CN113716057B - 一种无人机自主采摘荔枝装置 - Google Patents

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Abstract

一种无人机自主采摘荔枝装置属农用机械技术领域，本发明由机械臂组件、旋转组件、执行末端剪刀组件、无人机本体组件、起落架支撑组件、识别控制系统组件、联轴器、GPS定位系统、滑斗组成，机械臂组件固接于无人机本体组件中心板Ⅰ下方，机械臂组件前端与旋转组件后端螺纹连接，旋转组件前端与执行末端剪刀组件后端经联轴器连接，执行末端剪刀组件对识别到的荔枝的果梗进行剪切，起落架支撑组件固接于无人机本体组件中起落架横杆对下方，识别控制系统组件各零部件粘于无人机本体组件上方，用于识别成熟荔枝，并控制各组件动作采摘识别到的荔枝。采用本发明装置可以高效地采摘荔枝，采摘范围广，安全性高，且不易对荔枝果树和果实造成损伤。

Description

一种无人机自主采摘荔枝装置
技术领域
本发明属于农业器械技术领域，具体涉及一种无人机自主采摘荔枝装置。
背景技术
当荔枝处于较高的位置时，采摘荔枝的方式主要有两种。方式一是通过人工攀爬树干来采摘成熟的荔枝，该方法采摘不仅效率低，采摘范围受限，而且很容易造成人员意外伤害；方式二是通过使用加长杆来敲打荔枝，从而使荔枝从果梗处折断，这种采摘方式采摘效率低，容易对果实造成损伤，也容易损坏果树，而且碰到难以折断的果梗，采摘效果更差。因此果农急需一种高效的荔枝采摘装置。
发明内容
本发明的目的在于针对人工采摘荔枝效率低，采摘范围受限，且易对荔枝果树和果实造成损坏等问题，提供一种安全高效的无人机自主采摘荔枝装置。
本发明的一种无人机自主采摘荔枝装置由机械臂组件A、旋转组件B、 执行末端剪刀组件C、识别控制系统组件D、无人机本体组件E、起落架支撑组件F、联轴器1、滑斗2和GPS定位系统3组成，其中机械臂组件A由微型电动伸缩杆组件4、 滑块组件5、配重伸长杆组件6、吊杆组件7和电动伸缩杆8组成,其中，微型电动伸缩杆组件4由齿轮箱4a、电机Ⅰ4b、伸缩杆4c和吊耳Ⅰ4d组成；所述的旋转组件B由壳体9和步进电机10组成，其中壳体9左右两侧中心对称设有内螺纹孔柱Ⅰ9d和内螺纹孔柱Ⅱ9e；所述的执行末端剪刀组件C由剪刀壳体Ⅰ11、剪刀壳体Ⅱ12、动刀片13、定刀片14、齿轮螺母15、 卡扣16、铝体17、减速器18、电机Ⅱ19、柱销20、销钉21、 摆齿22、霍尔板23、伞齿24、轴承25、剪刀壳体Ⅲ26、通孔Ⅲ 26a组成；所述的识别控制系统组件D由双目相机27、执行控制模块30、 遥控信号接收机29和飞行控制模块28组成， 其中遥控信号接收机29与飞行控制模块28通过信号线连接；所述的无人机本体组件E由支撑柱Ⅰ组31、六棱支撑杆组32、支撑柱Ⅱ组33、桨叶组34、桨叶垫片组35、安装板组36、电机组37、底板组38、无人机臂组39、桨叶防护罩组40、起落架横杆对41、起落架立板对42、滑块对43、移动电源44、中心板Ⅰ45、中心板Ⅱ46、中心板Ⅲ47和中心板Ⅳ48组成；所述的起落架支撑组件F由防滑脚垫组49、着陆支架对50、缓冲脚垫组51、起落架对52、重力传感器套件组53组成；起落架支撑组件F、无人机本体组件E和识别控制系统组件D自下而上顺序排列；GPS定位系统3固接于无人机本体组件E的中心板Ⅱ46靠左端中部上表面；滑斗2中部左右两侧上端经旋转组件B的内螺纹孔柱Ⅰ9d和内螺纹孔柱Ⅱ9e对称固接于旋转组件B中壳体9的左右两侧，滑斗2后部左右两侧与无人机本体组件E中滑块对43的两个滑块铰接；机械臂组件A、旋转组件B和执行末端剪刀组件C自后至前顺序排列，机械臂组件A中微型电动伸缩杆组件4的齿轮箱4a固接于无人机本体组件E的中心板Ⅰ45近后端下表面；机械臂组件A中吊杆组件7的法兰底座7a固接于中心板Ⅰ45近前端中部下表面；机械臂组件A的电动伸缩杆8前端经螺纹孔9c与旋转组件B中壳体9后端螺纹连接，旋转组件B中步进电机10的电机轴10a前端经联轴器1与执行末端剪刀组件C的剪刀壳体Ⅰ11和剪刀壳体Ⅲ26的后端连接；起落架支撑组件F中起落架对52的两个起落架前后排列，其上端对称固接于左右排列的起落架横杆对41的2个起落架横杆的近中部下端；执行控制模块30粘接于中心板Ⅳ48近后端上表面，飞行控制模块28粘接于中心板Ⅲ47上表面中心， 遥控信号接收机29粘接于中心板Ⅲ47近后端上表面； 所述的识别控制系统组件D由双目相机27、执行控制模块30、遥控信号接收机29和飞行控制模块28组成，中双目相机27固接于无人机本体组件E的中心板Ⅳ48上面中心，识别控制系统组件D的执行控制模块30 粘接于无人机本体组件E的中心板Ⅳ48近后端上面，识别控制系统组件D的飞行控制模块28粘接于无人机本体组件E的中心板Ⅲ47上面中心，识别控制系统组件D的遥控信号接收机29粘接于无人机本体组件E的中心板Ⅲ47近后端上面；遥控信号接收机29与飞行控制模块28通过信号线连接；起落架支撑组件F中的微型重力传感器53b与识别控制系统组件D的执行控制模块30和飞行控制模块28通过信号线连接；识别控制系统组件D的执行控制模块30与步进电机驱动器经导线相连，导线经通孔Ⅰ9a和通孔Ⅱ9b将步进电机驱动器连接到步进电机10；识别控制系统组件D的执行控制模块30通过导线经执行末端剪刀组件C的通孔Ⅲ26a与电机Ⅱ19、霍尔板23连接，无人机本体组件E的移动电源44为识别控制系统组件D的执行控制模块30、飞行控制模块28、双目相机27、旋转组件B的步进电机10和执行末端剪刀组件C的电机Ⅱ19供电。
