CN108702942A - 一种面向林果采收的自适应偏心振动装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及农业机械化振动采收设备领域。目的是提供一种面向林果采收自适应偏心振动装置，该装置基于高效、低损伤的振动采收方式，能够实现对林果进行快速有效的自适应调整振动参数，提高生产效率，降低生产成本。技术方案是：一种面向林果采收自适应偏心振动装置，其特征在于：该自适应偏心振动装置包括支撑机构、固定在支撑机构上及林果树枝干上的激振机构以及与激振机构电连接并且设置在外部的下位机控制单元；所述支撑机构包括矗立于地面的三脚架、可转动地竖直定位在三脚架顶端的转轴、固接在转轴顶端的旋转平台、设置在旋转平台右侧并与旋转平台铰接的翻转平台、设置在翻转平台上方的固定卡板以及制作在固定卡板左右两侧的伸缩块。

Description

一种面向林果采收的自适应偏心振动装置

技术领域

本发明涉及农业机械化振动采收设备领域，尤其是能够实现对林果进行快速有效调整振动参数的自适应偏心振动装置。

背景技术

近年来，我国林果产业持续发展，种植面积和产量均在不断增长。林果产业的迅速发展对林果采收工作也提出了更高的要求，因为林果采收作为林果生产的最后环节，其采收效率的高低在很大程度上影响着林果产业的发展。在这种背景下，机械振动采收被认为是林果收获最有效的方式，开始应用于各种林果的采收。传统的振动采收方式多采用树干振摇的振动采收方式，它存在低效、高损伤等问题，因此在实际生产中很难推广。此外，由于果树个体的差异，不同果树实现最佳振动采收时的工作参数可能不同，因此要实现较高的林果采收率，振动采收装置在面向果树个体采收时必须能自适应地调整工作参数。

综上所述，开发一种基于高效、低损伤的振动采收方式，能实现自适应调整工作参数的林果振动采收装置来代替人工采收作业，已是当务之急。此外，还能够改善农业的生产环境、促进我国农业科技进步，加速农业现代化进程。

发明内容

本发明的目的在于克服上述背景技术存在的不足，提供一种面向林果采收自适应偏心振动装置，该采收装置基于高效、低损伤的振动采收方式，能够实现对林果进行快速有效的自适应调整振动参数，提高生产效率，降低生产成本。

本发明采用的技术方案是：一种面向林果采收自适应偏心振动装置，其特征在于：该自适应偏心振动装置包括支撑机构、固定在支撑机构上及林果树枝干上的激振机构以及与激振机构电连接并且设置在外部的下位机控制单元；

所述支撑机构包括矗立于地面的三脚架、可转动地竖直定位在三脚架顶端的转轴、固接在转轴顶端的旋转平台、设置在旋转平台右侧并与旋转平台铰接的翻转平台、设置在翻转平台上方的固定卡板以及制作在固定卡板左右两侧的伸缩块；

所述激振机构包括固定在固定卡板内的伺服电机、可绕竖直轴线转动地定位在振动座中的旋转轴、两端分别通过联轴器与伺服电机输出轴及旋转轴连接的软轴、位于振动座中且与转轴固结的偏心块以及与振动座的左侧固结以便抱合林果树枝干的抱箍；

所述的伺服电机与下位机控制单元电连接，设置在果树枝干上的加速度传感器通过外部信号调理模块与下位机控制单元电连接。

所述转轴分别通过设置在振动座上方的上轴承支座以及设置在振动座下方的下轴承支座可转动地定位在振动座上。

所述抱箍包括制有凹弧面形状且与振动座固定为一体的抱紧后板、与抱紧后板形状相同且与抱紧后板凹面相向而对的抱紧前板以及将抱紧后板与抱紧前板连接为一体以夹紧固定在林果树枝干上的若干螺栓。

所述三脚架包括顶端铰接在固定接头上而底端往外径方向均匀张开的三根支撑斜杆、竖直布置且顶端固定在固定接头上支撑竖杆以及固定在支撑竖杆与支撑斜杆之间的水平横杆。

所述支撑竖杆与支撑斜杆分别是带有卡扣和伸缩凸起的伸缩杆。

所述抱紧后板和抱紧前板的凹面，均是制作在部件中部的弧形面，弧形面上装有与之大小相同的防滑橡胶垫。

所述偏心块形状为扇形或半圆形，且数量为3个。

本发明的有益技术效果是：本发明结构简单、稳定、可靠，实用性强；并且基于高效、低损伤的振动采收方式，能够依据自适应调整振动参数实现对林果树枝干进行快速有效的振动采收，大大减少了林果采收时对人工的依赖程度，降低了劳动强度，从而提高生产效率，降低成本。

