安装在所述固定夹持板外侧的夹持臂底部,用来测量夹持臂距离地面的高度;所述的压力传感器安装在活动夹持板与夹持液压缸之间,用来测量夹持机构夹持树干时施加给树干夹持力的大小;所述的控制器分别与红外传感器、超声波传感器、高度传感器和压力传感器、激振液压马达、夹持液压缸和通用机械臂连接,用于接收处理各个传感器输入的信号并且将控制信号传达给激振液压马达、夹持液压缸和通用机械臂。
本发明还涉及一种自动对靶方法,步骤如下:
(1)高度传感器测量夹持机构距离地面的高度,并将测量的高度信息传递给控制器,控制器经过分析将控制信号传达给现有林果采摘机的通用机械臂,通用机械臂将夹持臂调节到需要夹持树干部位的离地高度。
(2)红外传感器检测活动夹持板与固定夹持板之间是否有树干的存在,控制器接收信号并将指令传达给通用机械臂,通用机械臂调整夹持机构距离树干的左右距离(固定夹持板一侧为右侧),使得树干夹持部位刚好位于固定夹持板和活动夹持板之间的正前方。
(3)超声波传感器用来测量树干与夹持臂之间的前后距离(夹持臂上安装活动夹持板与固定夹持板一侧为前方),并将信号输入给控制器,然后控制器发出控制信号传递给通用机械臂,通用机械臂带动着夹持机构靠近树干,调整夹持臂距离树干的前后距离,使得树干夹持部位位于固定夹持板和活动夹持板之间。
(4)压力传感器用来测量活动夹持板和固定夹持板之间给树干夹持力的大小,当夹持液压缸伸长,活动夹持板和固定夹持板夹持树干时,通过压力传感器的检测以及控制器的控制作用,调节合适的夹持力用于夹持树干,从而实现自动对靶夹持振动装置的自动对靶功能。
本发明一种林果采摘机的自动对靶夹持振动装置与对靶方法具有结构稳固、方法简便、工作效率高等优点,实现了林果采摘机夹持振动方式的机械化及自动化,达到了连续行走作业的要求。
附图说明
图1为自动对靶夹持振动装置的主视图
图2为自动对靶夹持振动装置的俯视图
图3为自动对靶夹持振动装置的对靶步骤示意图
图4为自动对靶夹持振动装置的控制系统原理图
图中:
1.固定夹持板 2.夹持橡胶垫 3.夹持臂 4.活动夹持板 5.夹持液压缸 6.振动箱体 7.轴承座 8.偏心轮 9.偏心轮轴 10.联轴器11.链环 12.挂环 13.减振橡胶 14.激振液压马达 15.悬挂板 16.控制器 17.压力传感器 18.超声波传感器 19.红外传感器 20.高度传感器
具体实施方式
下面结合附图对本发明专利进行进一步描述。本实施例中,如无特别说明,均为可市购件或根据现有技术实现。
如图1、图2所示,所述的夹持机构包括夹持臂3、固定夹持板1、活动夹持板4、夹持液压缸5和夹持橡胶垫2。所述的夹持臂3一端固定在激振机构的振动箱体6外侧,相对于振动箱体6不发生移动;所述的固定夹持板1固定在夹持臂3的另一端;所述的活动夹持板4固定在夹持液压缸5的一端,活动夹持板4随着夹持液压缸5的伸缩而移动;所述的夹持液压缸5另一端固定在激振机构的振动箱体6上;所述活动夹持板4与固定夹持板1相对平行设置,通过夹持液压缸5的伸缩控制活动夹持板4和固定夹持板1夹住树干;所述的夹持橡胶垫2分别固定在固定夹持板1和活动夹持板4相对的一侧,以保证夹持橡胶垫2直接与树干表面接触,降低对树干的损害。
所述的激振机构包括偏心轮8、激振液压马达14、偏心轮轴9、联轴器10、轴承座7和振动箱体6。所述的偏心轮8采用扇形结构,扇形结构产生的离心力较大;所述的激振液压马达14安装固定在振动箱体6的顶面,激振液压马达14用来驱动偏心轮8转动;所述的偏心轮轴9一端通过联轴器10连接固定在激振液压马达14的轴上,偏心轮轴9的另一端安装偏心轮8,激振液压马达轴、偏心轮8和偏心轮轴9同轴转动;所述的轴承座7安装固定在振动箱体6内部的底面,用来连接支撑偏心轮轴9转动;所述的振动箱体6用于连接固定夹持液压缸5、夹持臂3、激振液压马达14、轴承座7和减振机构,起到支撑固定的作用。联轴器10、偏心轮轴9、偏心轮8上下依次安装在振动箱体6内部且不与振动箱体6直接接触;激振液压马达14-联轴器10-偏心轮轴9-偏心轮8-轴承座7自上而下顺序连接。