所述的机械臂组件A的 电机Ⅰ4b上端固接于齿轮箱4a右部下面， 伸缩杆4c上端固接于齿轮箱4a左部下面，吊耳Ⅰ4d固接于伸缩杆4c下端； 滑块组件5由滑块5a和吊耳对Ⅰ5c组成，吊耳对Ⅰ5c固接于滑块5a上面中心，滑块5a下面设有滑槽5b，配重伸长杆组件6由配重块6a、伸长杆6c和吊耳Ⅱ6d组成, 配重块6a上设有导轨6b, 伸长杆6c后端固接于配重块6a前端；吊耳Ⅱ6d固接于伸长杆6c前部上面； 吊杆组件7由法兰底座7a、吊杆7b和吊耳对Ⅱ7c组成，且法兰底座7a固接于吊杆7b上端，吊耳对Ⅱ7c固接于吊杆7b下端；微型电动伸缩杆组件4的吊耳Ⅰ4d与滑块组件5的吊耳对Ⅰ5c经销钉固接；配重伸长杆组件6的导轨6b与滑块组件5中滑块5a的滑槽5b滑动连接；配重伸长杆组件6的吊耳Ⅱ6d与吊杆组件7的吊耳对Ⅱ7c经销钉铰接；电动伸缩杆8后部与配重伸长杆组件6中伸长杆6c的前部螺纹连接。
所述的旋转组件B中步进电机10前端中部设有电机轴10a；壳体9后面设有通孔Ⅰ9a、通孔Ⅱ9b和螺纹孔9c，步进电机10装于壳体9内。
所述的执行末端剪刀组件C中通孔Ⅲ26a设于剪刀壳体Ⅲ26近后端上侧；摆齿22、动刀片13、定刀片14、铝体17自右至左排列，伞齿24、轴承25、减速器18、电机Ⅱ19自前至后排列；摆齿22前部经动刀片13、 定刀片14的近后部和铝体17的前部由销钉21贯穿铰接，销钉21左端与齿轮螺母15螺纹连接，卡扣16位于齿轮螺母15后方，卡扣16、铝体17的近中部、定刀片14的后部经螺钉贯穿固接，卡扣16的轮齿与齿轮螺母15的轮齿啮合，锁紧齿轮螺母15；摆齿22前部与动刀片13后部经柱销20固接，摆齿22后部左面的轮齿与伞齿24的轮齿啮合；霍尔板23左端与铝体17后部上面固接，伞齿24后端光轴与轴承25内圈固接，轴承25外圈固接于铝体17后端孔腔内圈，铝体17、减速器18和电机Ⅱ19自前至后顺序排列，并互为螺纹连接；剪刀壳体Ⅰ11和剪刀壳Ⅲ26在铝体17、减速器18和电机Ⅱ19左右两侧对称设置并固接，二者前端与剪刀壳Ⅱ12固接。
所述的无人机本体组件E的中心板Ⅰ45的中心设有通孔Ⅳ45a，中心板Ⅱ46的中心设有通孔Ⅴ46a，起落架立板对42的两个立板对前后排列，其上端对称固接于中心板Ⅰ45的下面，起落架横杆对41的两个横杆左右排列，并分别固接于起落架立板对42的两个立板的左右两边下端， 滑块对43的两个滑块分别与起落架横杆对41的两个横杆中部滑动连接；移动电源44固接于中心板Ⅰ45中部下面； 中心板Ⅰ45、无人机臂组39、 中心板Ⅱ46、 中心板Ⅲ47、中心板Ⅳ48自下而上顺序排列，无人机臂组39的4个无人机臂近中部下端对称固接于中心板Ⅰ45上面，中心板Ⅱ46与无人机臂组39的4个无人机臂经支撑柱Ⅱ组33的4个支撑柱Ⅱ对称固接，中心板Ⅲ47与中心板Ⅱ46经支撑柱Ⅰ组31的4个支撑柱Ⅰ对称固接，中心板Ⅱ46与中心板Ⅳ48经六棱支撑杆组32的4个六棱支撑杆对称固接；安装板组36的4个安装板和底板组38的4个底板分别固接于无人机臂组39的4个无人机臂的上面和下面，桨叶组34的4个桨叶经桨叶垫片组35的4个桨叶垫片分别固接于安装板组36的4个安装板的中部上面，电机组37的4个电机分别固接于安装板组36的4个安装板的中部下面，桨叶防护罩组40的4个防护罩分别固接于安装板组36的4个安装板上面。
所述的起落架支撑组件F中防滑脚垫组49由4个防滑脚垫组成，着陆支架对50由2个着陆支架组成，缓冲脚垫组51由4个缓冲脚垫组成，重力传感器套件组53由4个重力传感器套件组成，单个重力传感器套件由环形钩53a、微型重力传感器53b和弹簧扣53c组成，且自上而下排列并固接； 起落架对52由两个起落架组成，每个起落架均由三角架Ⅰ52a、横板52b和三角架Ⅱ52c组成，三角架Ⅰ52a、横板52b和三角架Ⅱ52c自左至右排列并固接；起落架对52的两个起落架前后排列，其下端对称固接于左右排列的着陆支架对50的2个着陆支架中部；缓冲脚垫组51的4个缓冲脚垫分别固接于2个着陆支架的前后近两端；防滑脚垫组49的4个防滑脚垫分别固接于2个着陆支架的前后两端；重力传感器套件组53的4个重力传感器套件分别固接于起落架对52的4个三角架内侧。
