CN107736276B - 智能无人蜂蜜采收机及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能无人蜂蜜采收机及其控制方法，包括底座（1），所述的底座（1）下方设置有通过控制器（14）控制的行走轮，所述的底座（1）上设置有滑轨（2），所述的滑轨（2）上通过与滑轨（2）相配的滑块I（3）滑接有可沿滑轨（2）滑动的竖直立杆（4），所述的竖直立杆（4）上通过滑块II滑接有可沿竖直立杆（4）滑动的支撑架（8），所述的支撑架（8）上安装有用于抓取蜜脾（29）的机械爪（6）；所述的底座（1）上在机械爪（6）的行程范围内固定有提取箱（5）。本发明可完成智能全自动蜂蜜采收的过程，有利于改善蜂农工作环境，提高蜂蜜采收效率。

Description

智能无人蜂蜜采收机及其控制方法

技术领域

本发明涉及农业器械技术领域，具体涉及一种智能无人蜂蜜采收机及其控制方法。

背景技术

蜂蜜营养价值丰富，具有滋阴润燥、补虚润肺、解毒、调和诸药的作用，且味道甘甜，老少皆宜，被广大人民群众所喜爱。然而，蜂蜜采收过程却十分繁琐复杂，需要耗费大量的人力物力，随着劳动力价格的不断提高，蜂蜜采收成本也日益增高。而且蜜蜂是一种具有强攻击性的昆虫，蜂农采收蜂蜜时往往会受到一定程度内的螫伤，蜂农工作环境急需改善。

现有技术中，大多集中在简化蜂蜜的取用步骤，提高蜂蜜取用效率，以及改进蜂蜜从蜜脾中提取效率等方面，然而这些技术实现之后依旧需要人工在蜂箱中提取出蜜脾，人工提取蜜脾的方式无法避免上述缺点。

发明内容

本发明针对现有技术的不足，提供一种智能无人蜂蜜采收机及其控制方法，完成智能全自动蜂蜜采收的过程，有利于改善蜂农工作环境，提高蜂蜜采收效率。

本发明是通过如下技术方案实现的：

提供一种智能无人蜂蜜采收机，包括底座，所述的底座下方设置有通过控制器控制的行走轮，所述的底座上设置有滑轨，所述的滑轨上通过与滑轨相配的滑块I滑接有可沿滑轨滑动的竖直立杆，所述的竖直立杆上通过滑块II滑接有可沿竖直立杆滑动的支撑架，所述的支撑架上安装有用于抓取蜜脾的机械爪；所述的底座上在机械爪的形程范围内固定有提取箱。

固定在支撑架上的机械爪对蜜脾进行提取，通过滑块I调节竖直立杆在滑轨上的前后位置及滑块II调节支撑架在竖直立杆上的上下位置，实现机械爪的水平及竖直方向调整，提取的蜜脾可置于提取箱内离心分离，得到蜂蜜。

进一步的，所述的提取箱内设置有可旋转且用于存放蜜脾的内框，所述的内框包括位于提取箱中心且由离心电机驱动的旋转轴，所述的旋转轴上放射排列有旋转框；所述的提取箱底部通过连接管连接有存放箱，所述的连接管上安装有用于将蜂蜜引入存放箱的直流泵。

蜜脾放入到内框中，经电机驱动旋转轴带动内框及蜜脾旋转离心，将得到的蜂蜜通过直流泵吸入到存放箱内贮存。

更进一步的，所述的旋转框为铁质方形框架且旋转框与旋转轴相对的一侧的中部铰接有一端可旋转的磁性横块，所述的提取箱内壁垂直固定有与磁性横块的中点处相接触的勾块。

磁性横块在旋转轴不工作时，与旋转框侧壁吸合，使得旋转框打开，便于放置蜜脾；当旋转轴旋转时，旋转框上的磁性横块在旋转经过提取箱内壁的勾块时，会被勾块拨动从而挡住蜜脾从旋转框内甩出。