所述的减振机构包括减振橡胶组合构件、悬挂板15和链环11。所述的减振橡胶组合构件包括减振橡胶13和挂环12;所述的悬挂板15上部设有挂接件,用于挂接在现有林果采摘机的通用机械臂上;悬挂板15下部依次按照减振橡胶组合构件-链环11-减振橡胶组合构件的顺序连接所述振动箱体6顶部;通过减振橡胶13的减振作用,和链环11连接的灵活性,降低传递到林果采摘机的振动。
所述的控制机构包括红外传感器19、超声波传感器18、高度传感器20、压力传感器17和控制器16。所述的红外传感器19安装在所述固定夹持板1一侧,用来检测红外传感器19的正前方是否有树干;所述的超声波传感器18安装在活动夹持板4与固定夹持板1之间的夹持臂3上,用来测量树干与夹持臂3之间的距离;所述的高度传感器20安装在所述固定夹持板1外侧的夹持臂3底部,用来测量夹持臂3距离地面的高度;所述的压力传感器17安装在活动夹持板4与夹持液压缸5之间,用来测量夹持机构夹持树干时施加给树干夹持力的大小;所述的控制器16分别与红外传感器19、超声波传感器18、高度传感器20和压力传感器17连接,此外,控制器16还分别与激振液压马达14、夹持液压缸5、通用机械臂连接,用于接收处理各个传感器输入的信号并且将控制信号传达给激振液压马达14、夹持液压缸5和通用机械臂。
本发明还涉及一种自动对靶方法,如图3、图4所示,步骤如下:
(1)高度传感器23测量夹持机构离地面的高度,并将测量的信息通过信号输入接口传递给控制器24,控制器24经过分析计算将控制信号传达给通用机械臂,通用机械臂将夹持机构调节到需要夹持树干部位的离地高度。
(2)红外传感器检测22夹持机构的两个夹持板之间是否有树干的存在,控制器24接收信号并将指令传达给通用机械臂,通用机械臂会调整夹持机构的位置,即横向调整位置,使得树干夹持部位刚好位于固定夹持板1和活动夹持板4之间的外侧。
(3)超声波传感器21用来测量树干与夹持臂3之间的水平距离,并将信号输入给控制器24,然后控制器24发出控制信号传递给通用机械臂,通用机械臂带动着夹持机构靠近树干,即纵向调整位置,使得夹持机构的夹持臂3与树干夹持部位之间的距离调节到合适的大小。
(4)压力传感器20用来测量两个夹持板给树干加持力的大小,当夹持液压缸7伸长夹持树干时,通过压力传感器20的检测以及控制器24的控制作用,可以调节合适的夹持力大小。从而实现了自动对靶夹持振动装置的自动对靶功能。
使用时,控制器控制夹持机构通过自动对靶方法夹持住树干,控制器控制激振液压马达带动偏心轮旋转,激振机构振动将林果振落。
本发明一种林果采摘机的自动对靶夹持振动装置与对靶方法具有结构稳固、方法简便、工作效率高等优点,实现了林果采摘机夹持振动方式的机械化及自动化,达到了连续作业的要求。
Claims (2)
1.一种林果采摘机器人的自动对靶夹持振动装置,其特征在于包括夹持机构、激振机构、减振机构和控制机构;所述的夹持机构用于使整个装置夹紧固定在树干上;所述的激振机构用来产生振动,使树干以一定的频率和振幅振动,将林果振动下来;所述的减振机构用来减少夹持振动装置传递到采摘机的振动,提高采摘机的稳定性;所述的控制机构用于检测树干的位置以及控制各个机构工作过程中的位移关系及位移量,实现自动对靶的功能;