本发明的工作过程如下：
本发明在工作时，首先操作人员使用遥控器向遥控信号接收机29发送信号，遥控信号接收机29将收到的信号传到飞行控制模块28，飞行控制模块28控制无人机起飞到荔枝果树旁边，执行控制模块30控制微型电动伸缩杆4中电机Ⅰ4b转动，电机Ⅰ4b通过齿轮箱4a中齿轮带动伸缩杆4c向下伸长， 从而使滑块5a沿导轨6b向后滑动， 配重块6a绕铰接吊耳对Ⅱ7c和吊耳Ⅱ6d的销钉向下转动，旋转组件B和执行末端剪刀组件C绕铰接吊耳对Ⅱ7c和吊耳Ⅱ6d的销钉向上转动，旋转组件B带动滑斗2前端绕滑块对43与滑斗2后端的连接螺栓向上转动，使滑斗2向上倾斜，同时滑斗2与执行末端剪刀组件C始终保持平行； 双目相机27实时向地面站传输图像信息，双目相机27将拍到的荔枝果实图像信息传送到地面站，根据图像信息识别出成熟的荔枝果实， 并获取成熟荔枝的三维信息， 地面站向飞行控制模块28发送控制指令， 飞行控制模块28控制无人机飞到成熟荔枝附近，双目相机27向地面站发送图像信息，根据图像信息识别出成熟荔枝果实上的果梗，并获取果梗的三维空间位置信息，地面站向飞行控制模块28发送控制指令，飞行控制模块28调整无人机的位姿，使执行末端剪刀组件C 垂直于该果梗， 地面站向执行控制模块30发送控制指令， 执行控制模块30控制旋转组件B进行旋转， 旋转组件B中电机轴10a经联轴器1带动执行末端剪刀组件C旋转，使执行末端剪刀组件C中动刀片13与定刀片14形成的刀口对准并垂直于该果梗，执行控制模块30 控制电动伸缩杆8向前伸长， 从而旋转组件B 带动滑斗2 沿起落架横杆对41的两个横杆中部向前滑动，执行末端剪刀组件C也随旋转组件B向前运动到该果梗在执行末端剪刀组件C的刀口之间。执行控制模块30控制执行末端剪刀组件C中电机Ⅱ19转动，电机Ⅱ19通过减速器18内齿轮带动伞齿24转动，由于伞齿24的轮齿与摆齿22的轮齿啮合，故伞齿24上下转动带动摆齿22后端绕销钉21上下摆动，由于摆齿22前端与动刀片13后端经柱销20固接，故摆齿22后端绕销钉21向上摆动， 使摆齿22前端通过柱销20带动动刀片13绕销钉21向下转动，从而使动刀片13与定刀片14形成剪切运动，同理，摆齿22后端绕销钉21向下摆动，动刀片13绕销钉21向上转动，可使动刀片13转动到原始位置，霍尔板23向执行控制模块30发送信号，使执行控制模块30控制电机Ⅱ19正反转及转动的角度，从而控制动刀片13绕销钉21转动的幅度和方向。动刀片13与定刀片14形成剪切运动将该果梗剪断，剪落的荔枝果实顺着滑斗2滑落到固接在弹簧扣53c中的收纳袋里，霍尔板23向执行控制模块30发送信号，执行控制模块30控制电机Ⅱ19反向转动，使动刀片13转动到初始位置，即动刀片13与定刀片14张开刀口，执行控制模块30控制电动伸缩杆8向后收缩，使执行末端剪刀组件C回到初始位置，然后无人机自主采摘荔枝装置重复以上过程，采摘下一个荔枝果实，当收纳袋中采摘的荔枝达到设定的重量后，该装置停止采摘荔枝，微型重力传感器53b向执行控制模块30和飞行控制模块28发送信号，执行控制模块30控制微型电动伸缩杆组件4中伸缩杆4c向上收缩到初始位置，从而使滑块5a沿导轨6b向前滑动，配重块6a绕铰接吊耳对Ⅱ7c和吊耳Ⅱ6d的销钉向上转动，旋转组件B和执行末端组件C绕铰接吊耳对Ⅱ7c和吊耳Ⅱ6d的销钉向下转动，旋转组件B带动滑斗2前端绕滑块对43与滑斗2后端的连接螺栓向下转动，使滑斗2转动到原来初始位置，此时滑斗2处于水平位置，飞行控制模块28控制无人机自主着陆到指定位置，至此，装置完成整个工作流程。
本发明的无人机自主采摘荔枝装置，可以自主采摘荔枝树上的果实，采摘效率高，采摘范围广，安全可靠，能减少果农因采摘荔枝发生意外的风险，同时可以避免损坏采摘的荔枝果实。
附图说明
图1为无人机自主采摘荔枝装置的结构示意图；
图2为机械臂组件A的结构示意图；
图3为微型电动伸缩杆组件4的结构示意图；
图4为滑块组件5的结构示意图；
图5为配重伸长杆组件6的结构示意图；
图6为吊杆组件7的结构示意图；
图7为旋转组件B的结构示意图；
图8为壳体9的后视轴测图；
图9为壳体9的右视轴测图；
图10为步进电机10的结构示意图；
图11为执行末端剪刀组件C的左视轴测图；
图12为执行末端剪刀组件C的右视轴测图；
图13为执行末端剪刀组件C部分组件的右视图；
图14为图13中B-B的剖视图；
图15为识别控制系统组件D的结构示意图；
图16为无人机本体组件E的结构示意图Ⅰ；
图17为无人机本体组件E的结构示意图Ⅱ；
图18为起落架支撑组件F的结构示意图；
图19为起落架支撑组件F中起落架52的结构示意图；
图20为重力传感器套件53的结构示意图；
