CN113892348A - 一种适用大面积娱乐性采摘的莲蓬采摘装置及其采摘方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用大面积娱乐性采摘的莲蓬采摘装置，包括框架（1），所述的框架（1）上部两侧设有横向移动机构（4），横向移动机构（4）上设有移动横杆（2），移动横杆（2）上设有纵向移动机构（3），纵向移动机构（3）的下端部设有末端执行器（6），所述的末端执行器（6）包括与纵向移动机构（3）下端相连接的电机罩（61），电机罩（61）的底部设有电机安装板（62）。本发明通过多个方向调节切割刀具的位置，实现大面积采摘莲蓬，有效帮助农户提升采摘效率。

Description

一种适用大面积娱乐性采摘的莲蓬采摘装置及其采摘方法

技术领域

本发明涉及农业机械领域，特别是一种适用大面积娱乐性采摘的莲蓬采摘装置及其材质方法。

背景技术

荷花是一种兼具观赏性和食用性的作物，在其开花时，其种植地有极好的观赏价值，其果实莲蓬又有极高的营养价值，由于莲蓬一般种植于淤泥中，游客在游玩的过程中很难与场景产生互动，且在荷田中的莲蓬一般生长速度差距较大，生长密度较密且难以控制，因此大多数情况下农户采用人工下田采摘，费时费力。因此在丰富游客与荷田场景的互动性与帮助农户采摘莲蓬方面，需要一种能够使游客在游玩中采摘莲蓬且能帮助农户采摘莲蓬的装置，现今时长上并有能兼顾两种需求的装置。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种适用大面积娱乐性采摘的莲蓬采摘装置及其采摘方法。本发明通过多个方向调节切割刀具的位置，实现大面积采摘莲蓬，有效帮助农户提升采摘效率。

本发明的技术方案：一种适用大面积娱乐性采摘的莲蓬采摘装置，包括框架，所述的框架上部两侧设有横向移动机构，横向移动机构上设有移动横杆，移动横杆上设有纵向移动机构，纵向移动机构的下端部设有末端执行器，所述的末端执行器包括与纵向移动机构下端相连接的电机罩，电机罩的底部设有电机安装板，电机安装板上设有丝杠电机，电机安装板下方设有下固定板，下固定板上设有多根长螺钉，电机安装板经长螺钉与下固定板相连接，长螺钉上套有长轴套，丝杠电机的伸出端经轴承与下固定板相连接，丝杠电机的伸出端上设有移动螺母，移动螺母上设有螺母连接板，螺母连接板的四周铰接有第一刀杆，第一刀杆的端部铰接有第二刀杆，第二刀杆的端部经下固定板设有刀片；所述的框架内侧设有收集框，框架的外侧设有控制柜，控制柜经线路与横向移动机构、纵向移动机构以及末端执行器相连接。

上述的适用大面积娱乐性采摘的莲蓬采摘装置中，所述的横向移动机构包括设置在框架上端两侧的导轮安装板，导轮安装板上设有竖直支撑板，竖直支撑板的上端设有横杆固定板，竖直支撑板之间设有第一轮毂电机，竖直支撑板之间设有滑轮固定板，滑轮固定板的下部设有横向滑轮，横向滑轮与框架的上部相接触；所述的导轮安装板上经定轴设有转动轴承，转动轴承上设有导轮，导轮与框架相接触。

前述的适用大面积娱乐性采摘的莲蓬采摘装置中，所述的纵向移动机构包括设置移动横杆两侧的纵向支撑板，纵向支撑板的内侧设有第一安装板，第一安装板上设有随行导轮，随行导轮与移动横杆的侧部相接触，纵向支撑板的上端设有第二轮毂电机，第二轮毂电机与移动横杆相接触，纵向支撑板之间设有中间板，中间板上设有滑轮，滑轮与移动横杆的下部相接触，纵向支撑板下端部设有卷扬机构。

前述的适用大面积娱乐性采摘的莲蓬采摘装置中，所述的卷扬机构包括设置在纵向支撑板一侧的步进电机，步进电机的伸长端上设有卷筒轴，卷筒轴的一端经轴承与纵向支撑板相连接，卷筒轴上设有卷筒，卷筒上绕有钢索。