所述的夹持机构包括夹持臂、固定夹持板、活动夹持板、夹持液压缸和夹持橡胶垫;所述的夹持臂一端固定在激振机构的振动箱体外侧,相对于振动箱体不发生移动;所述的固定夹持板固定在夹持臂的另一端;所述的活动夹持板固定在夹持液压缸的一端,活动夹持板随着夹持液压缸的伸缩而移动;所述的夹持液压缸另一端固定在激振机构的振动箱体上;所述活动夹持板与固定夹持板相对平行设置,通过夹持液压缸的伸缩控制活动夹持板和固定夹持板夹住树干;所述的夹持橡胶垫分别固定在固定夹持板和活动夹持板相对的一侧,以保证夹持橡胶垫直接与树干表面接触,降低对树干的损害;
所述的激振机构包括偏心轮、激振液压马达、偏心轮轴、联轴器、轴承座和振动箱体;所述的偏心轮采用扇形结构,扇形结构产生的离心力较大;所述的激振液压马达安装固定在振动箱体的顶面,激振液压马达用来驱动偏心轮转动;所述的偏心轮轴一端通过联轴器连接固定激振液压马达轴,偏心轮轴的另一端安装偏心轮,激振液压马达轴、偏心轮和偏心轮轴同轴转动;所述的轴承座安装固定在振动箱体内部的底面,用来连接支撑偏心轮轴转动;所述的振动箱体用于连接固定夹持液压缸、夹持臂、激振液压马达、轴承座和减振机构,起到支撑固定的作用;联轴器、偏心轮轴、偏心轮上下依次安装在振动箱体内部且不与振动箱体直接接触;激振液压马达-联轴器-偏心轮轴-偏心轮-轴承座自上而下顺序连接;
所述的减振机构包括减振橡胶组合构件、悬挂板和链环;所述的减振橡胶组合构件包括减振橡胶和挂环;所述的悬挂板上部设有挂接件,用于挂接在现有林果采摘机的通用机械臂上;悬挂板下部依次按照减振橡胶组合构件-链环-减振橡胶组合构件的顺序连接所述振动箱体顶部;通过减振橡胶的减振作用,和链环连接的灵活性,降低传递到林果采摘机的振动;
所述的控制机构包括红外传感器、超声波传感器、高度传感器、压力传感器和控制器;所述的红外传感器安装在所述固定夹持板前侧,用来检测红外传感器的正前方是否有树干;所述的超声波传感器安装在活动夹持板与固定夹持板之间的夹持臂的前方,用来测量树干与夹持臂之间的距离;所述的高度传感器安装在所述固定夹持板外侧的夹持臂底部,用来测量夹持臂距离地面的高度;所述的压力传感器安装在活动夹持板与夹持液压缸之间,用来测量夹持机构夹持树干时施加给树干夹持力的大小;所述的控制器分别与红外传感器、超声波传感器、高度传感器和压力传感器、激振液压马达、夹持液压缸和通用机械臂连接,用于接收处理各个传感器输入的信号并且将控制信号传达给激振液压马达、夹持液压缸和通用机械臂。
2.如权利要求1所述的一种林果采摘机器人的自动对靶方法,其特征在于步骤如下:
(1)高度传感器测量夹持机构距离地面的高度,并将测量的高度信息传递给控制器,控制器经过分析将控制信号传达给现有林果采摘机的通用机械臂,通用机械臂将夹持臂调节到需要夹持树干部位的离地高度;
(2)红外传感器检测活动夹持板与固定夹持板之间是否有树干的存在,控制器接收信号并将指令传达给通用机械臂,通用机械臂调整夹持机构距离树干的左右距离,使得树干夹持部位刚好位于固定夹持板和活动夹持板之间的正前方;
(3)超声波传感器用来测量树干与夹持臂之间的前后距离,并将信号输入给控制器,然后控制器发出控制信号传递给通用机械臂,通用机械臂带动着夹持机构靠近树干,调整夹持臂距离树干的前后距离,使得树干夹持部位位于固定夹持板和活动夹持板之间;
(4)压力传感器用来测量活动夹持板和固定夹持板之间给树干夹持力的大小,当夹持液压缸伸长,活动夹持板和固定夹持板夹持树干时,通过压力传感器和控制器调节合适的夹持力用于夹持树干,从而实现自动对靶夹持振动装置的自动对靶功能。
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