CN110036765B - 一种振动式枸杞采摘方法及采摘系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种振动式枸杞采摘方法及采摘系统，通过在枸杞植株上附着采摘辅助网，使枸杞植株杆穿过采摘辅助网网孔，在采摘辅助网下端设置接收装置，利用震荡装置带动采摘辅助网震荡，通过采摘辅助网向枸杞枝条传递振动，迫使枸杞掉落，通过接收器接收掉落的枸杞，从而完成枸杞采摘，本发明通过使得枸杞植株附着在采摘辅助网上，使辅助网振动的力均匀的传递到每个枝条上，然后利用震荡装置对采摘辅助网震荡，采摘辅助网与枸杞植株的附着缠绕，将震荡器的震动作用通过采摘辅助网传递至枸杞植株上，避免了震荡力直接与枸杞植株接触，避免了枸杞被破坏，同时能够通过采摘辅助网实现大面积同时震荡采摘，提高采摘效率，结构简单，对枸杞植株破坏小。
Description
技术领域
本发明涉及枸杞采摘装置领域，具体涉及一种振动式枸杞采摘方法及采摘系统。
背景技术
随着人民生活水平的提高和保健意识的增强，枸杞作为食用和药用都极佳的作物日益受到人们的青睐，需求量和种植量都在不断扩大，但由于枸杞果实具有皮薄易损、外形小、数量多并且生长密集等特点，使得枸杞采摘成为了一个季节性较强且劳动密集型的工作，采摘成本高、效率低且人工采摘时易扎手，是整个生产过程中费时费力的环节。随着农业生产的日趋工业化、规模化和精准化，农业机器人已经成为农业工程领域的科研重点之一。农业机器人在提高农业生产力、改变农业生产模式、解决劳动力不足，以及实现农业的规模化、多样化和精准化等方面显示出了极大的优越性。
目前枸杞采摘机主要由电动机、高频发生器、偏心轮、连杆、抓枝器等组成。其工作原理是根据枸杞“无限花序、连续花果”的生长发育特性和成熟果实与果萼结合力低于幼果、花和叶片与枝条结合力的特点，将枸杞枝条放入抓枝器中，实现机械采摘。
目前枸杞采摘机存在以下几方面的问题：
1.首先，存在的主要问题是目前的采摘机器人容易将幼果和花摘落，对后期产量造成影响；同时也可能会使成熟果实损伤率大；进一步，枸杞挂果枝条受到持续采摘力枝条造成内伤，影响果树生长。
2.气动式枸杞采摘机采摘效率较低，且强劲的气流对枸杞枝干、叶片损伤较大，影响二茬果实的生长。
发明内容
本发明的目的在于提供一种振动式枸杞采摘方法及采摘系统，以克服现有技术的不足。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种振动式枸杞采摘系统，包括移动小车、采摘装置、收集装置和采摘辅助网，采摘装置和收集装置均安装于移动小车上；
采摘辅助网采用网格结构，枸杞植株支干穿过采摘辅助网网孔，每个枸杞植株的分支穿过采摘辅助网网孔次数为3-4次；采摘辅助网的网孔最小孔径大于枸杞植株主干直径2倍；
移动小车包括车架和移动轮；
采摘装置包括机械臂和安装于车架上的舵机，机械臂一端固定于舵机上，机械臂另一端安装有震动发生装置，震动发生装置上安装有震动叉，震动叉最大尺寸小于采摘辅助网网孔最小孔径；
果实接收器包括两个半支架，半支架上安装有曲面接收垫，两个半支架能够贴合，两个半支架贴合一面设有弹性弦，曲面接收垫四周固定在半支架和弹性弦上，半支架、曲面接收垫和弹性弦形成半曲面接收器，半支架通过旋转架安装在车架一侧；曲面接收垫最低点与果实收集箱通过连接软管连通；
采摘枸杞果实时，震动叉穿过采摘辅助网网孔，震动发生装置通过震动叉带动采摘辅助网一起震动。
进一步的，移动小车上设有为采摘系统提供电能的电源。
进一步的，移动轮采用皮带轮、履带轮或汽车轮。
进一步的，移动轮包括设置于车架下端的驱动轮和转向轮，移动小车上分别设置有用于驱动轮驱动的驱动电机和用于转向轮转向的转向电机。
进一步的，机械臂包括依次连接的肩关节、肘关节和腕关节；肩关节的一端旋转连接在舵机上，肩关节的另一端与肘关节的一端转动连接；肘关节的另一端转动连接在腕关节的一端。
进一步的，震动发生装置上沿震动发生装置震动方向设有多个平行设置的震动叉。
