CN112790004B - 一种无人机搭载的高频振动式核桃采摘系统 - Google Patents

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Abstract

一种无人机搭载的高频振动式核桃采摘系统，包括无人机装置，在无人机装置的下方吊装有回转驱动装置，在回转驱动装置的下方连接有基架，在基架上分别连接有液压装置、振动装置、蓄电装置和控制装置，在基架的两侧分别连接有传动装置，在基架的底端连接有夹紧装置；控制装置控制蓄电装置给回转驱动装置、液压装置、振动装置和夹紧装置提供电力，液压装置的动力输出通过传动装置和夹紧装置之间的动力输入连接；本发明可用于从各种环境下生长的、不同高度的树上采摘核桃，操作简单方便，劳动强度小，能够有效地保障采摘者的安全，对果树伤害小。

Description

一种无人机搭载的高频振动式核桃采摘系统
技术领域
本发明属于机械装备技术领域，具体涉及一种无人机搭载的高频振动式核桃采摘系统。
背景技术
核桃树是一种在山区广泛种植的经济作物，树体一般高10-20米，树冠直径可达20米以上，大多生长在崎岖不平的陡坡上、沟沿边。核桃个体较小，散布生长在树冠的枝条上。
传统的核桃采摘方法形式多样，但都存在一些缺点。徒手爬树采摘，劳动效率低，有安全风险；在树上树下用竹竿敲打，操作劳动强度大，高处的核桃不易采摘，并易造成核桃破损；利用长杆端部的钩、叉，或者片式电锯，拉折、摇晃或者切断挂果的枝条，容易对果树造成伤害，影响来年的挂果率。较为先进的大型、重型机械采摘设备，大多数是在地面上利用机械臂夹住果树的主干，通过高频振动使得成熟的核桃从树冠上脱落下来，使用这类设备，要求地势平坦，具有一定的操作回转空间，因此限制了设备的使用范围，该类设备的工作原理是通过晃动果树的主干，将机械能传递到十几米高的树冠，使挂在枝条上的核桃脱落，此类采摘方式要求设备具有较大的功率，以便产生较高的振动频率和较大的振幅，故耗能较大；同时，该类设备振动树干时，易对果树的树干和根系造成较大的伤害。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的是提供一种无人机搭载的高频振动式核桃采摘系统，可用于从各种环境下生长的、不同高度的树上采摘核桃，操作简单方便，劳动强度小，能够有效地保障采摘者的安全，对果树伤害小。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种无人机搭载的高频振动式核桃采摘系统，包括无人机装置1，在无人机装置1的下方吊装有回转驱动装置2，在回转驱动装置2的下方连接有基架3，在基架3上分别连接有液压装置4、振动装置5、蓄电装置8和控制装置9，在基架3的两侧分别连接有传动装置6，在基架3的底端连接有夹紧装置7；控制装置9控制蓄电装置8给回转驱动装置2、液压装置4、振动装置5和夹紧装置7提供电力，液压装置4的动力输出通过传动装置6和夹紧装置7之间的动力输入连接。
所述的无人机装置包括无人机1-1，在无人机1-1底端分别连接有第一摄像机1-2和悬挂装置1-3。
所述的回转驱动装置2包括外壳2-1，外壳2-1的外圆柱面上连接有蜗杆2-2，蜗杆2-2的输入端连接有第三电机2-3；外壳2-1的内侧通过两个第一轴承2-5支撑有回转支承2-4，回转支承2-4的上端连接有第一端盖2-6，回转支承2-4的下端连接第一回转轴2-7，回转支承2-4外圆面的中部有一圈轮齿，与蜗杆2-2啮合实现回转传动。
所述的基架3包括连接座3-4，连接座3-4的上端和回转轴2-7的下端连接，连接座3-4的下端连接在顶层台面3-1上，顶层台面3-1的下边连接有立架3-3，立架3-3的下端连接有底层台面3-2，立架3-3的侧面和底层台面3-2之间连接有斜拉筋3-5。
