CN111602515A - 一种棕榈科果园作业装置及系统 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种棕榈科果园作业装置及系统，涉及果园作业设备领域，包括剪切机构和多自由度机械臂，剪切机构包括弧形动刀、驱动机构和连接机械臂的弧形定刀，定刀的内凹侧和动刀的外凸侧相对设置，驱动机构连接动刀并驱动其运动，从而改变其与定刀的间距实现剪切动作；通过多自由度机械臂带动剪切结构调整刀具的位置，并且，刀具采用弧形定刀配合弧形动刀形成的剪切结构，限制待剪切位置的移动，从一侧作为剪切空间入口，方便对应竖向分布的枝叶和果实，避免剪切过程中的滑动，从而提高剪切效率。

Description

一种棕榈科果园作业装置及系统

技术领域

本公开涉及果园作业设备领域，特别涉及一种棕榈科果园作业装置及系统。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术，并不必然构成现有技术。

棕榈科果树是热带重要经济作物，像椰枣、椰子、油棕果其果实生长在树干的顶部、枝叶的分蘖处，其主产区主要集中在中东和北部非洲地区，由于其树干高大及果实位置的特殊性，难以配以专业的养护和采收机械，因此，传统的养护和采收作业依靠于人力进行，常常看到采收和养护人员在十几米到二十几米的树上,上下攀爬进行作业，在作业过程中，由于人力所能承载的负重有限，单次作业量有限，养护和采收效率低下，人力资源占用量大，且人工高空作业危险性大，严重制约生产效率、生产效益及生产规模发展。

发明人发现，目前也有部分辅助采收和养护的机械设备，但是其多采用类似起重机的升降平台,人站在平台上被送到空中进行剪枝、采摘作业，但是其并没有从根本上解决人力资源占用量大、采收和养护条件差的问题，其仍需要依赖于人工的养护和采收，劳动强度大且高空作业危险性大；对于棕榈科果树的枝叶修剪及采摘工作而言，并没有专业的设备来代替人工来进行；并且，由于棕榈科果树枝叶往往呈竖向生长、果实也是垂在靠近树干的位置，传统的刀具剪切采收方式难以调整至所需位置，容易与枝叶、树干发生干涉，刀具调整时间较长导致工作效率较低，难以满足现有需求。

发明内容

本公开的目的是针对现有技术存在的缺陷，提供一种棕榈科果园作业装置及系统，通过多自由度机械臂带动剪切结构调整刀具的位置，并且，刀具采用弧形定刀配合弧形动刀形成的剪切结构，限制待剪切位置的移动，从一侧作为剪切空间入口，方便对应竖向分布的枝叶和果实，避免剪切过程中的滑动，从而提高剪切效率。

本公开的第一目的是提供一种棕榈科果园作业装置，采用以下技术方案：

包括剪切机构和多自由度机械臂，剪切机构包括弧形动刀、驱动机构和连接机械臂的弧形定刀，定刀的内凹侧和动刀的外凸侧相对设置，驱动机构连接动刀并驱动其运动，从而改变其与定刀的间距实现剪切动作。