前述的适用大面积娱乐性采摘的莲蓬采摘装置中，所述的第二刀杆的摆动角度在0-60度之间，刀片开合距离在0-224mm之间。

实现前述的一种适用大面积娱乐性采摘的莲蓬采摘装置的采摘方法，具体步骤如下：

S1：机构的运行通过遥控器进行遥控，遥控器发出信号给控制柜，控制柜接收到遥控器发出的信号，控制柜作出相应动作，驱动横向移动机构和纵向移动机构运行；

S2：在横向移动机构，控制柜控制第一轮毂电机转动，同时导轮在框架上滚动，使得末端执行器沿着框架的横杆来回移动；在纵向移动机构，控制柜控制第二轮毂电机转动，滑轮在移动横杆上滚动，实现末端执行器沿着移动横杆来回移动；

S3：当末端执行器通过横向移动机构和纵向移动机构定位到所要采摘莲蓬的上方，遥控器再次给控制柜信号，控制柜驱动卷扬机构中的步进电机工作，卷筒轴转动，卷筒上的钢索向下放线，紧接着末端执行器中的电机运行，带动两个刀杆摆动，实现刀片向中心收紧，从而切割下莲蓬，最后通过横向移动机构和纵向移动机构，将末端执行器移动至收集框处，刀片打开，莲蓬落入框内，完成采摘。

与现有技术相比，本发明具有以下的优点：

1、本发明在中，控制柜控制纵向移动机构和横向移动机构运行，横向移动机构沿着框架上端的型材杆移动，纵向移动机构沿着移动横杆位移，末端执行器定位到所要摘取莲蓬的上方，末端执行器启动，向下移动，切割下莲蓬，最后通过横向移动机构和纵向移动机构，将末端执行器移动至收集框处，刀片打开，莲蓬落入框内，完成采摘；通过在多个方向设置移动机构，带动切割刀具移动，扩大莲蓬的采摘面积，游客在操作时不仅能够体验到农作的乐趣，而且帮助农户采摘莲蓬。

2、所述的第二刀杆的的摆动角度在0-60度之间，刀片开合距离在0-224mm之间，适用于不同规格莲蓬的采摘，提高使用的灵活性。

3、所述的卷扬机构包括设置在纵向支撑板一侧的步进电机，步进电机的伸长端上设有卷筒轴，卷筒轴的一端经轴承与纵向支撑板相连接，卷筒轴上设有卷筒，卷筒上绕有钢索，由于生长速度的不同，莲蓬所在的高度不同，步进电机带动卷筒转动，使得钢索收放线，切割到不同高度的莲蓬，操作简单，方便快捷。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为横向移动机构的示意图；

图3为第一轮毂电机的示意图；

图4为纵向移动机构的示意图；

图5为卷扬机构的示意图；

图6为末端执行器的示意图；

图7为遥控器的示意图。

附图中的标记说明：1-框架，2-移动横杆，3-纵向移动机构，4-横向移动机构，6-末端执行器，7-卷扬机构，61-电机罩，62-电机安装板，63-螺母连接板，64-移动螺母，65-丝杠电机，66-长轴套，67-下固定板，68-第一刀杆，69-第二刀杆，610-长螺钉，611-刀片，41-竖直支撑板，42-横杆固定板，43-第一轮毂电机，44-滑轮固定板，45-横向滑轮，46-导轮安装板，47-转动轴承，48-导轮，31-第二轮毂电机，32-纵向支撑板，33-第一安装板，34-中间板，35-随行导轮，36-滑轮，71-卷筒，72-步进电机，73-卷筒轴，74-钢索，21-连接型材，22-第一连接角铝，23-第二连接角铝，91-手柄一，92-按钮一，93-按钮二，94-手柄二。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，但不作为对本发明限制的依据。

