CN112056092A - 一种变频变幅激励式振动采收装置及其调幅与使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种变频变幅激励式振动采收装置及其调幅与使用方法，所述装置包括外壳、驱动组件、曲柄滑块组件、调幅组件和带可转式U型卡头的作动臂；调幅组件包括可调电流源和磁流变阻尼器，驱动组件内置于外壳，且其与曲柄滑块组件连接，曲柄滑块组件的滑杆穿透外壳且与调幅组件的磁流变阻尼器的一端连接，磁流变阻尼器的另一端与作动臂连接，磁流变阻尼器通过导线与可调电流源连接，通过调节可调电流源的输出电流控制磁流变阻尼器的阻尼力，从而调节采收装置的振动幅度。本发明在保障果树不被损伤的同时，实现实时调节振幅，可以适应不同果树的采摘需要，有针对性的分离果实并减少果实的机械损伤，扩大振动采收装置的适用范围。

Description

一种变频变幅激励式振动采收装置及其调幅与使用方法

技术领域

本发明涉及林果采收机械的技术领域，尤其是指一种变频变幅激励式振动采收装置及其调幅与使用方法。

背景技术

振摇式机械收获是目前条件下最容易、效果最明显的采收方式，适于大面积、规模化的果品，其基本原理是将一定频率和振幅大小的激振力施加给果树，迫使果树上的果实以某种形式的振动而加速运动，并受到惯性力的作用，当果实的惯性力大于果实与果枝的结合力时，果实在连接最弱处与果枝断裂，完成分离过程。行业公知，由于果实生长特性的差异，不同果实分离所需的激振力不同，因此为了获取较大的果实分离率，往往需要改变果树的激振频率或调整振幅。然而，目前市面上大多数振动式采摘机采用固定振幅加可调频率的方式输出激振，适用性较小，无法满足不同尺寸、不同种类的果树的采摘需求；在已知的技术中，也存在可以进行振幅调节的采收装置，其通常利用电机带动相应的机械机构，但这种方式的响应时间较长，无法满足实时调幅的目的。

发明内容

本发明目的在于克服现有技术的不足，为了提高振动采收过程振幅调节的实时性，提出了一种变频变幅激励式振动采收装置及其调幅与使用方法，可根据需求实时灵活调节装置的振动频率和振幅，有针对性的分离果实并减少果实的机械损伤，扩大振动采收装置的适用范围。

为实现上述目的，本发明所提供的技术方案为：一种变频变幅激励式振动采收装置，包括外壳、驱动组件、曲柄滑块组件、调幅组件和带可转式U型卡头的作动臂；其中，所述调幅组件包括可调电流源和磁流变阻尼器，所述驱动组件内置于外壳，所述曲柄滑块组件内置于外壳中且其滑杆的一端伸出外壳，所述驱动组件与曲柄滑块组件连接，由该驱动组件驱动曲柄滑块组件动作，所述曲柄滑块组件的滑杆伸出外壳的一端与调幅组件的磁流变阻尼器的一端连接，所述磁流变阻尼器的另一端与作动臂的一端连接，所述驱动组件产生的驱动力经曲柄滑块组件和磁流变阻尼器传递到作动臂，所述作动臂的另一端安装有可转式U型卡头，以适应不同方向生长的树枝，所述磁流变阻尼器通过导线与可调电流源连接，通过调节可调电流源的输出电流来控制磁流变阻尼器的阻尼力，从而调节采收装置的振动幅度。

进一步，所述可调电流源内置有微处理器，用于控制输出电流的变化模式，且其与外壳上的第一旋钮开关和第三旋钮开关电连接，由第一旋钮开关调选可调电流源的电流输出变化模式，并由第三旋钮开关调节可调电流源的输出电流大小。