进一步的，车架上设有接收器驱动电机，旋转架包括竖直转架和一端与接收器驱动电机连接的水平转架，竖直转架一端与水平转架另一端转动连接，竖直转架另一端与支架转动连接，支架保持水平。
进一步的，果实收集箱镶嵌于车架内。
一种振动式枸杞采摘方法，包括以下步骤：
步骤1)、在枸杞植株上附着采摘辅助网，使枸杞植株穿过采摘辅助网网孔附着在采摘辅助网上；
步骤2)、利用震动发生装置带动采摘辅助网震荡，通过采摘辅助网向枸杞枝条传递振动迫使枸杞掉落，从而完成枸杞采摘。
进一步的，步骤1)中，将采摘辅助网通过立杆固定在枸杞植株旁，枸杞植株和枸杞植株分支均穿过采摘辅助网网孔；每个枸杞植株的分支穿过采摘辅助网网孔次数为3-4次。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种振动式枸杞采摘方法，通过在枸杞植株上附着采摘辅助网，使枸杞植株杆穿过采摘辅助网网孔，在采摘辅助网下端设置接收装置，利用震荡装置带动采摘辅助网震荡，通过采摘辅助网向枸杞枝条传递振动，迫使枸杞掉落，通过接收器接收掉落的枸杞，从而完成枸杞采摘，本发明通过使得枸杞植株附着在采摘辅助网上，使辅助网振动的力均匀的传递到每个枝条上，然后利用震荡装置对采摘辅助网震荡，采摘辅助网与枸杞植株的附着缠绕，将震荡器的震动作用通过采摘辅助网传递至枸杞植株上，避免了震荡力直接与枸杞植株接触，避免了枸杞被破坏，同时能够通过采摘辅助网实现大面积同时震荡采摘，提高采摘效率。
本发明一种振动式枸杞采摘系统，包括移动小车、采摘装置、收集装置和采摘辅助网，采摘装置和收集装置均安装于移动小车上，使枸杞植株枝干附着在采摘辅助网上，利用震荡发生器与采摘辅助网结合，利用震荡发生器震荡，带动采摘辅助网在一定频率下震动，采摘辅助网带动枸杞植株震动，从而迫使枸杞植株上的枸杞掉落，同时由于枸杞的收集装置是在枸杞植株的下方进行工作的，所以辅助网的下方应具有足够的空间让枸杞的收集装置正常工作，利用振动原理，由电源带动高频发生器产生高频电流，电动机带动偏心轮高速转动，使成熟果实在受迫振动和重力作用下脱落，从而实现机械采摘，一次能够同时对多个植株杆震动，采摘效率高，本装置结构简单，对枸杞植株破坏小。
进一步的，本装置采用轮式移动小车，移动灵活、控制简单。
进一步的，通过接收器驱动电机来控制接收器的放下和升起，安装于车架上的收集箱，通过软管与接收器联通，在收集器升起过程中，枸杞顺着软管滑入收集箱内，完成果实收集工作。
进一步的，果实接收器包括两个半支架，由两个半支架拼合形成整体支架，能够使果实接收器完全置于带采摘枸杞植株下端。
附图说明
图1为本发明总体结构示意图。
图2为本发明移动小车结构示意图。
图3为本发明机械臂结构示意图。
图4为本发明采摘装置结构示意图。
图5为本发明收集装置结构示意图。
图6为半支架结构示意图。
图7为枸杞植株穿过采摘辅助网结构示意图。
图8为采摘辅助网结构示意图。
图中：1、移动小车；2、采摘辅助网；3、采摘装置；4、枸杞植株；5、电源；7、舵机；11、车架；12、驱动轮；13、转向轮；14、驱动电机；15、转向电机；31、机械臂；32、震动叉；33、震动发生装置；41、果实接收器；42、果实收集箱；43、接收器驱动电机；44、支架；45、曲面接收垫；46、水平转架；47、连接软管；48、竖直转架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
如图1至图8所示，一种振动式枸杞采摘系统，包括移动小车1、采摘装置3、收集装置和采摘辅助网2，采摘装置3和收集装置均安装于移动小车1上；移动小车1上设有电源5，电源5为采摘系统提供电能；
如图7、图8所示，采摘辅助网2采用网格结构，采摘辅助网2通过立杆固定在枸杞植株旁，枸杞植株4支干穿过采摘辅助网网孔2；每个枸杞植株的分支穿过采摘辅助网网孔次数为3-4次；采摘辅助网2采用矩形网格结构或菱形网格结构；采摘辅助网2的网孔最小孔径大于枸杞植株主干直径2倍；
移动小车1包括车架11和移动轮；移动轮采用皮带轮、履带轮或汽车轮；