实施例：一种适用大面积娱乐性采摘的莲蓬采摘装置，如图1所示，包括框架1，所述的框架1上部两侧设有横向移动机构4，横向移动机构4上设有移动横杆2，移动横杆2上设有纵向移动机构3，纵向移动机构3的下端部设有末端执行器6，所述的末端执行器6包括与纵向移动机构3下端相连接的电机罩61，电机罩61的底部设有电机安装板62，电机安装板62上设有丝杠电机65，电机安装板62下方设有下固定板67，下固定板67上设有多根长螺钉610，电机安装板62经长螺钉610与下固定板67相连接，长螺钉610上套有长轴套66，丝杠电机65的伸出端经轴承与下固定板67相连接，丝杠电机65的伸出端上设有移动螺母64，如图6所示，移动螺母64上设有螺母连接板63，螺母连接板63的四周铰接有第一刀杆68，第一刀杆68的端部铰接有第二刀杆69，第二刀杆69的端部经下固定板67设有刀片611，所述的第二刀杆69的摆动角度在0-60度之间，刀片611开合距离在0-224mm之间，适用于不同规格莲蓬的采摘，提高使用的灵活性；所述的框架1内侧设有收集框5，框架1的外侧设有控制柜8，控制柜8经线路与横向移动机构4、纵向移动机构3以及末端执行器6相连接，控制柜内设有步进电机驱动器和直流无刷电机驱动器，无线信号接收板，PLC控制板以及继电器；遥控器包括外壳95，如图7所示，外壳95上设有按钮一92、按钮二93、手柄一91以及手柄二94。

所述的横向移动机构4包括设置在框架1上端两侧的导轮安装板46，如图2和3所示，导轮安装板46上设有竖直支撑板41，竖直支撑板41的上端设有横杆固定板42，竖直支撑板41之间设有第一轮毂电机43，竖直支撑板41之间设有滑轮固定板44，滑轮固定板44的下部设有横向滑轮45，横向滑轮45与框架1的上部相接触；所述的导轮安装板46上经定轴设有转动轴承47，转动轴承47上设有导轮48，导轮48与框架1相接触。第一轮毂电机进行转动，同时带动导轮和横向滑轮在框架上滚动，实现刀具沿着框架上端型材杆的来回移动。移动横杆设置在横杆固定板上，移动横杆由连接型材21、第一连接角铝22、第二连接角铝23形成，第一连接角铝22和第二连接角铝23通过螺栓安装在横杆固定板上。

所述的纵向移动机构3包括设置移动横杆2两侧的纵向支撑板32，如图4所示，纵向支撑板32的内侧设有第一安装板33，第一安装板33上设有随行导轮35，随行导轮35与移动横杆2的侧部相接触，纵向支撑板32的上端设有第二轮毂电机31，第二轮毂电机31与移动横杆2相接触，纵向支撑板32之间设有中间板34，中间板34上设有滑轮36，滑轮36与移动横杆2的下部相接触，纵向支撑板32下端部设有卷扬机构7。第二轮毂电机转动，同时滑轮在移动横杆上滚动，带动有纵向支撑板以及第一安装板构成的支座移动，实现刀具沿着移动横杆反向的往复移动。所述的卷扬机构7包括设置在纵向支撑板32一侧的步进电机72，如图5所示，步进电机72的伸长端上设有卷筒轴73，卷筒轴73的一端经轴承与纵向支撑板32相连接，卷筒轴73上设有卷筒71，卷筒71上绕有钢索74。步进电机带动卷筒转动，使得钢索收放线，切割到不同高度的莲蓬，操作简单，方便快捷。