进一步地，所述机械臂上安装有对应剪切机构的集果箱，集果箱包括口袋和配合口袋开口处的支撑架，支撑架铰接机械臂上，用于通过转动改变开口的朝向。

进一步地，所述集果箱有两个，分别铰接在机械臂的两侧，两集果箱对应的两支撑架共同配合连动机构，连动机构用于同步带动支撑架支起口袋承接或下垂口袋收纳。

进一步地，所述剪切机构通过刀架安装在机械臂末端，机械臂通过刀架带动剪切机构做多自由度运动。

进一步地，所述定刀一端安装在刀架上，另一端为自由端，驱动机构输出端连接动刀，所述动刀的刃部朝向定刀。

进一步地，所述动刀一端通过滑动副安装在刀架上，另一端为自由端，定刀、动刀配合支架形成一侧开口的F形剪切结构，动刀用于在驱动机构和滑动副的作用下做往复运动。

进一步地，所述机械臂包括依次铰接的多个节段，机械臂一端连接剪切机构，另一端连接有底座，用于通过底座与外部设备连接。

本公开的第二目的是提供一种棕榈科果园作业系统，采用以下技术方案：

包括移动平台和如上所述的棕榈科果园作业装置，所述棕榈科果园作业装置安装在移动平台上。

进一步地，还包括电控装置，所述电控装置与机械臂的驱动元件、驱动机构分别电联，电控装置通过无线模块与终端通信。

进一步地，所述机械臂通过举升装置安装在移动平台上，举升装置通过动作改变机械臂与移动平台的相对位置。

与现有技术相比，本公开具有的优点和积极效果是：

(1)实现了集棕榈科果树剪枝、果穗采收于一体的多用途复合作业，大大提高了劳动生产率，将果农从高危繁重的人力爬树作业模式中解放出来；

(2)实现果穗剪切与集果箱有机配合从而能够实现切断果柄的果穗准确落入集果箱的目的；

(3)采用弧形的定刀配合弧形的动刀形成剪切结构，利用弧形的内凹处实现对树枝、果柄位置的约束，减少待剪切物活动脱离剪切位置；通过弧形内凹处配合弧形的外凸处形成剪切作用，使动刀的刀刃逐渐对待剪切物进行剪切的同时，限制待剪切位置的移动，从一侧作为剪切空间入口，方便对应竖向分布的枝叶和果实，减少剪切过程中待剪切物的滑动，从而提高剪切效率；

(4)采用集果箱对应剪切机构的布置，在剪切机构进行剪枝工作时，转动支撑架使口袋下垂进行收纳，避免集果箱对剪枝动作的干涉，在剪切机构进行采收工作时，转动支撑架撑起口袋，使袋口朝向剪切机构，从而从下方承接收集果穗，实现采收工作；通过切换集果箱的位置，能够配合剪切机构的工作进行状态切换，在提高采收效率的同时，避免了对剪枝工作的干涉。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是本公开实施例1、2中棕榈科果园作业装置的主视图；

图2为本公开实施例1、2中棕榈科果园作业装置的左视图；

图3为本公开实施例1、2中棕榈科果园作业装置的后视图；

图4为本公开实施例1、2中棕榈科果园作业装置的俯视图；

图5为本公开实施例1、2中棕榈科果园作业装置的轴侧图；

图6为本公开实施例2中电控装置的电控原理示意图；

图7为本公开实施例2中电控装置的接收器的示意图。

图中：1-底座，2-摆臂，3-回转座，4-回转座支架，5-集果箱，6-电控箱，7-定刀，8-动刀，9-回转限位器，10-连动机构，11-摆臂限位器，12-回转电机，13-摆臂电机，14-齿轮传动机构，15-驱动油缸，16-连动油缸，501-支撑架，502-口袋。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步地说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

为了方便叙述，本公开中如果出现“上”、“下”、“左”、“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本公开的限制。

正如背景技术中所介绍的，现有技术中由于棕榈科果树枝叶往往呈竖向生长、果实也是垂在靠近树干的位置，传统的刀具剪切采收方式难以调整至所需位置，容易与枝叶、树干发生干涉，刀具调整时间较长导致工作效率较低，难以满足现有需求；针对上述问题，本公开提出了一种棕榈科果园作业装置及系统。

实施例1

本公开的一种典型的实施方式中，如图1-图5所示，提出了一种棕榈科果园作业装置。

主要包括机械臂、剪切机构和集果箱5，所述机械臂为多自由度机械臂，剪切结构安装在机械臂的末端，机械臂带动剪切机构动作，将剪切机构调整至待剪切位置，从而对目标物体进行剪切；

集果箱安装在机械臂上，集果箱的开口朝向剪切机构，在剪切机构采收果实后，集果箱承接并收集果实进行暂存。

具体的，在本实施例中，剪切机构通过刀架安装在机械臂末端的摆臂2上，摆臂通过刀架带动剪切机构调整位置；

对于剪切机构，其包括弧形定刀7、弧形动刀8和驱动机构，定刀和动刀组成裁切刀具，定刀一端安装在刀架上，所述动刀通过滑动副安装在刀架上，动刀与驱动机构连接，驱动机构带动动刀在滑动副的约束下往复运动，改变动刀定刀的间距，从而实现剪切动作。

在本实施例中，所述定刀的内凹侧和动刀的外凸侧相对设置，动刀的外凸侧上设有刃部，利用弧形配合弧形的剪切结构，适应竖直方向的枝叶、下垂的果实，提高剪切效果；

具体的，利用弧形的内凹处实现对树枝、果柄位置的约束，减少待剪切物活动脱离剪切位置；通过弧形内凹处配合弧形的外凸处形成剪切作用，使动刀的刀刃逐渐对待剪切物进行剪切的同时，限制待剪切位置的移动；

