CN110063140A - 一种高纺锤树型苹果树的振动采摘收获装置 - Google Patents

Abstract

一种高纺锤树型苹果树的振动采摘收获装置，属于苹果采摘收获机械技术领域，用于对高纺锤树型苹果树进行苹果采摘和收获。其技术方案是：龙门车体的主体为有一定长度的N形钢制车体框架，行走装置包括车底架、驱动机构和转向机构，两个车底架分别与车体框架的两侧下端相连接，两组驱动机构分别安装在两个车底架的下面后部，两组转向机构分别安装在车底架的下面前部，振动摇树装置包括伸缩夹紧机构、四杆机构和升降机构，振动摇树装置安装在车体框架内的一侧，缓冲收集装置包括缓冲装置和收集机构，缓冲收集装置固定连接在车体框架下部底面的两侧。本发明替代了人手或机械手采摘，苹果采摘收获全程自动化，实现了高效率、高质量的苹果采摘收获。

Description

一种高纺锤树型苹果树的振动采摘收获装置

技术领域

本发明涉及一种针对高纺锤树型苹果树进行苹果采摘和收获的自动化机械，属于苹果采摘收获机械技术领域。

背景技术

我国是世界上最大的苹果产量国和苹果消费国。随着我国果园栽培模式的逐渐现代化以及苹果生产技术的不断提高，特别是伴随着我国大型果园高纺锤树型苹果树成套栽培模式的推广，对于苹果的采摘收获过程则有了更高的要求。

目前，对于国内大多数果园，还没有普及使用苹果采摘收获机械，仍旧进行人工采摘，采摘工人对果实进行一个个地采摘并放入收集装置，最后运出果园。近年来，国内一些大型苹果园先后引进了摘果器、摘果剪、摘果梯等辅助工具用来帮助工人摘取生长在高处的苹果，但效率较低，仍然不能实现高效地采摘和收获。由于苹果采摘是一项季节性的劳动密集型工作，因此果园管理者往往需要投入大量人力、物力和财力，不仅工人劳动强度大、采摘效率低，而且生产成本较高，利润也随之降低。随着我国人口老龄化不断加重，劳动力正逐渐减少。所以，苹果的机械化采摘收获成为人们热切关注的话题。

虽然国内外对于苹果采摘收获机械的研究未曾间断，但都由于其技术费用高、收获效率低等自身局限性而不能达到良好的使用效果，不具备大众实用性。因此，设计一款能够采摘并收获苹果的机械化装置来代替人工手摘成为了该领域研究人员亟待解决的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种高纺锤树形苹果树的振动采摘收获装置，这种装置可以通过对果树主干的振动来替代人手或机械手单个采摘，实现苹果的大批量高效收获，同时还可以防止苹果受到损伤，达到苹果的高质量收获。

解决上述技术问题的技术方案是：

一种高纺锤树型苹果树的振动采摘收获装置，它由龙门车体、行走装置、振动摇树装置、缓冲收集装置、视觉定位摄像机、激光扫描仪和电控柜构成，龙门车体的主体为有一定长度的N形钢制车体框架，行走装置为对称分立的两体结构，行走装置的对称的两体结构分别固定连接在车体框架两侧的下方，行走装置的对称的两体结构分别包括车底架、驱动机构和转向机构，两个车底架分别与车体框架的两侧下端相连接，两组驱动机构分别安装在两个车底架的下面后部，两组转向机构分别安装在车底架的下面前部，振动摇树装置包括伸缩夹紧机构、四杆机构和升降机构，振动摇树装置安装在车体框架内的一侧，缓冲收集装置为对称的两部分，缓冲收集装置的对称两部分分别固定连接在车体框架下部底面的两侧，缓冲收集装置的对称两部分之间有苹果树树干通过的纵向通道，缓冲收集装置的对称的两部分分别包括缓冲装置和收集机构，两台视觉定位摄像机分别吊装在装有振动摇树装置一侧的车体框架内的前后顶端，激光扫描仪安装在车体框架正前方顶部钢架上，电控柜焊接在车体框架一侧的外部。

上述高纺锤树型苹果树的振动采摘收获装置，所述龙门车体由车体框架、车体内衬、封口板组成，N形车体框架的两端开口，车体框架的高度大于苹果树，车体框架下端两侧分别连接两块底板，两块底板之间有沿着车体框架长度方向的通道，通道的宽度大于苹果树的最大直径，车体内衬为两块钢板，两块钢板的上部有连接板与车体框架两侧面相连接，两块钢板的下部为弯折的缓冲板，缓冲板位于车体框架的两侧底板上面，两块缓冲板上均匀分布着多个出风孔，封口板为两块垂直的钢板，封口板的两块钢板分别位于车体框架的前端两侧下部，封口板与车体框架长度方向垂直，封口板与车体框架由螺钉连接，封口板的两块钢板的底面前方分别焊接一个风机安装架。