所述的液压装置4包括第一电机4-1，第一电机4-1安装在底层台面3-2的上端面上，第一电机4-1和液压泵4-2动力输入连接，液压泵4-2的入口和液压油箱4-3连接，在液压油箱4-3的内侧安装有滤油器4-8；液压泵4-2的出口和二位四通电磁阀4-5连接，二位四通电磁阀4-5分别和液压油箱4-3、五通接头4-6和三通接头4-7连接，五通接头4-6分别连接双活塞式双出杆油缸4-4的B接口4-4-5和C接口4-4-6，三通接头4-7连接双活塞式双出杆油缸4-4的A接口4-4-4。
所述的双活塞式双出杆油缸4-4包括缸体4-4-1，缸体4-4-1的外圆柱面底端连接有固定座4-4-7，通过固定座4-4-7将缸体4-4-1固定在底层台面3-2上；缸体4-4-1的内腔中连接有两个活塞4-4-2，在两个活塞4-4-2上分别连接有一个活塞杆4-4-3，活塞有杆腔的缸体4-4-1上连接有B接口4-4-5和C接口4-4-6，活塞无杆腔的缸体4-4-1上连接有A接口4-4-4。
所述的振动装置5包括第二电机5-1，第二电机5-1安装在底层台面3-2上，第二电机5-1的转轴上连接有可调偏心装置5-2。
所述的可调偏心装置5-2包括偏心轮5-2-1，偏心轮5-2-1的一字槽中安装有弹簧5-2-2，弹簧5-2-2的一端连接有滑块5-2-3。
所述的传动装置6包括L型连接块6-1，L型连接块6-1将活塞杆4-4-3和齿条6-2连接在一起，齿条6-2穿过由T型轨架6-3和压板6-11装配在一起所形成的T型导轨，T型轨架6-3与连接板6-6相连接，连接板6-6与双耳轴承座6-5相连接，双耳轴承座6-5与基板6-4相连接，基板6-4连接在底层台面3-2的侧下方，双耳轴承座6-5的内孔安装有轴承6-7，轴承6-7的内环安装有传动轴6-8，传动轴6-8上连接有齿轮6-10，双耳轴承座6-5的端面上连接有第二端盖6-9，第二端盖6-9的一个端面压在轴承6-7的外圈上。
所述的夹紧装置7包括W型固定板7-1，W型固定板7-1中部通过支撑筋7-2连接在底层台面3-2下边，W型固定板7-1下侧的工作面上连接有W型橡胶衬板7-5，在W型固定板7-1和W型橡胶衬板7-5之间安装有压力传感器7-7；
W型固定板7-1的两侧设有第二回转轴7-8，第二回转轴7-8通过联轴器7-9与传动轴6-8连接，第二回转轴7-8上连接有夹板7-3，夹板7-3上侧的工作面上连接有橡胶衬板7-6，W型固定板7-1和夹板7-3之间连接有风琴式防护罩7-4；在夹板7-3的一侧设有第二摄像机7-10，第二摄像机7-10连接在底层台面3-2的下侧。
所述的蓄电装置8和控制装置9连接在底层台面3-2的下侧。
本发明的有益效果是：
本发明适用于在各种地势环境中生长的、高矮不一、不限于密植稀植的核桃树的采摘工作；本发明结构简单，移动和操作方便，便于维护，能够有效地减轻采摘者的工作强度，提高劳动的安全性；本发明可根据树枝上核桃脱落的情况，现场调节振动装置的振动频率和振幅，使其同步增大或减小，以提高采摘的效果和效率；本发明可直接将高频振动作用于挂果的枝条，所需能耗小，采摘效率高，对果树伤害小。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明无人机装置的结构示意图。
图3为本发明回转驱动装置的主视图。
图4为本发明回转驱动装置的左视图。
图5为本发明基架的结构示意图。
图6为本发明液压装置的结构示意图。
图7为本发明双活塞双出杆式油缸的结构示意图。
图8为本发明振动装置的结构示意图。
图9为本发明可调偏心装置的结构示意图。
图10为本发明传动装置的结构示意图。
图11为本发明传动装置的俯视图。
图12为本发明夹紧装置的结构示意图。
图13为本发明夹紧装置、蓄电装置和控制装置的俯视图。
图14为本发明夹紧装置的左视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1所示，一种无人机搭载的高频振动式核桃采摘系统，包括无人机装置1，在无人机装置1的下方吊装有回转驱动装置2，在回转驱动装置2的下方连接有基架3，在基架3上分别连接有液压装置4、振动装置5、蓄电装置8和控制装置9，在基架3的两侧分别连接有传动装置6，在基架3的底端连接有夹紧装置7；控制装置9控制蓄电装置8给回转驱动装置2、液压装置4、振动装置5和夹紧装置7提供电力，液压装置4的动力输出通过传动装置6和夹紧装置7之间的动力输入连接。
