CN108811764A - 单篱架葡萄园自动化采摘喷药方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了单篱架葡萄园自动化采摘喷药方法。人工或地面运行机器设备在采摘搬运过程中因地形复杂容易造成葡萄损坏。本发明采用的采摘喷药方法包括葡萄架、运送架、采摘车和运送车。葡萄架包括采摘吊轨组和葡萄框架。运送架包括运送框架、固定梁、运送轨道和限位器。运送车包括运送车基座、滑动组件、运送吊轨、运送转轴、运送车驱动件和主动滚子。采摘车包括采摘驱动机构、采摘手臂、托架、葡萄篮和药箱。采摘驱动机构包括小车基座、滑台组件、行进转轴、主动轮、从动轮、行进驱动件、旋转驱动件和升降驱动件。本发明在葡萄架和运送架上端架设轨道，使采摘车和运送车在轨道上悬空运行，机动性较高。

Description

单篱架葡萄园自动化采摘喷药方法

技术领域

本发明属于农业机械技术领域，具体涉及一种单篱架葡萄园自动化采摘喷药方法。

背景技术

葡萄的枝蔓比较柔软，栽培时需要搭架，主要架式分为篱架和棚架两大类型。篱架式架面与地面垂直，形似篱笆故称篱架。篱架又分为单篱架和双臂篱架，单篱架每行设一个架面，优点是通风透光好，便于田间管理和机械化耕作、采收、喷药等被广泛应用。缺点是葡萄支架通常采用水泥柱，牢固性不强。

葡萄因具有较高的营养价值、药用价值和经济价值，其消费需求逐年增加。但随着葡萄种植产业的规模化发展，葡萄种植产业正在迈向现代农业，生产与管理方式向自动化、智能化转型。人工采摘葡萄与果树喷药需要大量的劳动力，劳动强度大，人员管理繁琐，增加农户的成本。为了提高土地与空间的利用效率，大多数农户在葡萄园套种其它作物，使得人工或地面运行机器设备不宜进行葡萄采摘与果树喷药操作。而且葡萄皮薄多汁，人工或地面运行机器设备在搬运途中因地形复杂容易造成葡萄损坏。因此，需要一种自动化水平高、功能多样、适用于复杂地形的农业机械设备。

发明内容

本发明的目的在于提供一种单篱架葡萄园自动化采摘喷药方法。

本发明采用的采摘喷药装置包括葡萄架、运送架、采摘车和运送车。所述的葡萄架包括采摘吊轨组和葡萄框架。所述的葡萄框架包括采摘横梁和n根葡萄支架，2≤n≤50。n根葡萄支架沿垂直葡萄地垄向的方向依次等间隔排列设置，且顶端均与采摘横梁固定。所述的葡萄框架共有m个，3≤m≤20。m个葡萄框架沿葡萄地的垄向依次等距排列设置。采摘吊轨组由两根沿葡萄地垄向设置的采摘吊轨组成。两根采摘吊轨均与采摘横梁固定。采摘吊轨组共有n-1个。同一葡萄框架内任意两根相邻葡萄支架之间均有一个采摘吊轨组。n-1个采摘吊轨组对应n-1个采摘通道。

所述的运送架包括运送框架、固定梁、运送轨道和限位器。所述的运送框架包括运送横梁和n根运送支架。n根运送支架的顶端均与运送横梁固定。其中一个位于最外端的葡萄框架为两用葡萄框架。固定梁的一端与运送横梁固定,另一端与两用葡萄框架内采摘横梁固定。两根沿垂直葡萄地垄向的方向设置的运送轨道均与固定梁固定。

所述的限位器共有n-1个。n-1个限位器均与其中一根运送轨道固定。同一运送框架内任意两根相邻的运送支架之间均有一个限位器。所述的限位器包括限位架、第一限位块和第二限位块。第一限位块及第二限位块均与限位架构成滑动副。第一限位块由第一电动推杆驱动。第二限位块由第二电动推杆驱动。第一限位块的内侧面与第二限位块的内侧面相对且间隔设置。第一限位块的内侧面及第二限位块的内侧面上均嵌有压力传感器。

所述的运送车包括运送车基座、滑动组件、运送吊轨、运送转轴、运送车驱动件和主动滚子。运送车基座顶部的四个角上设置有滑动组件。滑动组件包括U形架和从动滚子。从动滚子的内端支承在U形架上。其中两个滑动组件上的从动滚子与其中一根运送轨道滚动接触。另两个滑动组件上的从动滚子与另一根运送轨道滚动接触。运送转轴支承在运送车基座的顶部。运送转轴的两端与两个主动滚子分别固定。两个主动滚子与两根运送轨道分别滚动接触。运送转轴由运送车驱动件驱动。两根运送吊轨均与运送车基座的底部固定。运送吊轨的横截面与采摘吊轨的横截面相同。运送吊轨与采摘吊轨等高设置。

所述的采摘车包括采摘驱动机构、采摘手臂、托架、葡萄篮和药箱。所述的采摘驱动机构包括小车基座、滑台组件、行进转轴、主动轮、从动轮、行进驱动件、旋转驱动件和升降驱动件。垫板与小车基座构成转动副，并由旋转驱动件驱动。所述的滑台组件包括滑块、上顶板、下底板和光轴。两根光轴的顶端均与上顶板固定，底端均与下底板固定。滑台组件内的滑块的两侧均固定有安装支架座。上顶板与垫板固定。滑块与两根光轴构成滑动副，并由升降驱动件驱动。