本申请具体采用汽车轮，包括设置于车架11下端的驱动轮12和转向轮13，移动小车1上分别设置有用于驱动轮12驱动的驱动电机14和用于转向轮13转向的转向电机15；采用两轮驱动两轮转向的行走系统，可以减少电量损耗，提高机器人的续航能力，同时具有较小的转弯半径，能适应农田作业环境；
采摘装置3包括机械臂31和安装于车架11上的舵机7，机械臂31一端固定于舵机7上，机械臂31另一端安装有震动发生装置33，震动发生装置33上安装有震动叉32；震动发生装置由电源带动高频发生器产生高频电流，电动机带动偏心轮高速转动，震动叉32与枝杈接触，使成熟果实在振动力和重力作用下脱落，从而实现机械采摘；
机械臂31包括依次连接的肩关节、肘关节和腕关节；肩关节的一端旋转连接在舵机7上，肩关节的另一端与肘关节的一端转动连接；肘关节的另一端转动连接在腕关节的一端；所述的肩关节、肘关节和腕关节均设置有驱动电机；采摘装置3整体有四个自由度；
震动发生装置33上沿震动发生装置33震动方向设有多个平行设置的震动叉32，从而实现一次多个枝杈同时震动的目的，提高枸杞采摘效率。
收集装置包括果实接收器41和果实收集箱42，果实收集箱42安装于车架11上，具体的果实收集箱42镶嵌于车架11内；如图6所示，果实接收器41包括两个半支架44，两个半支架44能够拼合形成支架，半支架44上安装有曲面接收垫45，两个半支架44贴合一面设有弹性弦，曲面接收垫四周固定在半支架和弹性弦上，半支架44、曲面接收垫45和弹性弦形成半曲面接收器，半支架44通过旋转架安装在车架11一侧；曲面接收垫最低点与果实收集箱42通过连接软管47连通；车架11上设有接收器驱动电机43，旋转架包括竖直转架48和一端与接收器驱动电机43连接的水平转架46，竖直转架48一端与水平转架另一端转动连接，竖直转架48另一端与支架44转动连接，支架44保持水平；
车架11一侧安装还有两个平行设置的旋转架，两个旋转架通过同一个接收器驱动电机43驱动；使用时，将两个半支架44分开，将车辆移动至待采集的枸杞植株下端，转动两个竖直转架48，使两个半支架44的弹性弦靠近贴合，两个弹性弦之间加持枸杞植株支杆，使整个支架置于待采摘枸杞植株下端；
当果实接收器41接收一定量果实后，转动两个竖直转架48使两个半支架44分开，接收器驱动电机43带动通过主转架46转动，主转架46转动带动支架44升高，同时主转架46与支架44相对转动，提高支架44同时保持支架44水平状态，当果实接收器41的曲面接收垫最低点高于果实收集箱42入口时，曲面接收垫内的果实通过连接软管进入果实收集箱42内；
一种振动式枸杞采摘方法，包括以下步骤：
步骤1)、在枸杞植株上附着采摘辅助网，使枸杞植株杆穿过采摘辅助网孔；
步骤2)、控制移动小车靠近待采摘枸杞植株旁，通过接收器驱动电机带动接收器移动至待采摘枸杞植株下；
步骤3)、控制机械臂带动振动叉插入采摘辅助网网孔中，调整接收器至采摘辅助网下端；
步骤4)、控制震动发生装置振动采摘辅助网，通过采摘辅助网向枸杞枝条传递振动，迫使枸杞掉落，通过接收器接收掉落的枸杞，从而完成枸杞采摘。
步骤1)中，将采摘辅助网通过立杆固定在枸杞植株旁，枸杞植株和枸杞植株分支均穿过采摘辅助网网孔；每个枸杞植株的分支穿过采摘辅助网网孔次数为3-4次；
振动结束后收回振动叉和接收器，接收器中的枸杞在接收器升起的过程中顺着软管滑入收集箱中，机械臂和接收器恢复到原来的位置；紧接着小车继续向前行走，准备采摘下一珠枸杞。当果实收集箱中的果实将要溢出或电源能量不足时可以到田间休息站情况果实收集箱或更换电源。当识别到田垄到头时，小车开始转弯。小车每次转弯的方向都与上次转弯方向相反，以避免重复采收造成资源浪费。每次需要重新开始采摘时，必须提前预设一个转弯方向。