实现所述的一种适用大面积娱乐性采摘的莲蓬采摘装置的采摘方法，具体步骤如下：S1：机构的运行通过遥控器进行遥控，按下遥控器按钮一92，信号通过遥控器的控制板发出，被控制柜8中的无线控制接收板接受，PLC开始为期五分钟的计时，计时内PLC可向各电机发出信号；在计时期间，按下按钮二，装置停止运作；控制柜作出相应动作，驱动横向移动机构和纵向移动机构运行；S2：手柄一向前推动，无线信号接收板收到信号并向PLC对应信号输入端输入信号，PLC控制驱动器驱动纵向移动机构3中的轮毂电机正转，带动纵向移动机构3、卷扬机构7以及末端执行器6向前运动；手柄一向后推动，纵向移动机构3中的轮毂电机反转，带动纵向移动机构3、卷扬机构7以及末端执行器6向后运动；手柄一91向左推动，无线信号接收收到信号并向PLC对应信号输入端输入信号，PLC控制继电器对直流无刷电机驱动器发出信号，驱动器驱动横向移动机构4内的第一轮毂电机43同步正转，带动横向移动机构4、移动横杆2、纵向移动机构3、卷扬机构7、末端执行器6向左运动；手柄一91向右推动，横向移动机构4内的第一轮毂电机43同步反转，带动横向移动机构4、移动横杆2、纵向移动机构3、卷扬机构7、末端执行器6向右运动；S3：当末端执行器通过横向移动机构和纵向移动机构定位到所要采摘莲蓬的上方，手柄二94向前推动，无线信号接收板收到信号并向PLC对应信号输入端输入信号，PLC控制步进电机驱动器驱动卷扬机构7内的步进电机正转，带动卷筒卷扬钢索，带动末端执行器6向上运动；手柄二94向后推动，PLC控制步进电机驱动器驱动卷扬机构7内的步进电机反转，带动卷筒卷扬钢索，带动末端执行器6向下运动；控制柜驱动卷扬机构中的步进电机工作，卷筒轴转动，卷筒上的钢索向下放线，紧接着末端执行器中的电机运行，带动两个刀杆摆动，实现刀片向中心收紧，从而切割下莲蓬，控制流程为：手柄二94向左运动，无线信号接收板收到信号并向PLC对应信号输入端输入信号，PLC控制步进电机驱动器驱动末端执行器6中的丝杆电机65正转，丝杆电机65转动带动连接于螺母64的刀杆连接板下移，带动刀杆一68、刀杆二69张开，带动刀片分离；手柄二94向右运动，PLC控制步进电机驱动器驱动末端执行器6中的丝杆电机65反转，丝杆电机65转动带动连接于螺母64的刀杆连接板上移，带动刀杆一68、刀杆二69收拢，带动刀片611闭合，最后通过横向移动机构和纵向移动机构，将末端执行器移动至收集框处，刀片打开，莲蓬落入框内，完成采摘。

实施例2，在卷扬机构内设有距离传感器和行程传感器，在框架上设有摄像头，与原来的控制部件相连接，实现自动采摘，具体步骤如下：1、将所述的移动横杆2移动至最左端位置，纵向移动机构3移动至后端位置，使装置处于初始状态；长按按钮一92，信号通过遥控器的控制板发出，被控制柜8中的无线控制接收板接收并向PLC发出信号，PLC切换程序；2、PLC切换程序后，开始对各电机驱动板发出信号，以横向移动机构4移动向右移动1m一次,纵向移动机构3向前1m移动三次后返回的扫掠方式，使用固定于纵向移动机构3的工业相机对设计所规定的3m*15m采摘范围拍摄64张照片，通过工业相机连线传回电脑，而后横向移动机构4、纵向移动机构3返回初始位置；3、电脑对图片进行预处理、基于PCA的特征提取及特征降维后，使用基于K-means的目标识别算法对处理后的图片进行处理，得出莲蓬的三维坐标；4、电脑得到三维坐标后，通过连线对PLC进行控制，通过控制PLC输出脉冲点数量的方法控制电机行程，以横向移动机构4，纵向移动机构3到卷扬机构7的顺序驱动各电机到达指定坐标，末端执行器6收紧后进行采摘，采摘完成后，装置以横向移动机构4，纵向移动机构3到卷扬机构7的顺序驱动各电机到达设定的收集框5坐标，末端执行器6放开将莲蓬投入收集框5内。

Claims (6)