所述的行进转轴支承在小车基座的底部，并由行进驱动件驱动。两个主动轮与行进转轴的两端分别固定。两个从动轮同轴设置，且均支承在小车基座的底部。两个主动轮与两个从动轮分别在行进转轴的轴线方向上对齐。

所述的托架包括葡萄篮托盘、药箱托盘和固定架。药箱托盘及两个葡萄篮托盘均固定在固定架上。药箱托盘位于两个葡萄篮托盘之间。固定架的顶部与滑台组件内的下底板固定。两个葡萄篮托盘上均放置有葡萄篮。药箱托盘上放置有药箱。

所述的采摘手臂包括舵盘、舵机、机械臂第一电机、机械臂第二电机、机械臂第三电机、第一肢节、第二肢节和末端执行组件。第一肢节的一端与舵盘铰接。第一肢节由机械臂第一电机驱动。第一肢节的另一端与第二肢节的一端铰接，第二肢节由机械臂第二电机驱动。

所述的末端执行组件包括机械爪、剪断件、摄像头、农药喷嘴和支座。支座与第二肢节远离第一肢节的那端铰接。支座由机械臂第三电机驱动。两个摄像头均固定在支座上。农药喷嘴固定在支座上。农药喷嘴上设置有水管接口。

所述的机械爪包括爪体和张合驱动件。爪体包括爪架和爪勾。爪架呈半圆环形。爪架与两根爪勾的顶端固定。爪体共有两个。两个爪体的爪架内端均与支座铰接。两个爪体由张合驱动件驱动。剪断件包括定刀、动刀和剪断驱动件。定刀的内端与支座固定。动刀的内端与定刀的内端铰接。动刀靠近定刀的那侧设置有刃口。动刀由剪断驱动件驱动。

所述的采摘手臂共有两个。两个采摘手臂内的舵盘与两个安装支架座分别构成转动副。两个舵盘由两个舵机分别驱动。

该单篱架葡萄园自动化采摘喷药方法包括采摘方法和喷药方法。

采摘方法具体如下：

步骤一、运送车驱动件的运送车电机转动，使得两根运送吊轨与第一个采摘通道内的两根采摘吊轨分别对接。将1赋值给i。

步骤二、旋转驱动件驱动滑块到达上极限位置，行进驱动件驱动采摘车到达第i个采摘通道内的两根采摘吊轨上。

步骤三、驱动滑块向下滑动，两个摄像头持续拍摄。若其中一个摄像头的拍摄范围内出现葡萄串后，旋转驱动件停止运动，与该摄像头对应的采摘手臂作为工作采摘手臂。采摘手臂上的机械臂第一电机、机械臂第二电机、机械臂第三电机转动，使得葡萄串的果柄处于定刀与动刀之间。并进入步骤四。

若滑块到达下极限位置，则进入步骤九。

步骤四、工作采摘手臂上爪体驱动件驱动两个爪体合紧。爪体上的爪勾勾住葡萄串。

步骤五、工作采摘手臂上剪断驱动件运动，使得定刀与动刀合紧，剪断连接葡萄串的果柄。

步骤六、工作采摘手臂上剪断驱动件驱动动刀复位。工作采摘手臂上的机械臂第一电机、机械臂第二电机、机械臂第三电机转动，使得被机械爪夹住的葡萄串进入工作采摘手臂对应的葡萄篮。

步骤七、工作采摘手臂上爪体驱动件驱动两个爪体张开。机械爪松开的葡萄串。之后，采摘手臂上的机械臂第一电机、机械臂第二电机、机械臂第三电机转动，使得采摘手臂复位。进入步骤八。

步骤八、执行步骤三至七。

步骤九、旋转驱动件驱动滑块到达上极限位置。若采摘车与第i个采摘通道内采摘吊轨远离运送架那端的端面距离小于a，则行进驱动件驱动采摘车到达两根运送吊轨上，并执行步骤十。否则，行进驱动件驱动采摘车沿采摘吊轨上向远离运送架的方向行进a距离，并执行步骤三至八，0.2m≤a≤1m。

步骤十、若i小于2，则运送车驱动件运动，使得两根运送吊轨与第i+1个采摘通道内的两根采摘吊轨分别对接。之后，将i增大1，并执行步骤二至九。若i等于2，则采摘结束。

喷药方法具体如下：

步骤一、运送车驱动件运动，使得两根运送吊轨与第一个采摘通道内的两根采摘吊轨分别对接。将赋值给i。

步骤二、旋转驱动件驱动滑块到达上极限位置，行进驱动件运动，使得采摘车到达第i个采摘通道内的两根采摘吊轨上。

步骤三、旋转驱动件驱动滑块向下滑动，农药喷嘴中喷出农药，直到滑块到达下极限位置。

步骤四、旋转驱动件驱动滑块到达上极限位置。若采摘车与第i个采摘通道内采摘吊轨远离运送架那端的端面距离小于b，则行进驱动件运动，使得采摘车到达两根运送吊轨上，并执行步骤五。否则，行进驱动件运动，使得采摘车沿采摘吊轨上向远离运送架的方向行进b距离，并执行步骤二和三，0.3m≤b≤1.5m。

步骤五、若i小于2，则运送车驱动件的运送车电机转动，使得两根运送吊轨与第i+1个采摘通道内的两根采摘吊轨分别对接。之后，将i增大1，并执行步骤二至四。若i等于2，则喷药结束。

进一步地，m个葡萄框架在葡萄地垄向上相互对齐的葡萄支架均通过两根上下排列的铁丝连接。

进一步地，所述的运送车驱动件运送车电机、第七齿轮和第八齿轮。运送车电机固定在运送车基座上。运送车电机的输出轴与第七齿轮固定。第八齿轮与运送转轴固定。第七齿轮与第八齿轮啮合。