如图2所示，所述的无人机装置包括无人机1-1，在无人机1-1底端分别连接有第一摄像机1-2和悬挂装置1-3。
如图3、图4所示，所述的回转驱动装置2包括外壳2-1，外壳2-1的外圆柱面上连接有蜗杆2-2，蜗杆2-2的输入端连接有第三电机2-3；外壳2-1的内侧通过两个第一轴承2-5支撑有回转支承2-4，回转支承2-4的上端连接有第一端盖2-6，回转支承2-4的下端连接第一回转轴2-7，回转支承2-4外圆面的中部有一圈轮齿，与蜗杆2-2啮合实现回转传动。
如图5所示，所述的基架3包括连接座3-4，连接座3-4的上端和回转轴2-7的下端连接，连接座3-4的下端连接在顶层台面3-1上，顶层台面3-1的下边连接有立架3-3，立架3-3的下端连接有底层台面3-2，立架3-3的侧面和底层台面3-2之间连接有斜拉筋3-5。
如图6、图7所示，所述的液压装置4包括第一电机4-1，第一电机4-1安装在底层台面3-2的上端面上，第一电机4-1和液压泵4-2动力输入连接，液压泵4-2的入口和液压油箱4-3连接，在液压油箱4-3的内侧安装有滤油器4-8；液压泵4-2的出口和二位四通电磁阀4-5连接，二位四通电磁阀4-5分别和液压油箱4-3、五通接头4-6和三通接头4-7连接，五通接头4-6分别连接双活塞式双出杆油缸4-4的B接口4-4-5和C接口4-4-6，三通接头4-7连接双活塞式双出杆油缸4-4的A接口4-4-4。
如图7所示，所述的双活塞式双出杆油缸4-4包括缸体4-4-1，缸体4-4-1的外圆柱面底端连接有固定座4-4-7，通过固定座4-4-7将缸体4-4-1固定在底层台面3-2上；缸体4-4-1的内腔中连接有两个活塞4-4-2，在两个活塞4-4-2上分别连接有一个活塞杆4-4-3，活塞有杆腔的缸体4-4-1上连接有B接口4-4-5和C接口4-4-6，活塞无杆腔的缸体4-4-1上连接有A接口4-4-4。
如图8所示，所述的振动装置5包括第二电机5-1，第二电机5-1安装在底层台面3-2上，第二电机5-1的转轴上连接有可调偏心装置5-2。
如图9所示，所述的可调偏心装置5-2包括偏心轮5-2-1，偏心轮5-2-1的一字槽中安装有弹簧5-2-2，弹簧5-2-2的一端连接有滑块5-2-3。
如图10和图11所示，所述的传动装置6包括L型连接块6-1，L型连接块6-1将活塞杆4-4-3和齿条6-2连接在一起，齿条6-2穿过由T型轨架6-3和压板6-11装配在一起所形成的T型导轨，T型轨架6-3与连接板6-6相连接，连接板6-6与双耳轴承座6-5相连接，双耳轴承座6-5与基板6-4相连接，基板6-4连接在底层台面3-2的侧下方，双耳轴承座6-5的内孔安装有第二轴承6-7，第二轴承6-7的内环安装有传动轴6-8，传动轴6-8上连接有齿轮6-10，双耳轴承座6-5的端面上连接有第二端盖6-9，第二端盖6-9的一个端面压在第二轴承6-7的外圈上。
如图12-图14所示，所述的夹紧装置7包括W型固定板7-1，W型固定板7-1中部通过支撑筋7-2连接在底层台面3-2下边，W型固定板7-1下侧的工作面上连接有W型橡胶衬板7-5，在W型固定板7-1和W型橡胶衬板7-5之间安装有压力传感器7-7；
W型固定板7-1的两侧设有第二回转轴7-8，第二回转轴7-8通过联轴器7-9与传动轴6-8连接，第二回转轴7-8上连接有夹板7-3，夹板7-3上侧的工作面上连接有橡胶衬板7-6，W型固定板7-1和夹板7-3之间连接有风琴式防护罩7-4；在夹板7-3的一侧设有第二摄像机7-10，第二摄像机7-10连接在底层台面3-2的下侧。
如图13所示，所述的蓄电装置8和控制装置9连接在底层台面3-2的下侧。
本发明的工作原理为：