上述高纺锤树型苹果树的振动采摘收获装置，所述行走装置的两个车底架分别为倒U型钢板，行走装置的驱动机构包括左右两个后轮、两条后轮轴、两个带直流电机的减速器，两条车底架的后方各开一豁口，两个带直流电机的减速器分别放置在豁口中与车底架相连接，两个带直流电机的减速器分别与两条后轮轴相连接，两个后轮分别安装在两条后轮轴上。

上述高纺锤树型苹果树的振动采摘收获装置，所述行走装置的转向机构包括左右两个前轮、两个推杆、两个转向盘和两个伺服电机，两个车底架外侧各伸出一个车轮架，两个前轮的车轮轴一端分别与车轮架由连接销轴相连接，两个伺服电机固定在两个车底架的前方上表面，两个转向盘分别放置在两个车底架的U形槽口内，两个伺服电机的电机轴与两个转向盘的中心轴直接连接，两个车底架的前方外侧有开口，两个推杆分别穿过开口，两个转向盘的盘面一侧有垂直的转轴分别和两个推杆的后端铰接，两个推杆的前端通过推杆销轴与两个前轮轮毂相铰接。

上述高纺锤树型苹果树的振动采摘收获装置，所述振动摇树装置的伸缩夹紧机构包括两个夹爪手指、手指销轴、安装块、夹紧液压缸、伸缩液压缸、导向杆和连接块，安装块为直立的长方形钢板，安装块的两侧有向前伸出的固定杆，两个夹爪手指后部为弯折的板条，两个夹爪手指的弯折处通过手指销轴分别与两个固定杆的前端相连接，弯折板条的后部有滑动槽，两个弯折板条上下重叠，一个转动轴垂直穿在两个弯折板条的滑动槽中，夹紧液压缸的缸体与安装块的后面固定连接，夹紧液压缸的液压推杆穿过安装块上的推杆孔，夹紧液压缸的液压推杆前端与两个夹爪手指的后部滑动槽中的转动轴相连接，伸缩液压缸的缸体固定在连接块上，伸缩液压缸的液压推杆前端与安装块的下部固定相连接，导向杆的前端与安装块固定相连接，导向杆的后端与连接块上安装的轴承内孔相连接，连接块与振动摇树装置的四杆机构相连接。

上述高纺锤树型苹果树的振动采摘收获装置，所述振动摇树装置的四杆机构包括直流电机、偏心圆盘、滑块保持架、连杆、滑块、垫片和圆盘连接块，直流电机固定连接在滑块保持架的一端，直流电机的电机轴与偏心圆盘的中心垂直连接，偏心圆盘的盘面上有平行的双排孔，圆盘连接块为矩形块，圆盘连接块上开有双滑槽与偏心圆盘上的双排孔相对，圆盘连接块通过螺栓与偏心圆盘相连接，连杆由两只相同的杆连接构成，两只杆的两端分别有连接孔，其中一只杆的一端的连接孔为长槽，连接螺栓通过垫片将一只杆的一端与另一只杆的长槽连接为一体，连接后的连杆一端连接孔与圆盘连接块的中间转轴铰接，连杆另一端和滑块上的转轴铰接，滑块嵌在滑块保持架内，滑块与滑块保持架为滑动配合，滑块通过螺栓与伸缩夹紧机构的连接块相连接。

上述高纺锤树型苹果树的振动采摘收获装置，所述振动摇树装置的升降机构包括升降电机、弹性联轴器、电机座、丝杠轴、丝杠螺母、丝杠安装架、升降板、导轨和导轨滑块，丝杠安装架为垂直放置的长方体框架，丝杠安装架的后部下端通过螺栓固定连接在车体框架一侧内表面，电机座位于丝杠安装架的顶端，升降电机安装在电机座上，升降电机的电机轴穿过电机座上的圆孔与弹性联轴器一端相连，弹性联轴器位于电机座内部，丝杠轴顶端和弹性联轴器另一端相连，丝杠轴上套有丝杠螺母，丝杠轴底端通过滚动轴承与丝杠安装架底部相连接，丝杠安装架的前面两侧分别安装两条直线导轨，每条导轨上均有两个导轨滑块与导轨构成滑动副，升降板垂直放置，升降板的后板面与丝杠螺母外侧相连接，升降板的两侧分别与导轨滑块相连接，升降板的前板面通过螺栓与四杆机构的滑块保持架26相连接。

上述高纺锤树型苹果树的振动采摘收获装置，所述缓冲收集装置的缓冲部分包括柔性泡棉材料、两个硬质毛刷和两台鼓风机，车体内衬两侧底部的缓冲板与车体框架的两侧内壁及两侧底板之间构成具有一定坡度的楔形空间，两块缓冲板上分别铺有一层柔性泡棉材料，车体框架两侧底板之间的通道两侧边缘分别胶粘一个硬质毛刷，两个硬质毛刷相对将通道间隙充满，车体框架前端连接的封口板前方左右两侧的风机安装架上分别安装一台鼓风机，鼓风机出风口穿过封口板上圆孔与缓冲板下方的楔形空间相对。