进一步地，所述U形架的长度等于第一限位块、第二限位块的间距。在第一个滑动组件内U形架到达第一个采摘通道对应的限位器内第一限位块、第二限位块之间状态下，两根运送吊轨与第一个采摘通道内的两根采摘吊轨分别对齐。在第二个滑动组件内U形架到达第二个采摘通道对应的限位器内第一限位块、第二限位块之间状态下，两根运送吊轨与第二个采摘通道内的两根采摘吊轨分别对齐。第一个滑动组件、第二个滑动组件与同一根运送轨道接触。

进一步地，所述的旋转驱动件包括回转电机、第一齿轮和第二齿轮。回转电机固定在小车基座上。回转电机的输出轴与第二齿轮固定。第一齿轮与垫板固定。第二齿轮与第一齿轮啮合。

所述的升降驱动件包括升降电机和丝杆。丝杆两端分别支承在上顶板、下底板上。固定在滑块上的螺母与丝杆构成螺旋副。升降电机固定在垫板上。升降电机的输出轴与丝杆的顶端固定。

所述的行进驱动件包括行进电机、第三齿轮和第四齿轮。行进电机固定在小车基座上。行进电机的输出轴与第三齿轮固定。第四齿轮与行进转轴固定。第三齿轮与第四齿轮啮合。

所述的张合驱动件包括机械爪电机、连杆、第五齿轮和齿条。两根连杆的一端均与齿条的外端铰接，另一端与两个爪体的爪架分别铰接。齿条与支座构成滑动副。机械爪电机与支座固定。机械爪电机的输出轴与第五齿轮固定。第五齿轮与齿条啮合。

所述的剪断驱动件包括剪断电机和第六齿轮。动刀的内端呈齿轮状。剪断电机与支座固定。剪断电机输出轴与第六齿轮固定。第六齿轮与动刀的内端啮合。

进一步地，所述的主动轮及从动轮均为单边轮。两个主动轮的轮缘分别位于两个主动轮的相对端。两个从动轮的轮缘分别位于两个从动轮的相对端。两个主动轮轮缘的相背侧侧面的间距等于同一采摘吊轨组内两根采摘吊轨的间距。

进一步地，所述的药箱托盘上还固定有水泵。水管接口与水泵的出水口通过软管连接。水泵的进水口与药箱连接。

进一步地，所述的爪勾采用弹性材料。

进一步地，所述的定刀靠近动刀的那侧设置有多个防滑凸块。

进一步地，采摘方法或喷药方法的步骤一中两根运送吊轨与第一个采摘通道内的两根采摘吊轨分别对接的方法具体如下：

①.第一个采摘通道对应的限位器内第一限位块、第二限位块中远离运送车的那个推出，靠近运送车的那个缩回。

②.运送车驱动件的运送车电机转动，直到第一个采摘通道对应的限位器内有压力传感器检测到压力增大。第一个采摘通道对应的限位器内第一限位块、第二限位块中处于缩回状态的那个推出，使得运送车的其中一个滑动组件被第一限位块、第二限位块夹住。

本发明具有的有益效果是：

1、本发明通过搭建葡萄架和运送架，并在葡萄架和运送架上端架设轨道，使采摘车和运送车在轨道上悬空运行，机动性较高，降低了人员的工作强度。

2、本发明在葡萄运送过程中不受地形的影响，即使葡萄园内套种其它作物，也能够将葡萄平稳运送到葡萄园两端，降低了葡萄的损坏率。

3、本发明机械手臂末端执行组件采用双摄像头进行图像采集，可分辨葡萄是否成熟，可精确定位葡萄果柄的位置，对葡萄目标果柄进行剪切，提高葡萄采摘的准确率。

4、本发明机械手臂末端执行组件安装有农药喷嘴，可进行葡萄藤或葡萄园套种作物的农药喷洒，功能较强。

5、本发明采摘车上安装双机械手臂，提高采摘与喷药的工作效率。

附图说明

图1为本发明采用的采摘喷药装置的整体结构示意图；

图2为本发明采用的采摘喷药装置的单个采摘通道的示意图；

图3为本发明采用的采摘喷药装置中限位器的示意图；

图4为本发明采用的采摘喷药装置中采摘车的示意图；

图5为本发明采用的采摘喷药装置中采摘驱动机构的第一张立体图；

图6为本发明采用的采摘喷药装置中采摘驱动机构的第二张立体图；

图7为本发明采用的采摘喷药装置中运送车与运送轨道示意图；

图8为本发明采用的采摘喷药装置中采摘手臂的立体图；

图9为本发明采用的采摘喷药装置中末端执行组件示意图；

图10为本发明采用的采摘喷药装置中末端执行组件的仰视图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。

如图1和2所示，单篱架葡萄园自动化采摘喷药方法采用的采摘喷药装置，包括葡萄架、运送架、采摘车1和运送车2。葡萄架及运送架均架设在单篱架葡萄地上。葡萄架包括采摘吊轨组、葡萄框架和铁丝3。葡萄框架包括采摘横梁4和三根葡萄支架5。三根葡萄支架5沿垂直葡萄地垄向(即一垄葡萄的排列方向，同一垄葡萄的枝蔓连接在一起)的方向依次等间隔排列设置，且底端均与葡萄地固定，顶端均与采摘横梁4固定。葡萄框架共有五个。五个葡萄框架沿葡萄地的垄向依次等距排列设置。五个葡萄框架在葡萄地垄向上相互对齐的葡萄支架5均通过两根上下排列的铁丝3连接。铁丝3用于支承葡萄枝蔓。葡萄支架5能够用葡萄园中现有的水泥桩替代。采摘吊轨组由两根沿葡萄地垄向设置的采摘吊轨6组成。两根采摘吊轨6均与采摘横梁4固定。采摘吊轨组共有两个。同一葡萄框架内任意两根相邻的葡萄支架5之间均有且仅有一个采摘吊轨组。两个采摘吊轨组对应两个采摘通道。采摘车1能够逐个进入采摘通道进行采摘和喷药。