附图说明

图1是本发明的主视结构示意图。

图2是本发明的俯视结构示意图。

图3是本发明立体结构示意图之一(卸掉激振机构)。

图4是本发明的立体结构示意图之二(卸掉支撑机构和左封装板后的结构)。

图5是本发明控制系统原理框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图所示的面向林果采收自适应偏心振动装置，其特征在于：所述面向林果采收的自适应偏心振动装置包括支撑机构1、固定在支撑机构1上的激振机构2以及与激振机构电连接的下位机控制单元；

如图3所示，所述支撑机构1中：顶端为固定接头1-4的三脚架矗立于地面，转轴1-5竖直定位在固定在固定接头内且可绕竖直轴线转动；旋转平台1-6与转轴的顶端固接，翻转平台1-7水平铰接在旋转平台的右侧；翻转平台的前部还设有调节用的手柄1-8；固定卡板1-9设置在翻转平台的上方，固定卡板的左右两侧设有伸缩块1-10(两个伸缩块均可沿横向滑槽滑动，并且两个伸缩块之间由一拉簧连接，可对不同宽度电机卡压夹紧；为常规电机固定结构)。显然，旋转平台可通过转轴实现绕竖直轴线的360°转动，所述翻转平台1-7可在旋转平台上实现与水平面0-90°范围内的翻转。

如图4所示，所述激振机构2中，伺服电机2-1插入固定卡板后两端由两个伸缩块卡压固定在固定卡板1-9内；伺服电机2-1输出轴与一级弹性联轴器2-2固定连接，一级弹性联轴器通过紧定螺钉与软轴2-3(所述软轴工作时呈弯曲状态，且长度范围为500mm-1000mm)固定连接，软轴通过紧定螺钉与二级弹性联轴器2-4固定连接，二级弹性联轴器与设置在振动座内的旋转轴2-6固定连接(旋转轴分别通过设置在振动座上方的上轴承支座2-5以及设置在振动座下方的下轴承支座2-8可转动地定位在振动座上)，旋转轴中部通过紧定螺钉固接有偏心块2-7。振动座的结构是：下封装板2-9同时与右封装板2-10、左封装板2-11、后板2-12以及上封装板2-13固定连接，上封装板2-13前端固定有加强筋2-14。所述抱箍的结构是，抱紧后板2-15通过紧定螺钉设置在上封装板2-13前端并与加强筋2-14固定连接，抱紧前板2-17通过螺栓2-16与抱紧后板连接为一体。

所述三脚架(现有技术)中：三根支撑斜杆1-1的顶端与固定接头铰接而底端则往外径方向均匀张开(相邻支撑斜杆之间的角度优选120度)，支撑竖杆1-3竖直布置且顶端与固定接头固定，支撑竖杆与三根支撑斜杆之间分别由一水平横杆1-2连接支撑。

所述支撑竖杆与支撑斜杆分别是带有卡扣和伸缩凸起的伸缩杆。如图3所示，所述支撑斜杆1-1的下端、中部和上端分别设有一类卡扣1-1-1、一类伸缩凸起1-1-2以及铰接头1-1-3，所述支撑竖杆1-3的下端、中部分别设有二类卡扣1-3-1和二类伸缩凸起1-3-2，所述支撑斜杆1-1和支撑竖杆1-3分别可通过一类伸缩凸起1-1-2和二类伸缩凸起1-3-2实现不同长度的伸缩。

进一步的，所述抱紧后板2-15和抱紧前板2-17的内表面中部各有一段内凹的弧形面(参见图4)，弧形面上附有与之大小相同的防滑橡胶垫；以增大与林果树干抱合时的摩擦力，防止发生滑动。

所述螺栓2-16长度不固定，可根据夹持林果的树枝干粗细选择决定。

进一步的，所述偏心块2-7形状分为扇形和半圆形，且数量为3个，根据振幅输出需求选定。

被作用林果树枝干上还设有加速度传感器(三轴向加速度传感器；优选IEPE型传感器)，加速度传感器通过外部信号调理模块(优选8通道独立可编程增益芯片)与数据采集仪和(优选16位、500k采集速率的AD模块)下位机控制单元(优选Visual Studio)电连接，以将振动信号反馈至下位机控制单元；下位机控制单元再通过伺服驱动器调节伺服电机转速。