本申请根据枸杞生长发育特性和成熟果实与果萼结合力低于幼果、花和叶片与枝条结合力的特点，在枸杞成熟期间，枸杞采摘装置运用其振动发生装置以不同的振动频率和振动幅度来振动辅助网，使枸杞受迫掉落，位于采摘机器人下方的收集装置来收集掉落的枸杞、花和叶片等，统计掉落的成熟果实、幼果、花和叶片地数量；把振动频率和振动幅度作为两个自变量；振动前植株上的成熟果实、幼果、花和叶片地数量与振动后植株上的成熟果实、幼果、花和叶片地数量的差值作为因变量，同时把枸杞掉落到下方的最大范围作为另一个因变量；根据大量的数据统计结果，使采摘获得成熟果实较高的采净率，同时结合幼果、花和叶片较低的掉落率，在此范围内枸杞掉落到下方的范围限制到最小，综合考虑选择最优的振动频率和振动幅度。根据经验确定振动时长，根据枸杞的生长特性，每隔一个采摘周期重复一次上述的采摘过程。
Claims (10)
1.一种振动式枸杞采摘系统，其特征在于，包括移动小车(1)、采摘装置(3)、收集装置和采摘辅助网(2)，采摘装置(3)和收集装置均安装于移动小车(1)上；
采摘辅助网(2)采用网格结构，枸杞植株(4)支干穿过采摘辅助网(2)网孔，每个枸杞植株的分支穿过采摘辅助网(2)网孔次数为3-4次；采摘辅助网(2)的网孔最小孔径大于枸杞植株主干直径2倍；
移动小车(1)包括车架(11)和移动轮；
采摘装置(3)包括机械臂(31)和安装于车架(11)上的舵机(7)，机械臂(31)一端固定于舵机(7)上，机械臂(31)另一端安装有震动发生装置(33)，震动发生装置(33)上安装有震动叉(32)，震动叉(32)最大尺寸小于采摘辅助网(2)网孔最小孔径；
果实接收器(41)包括两个半支架(44)，半支架(44)上安装有曲面接收垫(45)，两个半支架(44)能够贴合，两个半支架(44)贴合一面设有弹性弦，曲面接收垫(45)四周固定在半支架和弹性弦上，半支架(44)、曲面接收垫(45)和弹性弦形成半曲面接收器，半支架(44)通过旋转架安装在车架(11)一侧；曲面接收垫(45)最低点与果实收集箱(42)通过连接软管(47)连通；
采摘枸杞果实时，震动叉(32)穿过采摘辅助网(2)网孔，震动发生装置(33)通过震动叉(32)带动采摘辅助网(2)一起震动。
2.根据权利要求1所述的一种振动式枸杞采摘系统，其特征在于，移动小车(1)上设有为采摘系统提供电能的电源(5)。
3.根据权利要求1所述的一种振动式枸杞采摘系统，其特征在于，移动轮采用皮带轮、履带轮或汽车轮。
4.根据权利要求3所述的一种振动式枸杞采摘系统，其特征在于，移动轮包括设置于车架(11)下端的驱动轮(12)和转向轮(13)，移动小车(1)上分别设置有用于驱动轮(12)驱动的驱动电机(14)和用于转向轮(13)转向的转向电机(15)。
5.根据权利要求1所述的一种振动式枸杞采摘系统，其特征在于，机械臂(31)包括依次连接的肩关节、肘关节和腕关节；肩关节的一端旋转连接在舵机(7)上，肩关节的另一端与肘关节的一端转动连接；肘关节的另一端转动连接在腕关节的一端。
6.根据权利要求1所述的一种振动式枸杞采摘系统，其特征在于，震动发生装置(33)上沿震动发生装置(33)震动方向设有多个平行设置的震动叉(32)。
7.根据权利要求1所述的一种振动式枸杞采摘系统，其特征在于，车架(11)上设有接收器驱动电机(43)，旋转架包括竖直转架(48)和一端与接收器驱动电机(43)连接的水平转架(46)，竖直转架(48)一端与水平转架另一端转动连接，竖直转架(48)另一端与半支架(44)转动连接，半支架(44)保持水平。
8.根据权利要求1所述的一种振动式枸杞采摘系统，其特征在于，果实收集箱(42)镶嵌于车架(11)内。
9.一种基于权利要求1所示采摘系统的振动式枸杞采摘方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)、在枸杞植株上附着采摘辅助网，使枸杞植株穿过采摘辅助网网孔附着在采摘辅助网上；
步骤2)、利用震动发生装置带动采摘辅助网震荡，通过采摘辅助网向枸杞枝条传递振动迫使枸杞掉落，从而完成枸杞采摘。
10.根据权利要求9所述一种振动式枸杞采摘方法，其特征在于，步骤1)中，将采摘辅助网通过立杆固定在枸杞植株旁，枸杞植株和枸杞植株分支均穿过采摘辅助网网孔；每个枸杞植株的分支穿过采摘辅助网网孔次数为3-4次。
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