运送架包括运送框架、固定梁7、运送轨道8和限位器9。运送框架包括运送横梁10和三根运送支架11。三根运送支架11与同一葡萄框架内的三根葡萄支架5分别在垂直葡萄地垄向的方向上对齐，且底端均与葡萄地固定，顶端均与运送横梁10固定。其中一个位于最外端的葡萄框架为两用葡萄框架。运送框架位于两用葡萄框架的外侧(即远离相邻葡萄框架的那一侧)。四根固定梁7的一端均与运送横梁10固定,另一端均与两用葡萄框架内采摘横梁4固定。两根沿垂直葡萄地垄向的方向设置的运送轨道8均与四根固定梁7固定。

如图2和3所示，限位器9共有两个。两个限位器9均与其中一根运送轨道8固定。同一运送框架内任意两根相邻的运送支架11之间均有且仅有一个限位器9。限位器9包括限位架、第一限位块12和第二限位块13。两块第一限位块12及两块第二限位块13均与限位架构成沿竖直方向滑动的滑动副。两块第一限位块12由第一电动推杆驱动。两块第二限位块13由第二电动推杆驱动。两块第一限位块12的内侧面在同一平面内，且均与运送轨道8的轴线方向垂直。两块第二限位块13的内侧面在同一平面内，且均与运送轨道8的轴线方向垂直。运送轨道8的横截面呈工字型。第一限位块12的内侧面与第二限位块13的内侧面相对且间隔设置。其中一块第一限位块12的内侧面与其中一块第二限位块13的内侧面上均嵌有压力传感器。

如图1、2和4所示，运送车2包括运送车基座60、滑动组件、运送吊轨61、运送转轴63、运送车驱动件和主动滚子66。运送车基座60顶部的四个角上设置有滑动组件。滑动组件包括U形架68和四个从动滚子67。U形架的长度(垂直导轨组件63轴线的水平方向的尺寸)等于第一限位块12、第二限位块13的间距。四个从动滚子67的内端均支承在U形架68上。其中两个从动滚子67同轴，且外端相对设置。另两个从动滚子67同轴，且外端相对设置。其中两个滑动组件上的从动滚子67与其中一根运送轨道8滚动接触。另两个滑动组件上的从动滚子67与另一根运送轨道8滚动接触。运送转轴63支承在运送车基座60的顶部。运送转轴63的两端分别穿过其中两个U形架68的一块侧板，且与两个主动滚子66分别固定。两个主动滚子66与两根运送轨道8分别滚动接触。运送车驱动件运送车电机62、第七齿轮64和第八齿轮65。运送车电机62固定在运送车基座60上。运送车电机62的输出轴与第七齿轮64固定。第八齿轮65与运送转轴63固定。第七齿轮64与第八齿轮65啮合。两根运送吊轨61均与运送车基座60的底部固定。运送吊轨61的横截面与采摘吊轨6的横截面完全相同。运送吊轨61与采摘吊轨6等高设置。采摘吊轨6与运送吊轨61沿运送吊轨轴线方向的距离小于5mm。当两根运送吊轨61与同一吊轨组内的两个采摘吊轨6分别对接时，采摘车11能够从运送吊轨61转移到采摘吊轨6上或从采摘吊轨6转移到运送吊轨61上。

在第一个滑动组件内U形架68到达第一个采摘通道对应的限位器9内第一限位块12、第二限位块13之间状态下，两根运送吊轨61与第一个采摘通道内的两根采摘吊轨分别对齐。在第二个滑动组件内U形架68到达第二个采摘通道对应的限位器9内第一限位块12、第二限位块13之间状态下，两根运送吊轨61与第二个采摘通道内的两根采摘吊轨分别对齐。第一个滑动组件、第二个滑动组件与同一根运送轨道8接触。

如图1、2、5、6和7所示，采摘车1包括采摘驱动机构21、采摘手臂39、托架40、葡萄篮14和药箱15。采摘驱动机构21具有垂直行进运动、水平行进运动和旋转运动。采摘驱动机构21包括小车基座19、回转支撑轴承20、滑台组件、行进转轴25、主动轮28、从动轮29、行进驱动件、旋转驱动件和升降驱动件。回转支撑轴承20外圈固定在小车基座19上，内圈顶部与垫板30固定。旋转驱动件包括回转电机17、第一齿轮23和第二齿轮24。回转电机17固定在小车基座19上。回转电机17的输出轴与第二齿轮24固定。回转支撑轴承20内圈的底部与第一齿轮23通过法兰盘固定。第二齿轮24与第一齿轮23啮合。回转支撑轴承20可以同时承受较大的轴向、径向负荷，因此回转电机17驱动第二齿轮24，第二齿轮24带动第一齿轮23做旋转运动。滑台组件包括滑块31、上顶板32、下底板33、支撑板34和光轴35。支撑板34及两根光轴35的顶端均与上顶板32固定，底端均与下底板33固定。滑台组件内的滑块31的两侧均固定有安装支架座36。上顶板32与第一齿轮23固定。滑块31与两根光轴35构成滑动副。升降驱动件包括升降电机16、联轴器和丝杆22。竖直设置的丝杆22两端分别支承在上顶板32、下底板33上。固定在滑块31上的螺母与丝杆22构成螺旋副。升降电机16固定在垫板30上。升降电机16的输出轴通过联轴器与丝杆22的顶端固定。