其中：A.机械臂组件 B.旋转组件 C.执行末端剪刀组件 D.识别控制系统组件 E.无人机本体组件 F.起落架支撑组件 1.联轴器 2.滑斗 3.GPS定位系统 4.微型电动伸缩杆组件 4a.齿轮箱 4b.电机Ⅰ 4c.伸缩杆 4d.吊耳Ⅰ 5.滑块组件 5a.滑块 5b.滑槽 5c.吊耳对Ⅰ 6.配重伸长杆组件 6a.配重块 6b.导轨 6c.伸长杆 6d.吊耳Ⅱ 7.吊杆组件 7a.法兰底座 7b.吊杆 7c.吊耳对Ⅱ 8.电动伸缩杆 9.壳体 9a.通孔Ⅰ 9b.通孔Ⅱ 9c.螺纹孔9d.内螺纹孔柱Ⅰ 9e.内螺纹孔柱Ⅱ 10.步进电机 10a.电机轴 11.剪刀壳体Ⅰ 12.剪刀壳体Ⅱ 13.动刀片 14.定刀片 15.齿轮螺母 16.卡扣 17.铝体 18.减速器 19.电机Ⅱ 20.柱销 21.销钉 22.摆齿 23.霍尔板 24.伞齿 25.轴承 26.剪刀壳体Ⅲ 26a.通孔Ⅲ 27.双目相机 28.飞行控制模块 29.遥控信号接收机 30.执行控制模块 31.支撑柱Ⅰ组 32.六棱支撑杆组 33.支撑柱Ⅱ组 34.桨叶组 35.桨叶垫片组 36.安装板组 37.电机组 38.底板组 39.无人机臂组 40.桨叶防护罩组 41.起落架横杆对 42.起落架立板对 43.滑块对44.移动电源 45.中心板Ⅰ 45a.通孔Ⅳ 46.中心板Ⅱ 46a.通孔Ⅴ 47.中心板Ⅲ 48.中心板Ⅳ 49.防滑脚垫组 50.着陆支架对 51.缓冲脚垫组 52.起落架对 52a.三角架Ⅰ 52b.横板 52c.三角架Ⅱ 53.重力传感器套件组 53a.环形钩 53b.微型重力传感器 53c.弹簧扣。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
如图1所示，本发明的一种无人机自主采摘荔枝装置由机械臂组件A、旋转组件B、执行末端剪刀组件C、识别控制系统组件D、无人机本体组件E、起落架支撑组件F、联轴器1、滑斗2和GPS定位系统3组成，其中机械臂组件A由微型电动伸缩杆组件4、滑块组件5、配重伸长杆组件6、吊杆组件7和电动伸缩杆8组成,其中，微型电动伸缩杆组件4由齿轮箱4a、电机Ⅰ4b、伸缩杆4c和吊耳Ⅰ4d组成；所述的旋转组件B由壳体9和步进电机10组成，其中壳体9左右两侧中心对称设有内螺纹孔柱Ⅰ9d和内螺纹孔柱Ⅱ9e；所述的执行末端剪刀组件C由剪刀壳体Ⅰ11、 剪刀壳体Ⅱ12、动刀片13、定刀片14、 齿轮螺母15、卡扣16、铝体17、减速器18、电机Ⅱ19、柱销20、销钉21、摆齿22、霍尔板23、伞齿24、轴承25、剪刀壳体Ⅲ26、通孔Ⅲ 26a组成；所述的识别控制系统组件D由双目相机27、 执行控制模块30、遥控信号接收机29和飞行控制模块28组成，其中遥控信号接收机29与飞行控制模块28通过信号线连接；所述的无人机本体组件E由支撑柱Ⅰ组31、 六棱支撑杆组32、支撑柱Ⅱ组33、桨叶组34、桨叶垫片组35、 安装板组36、 电机组37、底板组38、 无人机臂组39、桨叶防护罩组40、起落架横杆对41、 起落架立板对42、滑块对43、移动电源44、中心板Ⅰ45、中心板Ⅱ46、中心板Ⅲ47和中心板Ⅳ48组成；所述的起落架支撑组件F由防滑脚垫组49、着陆支架对50、缓冲脚垫组51、起落架对52、重力传感器套件组53组成；起落架支撑组件F、无人机本体组件E和识别控制系统组件D自下而上顺序排列；GPS定位系统3固接于无人机本体组件E的中心板Ⅱ46靠左端中部上表面；滑斗2中部左右两侧上端经旋转组件B的内螺纹孔柱Ⅰ9d和内螺纹孔柱Ⅱ9e对称固接于旋转组件B中壳体9的左右两侧，滑斗2后部左右两侧与无人机本体组件E中滑块对43的两个滑块铰接；机械臂组件A、旋转组件B和执行末端剪刀组件C自后至前顺序排列，机械臂组件A中微型电动伸缩杆组件4的齿轮箱4a固接于无人机本体组件E的中心板Ⅰ45近后端下表面；机械臂组件A中吊杆组件7的法兰底座7a固接于中心板Ⅰ45近前端中部下表面；机械臂组件A的电动伸缩杆8前端经螺纹孔9c与旋转组件B中壳体9后端螺纹连接，旋转组件B中步进电机10的电机轴10a前端经联轴器1与执行末端剪刀组件C的剪刀壳体Ⅰ11和剪刀壳体Ⅲ26的后端连接；起落架支撑组件F中起落架对52的两个起落架前后排列， 其上端对称固接于左右排列的起落架横杆对41的2个起落架横杆的近中部下端；执行控制模块30粘接于中心板Ⅳ48近后端上表面，飞行控制模块28粘接于中心板Ⅲ47上表面中心，遥控信号接收机29粘接于中心板Ⅲ47近后端上表面； 所述的识别控制系统组件D由双目相机27、 执行控制模块30、 遥控信号接收机29和飞行控制模块28组成，中双目相机27固接于无人机本体组件E的中心板Ⅳ48上面中心，识别控制系统组件D的执行控制模块30粘接于无人机本体组件E的中心板Ⅳ48近后端上面，识别控制系统组件D的飞行控制模块28粘接于无人机本体组件E的中心板Ⅲ47上面中心，识别控制系统组件D的遥控信号接收机29粘接于无人机本体组件E的中心板Ⅲ47近后端上面；遥控信号接收机29与飞行控制模块28通过信号线连接；起落架支撑组件F中的微型重力传感器53b与识别控制系统组件D的执行控制模块30和飞行控制模块28通过信号线连接；识别控制系统组件D的执行控制模块30与步进电机驱动器经导线相连，导线经通孔Ⅰ9a和通孔Ⅱ9b将步进电机驱动器连接到步进电机10；识别控制系统组件D的执行控制模块30通过导线经执行末端剪刀组件C的通孔Ⅲ26a与电机Ⅱ19、霍尔板23连接，无人机本体组件E的移动电源44为识别控制系统组件D的执行控制模块30、飞行控制模块28、双目相机27、旋转组件B的步进电机10和执行末端剪刀组件C的电机Ⅱ19供电。