上述高纺锤树型苹果树的振动采摘收获装置，所述缓冲收集装置的收集部分包括传送电机、传送带、两个带轮、传送机架和收集箱，传送电机固定安装在车体框架一侧的底板后端，传送电机位于缓冲板下方，传送机架安装在传送电机外侧的车体框架的底板上，两个带轮分别安装在传送机架的前后两端，传送带张紧在两个带轮上，传送带上平面一侧与缓冲板边缘相对，传动带上平面另一侧与硬质毛刷的后部相对，传送电机的电机轴通过联轴器与一个带轮的带轮轴相连接，收集箱位于传送带正前方，焊接在封口板上。

本发明的有益效果是：

本发明的行走装置的驱动机构和转向机构可以带动龙门车体行走和转向，龙门车体行进时车体框架横跨在果树植株上方，将整棵果树进行包覆，能实现全方位无死角的振动采摘收获；安装在车体框架内的振动摇树装置的伸缩夹紧机构可以抱紧树干，升降机构调整抱紧位置，四杆机构对树干进行摇动，可以实现不同高度及不同粗细果树主干的振动；缓冲收集装置通过鼓风机的高压气流和缓冲板上铺设柔性泡棉，可以减缓落下苹果的受损伤程度，实现高质量的鲜果收获，底部硬质毛刷将果树通道空余处填满，可以防止苹果泄漏，传送带可以将苹果输送至收集箱，完成收集工作。

本发明基于高纺锤树形果树结构简单、分支级数少、主干直等特点进行了设计，是苹果振动采摘机械中的首创。本发明通过振动果树主干替代了人手或机械手采摘，实现了苹果采摘收获全程的自动化。本发明研究对象明确、机械结构简单、收获效率较高，整个过程可实现少人甚至无人陪同，既降低了人工成本，节约了果农工作时间，又能实现高效率高质量的苹果采摘收获，具有极大的实用价值和广阔市场前景，并为进一步的研究和开发高科技果树采摘设备奠定了良好的基础。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是龙门车体结构示意图；

图3是图2中车体框架结构示意图；

图4是图2中车体内衬结构示意图；

图5是图2中封口板结构示意图；

图6是行走装置的结构示意图；

图7是图6中驱动机构部分局部示意图；

图8是图6中转向机构部分局部示意图；

图9是图8的A向视图；

图10是振动摇树装置的结构示意图；

图11是图10的伸缩夹紧机构示意图；

图12是图11的B向视图；

图13是图10的四杆机构示意图；

图14是图13的C-C剖视图；

图15是图10的升降机构示意图；

图16是缓冲收集装置局部示意图；

图17是图16的传送带主视图及局部剖视图；

图18是图16的传送带相对安装位置示意图；

图19是本发明工作过程三维示意图。

图中标记如下：龙门车体a、行走装置b、振动摇树装置c、缓冲收集装置d、电控柜e，激光扫描仪1、视觉定位摄像机2、车体内衬3、固定螺钉4、封口板5、车体框架6、前轮7、车底架8、后轮9、后轮轴10、带直流电机的减速器11、伺服电机12、转向盘13、推杆14、连接销轴15、推杆销轴16、夹爪手指17、安装块18、夹紧液压缸19、连接块20、伸缩液压缸21、导向杆22、手指销轴23、直流电机24、偏心圆盘25、滑块保持架26、连杆27、滑块28、垫片29、圆盘连接块30、升降电机31、电机座32、弹性联轴器33、丝杠轴34、升降板35、导轨36、丝杠安装架37、丝杠螺母38、导轨滑块39、泡棉材料40、传送带41、硬质毛刷42、鼓风机43、收集箱44、传送电机45、联轴器46、传送机架47、带轮48。

具体实施方式

本发明基于高纺锤树形果树结构简单、分支级数少、主干直等特点进行了设计，通过振动果树主干替代了人手或机械手采摘，实现了苹果采摘收获全程的自动化。

图1显示，本发明由龙门车体a、行走装置b、振动摇树装置c、缓冲收集装置d、电控柜e以及激光扫描仪1和双目视觉定位摄像机2组成。

龙门车体a是整个装置的载体，给各部分结构提供支撑；行走装置b可以带动整个装置在果园中行走，进行采摘作业；振动摇树装置c可以对不同高度的果树主干进行振动，使成熟苹果下落；缓冲收集装置d可以减缓苹果下落速度并对落下的苹果进行传送和收集；电控柜e内置了本装置所用到的控制系统硬件以及开关、电源等；激光扫描仪1可以校正装置行走路线，保持小车自走时的直线度；视觉定位摄像机2可以识别出果树树干。