进一步，所述驱动组件包括电池模块、电机、小圆锥齿轮和大圆锥齿轮，所述电池模块与电机电连接，为电机提供电力，所述电机与外壳上的第二旋钮开关电连接，由第二旋钮开关控制电机的启动、停止和转速，从而调节采收装置的振动频率，所述电机的输出轴与小圆锥齿轮连接，通过输出轴驱动小圆锥齿轮转动，所述小圆锥齿轮与大圆锥齿轮啮合，其轴线与大圆锥齿轮的轴线互相垂直。

进一步，所述曲柄滑块组件包括偏心圆盘、连杆和滑杆，所述偏心圆盘安装于外壳内部的套筒上，能够在套筒上转动，且其与大圆锥齿轮通过传动轴连接，所述连杆的一端与偏心圆盘固连，其另一端与滑杆的一端铰接，所述滑杆的另一端伸出外壳。

进一步，所述外壳上分别设有第一旋钮开关、第二旋钮开关、第三旋钮开关和两个把手。

进一步，所述外壳由上壳和下壳组成，所述上壳和下壳通过螺栓连接。

上述变频变幅激励式振动采收装置的调幅方法，该方法是通过调节可调电流源的输出电流实现，所述可调电流源的输出电流由微处理器中的程序控制，电流输出的变化模式有无电流输出、线性函数波形输出、幂函数波形输出、指数函数波形输出和对数函数波形输出中的一种或多种，电流输出越大，所述磁流变阻尼器的阻尼力越大，磁流变阻尼器可等效为刚性杆，采收装置的输出振幅相当于曲柄滑块组件的振幅，而电流输出越小，所述磁流变阻尼器的阻尼力越小，磁流变阻尼器可等效为能量耗散元件，消耗的曲柄滑块组件的振动能越多，故采收装置的输出振幅越小。

上述变频变幅激励式振动采收装置的使用方法，包括以下步骤：

1)将可转式U型卡头卡住果树枝干后，根据实际需要采收果树的情况来选定装置的振动频率与振幅的匹配模式，然后根据选定的振动频率与振幅的匹配模式，调节第一旋钮开关来调选可调电流源的电流输出变化模式以及调节第三旋钮开关调节可调电流源的输出电流大小，用于选择装置所需的振幅，最后，打开第二旋钮开关启动电机并调节振动频率；

2)电机通过输出轴带动与其连接的小圆锥齿轮转动，通过小、大圆锥齿轮带动曲柄滑块机构工作，进而带动磁流变阻尼器和带可转式U型卡头的作动臂做往复直线运动，迫使枝干振动，果实从果树分离；

3)激励特定时间后，观察果树采收情况并根据该情况，通过调节第二旋钮开关增大或降低振动频率，再通过第一旋钮开关选择可调电流源的输出电流的变化模式，通过调节第三旋钮开关增大或减小可调电流源的输出电流，以调节装置的振幅，从而使更多果实从果树分离。

进一步，所述振动频率与振幅的匹配模式有低频-小振幅、低频-大振幅和高频-小振幅中的一种或多种。

本发明与现有技术相比，具有如下优点与有益效果：

1、本发明所述的振动采收装置采用磁流变阻尼器和可调电流源作为调幅组件，克服了机械传动响应时间较长的问题，可以根据需求实时调节振幅。

2、本发明所述的振动采收装置采用易购的配件，且其机械结构简单，容易组装，具有经济适用性。

3、本发明所述的振动采收装置外壳设置有两个把手，方便使用者握持操作，符合人体工学。

4、本发明所述的振动采收装置的调幅方法通过调节可调电流源的输出电流实现，所述可调电流源的输出电流由微处理器中的程序控制，电流输出的变化模式有多种，可根据不同的采收情况进行实时调选。

5、本发明所述的振动采收装置的使用可以根据实际需要采收果树的情况来选定装置的振动频率与振幅的匹配模式，从而灵活地实时调节振动频率与振幅，提高了果实分离的有效性与针对性，具有降低果实与果树机械损伤的潜力，扩大了振动采收的适用范围。

