CN114062003B - 基于无人机平台的笼罩式植物采样机械手及其采样方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于无人机平台的笼罩式植物采样机械手及其采样方法。本发明中减速电机的壳体与电机支架固定；底座与电机支架通过弧形连接杆固定；减速电机的输出轴与旋转架通过三爪传动件固定；旋转架与底座构成转动副；n片刀片层叠置于旋转架的圆弧槽内，且n片刀片的一端与底座的n个圆柱孔分别铰接；各刀片的另一端顶面均固定有导向柱，n个导向柱与旋转架的n个径向槽分别构成滑动副；各径向槽的槽底均与旋转架的圆弧槽连通。本发明利用剪切收集机构一个机构以及一个动力便实现无时差地同步完成植物样本采摘和收集动作，总质量轻，能有效延长无人机续航时间；能在被植株缠绕时，保证价值更高的无人机安全飞回；且避免了人工采样的风险。
Description
技术领域
本发明属于植物采样技术领域，具体涉及一种基于无人机平台的笼罩式植物采样机械手及其采样方法。
背景技术
植物取样工作能为我国科研工作者提供植物研究与监测的第一手资源，样本的合理性将直接影响样本的可靠性，进而影响研究的科学性。目前，植物取样工作大多为人工采样，效率低、难度高、危险系数大。植物样本采摘过程复杂繁琐且无新型采样工具，在如海拔高、峭壁多、道路条件差的地区，取样工作难以展开，又具有相当大的危险性。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于无人机平台的笼罩式植物采样机械手及其采样方法，通过一个动力无时差地同步完成植物样本的剪切与收集，而且在剪切收集机构被植物缠绕时能将剪切收集机构分离，回收价值较高的无人机。
本发明基于无人机平台的笼罩式植物采样机械手，包括剪切收集机构、分离器和安装连接件。所述的剪切收集机构包括底座、刀片、旋转架、三爪传动件、弧形连接杆、电机支架和减速电机；所述减速电机的壳体与电机支架固定；弧形连接杆设有至少三根；所述弧形连接杆的两端分别与底座和电机支架固定；三爪传动件设有至少三根，三爪传动件的一端与减速电机的输出轴固定，另一端与旋转架固定；所述的旋转架与底座构成转动副；旋转架开设有圆弧槽和n个径向槽，n≥3；各径向槽的槽底均与圆弧槽连通；底座开设有n个圆柱孔；n片刀片层叠置于旋转架的圆弧槽内，且n片刀片的一端与n个圆柱孔分别通过销铰接；各刀片的另一端顶面均固定有导向柱，n个导向柱与旋转架的n个径向槽分别构成滑动副。
所述的分离器包括亚克力管、活塞缸盖、活塞杆、橡胶活塞、单向阀和气动阀门；所述活塞杆的顶端与安装连接件固定，底端与橡胶活塞固定；所述的亚克力管与活塞缸盖固定，并与橡胶活塞构成滑动副；所述的活塞缸盖与电机支架固定；所述的单向阀与活塞缸盖固定，且单向阀的一端通过活塞缸盖开设的一个通孔与亚克力管和橡胶活塞之间的密闭空间连通；单向阀的开启方向朝向亚克力管和橡胶活塞之间的密闭空间；所述的气动阀门与活塞缸盖固定，且气动阀门的一端通过活塞缸盖开设的另一个通孔与亚克力管和橡胶活塞之间的密闭空间连通。
优选地，所述的刀片倾斜设置。
优选地，每相邻两根弧形连接杆与底座合围成的空间内固定有一片笼罩薄膜。
优选地，所述的底座上固定有限位环，所述限位环的底面与旋转架的顶面接触。
优选地，所述的活塞缸盖与电机支架通过分离器连接柱固定。
优选地，所述的安装连接件包括安装板和吊钩；所述安装板的底面与活塞杆顶端固定，顶面固定有阵列排布的四个吊钩。
该基于无人机平台的笼罩式植物采样机械手的采样方法，具体如下：
S1：打开气动阀门，将橡胶活塞移动至亚克力管的最底部；然后，关闭气动阀门，调节单向阀的开启压力阈值；
S2：将安装连接件安装在无人机下方，启动无人机，将无人机遥控至采样点上方；