利用无人机1-1，飞控至核桃树的上方；利用第一摄像机1-2在树冠中探寻飞行路径，确定需要摘取的核桃，寻找能够振动脱落这些核桃并适于夹住的树枝；当无人机1-1飞至该树枝的上方后，开始下降；在控制装置9的作用下，蓄电装置8给回转驱动装置2、液压装置4、振动装置5和夹紧装置7提供电力；利用回转驱动装置2驱动基架3水平回转，使得两个夹板7-3的夹紧方向与树枝的枝条方向平行；利用液压装置4使得两个夹板7-3形成适于夹住树枝的夹角；利用第二摄像机7-10进行观察，当树枝位于W型固定板7-1和两个夹板7-3形成的空间中时，液压装置4通过传动装置6，驱动夹板7-3做相向的回转运动，将树枝逐渐归拢并压向橡胶衬板7-6；当压力传感器7-7测得的压力达到设定值后，表明已将树枝牢靠的夹住，液压装置4停止工作；控制无人机1-1采取适当的飞行动作，使得悬挂装置1-3上的吊绳松弛下来，然后使无人机1-1处于悬停状态；利用控制装置9启动振动装置5，使得用两个夹板7-3夹住的树枝高频振动，将树枝上的核桃抖落；如果摘取效果不理想，利用控制装置9提升振动电机5-1的转速，使得固定在弹簧5-2-2上的滑块5-2-3在离心力的作用下，逐渐远离偏心轮的5-2-1的回转中心，借以加大振动装置5的振幅，直至将树枝上的核桃全部抖落；当树上的核桃摘取完后，利用液压装置4，通过传动装置6，将两个夹板7-3旋转打开；无人机1-1从悬停位置飞至基架3的上方，然后垂直向上飞行，使得夹紧装置7脱离树枝；飞控至回收位置，采摘核桃的工作结束。

Claims (6)

1.一种无人机搭载的高频振动式核桃采摘系统，包括无人机装置(1)，其特征在于：在无人机装置(1)的下方吊装有回转驱动装置(2)，在回转驱动装置(2)的下方连接有基架(3)，在基架(3)上分别连接有液压装置(4)、振动装置(5)、蓄电装置(8)和控制装置(9)，在基架(3)的两侧分别连接有传动装置(6)，在基架(3)的底端连接有夹紧装置(7)；控制装置(9)控制蓄电装置(8)给回转驱动装置(2)、液压装置(4)、振动装置(5)和夹紧装置(7)提供电力，液压装置(4)的动力输出通过传动装置(6)和夹紧装置(7)之间的动力输入连接；
所述的液压装置(4)包括第一电机(4-1)，第一电机(4-1)安装在底层台面(3-2)的上端面上，第一电机(4-1)和液压泵(4-2)动力输入连接，液压泵(4-2)的入口和液压油箱(4-3)连接，在液压油箱(4-3)的内侧安装有滤油器(4-8)；液压泵(4-2)的出口和二位四通电磁阀(4-5)连接，二位四通电磁阀(4-5)分别和液压油箱(4-3)、五通接头(4-6)和三通接头(4-7)连接，五通接头(4-6)分别连接双活塞式双出杆油缸(4-4)的B接口(4-4-5)和C接口(4-4-6)，三通接头(4-7)连接双活塞式双出杆油缸(4-4)的A接口(4-4-4)；
所述的双活塞式双出杆油缸(4-4)包括缸体(4-4-1)，缸体(4-4-1)的外圆柱面底端连接有固定座(4-4-7)，通过固定座(4-4-7)将缸体(4-4-1)固定在底层台面(3-2)上；缸体(4-4-1)的内腔中连接有两个活塞(4-4-2)，在两个活塞(4-4-2)上分别连接有一个活塞杆(4-4-3)，活塞有杆腔的缸体(4-4-1)上连接有B接口(4-4-5)和C接口(4-4-6)，活塞无杆腔的缸体(4-4-1)上连接有A接口(4-4-4)；
所述的传动装置(6)包括L型连接块(6-1)，L型连接块(6-1)将活塞杆(4-4-3)和齿条(6-2)连接在一起，齿条(6-2)穿过由T型轨架(6-3)和压板(6-11)装配在一起所形成的T型导轨，T型轨架(6-3)与连接板(6-6)相连接，连接板(6-6)与双耳轴承座(6-5)相连接，双耳轴承座(6-5)与基板(6-4)相连接，基板(6-4)连接在底层台面(3-2)的侧下方，双耳轴承座(6-5)的内孔安装有第二轴承(6-7)，第二轴承(6-7)的内环安装有传动轴(6-8)，传动轴(6-8)上连接有齿轮(6-10)，双耳轴承座(6-5)的端面上连接有第二端盖6-9，第二端盖6-9的一个端面压在第二轴承(6-7)的外圈上；