另外，所述定刀的一端安装在刀架上，另一端为自由端；动刀的一端通过滑动副安装在刀架上，另一端为自由端；

定刀、动刀配合支架形成一侧开口的F形剪切结构，动刀用于在驱动机构和滑动副的作用下做往复运动；

从一侧作为剪切空间入口，方便对应竖向分布的枝叶和果实，减少剪切过程中待剪切物的滑动，从而提高剪切效率。

可以理解的是，所述的驱动机构为直线驱动元件，比如液压缸、电动伸缩杆等，在本实施例中，由于整体作业装置工作于果园内，供电并不方便，因此，优选为液压缸，直接接入外部移动平台的液压系统内获取液压能；

所述的驱动机构选用驱动油缸15，通过活塞杆末端与动刀铰接，驱动动刀的往复动作；

所述的滑动副可以选用凸块配合燕尾形导槽的结构，既能够实现沿导槽延伸方向的运行，也能够避免凸块脱离导槽，此时，动刀与凸块连接，凸块和动刀共同运动；

当然，也可以选用其他直线运动副，比如丝杠滑块机构，对应的选用液压马达作为驱动机构，对于其他形式的驱动方式及元件，根据实时所需进行合理选择、配置即可，在此不再赘述。

在剪切机构进行工作时，待剪切的树枝或果柄位于定刀和动刀之间，动刀动作逐渐靠近定刀，并逐渐裁剪树枝或果柄直至剪断。

对于机械臂，在本实施例中，选用多自由度机械臂，包括依次铰接的多个节段，机械臂一端连接剪切机构，另一端连接有底座1，用于通过底座与外部设备连接，能够方便的带动剪切机构进行位置调整；

机械臂包括回转座支架4、回转座3、齿轮传动机构14、摆臂电机13和回转电机12；

回转座支架固定于底座上平面，回转电机安装于回转座支架的电机固定板上,电机固定板中心设有轴承座，回转座的回转轴通过两轴承安装于电机固定板轴承座内；

回转电机通过齿轮驱动回转座上的内齿圈在水平面内左右回转；摆臂摇摆扇形内齿轮安装于回转座的回转轴的前端，摆臂电机安装于回转座内的安装座板上,摆臂电机通过齿轮传动机构14带动摆臂动作，具体的，通过齿轮驱动摆臂摇摆扇形内齿轮在垂直面内左右转动。

底座下方安装连接控制模块的电器控制箱，摆臂回转座由回转电机驱动可在水平面内左右旋转±45°，摇摆电机通过齿轮驱动摆臂摇摆扇形内齿轮连同摆臂在垂直面内左右转动±75°；

使剪切机构的剪切平面在空间三纬度自由调节从而满足任何方向的剪切作业，剪下的果穗自然落入集果箱内。

进一步地，回转座支架内安装了回转电机，通过齿轮驱动回转座上的内齿圈左右旋转，从而带动回转座在水平面内旋转；通过回转限位器9控制其转动幅度为±45°；以保证剪切剪刀作业范围在集果箱覆盖区域内；

回转座内安装了摆臂电机，通过齿轮驱动安装于摆臂轴前端的扇形内齿轮正反向旋转，从而带动摆臂在垂直面内左右摆动，通过摆臂限位器11控制其摆动幅度为±75°；以保证采收的果实完全落入集果箱。

对于集果箱，安装在机械臂上，集果箱5包括口袋502和配合口袋开口处的支撑架501，支撑架铰接机械臂上，用于通过转动改变开口的朝向；

在本实施例中，集果箱有两个，分别铰接在机械臂的两侧，两集果箱对应的两支撑架共同配合连动机构10，连动机构用于同步带动支撑架支起口袋承接或下垂口袋收纳；

左右集果箱通过转轴铰接在底座两侧，并通过一个连动油缸16驱动的连动机构控制打开和收起，采收果实时集果箱打开收集果实，剪枝作业时集果箱收起。

需要指出的是，采用集果箱对应剪切机构的布置，在剪切机构进行剪枝工作时，转动支撑架使口袋下垂进行收纳，避免集果箱对剪枝动作的干涉，在剪切机构进行采收工作时，转动支撑架撑起口袋，使袋口朝向剪切机构，从而从下方承接收集果穗，实现采收工作；