图2-5显示，龙门车体a由车体内衬3、固定螺钉4、封口板5和车体框架6组成。车体内衬3右侧两车架均通过固定螺钉4直接与车体框架6相连，左侧通过固定螺钉4将封口板5与车体框架6拧紧。龙门车体a底部开一通隙，可容纳果树最大直径，行走装置b托载龙门车体a运动，整个装置横跨果树，龙门结构将整株果树包覆，实现整个装置在高纺锤果树植株列上方的无干扰行走。

图3显示，车体框架6底部为钢制空壳结构，上方焊接长方体钢架，左右焊接三角形肋板来增强整体结构强度和稳定性。车体框架6底部分布多个不同的螺钉孔，用来和不同的部件相连接。

图4显示，车体内衬3整体为一块钢板制成，置于车体框架6内部，并与之相连接。

图5显示，封口板5为一块薄钢板，上方设有多个螺钉孔，通过固定螺钉4将车体左侧开口封闭，正前方左右两侧各焊接一个风机安装架，用来安装固定鼓风机43。

图6-9显示，行走装置b包括两个前轮7、两个车底架8、两个后轮9、两根后轮轴10、两个带直流电机的减速器11、两个伺服电机12、两个转向盘13、两根推杆14、两个连接销轴15和两个推杆销轴16。行走装置b整体由左右两侧对称结构组成，二者不能直接相连，每侧又可细分为驱动机构部分和转向机构部分，每侧的车底架8均通过螺钉和车体框架6底部连接，车体框架6能够带动两侧行走装置一起动作，从而实现两侧车轮的同步运动。

图7显示，驱动机构部分由后轮9、后轮轴10和带直流电机的减速器11构成。带直流电机的减速器11安装在车底架8豁口内部并与其相连接，后轮轴10一端和带直流电机的减速器11相连，另一端和后轮9相连接，驱动部分驱动整个装置直线行走。

图8、9显示，转向机构部分由前轮7、伺服电机12、转向盘13、推杆14、连接销轴15和推杆销轴16构成。两个车底架8外侧各伸出一个车轮架，车轮架中间有水平槽，两个前轮7的车轮轴一端伸入到水平槽中，连接销轴15自上而下将车轮架与前轮7的车轮轴相连接，前轮7的车轮轴可以绕连接销轴15水平转动，以使前轮7能够转向。车底架8前侧上表面开一方口用来放置伺服电机12，外侧开口使得推杆14可以穿过，伺服电机12直接和转向盘13连接，转向盘13放置在车底架8的U形槽口内，转向盘13一侧伸出小轴和推杆14铰接，推杆14穿过车底架8外侧开口并通过推杆销轴16和前轮7上突出耳钩相连，电机12转动带动推杆16移动来控制前轮7的转向。

图10-15显示，振动摇树装置c由伸缩夹紧机构、四杆机构和升降机构组成。

伸缩夹紧机构可以伸长缩短来避免刮蹭枝条和灵活的抓取果树主干，同时末端夹爪可以自由张开闭合，实现果树主干的夹紧。四杆机构是振动的动力转换机构，通过电机带动四杆机构，将电机轴的回转运动转变为滑块的往复直线运动，从而带动夹头实现来回振动。升降机构可以实现整个装置的上下移动，用来调节摇树位置。

图10-12显示，伸缩夹紧机构由两个夹爪手指17、安装块18、夹紧液压缸19、连接块20、伸缩液压缸21、导向杆22和手指销轴23构成。

安装块18为直立的长方形钢板，安装块18的两侧有向前伸出的固定杆，两个夹爪手指17后部为弯折的板条，两个夹爪手指17的弯折处通过手指销轴23分别与两个固定杆的前端相连接，弯折板条的后部有滑动槽，两个弯折板条上下重叠，一个转动轴垂直穿在两个弯折板条的滑动槽中。夹紧液压缸19的缸体与安装块18的后面固定连接，夹紧液压缸19的液压推杆穿过安装块18上的推杆孔，夹紧液压缸18的液压推杆前端与两个夹爪手指17的后部滑动槽中的转动轴相连接，通过夹紧液压缸18的液压推杆的推动和退回，即可实现夹爪手指17的张开和闭合。

伸缩液压缸21的缸体固定在连接块20上，伸缩液压缸21的液压推杆前端与安装块18的下部固定相连接。通过伸缩液压缸21的液压推杆的移动即可带动安装块18移动，安装块18带动夹紧液压缸19移动，实现末端夹爪部分的前后位置的伸缩。

导向杆22的作用是使得伸缩液压缸21能够平稳移动。导向杆22的前端与安装块18固定相连接，导向杆22的后端与连接块20上安装的轴承内孔相连接，连接块20可以沿着导向杆22前后滑动，固定在连接块20上的伸缩液压缸21的缸体即可前后滑动。