1.一种适用大面积娱乐性采摘的莲蓬采摘装置，包括框架（1），其特征在于：所述的框架（1）上部两侧设有横向移动机构（4），横向移动机构（4）上设有移动横杆（2），移动横杆（2）上设有纵向移动机构（3），纵向移动机构（3）的下端部设有末端执行器（6），所述的末端执行器（6）包括与纵向移动机构（3）下端相连接的电机罩（61），电机罩（61）的底部设有电机安装板（62），电机安装板（62）上设有丝杠电机（65），电机安装板（62）下方设有下固定板（67），下固定板（67）上设有多根长螺钉（610），电机安装板（62）经长螺钉（610）与下固定板（67）相连接，长螺钉（610）上套有长轴套（66），丝杠电机（65）的伸出端经轴承与下固定板（67）相连接，丝杠电机（65）的伸出端上设有移动螺母（64），移动螺母（64）上设有螺母连接板（63），螺母连接板（63）的四周铰接有第一刀杆（68），第一刀杆（68）的端部铰接有第二刀杆（69），第二刀杆（69）的端部经下固定板（67）设有刀片（611）；所述的框架（1）内侧设有收集框（5），框架（1）的外侧设有控制柜（8），控制柜（8）经线路与横向移动机构（4）、纵向移动机构（3）以及末端执行器（6）相连接。

2.根据权利要求1所述的适用大面积娱乐性采摘的莲蓬采摘装置，其特征在于：所述的横向移动机构（4）包括设置在框架（1）上端两侧的导轮安装板（46），导轮安装板（46）上设有竖直支撑板（41），竖直支撑板（41）的上端设有横杆固定板（42），竖直支撑板（41）之间设有第一轮毂电机（43），竖直支撑板（41）之间设有滑轮固定板（44），滑轮固定板（44）的下部设有横向滑轮（45），横向滑轮（45）与框架（1）的上部相接触；所述的导轮安装板（46）上经定轴设有转动轴承（47），转动轴承（47）上设有导轮（48），导轮（48）与框架（1）相接触。

3.根据权利要求1所述的适用大面积娱乐性采摘的莲蓬采摘装置，其特征在于：所述的纵向移动机构（3）包括设置移动横杆（2）两侧的纵向支撑板（32），纵向支撑板（32）的内侧设有第一安装板（33），第一安装板（33）上设有随行导轮（35），随行导轮（35）与移动横杆（2）的侧部相接触，纵向支撑板（32）的上端设有第二轮毂电机（31），第二轮毂电机（31）与移动横杆（2）相接触，纵向支撑板（32）之间设有中间板（34），中间板（34）上设有滑轮（36），滑轮（36）与移动横杆（2）的下部相接触，纵向支撑板（32）下端部设有卷扬机构（7）。

4.根据权利要求3所述的适用大面积娱乐性采摘的莲蓬采摘装置，其特征在于：所述的卷扬机构（7）包括设置在纵向支撑板（32）一侧的步进电机（72），步进电机（72）的伸长端上设有卷筒轴（73），卷筒轴（73）的一端经轴承与纵向支撑板（32）相连接，卷筒轴（73）上设有卷筒（71），卷筒（71）上绕有钢索（74）。

5.根据权利要求1所述的适用大面积娱乐性采摘的莲蓬采摘装置，其特征在于：所述的第二刀杆（69）的摆动角度在0-60度之间，刀片（611）开合距离在0-224mm之间。

6.实现权利要求1所述的一种适用大面积娱乐性采摘的莲蓬采摘装置的采摘方法，其特征在于：具体步骤如下：

S1：机构的运行通过遥控器进行遥控，遥控器发出信号给控制柜，控制柜接收到遥控器发出的信号，控制柜作出相应动作，驱动横向移动机构和纵向移动机构运行；

S2：在横向移动机构，控制柜控制第一轮毂电机转动，同时导轮在框架上滚动，使得末端执行器沿着框架的横杆来回移动；在纵向移动机构，控制柜控制第二轮毂电机转动，滑轮在移动横杆上滚动，实现末端执行器沿着移动横杆来回移动；

S3：当末端执行器通过横向移动机构和纵向移动机构定位到所要采摘莲蓬的上方，遥控器再次给控制柜信号，控制柜驱动卷扬机构中的步进电机工作，卷筒轴转动，卷筒上的钢索向下放线，紧接着末端执行器中的电机运行，带动两个刀杆摆动，实现刀片向中心收紧，从而切割下莲蓬，最后通过横向移动机构和纵向移动机构，将末端执行器移动至收集框处，刀片打开，莲蓬落入框内，完成采摘。

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