进一步的，所述的行走机构包括行走轮，所述的行走轮之间安装有用于控制转向的差速器，所述的行走轮的驱动电机与固定在底座上的控制器电连接，所述的控制器通过WIFI与上位机通信。

行走轮通过差速器调节可以实现转向平稳，利用控制器控制电机带动行走轮运动，保证行程的准确性，便于调节底盘位置，方便机械爪进行蜜脾提取。

更进一步的，所述的底座正前方固定有与控制器电连接的超声波传感器。

超声波传感器用于探测底盘与蜂箱的距离，并传递给控制器，便于控制器控制行走轮运动到距离蜂箱合适位置，方便机械爪的提取工作。

进一步的，所述的机械爪包括两个相互铰接的可开闭的爪臂，所述的爪臂在铰接点的后端固定有相互啮合且分别通过电机驱动的齿轮，所述的电机与所述的控制器电连接。

上位机可发送指令给控制器，控制器控制电机驱动齿轮旋转，实现机械爪的开合，实现对蜜脾的提取与存放。

作为优选，所述的机械爪上安装有重力传感器，所述的重量传感器与控制器电连接。

重力传感器可在提取蜜脾时，将提取的蜜脾重量与成熟蜜脾的重量进行比较，当前提取的蜜脾重量大于等于设定值时，完成提取；当前提取蜜脾的重量小于设定值时，机械爪将蜜脾放回蜂箱。

更进一步的，所述的支撑架上固定有测距摄像头，所述的测距摄像头通过图像处理系统与控制器电连接。

测距摄像头将实时图像传送到图像处理系统，在提取过程中，滑块I带动竖直立杆行至蜂箱前方设定值时，图像处理系统将所得信号反馈至控制器，并停止竖直立杆运动；滑块II带动支撑架在竖直立杆上下运动至蜂箱上方的设定值后，图像处理系统将所得信号反馈至控制器，并停止支撑架的运动，进而实现对蜂箱的定位。

作为优选，所述的支撑架上还固定有鼓风机，所述的鼓风机与控制器电连接。

鼓风机鼓风顺着蜂路将蜜蜂吹落到蜂箱内，保护蜜蜂同时便于对蜜脾的提取。

上述的智能无人蜂蜜采收机的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、定位并移动至蜂箱位置：控制器控制行走轮的驱动电机，利用超声波传感器实时监测蜂箱与底座之间的垂直距离D，当D为20-40cm时，行走轮停止运动。

步骤二、定位支撑架及机械爪位置：测距摄像头将图像传送到图像处理系统，控制器分别控制竖直立杆和支撑架上的机械爪运动至靠近蜂箱合适位置。

步骤三、开盖驱蜂：控制器控制机械爪打开箱盖并控制鼓风机鼓风驱赶蜜蜂后关闭鼓风机。

步骤四、提取成熟蜜脾：机械爪对蜜脾进行抓取，通过重力传感器得到的数据经控制器分析后，控制抓取成熟蜜脾并放入到提取箱内。

步骤五、存储蜂蜜：控制器控制离心机旋转，将蜂蜜从蜜脾中脱落，在直流泵的作用下，将蜂蜜从连接管引入存放箱内。

进一步的，步骤四中，重力传感器测得提取的蜜脾重量大于等于设定值的70%及以上时，控制器控制机械爪抓取蜜脾送至提取箱内；否则机械爪将蜜脾放回蜂箱并盖上蜂箱。

本发明的有益效果：

一、通过机械化操作，有效的解决了人工收集蜜脾繁琐的缺点。

二、通过控制器对机械爪进行控制，完成智能全自动蜂蜜采收的过程，有利于改善蜂农工作环境，提高蜂蜜采收效率。

三、借助重力传感器对成熟蜜脾进行检测，保证蜜脾的提取质量。

四、提取的蜜脾放入到提取箱内进行离心分离，得到的蜂蜜进入到存放箱内存放。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明的等轴侧图；