附图说明

图1为变频变幅激励式振动采收装置(拆除上壳)的结构示意图。

图2为下壳结构示意图。

图3为上壳结构示意图。

图4为变频变幅激励式振动采收装置的原理架构图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

参见图1至图4所示，本实施例提供了一种变频变幅激励式振动采收装置，包括外壳、驱动组件1、曲柄滑块组件2、调幅组件3和带可转式U型卡头的作动臂4；

所述外壳包括上壳5和下壳6，其侧面开有通孔602，所述上壳5与下壳6通过螺栓连接，所述上壳5的顶部和侧面分别设有上把手501和后把手504，方便使用者双手持握，所述上壳的顶部还设有第一旋钮开关502、第二旋钮开关503和第三旋钮开关505，所述下壳6的内部设有套筒601；

所述驱动组件1包括分别内置于外壳的电池模块101、电机102、小圆锥齿轮103和大圆锥齿轮104，所述电池模块101与电机102电连接，为电机102提供电力，所述电机102与上壳5的第二旋钮开关503电连接，由第二旋钮开关503控制电机102的启动、停止和转速，从而调节采收装置的振动频率，所述电机102与小圆锥齿轮103通过输出轴连接，且其能够通过输出轴驱动小圆锥齿轮103转动，所述小圆锥齿轮103与大圆锥齿轮104啮合，且其轴线与大圆锥齿轮104的轴线互相垂直，动力从小圆锥齿轮103传递到大圆锥齿轮104；

所述曲柄滑块组件2包括偏心圆盘201、连杆202和滑杆203，所述偏心圆盘201安装于下壳6内部的套筒601上，能够在套筒601上转动，且其与大圆锥齿轮104通过传动轴连接，动力从大圆锥齿轮104传递到偏心圆盘201，所述连杆202的一端与偏心圆盘201固定连接，其另一端与滑杆203的一端铰接，所述滑杆203的另一端经过外壳的通孔602伸出外壳，动力经偏心圆盘201和连杆202传递到滑杆203，滑杆203能够进行往复直线运动；

所述调幅组件3包括可调电流源302和磁流变阻尼器303，所述磁流变阻尼器303的一端与滑杆203的另一端铰接，进而滑杆203带动磁流变阻器303进行往复直线运动，且其通过导线301与可调电流源302连接，所述可调电流源302内置有微处理器，用于控制输出电流的变化模式，且其与上壳的第一旋钮开关502和第三旋钮开关505电连接，由第一旋钮开关502调选可调电流源的电流输出变化模式以及由第三旋钮开关505调节可调电流源的输出电流大小，从而改变磁流变阻尼器303的阻尼力来调节振动采收装置的振幅；

所述带可转式U型卡头的作动臂4包括作动杆401和可转式U型卡头402，所述作动杆401的一端与磁流变阻尼器303的另一端固定连接，所述可转式U型卡头402安装在作动杆401的另一端，以便适应树枝的生长方向，磁流变阻器303带动作动臂4进行往复直线运动。

上述变频变幅激励式振动采收装置的振幅调节方式是通过调节电流源的输出电流实现，所述可调电流源的输出电流由微处理器中的程序控制，电流输出的变化模式有无电流输出、线性函数波形输出、幂函数波形输出、指数函数波形输出和对数函数波形输出中的一种或多种，电流输出越大，所述磁流变阻尼器的阻尼力越大，磁流变阻尼器可等效为刚性杆，采收装置的输出振幅相当于曲柄滑块组件的振幅，而电流输出越小，所述磁流变阻尼器的阻尼力越小，磁流变阻尼器可等效为能量耗散元件，消耗的曲柄滑块组件的振动能越多，故采收装置的输出振幅也就越小。

上述变频变幅激励式振动采收装置的使用方法，具体实施如下：

1)用双手握住上壳的两个把手501、504后，先用可转式U型卡头402卡住枝干，根据实际需要采收果树的情况来选定装置的振动频率与振幅的匹配模式为低频-小振幅模式，将控制电流输出变化模式的第一旋钮开关502扭到无电流输出档位，然后打开第二旋钮开关503启动电机102，并将第二旋钮开关503转到低频模式；