本发明以四旋翼无人机为基础，识别控制系统组件D识别成熟荔枝果实上的果梗，并控制执行末端剪刀组件C对果梗进行剪切，剪下的荔枝顺着滑斗2滑落到收纳袋中，由于收纳袋四角是固接在重力传感器套件组53中弹簧扣53c上，当收纳袋中的荔枝重量达到微型重力传感器53b设定值后，微型重力传感器53b会向执行控制模块30和飞行控制模块28发送信号，执行控制模块30控制无人机自主采摘荔枝装置停止采摘荔枝，并控制各组件恢复到原始位置，最后飞行控制模块28控制无人机自主采摘荔枝装置着陆到指定位置。
如图2至图6所示，所述的机械臂组件A的电机Ⅰ4b上端固接于齿轮箱4a右部下面，伸缩杆4c上端固接于齿轮箱4a 左部下面，吊耳Ⅰ4d固接于伸缩杆4c下端； 滑块组件5由滑块5a和吊耳对Ⅰ5c组成，吊耳对Ⅰ5c固接于滑块5a上面中心，滑块5a下面设有滑槽5b，配重伸长杆组件6由配重块6a、伸长杆6c和吊耳Ⅱ6d组成, 配重块6a上设有导轨6b, 伸长杆6c后端固接于配重块6a前端；吊耳Ⅱ6d固接于伸长杆6c前部上面；吊杆组件7由法兰底座7a、吊杆7b和吊耳对Ⅱ7c组成，且法兰底座7a固接于吊杆7b上端，吊耳对Ⅱ7c固接于吊杆7b下端；微型电动伸缩杆组件4的吊耳Ⅰ4d与滑块组件5的 吊耳对Ⅰ5c经销钉固接； 配重伸长杆组件6的导轨6b与滑块组件5 中滑块5a的滑槽5b滑动连接；配重伸长杆组件6的吊耳Ⅱ6d 与吊杆组件7的吊耳对Ⅱ7c经销钉铰接；电动伸缩杆8后部与配重伸长杆组件6中伸长杆6c的前部螺纹连接。
当执行控制模块30向微型电动伸缩杆组件4发送使伸缩杆4c向下伸长的控制信号后，执行控制模块30控制微型电动伸缩杆组件4中电机Ⅰ4b转动，电机Ⅰ4b通过齿轮箱4a带动伸缩杆4c向下伸长，从而使滑块组件5中滑块5a沿导轨6b向后滑动，配重块6a绕铰接吊耳对Ⅱ7c和吊耳Ⅱ6d的销钉向下转动， 电动伸缩杆8绕铰接吊耳对Ⅱ7c和吊耳Ⅱ6d的销钉向上转动； 反之，当执行控制模块30向微型电动伸缩杆4组件发送使伸缩杆4c向上收缩的控制信号后，伸缩杆4c向上收缩，从而使滑块5a沿导轨6b向前滑动，配重块6a绕铰接吊耳对Ⅱ7c和吊耳Ⅱ6d的销钉向上转动，电动伸缩杆8绕铰接吊耳对Ⅱ7c和吊耳Ⅱ6d的销钉向下转动；当执行控制模块30向电动伸缩杆8发送信号后，可以控制电动伸缩杆8向前伸长或向后收缩,从而带动旋转组件B和执行末端剪刀组件C向前或向后运动，从而使荔枝果梗置于执行末端剪刀组件C的刀口之间或使执行末端剪刀组件C回到初始位置。
如图7至图10所示，所述的旋转组件B中步进电机10前端中部设有电机轴10a；壳体9后面设有通孔Ⅰ9a、通孔Ⅱ9b和螺纹孔9c，步进电机10装于壳体9内。
当执行控制模块30向旋转组件B发送控制信号后，控制电机轴10a正转或反转，通过联轴器1带动执行末端剪刀组件C进行正转或反转，以使执行末端剪刀组件C的刀口垂直于荔枝果梗，由于滑斗2中部左右两侧上端，经内螺纹孔柱Ⅰ9d和内螺纹孔柱Ⅱ9e对称固接于旋转组件B中壳体9的左右两侧，故当电动伸缩杆8带动旋转组件B向前或向后运动时，旋转组件B会带动滑斗2沿起落架横杆对41的两个横杆中部向前或向后滑动。
如图11至图13所示，所述的执行末端剪刀组件C中通孔Ⅲ26a设于剪刀壳体Ⅲ26近后端上侧；摆齿22、动刀片13、定刀片14、铝体17自右至左排列，伞齿24、轴承25、减速器18、电机Ⅱ19自前至后排列；摆齿22前部经动刀片13、定刀片14的近后部和铝体17的前部由销钉21贯穿铰接，销钉21左端与齿轮螺母15螺纹连接，卡扣16位于齿轮螺母15后方，卡扣16、铝体17的近中部、定刀片14的后部经螺钉贯穿固接，卡扣16的轮齿与齿轮螺母15的轮齿啮合，锁紧齿轮螺母15；摆齿22前部与动刀片13后部经柱销20固接， 摆齿22后部左面的轮齿与伞齿24的轮齿啮合； 霍尔板23左端与铝体17后部上面固接， 伞齿24后端光轴与轴承25内圈固接，轴承25外圈固接于铝体17后端孔腔内圈，铝体17、减速器18和电机Ⅱ19自前至后顺序排列，并互为螺纹连接；剪刀壳体Ⅰ11和剪刀壳Ⅲ26在铝体17、减速器18和电机Ⅱ19左右两侧对称设置并固接，二者前端与剪刀壳Ⅱ12固接。