S3：减速电机正转，驱动三爪传动件和旋转架旋转；刀片一端与底座的圆柱孔铰接，另一端固定的导向柱在旋转架带动下旋转并在旋转架的径向槽内滑动；所有刀片在旋转架带动下向底座中心聚拢，使所有刀片合围成的空间逐渐缩小直至闭合，完成植物样本剪切，被剪切的植物样本直接由各刀片支撑，被收集在剪切收集机构内；
S4：无人机上升至飞行高度飞回，减速电机反转，所有刀片合围成的空间逐渐增大，从所有刀片合围成的空间内取出采集的植物样本。
本发明具有的有益效果是：
1、本发明利用剪切收集机构一个机构以及一个动力情况下便实现了无时差地同步完成植物样本采摘和收集动作，总体质量较轻，能有效延长无人机的续航时间；
2、本发明的剪切收集机构能够在被植株缠绕时与无人机分离，保证价值更高的无人机能安全飞回；
3、本发明的笼罩式设计能有效避免植株被无人机吹散，提高植物采样的效率；
4、本发明能够利用无人机在人工难以到达的危险区域或极端地理位置采集植物样本，避免了人工采样的风险。
附图说明
图1为本发明的整体结构立体图；
图2为本发明中底座、刀片、旋转架和限位环的装配立体图；
图3为本发明中剪切收集机构的结构立体图；
图4为本发明中分离器的结构立体图；
图5为本发明中安装连接件的结构立体图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，基于无人机平台的笼罩式植物采样机械手，包括剪切收集机构1、分离器2和安装连接件3。如图2和3所示，剪切收集机构1包括底座1-1、刀片1-2、旋转架1-3、三爪传动件1-7、弧形连接杆1-8、电机支架1-9和减速电机1-10；减速电机1-10由控制器控制；减速电机1-10的壳体与电机支架1-9固定；弧形连接杆1-8设有至少三根；弧形连接杆1-8两端分别与底座1-1和电机支架1-9固定；三爪传动件1-7设有至少三根，三爪传动件1-7的一端与减速电机1-10的输出轴固定，另一端与旋转架1-3固定；旋转架1-3与底座1-1构成转动副；旋转架1-3开设有圆弧槽和n个径向槽，n≥3；各径向槽的槽底均与圆弧槽连通；底座1-1开设有n个圆柱孔；n片刀片1-2层叠置于旋转架1-3的圆弧槽内，且n片刀片1-2的一端与n个圆柱孔分别通过销1-4铰接；各刀片1-2的另一端顶面均固定有导向柱1-5，n个导向柱1-5与旋转架1-3的n个径向槽分别构成滑动副。
如图4所示，分离器2包括亚克力管2-1、活塞缸盖2-2、活塞杆2-3、橡胶活塞2-4、单向阀2-5和气动阀门2-6；活塞杆2-3顶端与安装连接件3固定，底端与橡胶活塞2-4固定；亚克力管2-1与活塞缸盖2-2固定，并与橡胶活塞2-4构成滑动副；活塞缸盖2-2与电机支架1-9固定；单向阀2-5与活塞缸盖2-2固定，且单向阀2-5的一端通过活塞缸盖2-2开设的一个通孔与亚克力管2-1和橡胶活塞2-4之间的密闭空间连通；单向阀2-5的开启方向朝向亚克力管2-1和橡胶活塞2-4之间的密闭空间；气动阀门2-6与活塞缸盖2-2固定，且气动阀门2-6的一端通过活塞缸盖2-2开设的另一个通孔与亚克力管2-1和橡胶活塞2-4之间的密闭空间连通。
作为一个优选实施例，刀片1-2倾斜设置。
作为一个优选实施例，如图3所示，每相邻两根弧形连接杆1-8与底座1-1合围成的空间内固定有一片笼罩薄膜1-12。
作为一个优选实施例，如图2所示，底座1-1上固定有限位环1-6，限位环1-6的底面与旋转架1-3的顶面接触。
作为一个优选实施例，如图1和3所示，活塞缸盖2-2与电机支架1-9通过分离器连接柱1-11固定。
作为一个优选实施例，如图5所示，安装连接件3包括安装板3-1和吊钩3-2；安装板3-1底面与活塞杆2-3顶端固定，顶面固定有阵列排布的四个吊钩；吊钩3-2用于与无人机连接。
该基于无人机平台的笼罩式植物采样机械手的采样方法，具体如下：