行进转轴25支承在小车基座19的底部。两个主动轮28与行进转轴25的两端分别固定。两个从动轮29同轴设置，且均支承在小车基座19的底部。两个主动轮28与两个从动轮29分别在行进转轴25的轴线方向上对齐。主动轮28及从动轮29均为单边轮。两个主动轮28的轮缘分别位于两个主动轮28的相对端。两个从动轮29的轮缘分别位于两个从动轮29的相对端。两个主动轮28轮缘的相背侧侧面的间距等于同一采摘吊轨组内两根采摘吊轨6的间距。两个从动轮29轮缘的相背侧侧面的间距等于同一采摘吊轨组内两根采摘吊轨6的间距。行进驱动件包括行进电机18、第三齿轮26和第四齿轮27。行进电机18固定在小车基座19上。行进电机18的输出轴与第三齿轮26固定。第四齿轮27与行进转轴25固定。第三齿轮26与第四齿轮27啮合，驱动采摘车1沿采摘吊轨6做水平运动。

托架40包括葡萄篮托盘37、药箱托盘38和固定架。药箱托盘37及两个葡萄篮托盘37均固定在固定架上。药箱托盘38位于两个葡萄篮托盘37之间。固定架的顶部与滑台组件内的下底板33固定。两个葡萄篮托盘37上均放置有葡萄篮14。药箱托盘38上放置有药箱15。药箱托盘38上还固定有水泵。

如图5和8所示，采摘手臂39包括舵盘41、舵机、机械臂第一电机42、机械臂第二电机43、机械臂第三电机44、第一肢节45、第二肢节46和末端执行组件。第一肢节45的一端与舵盘41铰接。第一肢节45由机械臂第一电机42驱动。第一肢节45的另一端与第二肢节46的一端铰接，第二肢节46由机械臂第二电机43驱动。

如图5、8、9和10所示，末端执行组件包括机械爪47、剪断件、摄像头48、农药喷嘴49和支座50。支座50与第二肢节46远离第一肢节的那端铰接。机械臂第三电机44固定在第二肢节上。机械臂第三电机44的输出轴与支座50固定。机械臂第三电机44用于保证末端执行组件保持水平的空间位姿。两个摄像头48均固定在支座50上。通过两个摄像头48能够精确定位待摘葡萄果柄的位置。农药喷嘴49固定在支座50上。农药喷嘴49上设置有水管接口51，水管接口51与水泵的出水口通过软管连接。水泵的入水口与药箱15通过软管连接。

机械爪47包括爪体和张合驱动件。爪体包括爪架55和爪勾56。爪架55呈半圆环形。爪架55与两根爪勾56的顶端固定。两根爪勾56的底端弯向爪架55的中心方向。爪勾56由弹性材料制成。爪体共有两个。两个爪体的爪架55内端均与支座50铰接。当爪体的两个爪架55夹合时，爪勾56可以勾住葡萄串的作用，并且不会夹伤葡萄。张合驱动件包括机械爪电机52、连杆53、第五齿轮和齿条54。两根连杆53的一端均与齿条54的外端铰接，另一端与两个爪体的爪架55分别铰接。齿条54与支座50构成滑动副。机械爪电机52与支座50固定。机械爪电机52的输出轴与第五齿轮固定。第五齿轮与齿条54啮合。机械爪电机52驱动第五齿轮，使齿条54产生直线运动，进而驱动爪体的开合。

位于机械爪47上方的剪断件包括定刀57、动刀58和剪断驱动件。定刀57的内端与支座50固定。动刀58的内端与定刀57的内端铰接。定刀57靠近动刀58的那侧设置有多个防滑凸块。动刀58靠近定刀57的那侧设置有呈圆弧形的刃口。剪断驱动件包括剪断电机59和第六齿轮。动刀58的内端呈齿轮状。剪断电机59与支座50固定。剪断电机59输出轴与第六齿轮固定。第六齿轮与动刀58的内端啮合。

采摘手臂39共有两个。两个采摘手臂39内的舵盘41与两个安装支架座36分别构成转动副。两个舵盘41由两个舵机分别驱动。

初始状态下，采摘车1位于运送车2的两根运送吊轨61上。

该单篱架葡萄园自动化采摘喷药方法包括采摘方法和喷药方法。

采摘方法具体如下：

步骤一、运送车驱动件的运送车电机转动，使得两根运送吊轨61与第一个采摘通道内的两根采摘吊轨分别对接。将1赋值给i。

步骤二、旋转驱动件内的回转电机17反转，使得滑块31到达上极限位置。行进驱动件内行进电机18正转，使得采摘车1到达第i个采摘通道内的两根采摘吊轨上。之后行进驱动件内行进电机18停转。

步骤三、旋转驱动件内的回转电机17正转，滑块31向下滑动，两个摄像头48持续拍摄。

若其中一个摄像头48的拍摄范围内出现成熟葡萄串后，旋转驱动件内的回转电机17停转，与该摄像头48对应的采摘手臂39作为工作采摘手臂39。采摘手臂39上的机械臂第一电机42、机械臂第二电机43、机械臂第三电机44转动，使得葡萄串的果柄处于定刀57与动刀58之间。并进入步骤四。