当执行控制模块30向执行末端剪刀组件C 发送控制信号后， 控制执行末端剪刀组件C 中电机Ⅱ19正转或反转，电机Ⅱ19通过减速器18内齿轮带动伞齿24向上或向下转动， 伞齿24带动摆齿23后端绕销钉21向上或向下摆动，摆齿23前端经柱销20带动动刀片13绕销钉21向下或向上转动，动刀片13与定刀片14形成剪切运动或动刀片13恢复到初始位置；动刀片13与定刀片14的剪切运动将荔枝果梗剪断，剪落的荔枝果实顺着滑斗2滑落到固接在弹簧扣53c中的收纳袋里，霍尔板23向执行控制模块28发送信号，执行控制模块28控制电机Ⅱ19的转动方向和转动角度，使动刀片13转动到初始位置，即动刀片13与定刀片14张开刀口。
如图15所示，所述的识别控制系统组件D由双目相机27、执行控制模块30、遥控信号接收机29和飞行控制模块28组成，其中遥控信号接收机29与飞行控制模块28通过信号线连接。
当无人机起飞到荔枝果树附近，双目相机27将拍到的荔枝果实图像信息传送到地面站，根据图像信息识别出成熟的荔枝果实，并获取成熟荔枝的三维信息，地面站向飞行控制模块30发送控制指令，飞行控制模块28控制无人机飞到成熟荔枝附近，双目相机27向地面站发送图像信息，根据图像信息识别出成熟荔枝果实上的果梗，并获取果梗的三维空间位置信息，地面站向飞行控制模块28发送控制指令， 飞行控制模块28调整无人机的位姿，使末端剪刀组件C垂直于该果梗，执行控制模块30控制各组件动作，剪断荔枝上的果梗，使剪下的荔枝沿滑斗2滑到收纳袋中。
如图16和图17所示，所述的无人机本体组件E 的中心板Ⅰ45的中心设有通孔Ⅳ45a， 中心板Ⅱ46的中心设有通孔Ⅴ46a，起落架立板对42的两个立板对前后排列，其上端对称固接于中心板Ⅰ45的下面， 起落架横杆对41的两个横杆左右排列， 并分别固接于起落架立板对42的两个立板的左右两边下端，滑块对43的两个滑块分别与起落架横杆对41的两个横杆中部滑动连接；移动电源44固接于中心板Ⅰ45中部下面；中心板Ⅰ45、无人机臂组39、中心板Ⅱ46、中心板Ⅲ47、中心板Ⅳ48自下而上顺序排列，无人机臂组39的4个无人机臂近中部下端对称固接于中心板Ⅰ45上面，中心板Ⅱ46与无人机臂组39的4个无人机臂经支撑柱Ⅱ组33的4个支撑柱Ⅱ对称固接， 中心板Ⅲ47与中心板Ⅱ46经支撑柱Ⅰ组31的4个支撑柱Ⅰ对称固接，中心板Ⅱ46与中心板Ⅳ48经六棱支撑杆组32的4个六棱支撑杆对称固接；安装板组36的4个安装板和底板组38的4个底板分别固接于无人机臂组39的4个无人机臂的上面和下面， 桨叶组34的4个桨叶经桨叶垫片组35的4个桨叶垫片分别固接于安装板组36的4个安装板的中部上面，电机组37的4个电机分别固接于安装板组36的4个安装板的中部下面，桨叶防护罩组40的4个防护罩分别固接于安装板组36的4个安装板上面。
由于滑斗2 后部左右两侧与无人机本体组件E 中滑块对29 的两个滑块铰接， 故滑块对29可带动滑斗2沿起落架横杆对41的两个横杆中部前后滑动，桨叶防护罩组40主要是尽可能避免桨叶打到树叶，影响无人机的稳定性，中心板Ⅲ47和中心板Ⅳ48主要用于承载识别控制系统组件D中的零部件，移动电源44为整个装置供电，拆掉滑斗2和起落架支撑组件E后，无人机本体组件D可作为其他用途的无人机本体组件。
如图18至图20所示，所述的起落架支撑组件F中防滑脚垫组49由4个防滑脚垫组成，着陆支架对50由2个着陆支架组成，缓冲脚垫组51由4个缓冲脚垫组成，重力传感器套件组53由4个重力传感器套件组成，单个重力传感器套件由环形钩53a、微型重力传感器53b和弹簧扣53c组成，且自上而下排列并固接； 起落架对52由两个起落架组成，每个起落架均由三角架Ⅰ52a、横板52b和三角架Ⅱ52c组成，三角架Ⅰ52a、横板52b和三角架Ⅱ52c自左至右排列并固接；起落架对52的两个起落架前后排列， 其下端对称固接于左右排列的着陆支架对50 的2个着陆支架中部； 缓冲脚垫组51的4个缓冲脚垫分别固接于2个着陆支架的前后近两端；防滑脚垫组49的4个防滑脚垫分别固接于2个着陆支架的前后两端；重力传感器套件组53的4个重力传感器套件分别固接于起落架对52的4个三角架内侧。
当固接在弹簧扣53c上收纳袋中荔枝的重量达到微型重力传感器53b的设定值后，微型重力传感器53b向执行控制模块30和飞行控制模块28发送信号，执行控制模块30控制相应组件停止采摘荔枝，并使各组件恢复到采摘荔枝前的初始位置， 地面站向飞行控制模块28发送信号， 飞行控制模块28控制无人机平稳着陆到指定位置，着陆支架对50可供无人机平稳着陆。

Claims (4)