S1：打开气动阀门2-6，将橡胶活塞2-4移动至亚克力管2-1的最底部；然后，关闭气动阀门2-6，调节单向阀2-5的开启压力阈值(可以结合采样点的气压和温度来设定)；
S2：将安装连接件3安装在无人机下方，启动无人机，将无人机遥控至采样点上方；
S3：减速电机1-10正转，驱动三爪传动件1-7和旋转架1-3旋转；刀片1-2一端与底座1-1的圆柱孔铰接，另一端固定的导向柱1-5在旋转架1-3带动下旋转并在旋转架1-3的径向槽内滑动；所有刀片1-2在旋转架1-3带动下向底座1-1中心聚拢，使所有刀片1-2合围成的空间逐渐缩小直至闭合，完成植物样本剪切，被剪切的植物样本直接由各刀片1-2支撑，被收集在剪切收集机构1内；
S4：无人机上升至飞行高度飞回，减速电机1-10反转，所有刀片1-2合围成的空间逐渐增大，从所有刀片1-2合围成的空间内取出采集的植物样本。
Claims (7)
1.基于无人机平台的笼罩式植物采样机械手，包括剪切收集机构、分离器和安装连接件，其特征在于：所述的剪切收集机构包括底座、刀片、旋转架、三爪传动件、弧形连接杆、电机支架和减速电机；所述减速电机的壳体与电机支架固定；弧形连接杆设有至少三根；所述弧形连接杆的两端分别与底座和电机支架固定；三爪传动件设有至少三根，三爪传动件的一端与减速电机的输出轴固定，另一端与旋转架固定；所述的旋转架与底座构成转动副；旋转架开设有圆弧槽和n个径向槽，n≥3；各径向槽的槽底均与圆弧槽连通；底座开设有n个圆柱孔；n片刀片层叠置于旋转架的圆弧槽内，且n片刀片的一端与n个圆柱孔分别通过销铰接；各刀片的另一端顶面均固定有导向柱，n个导向柱与旋转架的n个径向槽分别构成滑动副；
所述的分离器包括亚克力管、活塞缸盖、活塞杆、橡胶活塞、单向阀和气动阀门；所述活塞杆的顶端与安装连接件固定，底端与橡胶活塞固定；所述的亚克力管与活塞缸盖固定，并与橡胶活塞构成滑动副；所述的活塞缸盖与电机支架固定；所述的单向阀与活塞缸盖固定，且单向阀的一端通过活塞缸盖开设的一个通孔与亚克力管和橡胶活塞之间的密闭空间连通；单向阀的开启方向朝向亚克力管和橡胶活塞之间的密闭空间；所述的气动阀门与活塞缸盖固定，且气动阀门的一端通过活塞缸盖开设的另一个通孔与亚克力管和橡胶活塞之间的密闭空间连通。
2.根据权利要求1所述基于无人机平台的笼罩式植物采样机械手，其特征在于：所述的刀片倾斜设置。
3.根据权利要求1所述基于无人机平台的笼罩式植物采样机械手，其特征在于：每相邻两根弧形连接杆与底座合围成的空间内固定有一片笼罩薄膜。
4.根据权利要求1所述基于无人机平台的笼罩式植物采样机械手，其特征在于：所述的底座上固定有限位环，所述限位环的底面与旋转架的顶面接触。
5.根据权利要求1所述基于无人机平台的笼罩式植物采样机械手，其特征在于：所述的活塞缸盖与电机支架通过分离器连接柱固定。
6.根据权利要求1所述基于无人机平台的笼罩式植物采样机械手，其特征在于：所述的安装连接件包括安装板和吊钩；所述安装板的底面与活塞杆顶端固定，顶面固定有阵列排布的四个吊钩。
7.根据权利要求1至6中任一项所述基于无人机平台的笼罩式植物采样机械手的采样方法，其特征在于：该方法具体如下：
S1：打开气动阀门，将橡胶活塞移动至亚克力管的最底部；然后，关闭气动阀门，调节单向阀的开启压力阈值；
S2：将安装连接件安装在无人机下方，启动无人机，将无人机遥控至采样点上方；
S3：减速电机正转，驱动三爪传动件和旋转架旋转；刀片一端与底座的圆柱孔铰接，另一端固定的导向柱在旋转架带动下旋转并在旋转架的径向槽内滑动；所有刀片在旋转架带动下向底座中心聚拢，使所有刀片合围成的空间逐渐缩小直至闭合，完成植物样本剪切，被剪切的植物样本直接由各刀片支撑，被收集在剪切收集机构内；
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