所述的夹紧装置(7)包括W型固定板(7-1)，W型固定板(7-1)中部通过支撑筋(7-2)连接在底层台面(3-2)下边，W型固定板(7-1)下侧的工作面上连接有W型橡胶衬板(7-5)，在W型固定板(7-1)和W型橡胶衬板(7-5)之间安装有压力传感器(7-7)；
W型固定板(7-1)的两侧设有第二回转轴(7-8)，第二回转轴(7-8)通过联轴器(7-9)与传动轴(6-8)连接，第二回转轴(7-8)上连接有夹板(7-3)，夹板(7-3)上侧的工作面上连接有橡胶衬板(7-6)，W型固定板(7-1)和夹板(7-3)之间连接有风琴式防护罩(7-4)；在夹板(7-3)的一侧设有第二摄像机(7-10)，第二摄像机(7-10)连接在底层台面(3-2)的下侧；
利用无人机(1-1)，飞控至核桃树的上方；利用第一摄像机(1-2)在树冠中探寻飞行路径，确定需要摘取的核桃，寻找能够振动脱落这些核桃并适于夹住的树枝；当无人机(1-1)飞至该树枝的上方后，开始下降；在控制装置(9)的作用下，蓄电装置(8)给回转驱动装置(2)、液压装置(4)、振动装置(5)和夹紧装置(7)提供电力；利用回转驱动装置(2)驱动基架(3)水平回转，使得两个夹板(7-3)的夹紧方向与树枝的枝条方向平行；利用液压装置(4)使得两个夹板(7-3)形成适于夹住树枝的夹角；利用第二摄像机(7-10)进行观察，当树枝位于W型固定板(7-1)和两个夹板(7-3)形成的空间中时，液压装置(4)通过传动装置(6)，驱动夹板(7-3)做相向的回转运动，将树枝逐渐归拢并压向橡胶衬板(7-6)；当压力传感器(7-7)测得的压力达到设定值后，表明已将树枝牢靠的夹住，液压装置(4)停止工作；控制无人机(1-1)采取飞行动作，使得悬挂装置(1-3)上的吊绳松弛下来，然后使无人机(1-1)处于悬停状态；利用控制装置(9)启动振动装置(5)，使得用两个夹板(7-3)夹住的树枝高频振动，将树枝上的核桃抖落；当树上的核桃摘取完后，利用液压装置(4)，通过传动装置(6)，将两个夹板(7-3)旋转打开；无人机(1-1)从悬停位置飞至基架(3)的上方，然后垂直向上飞行，使得夹紧装置(7)脱离树枝；飞控至回收位置，采摘核桃的工作结束。
2.根据权利要求1所述的一种无人机搭载的高频振动式核桃采摘系统，其特征在于：所述的无人机装置包括无人机(1-1)，在无人机(1-1)底端分别连接有第一摄像机(1-2)和悬挂装置(1-3)。
3.根据权利要求1所述的一种无人机搭载的高频振动式核桃采摘系统，其特征在于：所述的回转驱动装置(2)包括外壳(2-1)，外壳(2-1)的外圆柱面上连接有蜗杆(2-2)，蜗杆(2-2)的输入端连接有第三电机(2-3)；外壳(2-1)的内侧通过两个第一轴承(2-5)支撑有回转支承(2-4)，回转支承(2-4)的上端连接有第一端盖(2-6)，回转支承(2-4)的下端连接第一回转轴(2-7)，回转支承(2-4)外圆面的中部有一圈轮齿，与蜗杆(2-2)啮合实现回转传动。
4.根据权利要求1所述的一种无人机搭载的高频振动式核桃采摘系统，其特征在于：所述的基架(3)包括连接座(3-4)，连接座(3-4)的上端和第一回转轴(2-7)的下端连接，连接座(3-4)的下端连接在顶层台面(3-1)上，顶层台面(3-1)的下边连接有立架(3-3)，立架(3-3)的下端连接有底层台面(3-2)，立架(3-3)的侧面和底层台面(3-2)之间连接有斜拉筋(3-5)。
5.根据权利要求4所述的一种无人机搭载的高频振动式核桃采摘系统，其特征在于：所述的振动装置(5)包括第二电机(5-1)，第二电机(5-1)安装在底层台面(3-2)上，第二电机(5-1)的转轴上连接有可调偏心装置(5-2)。
6.根据权利要求5所述的一种无人机搭载的高频振动式核桃采摘系统，其特征在于：所述的可调偏心装置(5-2)包括偏心轮(5-2-1)，偏心轮(5-2-1)的一字槽中安装有弹簧(5-2-2)，弹簧(5-2-2)的一端连接有滑块(5-2-3)。
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