通过切换集果箱的位置，能够配合剪切机构的工作进行状态切换，在提高采收效率的同时，避免了对剪枝工作的干涉。

解决了目前棕榈科果园缺乏相应作业机械，枝叶修剪、果穗采收靠人工爬树手工作业的问题，提高了生产作业效率，集枝叶修剪、果穗采收等功能于一体；

有效提高了棕榈科果园机械化作业水平，将大量棕榈科果园经营从业者从徒手高空作业的高危作业环境中解放了出来。

实施例2

本公开的另一典型实施例中，如图1-图7所示，提供一种棕榈科果园作业系统。

主要包括移动平台、电控装置和如实施例1所述的棕榈科果园作业装置，所述棕榈科果园作业装置安装在移动平台上；

电控装置与机械臂的驱动元件、驱动机构分别电联，电控装置通过无线模块与终端通信；

具体的，机械臂通过举升装置安装在移动平台上，举升装置通过动作改变机械臂与移动平台的相对位置。

对于电控装置，电控装置包括遥控信号发射器、遥控信号接收器、中间继电器、电机驱动继电器、断路器、限位开关、电控箱6；

所述遥控信号接收器、中间继电器、电机驱动继电器和熔断器集成在电控箱内，回转座支架设有回转限位开关，对应实施例1中的回转限位器9，分别设置在回转座支架的两侧，限制摆臂回转座的回转范围；

摆臂回转座的顶面摆臂两侧设有摆臂限位开关，对应实施例1中的摆臂限位器11，两侧各设一个，限制摆臂摆动范围。

遥控信号发射器作为终端由操作者随身手持，通过无线模块与电控装置内的腰孔信号接收器通信，控制各电机正反转完成剪刀在三维空间一定范围内移动。

具体的，参照图6-图7，摆臂回转座回转电机M1、摆臂电机M2通过无线遥控均可正反转工作。

遥控信号发射器随身手持，通过按键发出信号，信号接收器收到相应信号经由中间继电器KA触发接触器KM接通电路控制电机工作。

每一电机的正反转都设有限位开关SQ，用以限制执行部件的转动角度。

该装置采用机、电、液一体化设计，工作部件采用无线遥控作业，使作业过程更轻松、灵活、高效。

以上所述仅为本公开的优选实施例而已，并不用于限制本公开，对于本领域的技术人员来说，本公开可以有各种更改和变化。凡在本公开的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种棕榈科果园作业装置，其特征在于，包括剪切机构和多自由度机械臂，剪切机构包括弧形动刀、驱动机构和连接机械臂的弧形定刀，定刀的内凹侧和动刀的外凸侧相对设置，驱动机构连接动刀并驱动其运动，从而改变其与定刀的间距实现剪切动作。

2.如权利要求1所述的棕榈科果园作业装置，其特征在于，所述机械臂上安装有对应剪切机构的集果箱，集果箱包括口袋和配合口袋开口处的支撑架，支撑架铰接机械臂上，用于通过转动改变开口的朝向。

3.如权利要求2所述的棕榈科果园作业装置，其特征在于，所述集果箱有两个，分别铰接在机械臂的两侧，两集果箱对应的两支撑架共同配合连动机构，连动机构用于同步带动支撑架支起口袋承接或下垂口袋收纳。

4.如权利要求1所述的棕榈科果园作业装置，其特征在于，所述剪切机构通过刀架安装在机械臂末端，机械臂通过刀架带动剪切机构做多自由度运动。

5.如权利要求4所述的棕榈科果园作业装置，其特征在于，所述定刀一端安装在刀架上，另一端为自由端，驱动机构输出端连接动刀，所述动刀的刃部朝向定刀。

6.如权利要求5所述的棕榈科果园作业装置，其特征在于，所述动刀一端通过滑动副安装在刀架上，另一端为自由端，定刀、动刀配合支架形成一侧开口的F形剪切结构，动刀用于在驱动机构和滑动副的作用下做往复运动。

7.如权利要求1所述的棕榈科果园作业装置，其特征在于，所述机械臂包括依次铰接的多个节段，机械臂一端连接剪切机构，另一端连接有底座，用于通过底座与外部设备连接。

8.一种棕榈科果园作业系统，其特征在于，包括移动平台和如权利要求1-7任一项所述的棕榈科果园作业装置，所述棕榈科果园作业装置安装在移动平台上。

9.如权利要求8所述的棕榈科果园作业系统，其特征在于，还包括电控装置，所述电控装置与机械臂的驱动元件、驱动机构分别电联，电控装置通过无线模块与终端通信。

10.如权利要求8所述的棕榈科果园作业系统，其特征在于，所述机械臂通过举升装置安装在移动平台上，举升装置通过动作改变机械臂与移动平台的相对位置。

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