连接块20正面开有两个内沉孔，用来与振动摇树装置的四杆机构相连接。

图13、14显示，四杆机构包括直流电机24、偏心圆盘25、滑块保持架26、连杆27、滑块28、垫片29和圆盘连接块30。

直流电机24固定连接在滑块保持架26的一端，直流电机24的电机轴与偏心圆盘25的中心垂直连接。偏心圆盘25的盘面上有平行的双排孔，圆盘连接块30为矩形块，圆盘连接块30上开有双滑槽与偏心圆盘25上的双排孔相对，圆盘连接块30通过螺栓与偏心圆盘25相连接，通过手动拧紧不同位置处的双孔来调节偏心的距离来改变滑块28的行程，从而调节振动摇树的振幅。

连杆27由两只相同的杆连接构成，两只杆的两端分别有连接孔，其中一只杆的一端的连接孔为长槽，连接螺栓通过垫片29将一只杆的一端与另一只杆的长槽连接为一体，可以通过长槽连接调节两杆位置来改变连杆27长度，调节振动参数。

连接后的连杆27一端连接孔与圆盘连接块30的中间转轴铰接，连杆27另一端和滑块28上的转轴铰接，滑块28嵌在滑块保持架26内，滑块28与滑块保持架26为滑动配合，滑块28通过螺栓与伸缩夹紧机构的连接块20相连接，从而使伸缩夹紧机构固定在四杆机构上。

图15显示，升降机构由升降电机31、电机座32、弹性联轴器33、丝杠轴34、升降板35、导轨36、丝杠安装架37、丝杠螺母38、导轨滑块39组成。

丝杠安装架为垂直放置的长方体框架，丝杠安装架的后部下端通过螺栓固定连接在车体框架一侧内表面，车体框架6上有三行两列共六个安装孔，通过螺栓与丝杠安装架37后侧拧紧。电机座32位于丝杠安装架37的顶端，升降电机31安装在电机座32上，升降电机31的电机轴穿过电机座32上的圆孔与弹性联轴器33一端相连，弹性联轴器33位于电机座32内部，丝杠轴34顶端和弹性联轴器33另一端相连，丝杠轴34上套有丝杠螺母38，丝杠轴34底端通过滚动轴承与丝杠安装架37底部相连接。丝杠安装架37的前面两侧分别安装两条直线导轨36，每条导轨36上均有两个导轨滑块39与导轨36构成滑动副，升降板35垂直放置，升降板35的后板面与丝杠螺母38外侧相连接，升降板35的两侧分别与导轨滑块39相连接，升降板35的前板面有四个连接孔，升降板35通过螺栓与四杆机构的滑块保持架26相连接。

工作时，升降电机31带动丝杠轴34转动，丝杠螺母38带动升降板35进行升降，升降板35带动四杆机构的滑块保持架26上下移动，实现四杆机构的升降。

图16显示，缓冲收集装置d的缓冲部分包括泡棉材料40、传送带41、硬质毛刷42、鼓风机43、收集箱44。

在车体内衬3内部的缓冲板上分别粘贴两块大小尺寸和缓冲板完全相同的泡棉材料板40，用来接收落下的苹果防止苹果被撞伤。分别在传送带41右侧和车体框架6的左侧边上粘接两排硬质毛刷42，两个硬质毛刷42相对安装，恰好将车底空隙填满，以防苹果泄漏。封口板5左右两侧分别焊接一个风机安装架，两个鼓风机43安装在封口板5的风机安装架上，使得鼓风机43出风口穿过封口板5上圆孔，进入封口板5与车体框架6所构成的楔形空间内，从而给该空间内部通入高压气流。高压气流通过缓冲板以及泡棉40板上均布的小孔吹向下落的苹果，减慢苹果落下的速度。由于缓冲板设有一定坡度，所以苹果最终会滚落在水平安装的传送带41上。在封口板5外侧焊接一个收集箱44，与传送带41对正，用来放置纸质果箱来接收通过传送带41运送过来的苹果。收集箱44底部安装一个压力传感器，用来检测收集箱内收集到苹果的重量，通过设定一定的重量上限，来控制传送带41是否继续运行来向收集箱内运送苹果。

图17、18显示，缓冲收集装置d的收集部分包括传送带41、收集箱44、传送电机45、联轴器46、传送机架47、带轮48。

传送电机45固定安装在车体框架6一侧的底板后端，传送电机45位于缓冲板下方，传送机架47通过螺栓安装在传送电机45外侧的车体框架6的底板上，两个带轮45分别安装在传送机架47的前后两端，传送带41张紧在两个带轮48上，传送带41上平面一侧与缓冲板边缘相对，传动带41上平面另一侧与硬质毛刷42的后部相对，传送电机45的电机轴通过联轴器46与一个带轮48的带轮轴相连接，收集箱44位于传送带41正前方，焊接在封口板5上。传送电机45带动带轮48转动，带轮48带动传送带41传送苹果到收集箱44中。