2)电机102通过其输出轴带动与其连接的小圆锥齿轮103转动，通过小、大圆锥齿轮带动曲柄滑块机构工作，进而带动磁流变阻尼器303和带可转式U型卡头的作动臂4做往复直线运动，迫使果树枝干振动，果实从果树上分离；

3)激励特定时间后，观察果树采收情况并根据该情况，通过调节第二旋钮开关503调大频率，迫使更多果实分离，再调节第二旋钮开关503降低频率，然后通过调节第一旋钮开关502来选择电流输出的变化模式(线性函数波形输出、幂函数波形输出、指数函数波形输出和对数函数波形输出档位中的任意一种，第一旋钮开关502用于选择电流源输出电流的变化模式，相当于电流变化方向选择，不同输出模式代表了电流大小变化的快慢或程度有所不同，从而影响振幅的变化程度不同)，最后，通过调节第三旋钮开关505来调大可调电流源302的输出电流，增大磁流变阻尼器303的阻尼力，从而增大采收装置的振幅，使未分离的果实脱落。

实施例2

与实施例1不同的是，本实施例根据实际需要采收果树的情况选定装置的振动频率与振幅的匹配模式为低频-大振幅模式，将第三旋钮开关505扭到电流输出最大档位，再打开第二旋钮开关503启动电机102，并将第二旋钮开关503转到低频模式；激励特定时间后，观察果树采收情况并根据该情况，调节第二旋钮开关503降低频率，再通过调节第一旋钮开关502来选择电流输出的变化模式(线性函数波形输出、幂函数波形输出、指数函数波形输出和对数函数波形输出档位中的任意一种)，最后，调节第三旋钮开关505来调低电流源302的输出电流，降低磁流变阻尼器303的阻尼力，从而降低采收装置的振幅，减少装置对果树的机械损伤。

实施例3

与实施例1不同的是，本实施例根据实际需要采收果树的情况选定装置的振动频率与振幅的匹配模式为高频-小振幅模式，将控制电流输出变化模式的所述第一旋钮开关502扭到无电流输出档位，然后打开第二旋钮开关503启动电机102，并将第二旋钮开关503转到高频模式；激励特定时间后，观察果树采收情况并根据该情况，调节第二旋钮开关503降低频率，再通过调节第一旋钮开关502来选择电流输出的变化模式(线性函数波形输出、幂函数波形输出、指数函数波形输出和对数函数波形输出档位中的任意一种)，最后，调节第三旋钮开关505来调大电流源302的输出电流，增大磁流变阻尼器303的阻尼力，从而增大采收装置的振幅，迫使更多果实脱离。

以上所述之实施例子只为本发明之较佳实施例，并非以此限制本发明的实施范围，故凡依本发明之形状、原理所作的变化，均应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种变频变幅激励式振动采收装置，其特征在于：包括外壳、驱动组件、曲柄滑块组件、调幅组件和带可转式U型卡头的作动臂；其中，所述调幅组件包括可调电流源和磁流变阻尼器，所述驱动组件内置于外壳，所述曲柄滑块组件内置于外壳中且其滑杆的一端伸出外壳，所述驱动组件与曲柄滑块组件连接，由该驱动组件驱动曲柄滑块组件动作，所述曲柄滑块组件的滑杆伸出外壳的一端与调幅组件的磁流变阻尼器的一端连接，所述磁流变阻尼器的另一端与作动臂的一端连接，所述驱动组件产生的驱动力经曲柄滑块组件和磁流变阻尼器传递到作动臂，所述作动臂的另一端安装有可转式U型卡头，以适应不同方向生长的树枝，所述磁流变阻尼器通过导线与可调电流源连接，通过调节可调电流源的输出电流来控制磁流变阻尼器的阻尼力，从而调节采收装置的振动幅度。