图3为图1中1的结构示意图；

图4为图1的仰视图；

图5为图1中8的结构示意图；

图6为图1中6的结构示意图；

图7为图1中5的内部结构示意图；

图8为图7中23的结构示意图；

图9为图7中25的结构示意图；

图10为本发明配套的蜂箱结构示意图；

图11为图10的剖面图；

图12为本发明的电路结构框图。

图中所示：

1、底座，2、滑轨，3、滑块I，4、竖直立杆，5、提取箱，6、机械爪，7、直线轴承，8、支撑架，9、测距摄像头，10、鼓风机，11、挡块，12、超声波传感器，13、存放箱，14、控制器，15、行走轮，16、凹槽，17、安装口，18、爪臂，19、重力传感器，20、齿轮，21、离心电机，22、旋转轴，23、内框，24、勾块，25、旋转框， 26、磁性横块，27、把手，28、蜂箱，29、蜜脾。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。

一种智能无人蜂蜜采收机，包括底座1，所述的底座1下方设置有通过控制器14控制的行走轮，所述的行走轮15之间安装有用于控制转向的差速器，在对移动底座1的行走进行控制时，可利用PID控制实现走直，所述的行走轮15的驱动电机与固定在底座1上的控制器14电连接，所述的控制器14通过WIFI与上位机通信，蜂农能够通过其他通信设备及时对采收行为进行监测。

所述的底座1上设置有滑轨2，为了保证装置整体的稳定性，可以在底座1上设置一对平行滑轨2，所述的滑轨2上通过与滑轨2相配的滑块I3滑接有可沿滑轨2前后滑动的竖直立杆4，所述的滑轨2的两端分别安装有固定在底座1上的挡块11，所述的竖直立杆4上通过滑块II滑接有可沿竖直立杆4上下滑动的支撑架8，支撑架8的两端分别固定在两竖直立杆4上的滑块II上，滑块II可以设置为直线轴承7，为了便于实现自动化控制，可以在底座1及竖直立杆4上固定驱动装置，通过控制驱动装置来驱动滑块I3及支撑架8运动。

作为本实施例的一种实施方式，驱动装置分别为固定在底座1上沿着滑轨2方向设置的电动推杆I和固定在竖直立杆4上沿着竖直立杆4方向设置的电动推杆II，电动推杆I的活塞杆与滑块I3固接，可推动滑块I3带动竖直立杆4沿滑轨2方向移动，电动推杆II的活塞杆与套设在竖直立杆4上的直线轴承7固接，可驱动直线轴承7带动支撑架8沿竖直立杆4方向移动。

上述的电动推杆I和电动推杆II通过控制电路与控制器14电连接，并由控制器14控制开启和停止。

所述的支撑架8上安装有两个用于抓取蜜脾29的机械爪6，所述的机械爪6包括两个相互铰接的可开闭的爪臂18，所述的爪臂18在铰接点的后端固定有相互啮合且分别通过电机驱动的齿轮20，所述的电机与所述的控制器14电连接。

所述的支撑架8上固定有测距摄像头9，所述的测距摄像头9通过图像处理系统与控制器14电连接。测距摄像头9视角朝下，固定在支撑架8上并位于两个机械爪6的中央。待滑块I3带动支撑架8行至蜂箱28上方时，由高清图像采集所得信号对控制器14进行反馈，支撑架8停止前行。由测距摄像头9检测机械爪6到蜂箱28的位置，并反馈至控制器14，为了方便蜂巢的提取，在蜂箱28上装有把手27。机械手6由伺服电机、控制器14及控制电路控制，控制器14与伺服电机之间通过电性相连。

所述的机械爪6上安装有重力传感器19，所述的重量传感器19与控制器14电连接。控制器14控制支撑架8运动，结合图像处理系统控制机械手6将蜜脾29提取出，通过重力传感器19检测蜜脾29重量大小。