本发明的工作过程如下：

振动摇树采摘过程

启动苹果振动采摘收获装置，行走装置b开始运行，驱动机构的带直流电机的减速器11将扭矩传递给后轮轴10，之后由后轮轴10将扭矩传递给后轮9，后轮9转动，驱动整个装置沿高纺锤果树行自走。在此期间，转向机构的伺服电机12自锁，前轮7跟随后轮9直走。当双目视觉定位摄像机2识别到果树枝干并使夹爪正对主干时，行走装置b停止运转，带直流电机的减速器11制动，装置停止前进。振动摇树装置c开始启动，由四杆机构驱动的伸缩夹紧机构末端夹爪位于丝杠最低位置，夹爪手指17张开，伸缩液压缸21的液压推杆未伸长。当夹爪对准果树主干时，伸缩液压缸21的液压推杆伸出，夹紧液压缸19的液压推杆收缩，通过推杆销轴16带动夹爪手指17闭合，来夹紧树干。此时四杆机构直流电机24启动，带动偏心圆盘25转动，通过连杆27推动滑块28在滑块保持架26上往返运动。与滑块28连接的连接块20与其同步运动，带动夹爪手指17振动，实现对树干的振动采摘。振动一段时间后，夹爪手指17张开，伸缩液压缸21的液压推杆缩回。升降机构的升降电机31启动，带动丝杠轴34运转，将升降板35提升一定高度后，重复振动过程，开始第二次振动。在二次振动结束后。升降电机31反向旋转，带动升降板35下降，回到初始位置。振动摇树动作完成一个循环。

苹果收集过程

向收集箱44内放置一个用于收集苹果的果箱。当振动摇树装置c启动时，缓冲收集装置d同时开始运作，传送电机45运转，带动传送带41向收集箱44的方向运转。鼓风机43开始向车体框架6内鼓风，气流吹向车体内衬3、封口板5、缓冲板以及车体框架6所形成的楔形空间后，由车体内衬3及泡棉板40的出风口喷出，对下落苹果进行减速。底部相对安装的硬质毛刷42在裹紧树干的同时挡住了车底中部的缝隙，使落下的苹果不会漏到地上，同时也不干扰树干经过该缝隙。当落下的苹果掉到泡棉材料40上后，由缓冲板斜坡滚落到传送带41上。当果箱装满后，收集箱44内的压力传感器发出信号给控制电路，传送电机45停止转动，传送带41停止。待果箱更换后，传送带重新运转。以此循环，直至收获结束。

小车转向过程

当苹果振动采摘收获装置在完成一行高纺锤果树采摘作业后，龙门小车a需要进行换向，换行则要求转向机构实现转弯。由遥控控制伺服电机12转动，带动转向盘13转动。推动推杆14运动，推动前轮7绕推杆销轴16转动，完成转向。这时，伺服电机12继续恢复自锁，开始进行下一树行的采摘作业，依次循环。

本发明的一个实施例如下：

激光扫描仪1为Faro Focus S 150大空间三维激光扫描仪，泰来兴业信息技术(北京)有限公司生产；

视觉定位摄像机2为200万高清4K双目USB摄像机模组，型号为QR-2MP2CAM-V90，锐尔威视科技有限公司生产；

车体框架6的长度为3500mm，宽度为2500mm，高度为4000mm；

前轮7和后轮9的直径均为65mm；

带直流电机的减速器11为EWKW97EWRL57-202.9-YB-3.0kW╱4-90°-M3型减速器，上海东方威尔减速器有限公司生产；

伺服电机12为EMG-10ARA13伺服电机；

夹紧液压缸19为DHSG-SD的双作用活塞液压缸；

伸缩液压缸21为Y32-200的双作用活塞液压缸；

直流电机24为130WD-M10020-24V直流无刷电机，上海晶貌智能公司生产；

偏心圆盘25的直径为250mm；

滑块保持架26的长度为870mm，宽度为200mm，高度为110mm；

升降电机31为安川伺服SGMJV-04ADA61,上海楚沃自动化安川伺服事业生产；

丝杠安装架37的高度为1240mm，宽度为240mm；厚度为120mm；

丝杠轴34总长为1285mm，螺纹行程长度为1200mm，丝杠外径为32mm，选用台湾TBI公司的SFSR3220-2.8型号滚珠丝杆；

传送电机45的为东莞宝戈玛工业设备有限公司生产的BMD-80-B3型直流电机；

传动带41的长度为3500mm，宽度为500mm。

Claims (9)