2.根据权利要求1所述的一种变频变幅激励式振动采收装置，其特征在于：所述可调电流源内置有微处理器，用于控制输出电流的变化模式，且其与外壳上的第一旋钮开关和第三旋钮开关电连接，由第一旋钮开关调选可调电流源的电流输出变化模式，并由第三旋钮开关调节可调电流源的输出电流大小。

3.根据权利要求1所述的一种变频变幅激励式振动采收装置，其特征在于：所述驱动组件包括电池模块、电机、小圆锥齿轮和大圆锥齿轮，所述电池模块与电机电连接，为电机提供电力，所述电机与外壳上的第二旋钮开关电连接，由第二旋钮开关控制电机的启动、停止和转速，从而调节采收装置的振动频率，所述电机的输出轴与小圆锥齿轮连接，通过输出轴驱动小圆锥齿轮转动，所述小圆锥齿轮与大圆锥齿轮啮合，其轴线与大圆锥齿轮的轴线互相垂直。

4.根据权利要求1所述的一种变频变幅激励式振动采收装置，其特征在于：所述曲柄滑块组件包括偏心圆盘、连杆和滑杆，所述偏心圆盘安装于外壳内部的套筒上，能够在套筒上转动，且其与大圆锥齿轮通过传动轴连接，所述连杆的一端与偏心圆盘固连，其另一端与滑杆的一端铰接，所述滑杆的另一端伸出外壳。

5.根据权利要求1所述的一种变频变幅激励式振动采收装置，其特征在于：所述外壳上分别设有第一旋钮开关、第二旋钮开关、第三旋钮开关和两个把手。

6.根据权利要求5所述的一种变频变幅激励式振动采收装置，其特征在于：所述外壳由上壳和下壳组成，所述上壳和下壳通过螺栓连接。

7.一种权利要求1至6任意一项所述变频变幅激励式振动采收装置的调幅方法，其特征在于：该方法是通过调节可调电流源的输出电流实现，所述可调电流源的输出电流由微处理器中的程序控制，电流输出的变化模式有无电流输出、线性函数波形输出、幂函数波形输出、指数函数波形输出和对数函数波形输出中的一种或多种，电流输出越大，所述磁流变阻尼器的阻尼力越大，磁流变阻尼器等效为刚性杆，采收装置的输出振幅相当于曲柄滑块组件的振幅，而电流输出越小，所述磁流变阻尼器的阻尼力越小，磁流变阻尼器等效为能量耗散元件，消耗的曲柄滑块组件的振动能越多，故采收装置的输出振幅越小。

8.一种权利要求1至6任意一项所述变频变幅激励式振动采收装置的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)将可转式U型卡头卡住果树枝干后，根据实际需要采收果树的情况来选定装置的振动频率与振幅的匹配模式，然后根据选定的振动频率与振幅的匹配模式，调节第一旋钮开关来调选可调电流源的电流输出变化模式以及调节第三旋钮开关调节可调电流源的输出电流大小，用于选择装置所需的振幅，最后，打开第二旋钮开关启动电机并调节振动频率；

2)电机通过输出轴带动与其连接的小圆锥齿轮转动，通过小、大圆锥齿轮带动曲柄滑块机构工作，进而带动磁流变阻尼器和带可转式U型卡头的作动臂做往复直线运动，迫使枝干振动，果实从果树分离；

3)激励特定时间后，观察果树采收情况并根据该情况，通过调节第二旋钮开关增大或降低振动频率，再通过第一旋钮开关选择可调电流源的输出电流的变化模式，通过调节第三旋钮开关增大或减小可调电流源的输出电流，以调节装置的振幅，从而使更多果实从果树分离。

9.根据权利要求8所述的一种变频变幅激励式振动采收装置的使用方法，其特征在于：所述振动频率与振幅的匹配模式有低频-小振幅、低频-大振幅和高频-小振幅中的一种或多种。

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