一般情况下，全封盖加厚蜜脾约为4公斤左右，当检测到蜜脾重量在该重量的70%及以上即可认定为封盖的成熟蜜脾。

所述的底座1上在机械爪6的形程范围内固定有提取箱5，所述的提取箱5内设置有可旋转且用于存放蜜脾29的内框23，所述的内框23包括位于提取箱5中心且由离心电机21驱动的旋转轴22，离心电机21选用步进电机，所述的旋转轴22上放射排列有旋转框25；如图7所示，内框23内可以设置多个蜜脾存放仓，通过步进电动机带动内框23旋转，使得空余蜜脾存放仓与机械手7处于平行位置，用于将机械爪7抓取的蜜脾填满整个内框23。

所述的旋转框25为铁质方形框架且旋转框25与旋转轴22相对的一侧的中部铰接有一端可旋转的磁性横块26，所述的提取箱5内壁垂直固定有与磁性横块26的中点处相接触的勾块24。

磁性横块26在旋转轴22不工作时，与旋转框25侧壁吸合，使得旋转框25打开，便于放置蜜脾29；当旋转轴22旋转时，旋转框25上的磁性横块26在旋转经过提取箱5内壁的勾块24时，会被勾块24拨动从而挡住蜜脾29从旋转框25内甩出。

为了保证稳定性，底座1上开设与提取箱5底面相配的凹槽16，用于将提取箱5嵌入到底座1上。

所述的底座1上还固定有存放箱13，所述的存放箱13通过连接管与提取箱5相连，所述的连接管上安装有用于将蜂蜜引入存放箱13的直流泵。存放箱13为桶形，通过安装口17可拆卸的安装在底座1上。

所述的底座1正前方固定有与控制器14电连接的超声波传感器12。优选地，超声波传感器12电性参数可设置为DC12V，12W。

待蜂箱28开盖后，由控制器14控制鼓风机10顺着蜂路吹动，蜜蜂落入蜂箱28内。当然也可以采用其他现有技术手段替代，比如驱蜂喷烟器。

上述的智能无人蜂蜜采收机的控制方法，包括以下步骤：

步骤一、控制器14控制底座1下方行走轮15的驱动电机，利用超声波传感器12实时监测蜂箱28与底座1之间的垂直距离D，当D为30cm时，行走轮15停止运动。

步骤二、支撑架8上的测距摄像头9将实时图像传送到图像处理系统，控制器14控制滑块I3带动竖直立杆4行至蜂箱28前方设定值时，图像处理系统将所得信号反馈至控制器14，并停止竖直立杆4运动，控制器14控制直线轴承7带动支撑架8在竖直立杆4上下运动至蜂箱28箱盖平面，图像处理系统将所得信号反馈至控制器14，并停止支撑架8的运动，进而实现对蜂箱28的定位。

步骤三、控制器14控制机械爪6内电机带动齿轮20旋转实现机械爪6对蜂箱28箱盖进行抓取，并打开箱盖；控制器14控制鼓风机10鼓风将蜜蜂驱赶后并关闭鼓风机10。

步骤四、控制器14控制支撑架8带动机械爪6下移至蜜脾29处，控制机械爪6对蜜脾29进行抓取，机械爪6上的重力传感器19可在提取蜜脾29时，将提取的蜜脾29重量与成熟蜜脾的重量进行比较，当前提取的蜜脾29重量大于等于设定值的70%及以上时，控制器14控制机械爪6抓取蜜脾29，控制器14通过图像处理器对提取箱5位置的定位，控制支撑架8移动至提取箱5上方并将蜜脾29落入提取箱5内；当前提取蜜脾29的重量小于设定值的70%时，机械爪6将蜜脾29放回蜂箱28并将蜂箱盖上。

步骤五、控制器14控制离心电机21旋转，将蜂蜜从蜜脾29中脱落，在直流泵的作用下，将蜂蜜从连接管引入存放箱13内。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本发明未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本发明的技术方案并非是对本发明的限制，参照优选的实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本发明的宗旨，也应属于本发明的权利要求保护范围。

Claims (8)