1.一种无人机自主采摘荔枝装置，其特征在于：由机械臂组件(A)、旋转组件(B)、执行末端剪刀组件(C)、识别控制系统组件(D)、无人机本体组件(E)、起落架支撑组件(F)、联轴器(1)、滑斗(2)和GPS定位系统(3)组成，其中所述的执行末端剪刀组件(C)中通孔Ⅲ(26a)设于剪刀壳体Ⅲ(26)近后端上侧；摆齿(22)、动刀片(13)、定刀片(14)、铝体(17)自右至左排列，伞齿(24)、轴承(25)、减速器(18)、电机Ⅱ(19)自前至后排列；摆齿(22)前部经动刀片(13)、定刀片(14)的近后部和铝体(17)的前部由销钉(21)贯穿铰接，销钉(21)左端与齿轮螺母(15)螺纹连接，卡扣(16)位于齿轮螺母(15)后方，卡扣(16)、铝体(17)的近中部、定刀片(14)的后部经螺钉贯穿固接， 卡扣(16)的轮齿与齿轮螺母(15)的轮齿啮合， 锁紧齿轮螺母(15)； 摆齿(22)前部与动刀片(13)后部经柱销(20)固接， 摆齿(22)后部左面的轮齿与伞齿(24)的轮齿啮合；霍尔板(23)左端与铝体(17)后部上面固接，伞齿(24)后端光轴与轴承(25)内圈固接，轴承(25)外圈固接于铝体(17)后端孔腔内圈，铝体(17)、减速器(18)和电机Ⅱ(19)自前至后顺序排列，并互为螺纹连接；剪刀壳体Ⅰ(11)和剪刀壳体Ⅲ(26)在铝体(17)、减速器(18)和电机Ⅱ(19)左右两侧对称设置并固接，二者前端与剪刀壳体Ⅱ(12)固接；所述的起落架支撑组件(F)中防滑脚垫组(49)由4个防滑脚垫组成，着陆支架对(50)由2个着陆支架组成，缓冲脚垫组(51)由4个缓冲脚垫组成，重力传感器套件组(53)由4个重力传感器套件组成，单个重力传感器套件由环形钩(53a)、微型重力传感器(53b)和弹簧扣(53c)组成，且自上而下排列并固接； 起落架对(52)由两个起落架组成，每个起落架均由三角架Ⅰ(52a)、横板(52b)和三角架Ⅱ(52c)组成，三角架Ⅰ(52a)、横板(52b)和三角架Ⅱ(52c)自左至右排列并固接；起落架对(52)的两个起落架前后排列，其下端对称固接于左右排列的着陆支架对(50)的2个着陆支架中部；缓冲脚垫组(51)的4个缓冲脚垫分别固接于2个着陆支架的前后近两端；防滑脚垫组(49)的4个防滑脚垫分别固接于2个着陆支架的前后两端；重力传感器套件组(53)的4个重力传感器套件分别固接于起落架对(52)的4个三角架内侧； 机械臂组件(A)由微型电动伸缩杆组件(4)、滑块组件(5)、配重伸长杆组件(6)、吊杆组件(7)和电动伸缩杆(8)组成,其中，微型电动伸缩杆组件(4)由齿轮箱(4a)、电机Ⅰ(4b)、伸缩杆(4c)和吊耳Ⅰ(4d)组成；所述的旋转组件(B)由壳体(9)和步进电机(10)组成，其中壳体(9)左右两侧中心对称设有内螺纹孔柱Ⅰ(9d)和内螺纹孔柱Ⅱ(9e)；所述的执行末端剪刀组件(C)由剪刀壳体Ⅰ(11)、剪刀壳体Ⅱ(12)、动刀片(13)、定刀片(14)、齿轮螺母(15)、卡扣(16)、铝体(17)、减速器(18)、电机Ⅱ(19)、柱销(20)、销钉(21)、摆齿(22)、霍尔板(23)、伞齿(24)、轴承(25)、剪刀壳体Ⅲ(26)、通孔Ⅲ (26a)组成；所述的识别控制系统组件(D)由双目相机(27)、执行控制模块(30)、遥控信号接收机(29)和飞行控制模块(28)组成，其中遥控信号接收机(29)与飞行控制模块(28)通过信号线连接；所述的无人机本体组件(E)由支撑柱Ⅰ组(31)、 六棱支撑杆组(32)、支撑柱Ⅱ组(33)、桨叶组(34)、桨叶垫片组(35)、安装板组(36)、电机组(37)、底板组(38)、无人机臂组(39)、桨叶防护罩组(40)、起落架横杆对(41)、起落架立板对(42)、滑块对(43)、移动电源(44)、中心板Ⅰ(45)、中心板Ⅱ(46)、中心板Ⅲ(47)和中心板Ⅳ(48)组成；所述的起落架支撑组件(F)由防滑脚垫组(49)、着陆支架对(50)、缓冲脚垫组(51)、起落架对(52)、重力传感器套件组(53)组成；起落架支撑组件(F)、无人机本体组件(E)和识别控制系统组件(D)自下而上顺序排列；GPS定位系统(3)固接于无人机本体组件(E)的中心板Ⅱ(46)靠左端中部上表面；滑斗(2)中部左右两侧上端经旋转组件(B) 的内螺纹孔柱Ⅰ(9d)和内螺纹孔柱Ⅱ(9e) 对称固接于旋转组件(B)中壳体(9)的左右两侧，滑斗(2)后部左右两侧与无人机本体组件(E)中滑块对(43)的两个滑块铰接；机械臂组件(A)、旋转组件(B)和执行末端剪刀组件(C)自后至前顺序排列， 机械臂组件(A)中微型电动伸缩杆组件(4)的齿轮箱(4a) 固接于无人机本体组件(E)的中心板Ⅰ(45)近后端下表面；机械臂组件(A)中吊杆组件(7)的法兰底座(7a)固接于中心板Ⅰ(45)近前端中部下表面；机械臂组件(A)的电动伸缩杆(8)前端经螺纹孔(9c)与旋转组件(B)中壳体(9)后端螺纹连接， 