1.一种高纺锤树型苹果树的振动采摘收获装置，其特征在于：它由龙门车体（a）、行走装置（b）、振动摇树装置（c）、缓冲收集装置（d）、视觉定位摄像机（2）、激光扫描仪（1）和电控柜（e）构成，龙门车体（a）的主体为有一定长度的N形钢制车体框架（6），行走装置（b）为对称分立的两体结构，行走装置（b）的对称的两体结构分别固定连接在车体框架（6）两侧的下方，行走装置（b）的对称的两体结构分别包括车底架（8）、驱动机构和转向机构，两个车底架（8）分别与车体框架（6）的两侧下端相连接，两组驱动机构分别安装在两个车底架（8）的下面后部，两组转向机构分别安装在车底架（8）的下面前部，振动摇树装置（c）包括伸缩夹紧机构、四杆机构和升降机构，振动摇树装置（c）安装在车体框架（6）内的一侧，缓冲收集装置（d）为对称的两部分，缓冲收集装置（d）的对称两部分分别固定连接在车体框架（6）下部底面的两侧，缓冲收集装置（d）的对称两部分之间有苹果树树干通过的纵向通道，缓冲收集装置（d）的对称的两部分分别包括缓冲装置和收集机构，两台视觉定位摄像机（1）分别吊装在装有振动摇树装置（c）一侧的车体框架（6）内的前后顶端，激光扫描仪（1）安装在车体框架（6）正前方顶部钢架上，电控柜（e）焊接在车体框架（6）一侧的外部。

2.根据权利要求1所述的高纺锤树型苹果树的振动采摘收获装置，其特征在于：所述龙门车体（a）由车体框架（6）、车体内衬（3）、封口板（5）组成，N形车体框架（6）的两端开口，车体框架（6）的高度大于苹果树，车体框架（6）下端两侧分别连接两块底板，两块底板之间有沿着车体框架（6）长度方向的通道，通道的宽度大于苹果树的最大直径，车体内衬（3）为两块钢板，两块钢板的上部有连接板与车体框架（6）两侧面相连接，两块钢板的下部为弯折的缓冲板，缓冲板位于车体框架（6）的两侧底板上面，两块缓冲板上均匀分布着多个出风孔，封口板（5）为两块垂直的钢板，封口板（5）的两块钢板分别位于车体框架（6）的前端两侧下部，封口板（5）与车体框架（6）长度方向垂直，封口板（5）与车体框架（6）由螺钉连接，封口板（5）的两块钢板的底面前方分别焊接一个风机安装架。

3.根据权利要求1所述的高纺锤树型苹果树的振动采摘收获装置，其特征在于：所述行走装置（b）的两个车底架（8）分别为倒U型钢板，行走装置（b）的驱动机构包括左右两个后轮（9）、两条后轮轴（10）、两个带直流电机的减速器（11），两条车底架（8）的后方各开一豁口，两个带直流电机的减速器（11）分别放置在豁口中与车底架（8）相连接，两个带直流电机的减速器（11）分别与两条后轮轴（10）相连接，两个后轮（9）分别安装在两条后轮轴（10）上。

4.根据权利要求1所述的高纺锤树型苹果树的振动采摘收获装置，其特征在于：所述行走装置（b）的转向机构包括左右两个前轮（7）、两个推杆（14）、两个转向盘（13）和两个伺服电机（12），两个车底架（8）外侧各伸出一个车轮架，两个前轮（7）的车轮轴一端分别与车轮架由连接销轴（15）相连接，两个伺服电机（12）固定在两个车底架（8）的前方上表面，两个转向盘（13）分别放置在两个车底架（8）的U形槽口内，两个伺服电机（12）的电机轴与两个转向盘（13）的中心轴直接连接，两个车底架（8）的前方外侧有开口，两个推杆（14）分别穿过开口，两个转向盘（13）的盘面一侧有垂直的转轴分别和两个推杆（14）的后端铰接，两个推杆（14）的前端通过推杆销轴（16）与两个前轮（7）轮毂相铰接。

5.根据权利要求1所述的高纺锤树型苹果树的振动采摘收获装置，其特征在于：所述振动摇树装置（c）的伸缩夹紧机构包括两个夹爪手指（17）、手指销轴（23）、安装块（18）、夹紧液压缸（19）、伸缩液压缸（21）、导向杆（22）和连接块（20），安装块（18）为直立的长方形钢板，安装块（18）的两侧有向前伸出的固定杆，两个夹爪手指（17）后部为弯折的板条，两个夹爪手指（17）的弯折处通过手指销轴（23）分别与两个固定杆的前端相连接，弯折板条的后部有滑动槽，两个弯折板条上下重叠，一个转动轴垂直穿在两个弯折板条的滑动槽中，夹紧液压缸（19）的缸体与安装块（18）的后面固定连接，夹紧液压缸（19）的液压推杆穿过安装块（18）上的推杆孔，夹紧液压缸（19）的液压推杆前端与两个夹爪手指（17）的后部滑动槽中的转动轴相连接，伸缩液压缸（21）的缸体固定在连接块（20）上，伸缩液压缸（21）的液压推杆前端与安装块（18）的下部固定相连接，导向杆（22）的前端与安装块（18）固定相连接，导向杆（22）的后端与连接块（20）上安装的轴承内孔相连接，连接块（20）与振动摇树装置（c）的四杆机构相连接。