若滑块31到达下极限位置，则进入步骤九。

步骤四、工作采摘手臂39上爪体驱动件内的机械爪电机52正转，两个爪体合紧。爪体上的爪勾56勾住葡萄串。

步骤五、工作采摘手臂39上剪断驱动件内的剪断电机正转，使得定刀57与动刀58合紧，剪断连接葡萄串的果柄。

步骤六、工作采摘手臂39上剪断驱动件内的剪断电机反转，使得动刀58复位。工作采摘手臂39上的机械臂第一电机42、机械臂第二电机43、机械臂第三电机44转动，使得被机械爪47夹住的葡萄串进入工作采摘手臂39对应的葡萄篮14。

步骤七、工作采摘手臂39上爪体驱动件内的机械爪电机52反转，两个爪体张开。机械爪47松开的葡萄串。之后采摘手臂39上的机械臂第一电机42、机械臂第二电机43、机械臂第三电机44转动，使得采摘手臂39复位。进入步骤八。

步骤八、重复执行步骤三至七。

步骤九、旋转驱动件内的回转电机17反转，使得滑块31到达上极限位置。若采摘车1与第i个采摘通道内采摘吊轨远离运送架那端的端面距离小于a，则行进驱动件内行进电机18反转，使得采摘车1到达两根运送吊轨61上，并执行步骤十。否则行进驱动件内行进电机18正转，使得采摘车1沿采摘吊轨上向远离运送架的方向行进a距离，并执行步骤三至八。a的值取0.5m。

步骤十、若i小于2，则运送车驱动件的运送车电机转动，使得两根运送吊轨61与第i+1个采摘通道内的两根采摘吊轨分别对接。之后，将i增大1，并执行步骤二至九。若i等于2，则采摘结束。

步骤一中两根运送吊轨61与第一个采摘通道内的两根采摘吊轨分别对接的方法具体如下：

①.第一个采摘通道对应的限位器内第一限位块12、第二限位块13中远离运送车的那个推出，靠近运送车的那个缩回。

②.运送车驱动件的运送车电机转动，直到第一个采摘通道对应的限位器内有压力传感器检测到压力增大。第一个采摘通道对应的限位器内第一限位块12、第二限位块13中处于缩回状态的那个推出，使得运送车的其中一个滑动组件被第一限位块12、第二限位块13夹住。此时两根运送吊轨61与第一个采摘通道内的两根采摘吊轨分别对接。

喷药方法具体如下：

步骤一、运送车驱动件的运送车电机转动，使得两根运送吊轨61与第一个采摘通道内的两根采摘吊轨分别对接。将1赋值给i。

步骤二、旋转驱动件内的回转电机17反转，使得滑块31到达上极限位置。行进驱动件内行进电机18正转，使得采摘车1到达第i个采摘通道内的两根采摘吊轨上。之后行进驱动件内行进电机18停转。

步骤三、旋转驱动件内的回转电机17正转，滑块31向下滑动，水泵启动，农药喷嘴49中喷出农药，直到滑块31到达下极限位置后，进入步骤四。

步骤四、旋转驱动件内的回转电机17反转，使得滑块31到达上极限位置。若采摘车1与第i个采摘通道内采摘吊轨远离运送架那端的端面距离小于b，则行进驱动件内行进电机18反转，使得采摘车1到达两根运送吊轨61上，并执行步骤五。否则，行进驱动件内行进电机18正转，使得采摘车1沿采摘吊轨上向远离运送架的方向行进b距离，并执行步骤二和三。b的值取0.5m。

步骤五、若i小于2，则运送车驱动件的运送车电机转动，使得两根运送吊轨61与第i+1个采摘通道内的两根采摘吊轨分别对接。之后，将i增大1，并执行步骤二至四。若i等于2，则喷药结束。

Claims (10)

1.单篱架葡萄园自动化采摘喷药方法，其特征在于：采用的采摘喷药装置包括葡萄架、运送架、采摘车和运送车；所述的葡萄架包括采摘吊轨组和葡萄框架；所述的葡萄框架包括采摘横梁和n根葡萄支架，2≤n≤50；n根葡萄支架沿垂直葡萄地垄向的方向依次等间隔排列设置，且顶端均与采摘横梁固定；所述的葡萄框架共有m个，3≤m≤20；m个葡萄框架沿葡萄地的垄向依次等距排列设置；采摘吊轨组由两根沿葡萄地垄向设置的采摘吊轨组成；两根采摘吊轨均与采摘横梁固定；采摘吊轨组共有n-1个；同一葡萄框架内任意两根相邻葡萄支架之间均有一个采摘吊轨组；n-1个采摘吊轨组对应n-1个采摘通道；

所述的运送架包括运送框架、固定梁、运送轨道和限位器；所述的运送框架包括运送横梁和n根运送支架；n根运送支架的顶端均与运送横梁固定；其中一个位于最外端的葡萄框架为两用葡萄框架；固定梁的一端与运送横梁固定,另一端与两用葡萄框架内采摘横梁固定；两根沿垂直葡萄地垄向的方向设置的运送轨道均与固定梁固定；

所述的限位器共有n-1个；n-1个限位器均与其中一根运送轨道固定；同一运送框架内任意两根相邻的运送支架之间均有一个限位器；所述的限位器包括限位架、第一限位块和第二限位块；第一限位块及第二限位块均与限位架构成滑动副；第一限位块由第一电动推杆驱动；第二限位块由第二电动推杆驱动；第一限位块的内侧面与第二限位块的内侧面相对且间隔设置；第一限位块的内侧面及第二限位块的内侧面上均嵌有压力传感器；