旋转组件(B)中步进电机(10)的电机轴(10a)前端经联轴器(1)与执行末端剪刀组件(C)的剪刀壳体Ⅰ(11)和剪刀壳体Ⅲ(26)的后端连接；起落架支撑组件(F)中起落架对(52)的两个起落架前后排列，其上端对称固接于左右排列的起落架横杆对(41)的2个起落架横杆的近中部下端；执行控制模块(30)粘接于中心板Ⅳ(48)近后端上表面，飞行控制模块(28)粘接于中心板Ⅲ(47)上表面中心，遥控信号接收机(29)粘接于中心板Ⅲ(47)近后端上表面；所述的识别控制系统组件(D)由双目相机(27)、执行控制模块(30)、遥控信号接收机(29)和 飞行控制模块(28)组成， 中双目相机(27)固接于无人机本体组件(E) 的中心板Ⅳ(48)上面中心，识别控制系统组件(D)的执行控制模块(30)粘接于无人机本体组件(E)的中心板Ⅳ(48)近后端上面，识别控制系统组件(D)的飞行控制模块(28)粘接于无人机本体组件(E)的中心板Ⅲ(47)上面中心， 识别控制系统组件(D)的遥控信号接收机(29) 粘接于无人机本体组件(E)的中心板Ⅲ(47)近后端上面；遥控信号接收机(29)与飞行控制模块(28)通过信号线连接；起落架支撑组件(F)中的微型重力传感器(53b)与识别控制系统组件(D)的执行控制模块(30)和飞行控制模块(28)通过信号线连接；识别控制系统组件(D)的执行控制模块(30)与步进电机驱动器经导线相连， 导线经通孔Ⅰ(9a)和通孔Ⅱ(9b) 将步进电机驱动器连接到步进电机(10)；识别控制系统组件(D)的执行控制模块(30) 通过导线经执行末端剪刀组件(C)的通孔Ⅲ(26a) 与电机Ⅱ(19)、霍尔板(23)连接，无人机本体组件(E)的移动电源(44)为识别控制系统组件(D)的执行控制模块(30)、飞行控制模块(28)、双目相机(27)、旋转组件(B)的步进电机(10)和执行末端剪刀组件(C)的电机Ⅱ(19)供电。
2.按权利要求1所述的无人机自主采摘荔枝装置，其特征在于：所述的机械臂组件(A)的电机Ⅰ(4b)上端固接于齿轮箱(4a)右部下面，伸缩杆(4c)上端固接于齿轮箱(4a)左部下面，吊耳Ⅰ(4d)固接于伸缩杆(4c)下端；滑块组件(5) 由滑块(5a)和吊耳对Ⅰ(5c)组成，吊耳对Ⅰ(5c)固接于滑块(5a)上面中心，滑块(5a)下面设有滑槽(5b)， 配重伸长杆组件(6)由配重块(6a)、伸长杆(6c)和吊耳Ⅱ(6d)组成, 配重块(6a)上设有导轨(6b), 伸长杆(6c)后端固接于配重块(6a)前端；吊耳Ⅱ(6d)固接于伸长杆(6c)前部上面；吊杆组件(7)由法兰底座(7a)、吊杆(7b)和吊耳对Ⅱ(7c)组成，且法兰底座(7a)固接于吊杆(7b)上端，吊耳对Ⅱ(7c)固接于吊杆(7b)下端；微型电动伸缩杆组件(4)的吊耳Ⅰ(4d)与滑块组件(5)的吊耳对Ⅰ(5c)经销钉固接；配重伸长杆组件(6)的导轨(6b)与滑块组件(5)中滑块(5a)的滑槽(5b)滑动连接；配重伸长杆组件(6)的吊耳Ⅱ(6d)与吊杆组件(7)的吊耳对Ⅱ(7c)经销钉铰接；电动伸缩杆(8)后部与配重伸长杆组件(6)中伸长杆(6c)的前部螺纹连接。
3.按权利要求1所述的无人机自主采摘荔枝装置，其特征在于：所述的旋转组件(B)中步进电机(10)前端中部设有电机轴(10a)； 壳体(9)后面设有通孔Ⅰ(9a)、 通孔Ⅱ(9b)和螺纹孔(9c)，步进电机(10)装于壳体(9)内。
4.按权利要求1所述的无人机自主采摘荔枝装置，其特征在于：所述的无人机本体组件(E)的中心板Ⅰ(45)的中心设有通孔Ⅳ(45a)，中心板Ⅱ(46)的中心设有通孔Ⅴ(46a)，起落架立板对(42)的两个立板对前后排列，其上端对称固接于中心板Ⅰ(45)的下面，起落架横杆对(41)的两个横杆左右排列， 并分别固接于起落架立板对(42)的两个立板的左右两边下端， 滑块对(43)的两个滑块分别与起落架横杆对(41)的两个横杆中部滑动连接；移动电源(44)固接于中心板Ⅰ(45)中部下面；中心板Ⅰ(45)、无人机臂组(39)、中心板Ⅱ(46)、中心板Ⅲ(47)、中心板Ⅳ(48)自下而上顺序排列，无人机臂组(39)的4个无人机臂近中部下端对称固接于中心板Ⅰ(45)上面，中心板Ⅱ(46)与无人机臂组(39)的4个无人机臂经支撑柱Ⅱ组(33)的4个支撑柱Ⅱ对称固接，中心板Ⅲ(47)与中心板Ⅱ(46)经支撑柱Ⅰ组(31)的4个支撑柱Ⅰ对称固接，中心板Ⅱ(46)与中心板Ⅳ(48)经六棱支撑杆组(32)的4个六棱支撑杆对称固接；安装板组(36)的4个安装板和底板组(38)的4个底板分别固接于无人机臂组(39)的4个无人机臂的上面和下面， 桨叶组(34)的4个桨叶经桨叶垫片组(35) 的4个桨叶垫片分别固接于安装板组(36)的4个安装板的中部上面，电机组(37)的4个电机分别固接于安装板组(36)的4个安装板的中部下面，桨叶防护罩组(40)的4个防护罩分别固接于安装板组(36)的4个安装板上面。
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