6.根据权利要求1所述的高纺锤树型苹果树的振动采摘收获装置，其特征在于：所述振动摇树装置（c）的四杆机构包括直流电机（24）、偏心圆盘（25）、滑块保持架（26）、连杆（27）、滑块（28）、垫片（29）和圆盘连接块（30），直流电机（24）固定连接在滑块保持架（26）的一端，直流电机（24）的电机轴与偏心圆盘（25）的中心垂直连接，偏心圆盘（25）的盘面上有平行的双排孔，圆盘连接块（30）为矩形块，圆盘连接块（30）上开有双滑槽与偏心圆盘（25）上的双排孔相对，圆盘连接块（30）通过螺栓与偏心圆盘（25）相连接，连杆（27）由两只相同的杆连接构成，两只杆的两端分别有连接孔，其中一只杆的一端的连接孔为长槽，连接螺栓通过垫片（29）将一只杆的一端与另一只杆的长槽连接为一体，连接后的连杆（27）一端连接孔与圆盘连接块（30）的中间转轴铰接，连杆（27）另一端连接孔和滑块（28）上的转轴铰接，滑块（28）嵌在滑块保持架（26）内，滑块（28）与滑块保持架（26）为滑动配合，滑块（28）通过螺栓与伸缩夹紧机构的连接块（20）相连接。

7.根据权利要求1所述的高纺锤树型苹果树的振动采摘收获装置，其特征在于：所述振动摇树装置（c）的升降机构包括升降电机（31）、弹性联轴器（33）、电机座（32）、丝杠轴（34）、丝杠螺母（38）、丝杠安装架（37）、升降板（35）、导轨（36）和导轨滑块（39），丝杠安装架（37）为垂直放置的长方体框架，丝杠安装架（37）的后部下端通过螺栓固定连接在车体框架（6）一侧内表面，电机座（32）位于丝杠安装架（37）的顶端，升降电机（31）安装在电机座（32）上，升降电机（31）的电机轴穿过电机座（32）上的圆孔与弹性联轴器（33）一端相连接，弹性联轴器（33）位于电机座（32）内部，丝杠轴（34）顶端和弹性联轴器（33）另一端相连接，丝杠轴（34）上套有丝杠螺母（38），丝杠轴（34）底端通过滚动轴承与丝杠安装架（37）底部相连接，丝杠安装架（37）的前面两侧分别安装两条直线导轨（36），每条导轨（36）上均有两个导轨滑块（39）与导轨（36）构成滑动副，升降板（35）垂直放置，升降板（35）的后板面与丝杠螺母（38）外侧相连接，升降板（35）的两侧分别与导轨滑块（39）相连接，升降板（35）的前板面通过螺栓与四杆机构的滑块保持架（26）相连接。

8.根据权利要求1所述的高纺锤树型苹果树的振动采摘收获装置，其特征在于：所述缓冲收集装置（d）的缓冲部分包括柔性泡棉材料（40）、两个硬质毛刷（42）和两台鼓风机（43），车体内衬（3）两侧底部的缓冲板与车体框架（6）的两侧内壁及两侧底板之间构成具有一定坡度的楔形空间，两块缓冲板上分别铺有一层柔性泡棉材料（40），车体框架（6）两侧底板之间的通道两侧边缘分别胶粘一个硬质毛刷（42），两个硬质毛刷（42）相对将通道间隙充满，车体框架（6）前端连接的封口板（5）前方左右两侧的风机安装架上分别安装一台鼓风机（43），鼓风机（43）出风口穿过封口板（5）上圆孔与缓冲板下方的楔形空间相对。

9.根据权利要求1所述的高纺锤树型苹果树的振动采摘收获装置，其特征在于：所述缓冲收集装置（d）的收集部分包括传送电机（45）、传送带（41）、两个带轮（48）、传送机架（47）和收集箱（44），传送电机（45）固定安装在车体框架（6）一侧的底板后端，传送电机（45）位于缓冲板下方，传送机架（47）安装在传送电机（45）外侧的车体框架（6）的底板上，两个带轮（48）分别安装在传送机架（47）的前后两端，传送带（41）张紧在两个带轮（48）上，传送带（41）上平面一侧与缓冲板边缘相对，传动带（41）上平面另一侧与硬质毛刷（42）的后部相对，传送电机（45）的电机轴通过联轴器（46）与一个带轮（48）的带轮轴相连接，收集箱（44）位于传送带（41）正前方，焊接在封口板（5）上。