所述的运送车包括运送车基座、滑动组件、运送吊轨、运送转轴、运送车驱动件和主动滚子；运送车基座顶部的四个角上设置有滑动组件；滑动组件包括U形架和从动滚子；从动滚子的内端支承在U形架上；其中两个滑动组件上的从动滚子与其中一根运送轨道滚动接触；另两个滑动组件上的从动滚子与另一根运送轨道滚动接触；运送转轴支承在运送车基座的顶部；运送转轴的两端与两个主动滚子分别固定；两个主动滚子与两根运送轨道分别滚动接触；运送转轴由运送车驱动件驱动；两根运送吊轨均与运送车基座的底部固定；运送吊轨的横截面与采摘吊轨的横截面相同；运送吊轨与采摘吊轨等高设置；

所述的采摘车包括采摘驱动机构、采摘手臂、托架、葡萄篮和药箱；所述的采摘驱动机构包括小车基座、滑台组件、行进转轴、主动轮、从动轮、行进驱动件、旋转驱动件和升降驱动件；垫板与小车基座构成转动副，并由旋转驱动件驱动；所述的滑台组件包括滑块、上顶板、下底板和光轴；两根光轴的顶端均与上顶板固定，底端均与下底板固定；滑台组件内的滑块的两侧均固定有安装支架座；上顶板与垫板固定；滑块与两根光轴构成滑动副，并由升降驱动件驱动；

所述的行进转轴支承在小车基座的底部，并由行进驱动件驱动；两个主动轮与行进转轴的两端分别固定；两个从动轮同轴设置，且均支承在小车基座的底部；两个主动轮与两个从动轮分别在行进转轴的轴线方向上对齐；

所述的托架包括葡萄篮托盘、药箱托盘和固定架；药箱托盘及两个葡萄篮托盘均固定在固定架上；药箱托盘位于两个葡萄篮托盘之间；固定架的顶部与滑台组件内的下底板固定；两个葡萄篮托盘上均放置有葡萄篮；药箱托盘上放置有药箱；

所述的采摘手臂包括舵盘、舵机、机械臂第一电机、机械臂第二电机、机械臂第三电机、第一肢节、第二肢节和末端执行组件；第一肢节的一端与舵盘铰接；第一肢节由机械臂第一电机驱动；第一肢节的另一端与第二肢节的一端铰接，第二肢节由机械臂第二电机驱动；

所述的末端执行组件包括机械爪、剪断件、摄像头、农药喷嘴和支座；支座与第二肢节远离第一肢节的那端铰接；支座由机械臂第三电机驱动；两个摄像头均固定在支座上；农药喷嘴固定在支座上；农药喷嘴上设置有水管接口；

所述的机械爪包括爪体和张合驱动件；爪体包括爪架和爪勾；爪架呈半圆环形；爪架与两根爪勾的顶端固定；爪体共有两个；两个爪体的爪架内端均与支座铰接；两个爪体由张合驱动件驱动；剪断件包括定刀、动刀和剪断驱动件；定刀的内端与支座固定；动刀的内端与定刀的内端铰接；动刀靠近定刀的那侧设置有刃口；动刀由剪断驱动件驱动；

所述的采摘手臂共有两个；两个采摘手臂内的舵盘与两个安装支架座分别构成转动副；两个舵盘由两个舵机分别驱动；

该单篱架葡萄园自动化采摘喷药方法包括采摘方法和喷药方法；

采摘方法具体如下：步骤一、运送车驱动件的运送车电机转动，使得两根运送吊轨与第一个采摘通道内的两根采摘吊轨分别对接；将1赋值给i；

步骤二、旋转驱动件驱动滑块到达上极限位置，行进驱动件驱动采摘车到达第i个采摘通道内的两根采摘吊轨上；

步骤三、驱动滑块向下滑动，两个摄像头持续拍摄；若其中一个摄像头的拍摄范围内出现葡萄串后，旋转驱动件停止运动，与该摄像头对应的采摘手臂作为工作采摘手臂；采摘手臂上的机械臂第一电机、机械臂第二电机、机械臂第三电机转动，使得葡萄串的果柄处于定刀与动刀之间；并进入步骤四；

若滑块到达下极限位置，则进入步骤九；

步骤四、工作采摘手臂上爪体驱动件驱动两个爪体合紧；爪体上的爪勾勾住葡萄串；

步骤五、工作采摘手臂上剪断驱动件运动，使得定刀与动刀合紧，剪断连接葡萄串的果柄；

步骤六、工作采摘手臂上剪断驱动件驱动动刀复位；工作采摘手臂上的机械臂第一电机、机械臂第二电机、机械臂第三电机转动，使得被机械爪夹住的葡萄串进入工作采摘手臂对应的葡萄篮；

步骤七、工作采摘手臂上爪体驱动件驱动两个爪体张开；机械爪松开的葡萄串；之后，采摘手臂上的机械臂第一电机、机械臂第二电机、机械臂第三电机转动，使得采摘手臂复位；进入步骤八；

步骤八、执行步骤三至七；

步骤九、旋转驱动件驱动滑块到达上极限位置；若采摘车与第i个采摘通道内采摘吊轨远离运送架那端的端面距离小于a，则行进驱动件驱动采摘车到达两根运送吊轨上，并执行步骤十；否则，行进驱动件驱动采摘车沿采摘吊轨上向远离运送架的方向行进a距离，并执行步骤三至八；0.2m≤a≤1m；