1.一种智能无人蜂蜜采收机，其特征在于：包括底座（1），所述的底座（1）下方设置有通过控制器（14）控制的行走轮，所述的底座（1）上设置有滑轨（2），所述的滑轨（2）上通过与滑轨（2）相配的滑块I（3）滑接有可沿滑轨（2）滑动的竖直立杆（4），所述的竖直立杆（4）上通过滑块II滑接有可沿竖直立杆（4）滑动的支撑架（8），所述的支撑架（8）上安装有用于抓取蜜脾（29）的机械爪（6）；所述的底座（1）上在机械爪（6）的行程范围内固定有提取箱（5）；

所述的提取箱（5）内设置有可旋转且用于存放蜜脾（27）的内框（23），所述的内框（23）包括位于提取箱（5）中心且由离心电机（21）驱动的旋转轴（22），所述的旋转轴（22）上放射排列有旋转框（25）；所述的提取箱（5）底部通过连接管连接有存放箱（13），所述的连接管上安装有用于将蜂蜜引入存放箱（13）的直流泵；

所述的旋转框（25）为铁质方形框架且旋转框（25）与旋转轴（22）相对的一侧的中部铰接有一端可旋转的磁性横块（26），所述的提取箱（5）内壁垂直固定有与磁性横块（26）的中点处相接触的勾块（24）。

2.根据权利要求1所述的智能无人蜂蜜采收机，其特征在于：所述的底座（1）正前方固定有与控制器（14）电连接的超声波传感器（12）。

3.根据权利要求2所述的智能无人蜂蜜采收机，其特征在于：所述的机械爪（6）包括两个相互铰接的可开闭的爪臂（18），所述的爪臂（18）在铰接点的后端固定有相互啮合且分别通过电机驱动的齿轮（20），所述的电机与控制器（14）电连接。

4.根据权利要求3所述的智能无人蜂蜜采收机，其特征在于：所述的机械爪（6）上安装有重力传感器（19），所述的重力传感器（19）与控制器（14）电连接。

5.根据权利要求4所述的智能无人蜂蜜采收机，其特征在于：所述的支撑架（8）上固定有测距摄像头（9），所述的测距摄像头（9）通过图像处理系统与控制器（14）电连接。

6.根据权利要求5所述的智能无人蜂蜜采收机，其特征在于：所述的支撑架（8）上还固定有鼓风机（10），所述的鼓风机（10）与控制器（14）电连接。

7.根据权利要求1所述的智能无人蜂蜜采收机的控制方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤一、定位并移动至蜂箱位置：控制器（14）控制行走轮（15）的驱动电机，利用超声波传感器（12）实时监测蜂箱（28）与底座（1）之间的垂直距离D，当D为20-40cm时，行走轮（15）停止运动；

步骤二、定位支撑架及机械爪位置：测距摄像头（9）将图像传送到图像处理系统，控制器（14）分别控制竖直立杆（4）和支撑架（8）上的机械爪（6）运动至靠近蜂箱（28）合适位置；

步骤三、开盖驱蜂：控制器（14）控制机械爪（6）打开箱盖并控制鼓风机（10）鼓风驱赶蜜蜂后关闭鼓风机（10）；

步骤四、提取成熟蜜脾：机械爪（6）对蜜脾（29）进行抓取，通过重力传感器（19）得到的数据经控制器分析后，控制抓取成熟蜜脾并放入到提取箱内；

步骤五、存储蜂蜜：控制器（14）控制离心电机（21）旋转，将蜂蜜从蜜脾（29）中脱落，在直流泵的作用下，将蜂蜜从连接管引入存放箱（13）内。

8.根据权利要求7所述的智能无人蜂蜜采收机的控制方法，其特征在于：步骤四中，重力传感器测得提取的蜜脾（29）重量大于等于设定值的70%时，控制器（14）控制机械爪（6）抓取蜜脾（29）送至提取箱（5）内；否则机械爪（6）将蜜脾（29）放回蜂箱（28）并盖上蜂箱。

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