本发明的所有元器件均可外购获得。

本发明的工作原理是：工作时，先将激振机构2中的抱紧后板2-15和抱紧前板2-17沿着防滑橡胶垫贴紧被作用林果树枝干，可选择与被作用林果树枝干粗细相匹配的长度范围螺栓2-16，并将其沿着抱紧后板2-15和抱紧前板2-17的螺栓孔拧紧，直至整套激振机构2牢牢的夹紧被作用林果树枝干。将支撑机构1竖立在被作用林果树附近，并根据激振机构2夹持部位高度,分别调节支撑斜杆1-1、支撑竖杆1-3上的一类伸缩凸起1-1-2和二类伸缩凸起1-3-1，调节至合理高度位置；然后把伺服电机2-1卡至固定卡板1-9内部，并调节两侧设有的伸缩块1-10将伺服电机卡紧；根据激振机构的方向转动旋转平台1-6，并适当转动手柄1-8使翻转平台1-7翻转至合适工作角度；然后将供电电源、伺服电机2-1、伺服驱动器、下位机控制单元、加速度传感器、信号调理模块线路连接好，各模块上电后调整下位机控制单元，使激振机构在预设的激振频率范围内(优选为15Hz-30Hz)，以1Hz为固定频率间隔扫频振动一段时间；林果树枝干在外加强迫振动后也以一定的频率和振幅振动，与林果树枝干上保持刚性连接的加速度传感器随着树体一同振动，并将林果树枝干的振动信号经信号调理模块反馈至下位机，下位机自动根据每一时刻反馈回来的加速度值扫描整段加速度曲线，并判断出加速度最大时相对应的激振频率；然后在此激振频率使整套激振机构振动一段时间，林果树枝干在最大的外加强迫振动下，以一定的频率和振幅振动，从而使果实和与其相连的果柄在最有效的状态下产生相对运动(拉、弯、扭)，相对运动产生的惯性力大于果实与果枝的结合力时，果实便会脱落。

最后，需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例。显然，本发明不限于以上实施例，还可以有很多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容中直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种面向林果采收自适应偏心振动装置，其特征在于：该自适应偏心振动装置包括支撑机构(1)、固定在支撑机构上及林果树枝干上的激振机构(2)以及与激振机构电连接的下位机控制单元；

所述支撑机构包括矗立于地面的三脚架、可转动地竖直定位在三脚架顶端的转轴(1-5)、固接在转轴顶端的旋转平台(1-6)、设置在旋转平台右侧并与旋转平台铰接的翻转平台(1-7)、设置在翻转平台上方的固定卡板(1-9)以及制作在固定卡板左右两侧的伸缩块(1-10)；

所述激振机构包括固定在固定卡板内的伺服电机(2-1)、可绕竖直轴线转动地定位在振动座中的旋转轴(2-6)、两端分别通过联轴器与伺服电机输出轴及旋转轴连接的软轴(2-3)、位于振动座中且与转轴固结的偏心块(2-7)以及与振动座的左侧固结以便抱合林果树枝干的抱箍；

所述的伺服电机与下位机控制单元电连接，设置在林果树枝干上的加速度传感器通过外部信号调理模块与下位机控制单元电连接。

2.根据权利要求1所述的面向林果采收的自适应偏心振动装置，其特征在于：所述转轴分别通过设置在振动座上方的上轴承支座(2-5)以及设置在振动座下方的下轴承支座(2-8)可转动地定位在振动座上。

3.根据权利要求2所述的面向林果采收的自适应偏心振动装置，其特征在于：所述抱箍包括制作有凹面形状且与振动座固定为一体的抱紧后板(2-15)、与抱紧后板形状相同且与抱紧后板凹面相向而对的抱紧前板(2-17)以及将抱紧后板与抱紧前板连接为一体以夹紧固定在林果树枝干上的若干螺栓(2-16)。

4.根据权利要求3所述的面向林果采收的自适应偏心振动装置，其特征在于：所述三脚架包括顶端铰接在固定接头(1-4)上而底端往外径方向均匀张开的三根支撑斜杆(1-1)、竖直布置且顶端固定在固定接头上的支撑竖杆(1-3)以及固定在支撑竖杆与支撑斜杆之间的水平横杆(1-2)。

5.根据权利要求4所述的面向林果采收的自适应偏心振动装置，其特征在于：所述支撑竖杆与支撑斜杆均是带有卡扣和伸缩凸起的伸缩杆。

6.根据权利要求5所述的面向林果采收的自适应偏心振动装置，其特征在于：所述抱紧后板和抱紧前板的凹面，均是制作在部件中部的弧形面，弧形面上装有与之大小相同的防滑橡胶垫。

7.根据权利要求6所述的面向林果采收的自适应偏心振动装置，其特征在于：所述偏心块形状为扇形或半圆形，且数量为3个。