步骤十、若i小于2，则运送车驱动件运动，使得两根运送吊轨与第i+1个采摘通道内的两根采摘吊轨分别对接；之后，将i增大1，并执行步骤二至九；若i等于2，则采摘结束；

喷药方法具体如下：步骤一、运送车驱动件运动，使得两根运送吊轨与第一个采摘通道内的两根采摘吊轨分别对接；将赋值给i；

步骤二、旋转驱动件驱动滑块到达上极限位置，行进驱动件运动，使得采摘车到达第i个采摘通道内的两根采摘吊轨上；

步骤三、旋转驱动件驱动滑块向下滑动，水泵启动，农药喷嘴中喷出农药，直到滑块到达下极限位置；

步骤四、旋转驱动件驱动滑块到达上极限位置；若采摘车与第i个采摘通道内采摘吊轨远离运送架那端的端面距离小于b，则行进驱动件运动，使得采摘车到达两根运送吊轨上，并执行步骤五；否则，行进驱动件运动，使得采摘车沿采摘吊轨上向远离运送架的方向行进b距离，并执行步骤二和三，0.3m≤b≤1.5m；

步骤五、若i小于2，则运送车驱动件的运送车电机转动，使得两根运送吊轨与第i+1个采摘通道内的两根采摘吊轨分别对接；之后，将i增大1，并执行步骤二至四；若i等于2，则喷药结束。

2.根据权利要求1所述的单篱架葡萄园自动化采摘喷药方法，其特征在于：m个葡萄框架在葡萄地垄向上相互对齐的葡萄支架均通过两根上下排列的铁丝连接。

3.根据权利要求1所述的单篱架葡萄园自动化采摘喷药方法，其特征在于：所述的运送车驱动件运送车电机、第七齿轮和第八齿轮；运送车电机固定在运送车基座上；运送车电机的输出轴与第七齿轮固定；第八齿轮与运送转轴固定；第七齿轮与第八齿轮啮合。

4.根据权利要求1所述的单篱架葡萄园自动化采摘喷药方法，其特征在于：所述U形架的长度等于第一限位块、第二限位块的间距；在第一个滑动组件内U形架到达第一个采摘通道对应的限位器内第一限位块、第二限位块之间状态下，两根运送吊轨与第一个采摘通道内的两根采摘吊轨分别对齐；在第二个滑动组件内U形架到达第二个采摘通道对应的限位器内第一限位块、第二限位块之间状态下，两根运送吊轨与第二个采摘通道内的两根采摘吊轨分别对齐；第一个滑动组件、第二个滑动组件与同一根运送轨道接触。

5.根据权利要求1所述的单篱架葡萄园自动化采摘喷药方法，其特征在于：所述的旋转驱动件包括回转电机、第一齿轮和第二齿轮；回转电机固定在小车基座上；回转电机的输出轴与第二齿轮固定；第一齿轮与垫板固定；第二齿轮与第一齿轮啮合；

所述的升降驱动件包括升降电机和丝杆；丝杆两端分别支承在上顶板、下底板上；固定在滑块上的螺母与丝杆构成螺旋副；升降电机固定在垫板上；升降电机的输出轴与丝杆的顶端固定；

所述的行进驱动件包括行进电机、第三齿轮和第四齿轮；行进电机固定在小车基座上；行进电机的输出轴与第三齿轮固定；第四齿轮与行进转轴固定；第三齿轮与第四齿轮啮合；

所述的张合驱动件包括机械爪电机、连杆、第五齿轮和齿条；两根连杆的一端均与齿条的外端铰接，另一端与两个爪体的爪架分别铰接；齿条与支座构成滑动副；机械爪电机与支座固定；机械爪电机的输出轴与第五齿轮固定；第五齿轮与齿条啮合；

所述的剪断驱动件包括剪断电机和第六齿轮；动刀的内端呈齿轮状；剪断电机与支座固定；剪断电机输出轴与第六齿轮固定；第六齿轮与动刀的内端啮合。

6.根据权利要求1所述的单篱架葡萄园自动化采摘喷药方法，其特征在于：所述的主动轮及从动轮均为单边轮；两个主动轮的轮缘分别位于两个主动轮的相对端；两个从动轮的轮缘分别位于两个从动轮的相对端；两个主动轮轮缘的相背侧侧面的间距等于同一采摘吊轨组内两根采摘吊轨的间距。

7.根据权利要求1所述的单篱架葡萄园自动化采摘喷药方法，其特征在于：所述的药箱托盘上还固定有水泵；水管接口与水泵的出水口通过软管连接；水泵的进水口与药箱连接。

8.根据权利要求1所述的单篱架葡萄园自动化采摘喷药方法，其特征在于：所述的爪勾采用弹性材料。

9.根据权利要求1所述的单篱架葡萄园自动化采摘喷药方法，其特征在于：所述的定刀靠近动刀的那侧设置有多个防滑凸块。

10.根据权利要求1所述的单篱架葡萄园自动化采摘喷药方法，其特征在于：采摘方法或喷药方法的步骤一中两根运送吊轨与第一个采摘通道内的两根采摘吊轨分别对接的方法具体如下：

①.第一个采摘通道对应的限位器内第一限位块、第二限位块中远离运送车的那个推出，靠近运送车的那个缩回；

②.运送车驱动件的运送车电机转动，直到第一个采摘通道对应的限位器内有压力传感器检测到压力增大；第一个采摘通道对应的限位器内第一限位块、第二限位块中处于缩回状态的那个推出，使得运送车的其中一个滑动组件被第一限位块、第二限位块夹住。