CN114128492B - 一种利用形状记忆合金受热变形原理驱动的伸缩杆松塔采摘装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用形状记忆合金受热变形原理驱动的伸缩杆松塔采摘装置，涉及大高度果实采摘的技术领域，解决了松果采摘过程危险性高，采摘难度大，林区树木茂密，林木间距小，辅助采摘的技术手段无法使用的问题，包括：箱体、伸缩杆、挂钩和手爪，伸缩杆包括：形状记忆合金丝、滑轮和杆件，通过形状记忆合金丝和滑轮组成滑轮组，形状记忆合金丝和杆件连接，利用形状记忆合金丝通电受热收缩的功能，实现伸缩杆的伸缩，通过手爪抓紧树干，通过挂钩抓紧树枝，摇动伸缩杆使松果落下，完成采摘，采用滑轮组结构，相比于传统的气动、液压式采摘装置，大大减轻了装置的整体质量，且降低了其结构的复杂性，适用于林间距离小的环境。

Description

一种利用形状记忆合金受热变形原理驱动的伸缩杆松塔采摘 装置

技术领域

本发明涉及大高度果实采摘的技术领域，尤其涉及一种利用形状记忆合金受热变形原理驱动的伸缩杆松塔采摘装置。

背景技术

松果是松柏目松科植物的果实，果实成熟后内部的种子即为松子。松果样子像峰塔。长约6到10厘米，宽约3厘米。具有很高的食用和药用价值，为此人们会采摘松果加以利用。

松塔的提取物种类较多，主要有多糖、多酚、萜类、黄酮等化合物，其中多糖化合物因其具有多种活性价值而被广泛研究。

研究发现，松塔多糖具有抗肿瘤、抗菌、抗病毒等多种生物活性，根据其溶解特性，水提醇沉法是提取松塔多糖化合物最主要的方法之一，有时还配合有超声波辅助提取法，近年来还出现了膜分离法提取多糖。为得到纯化的多糖，一般还要对粗多糖进行脱蛋白脱色处理，多用TCA法、酶法等脱去粗多糖中的蛋白质，再用大孔树脂吸附法、过氧化氢法、活性炭吸附法对粗多糖脱色。从而得到松塔多糖化合物。

但一般需要三十年左右的红松才能得到松塔，此时红松高度约为二十米左右，而松塔长在红松的顶端，对采摘造成了极大的不便，现有的采摘多为人工采摘，即，通过人工爬到二十米高的树上，用杆子将松塔打下来。此过程有极大的危险性，采摘过程中，工人极有可能从树上摔下，造成受伤。

现阶段虽有一些技术手段来辅助采摘，但大多均只能在林木间距较大的林区使用，而红松的生长条件多为东北野生林区，树木茂密，林木间距小。

发明内容

针对上述产生的松果采摘过程危险性高，采摘难度大，林区树木茂密，林木间距小，辅助采摘的技术手段无法使用的问题，本发明的目的在于提供一种利用形状记忆合金受热变形原理驱动的伸缩杆松塔采摘装置。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种利用形状记忆合金受热变形原理驱动的伸缩杆松塔采摘装置，其中，包括：箱体1、伸缩杆2、挂钩201和手爪3，所述伸缩杆2设于箱体1的中上部，伸缩杆2的一端和箱体1的上部连接，伸缩杆2的另一端上安装有所述挂钩201，伸缩杆2可操作地向箱体1外侧延伸，所述手爪3安装在箱体1的下部，所述手爪3用于抓取树干；

所述伸缩杆2包括：两根形状记忆合金丝202、多个滑轮203和多个规格不同的呈筒状的杆件，每一个杆件的上端内壁处均安装有两个相正对设置的所述滑轮203，每一个杆件的底端均安装有两个相正对设置的所述滑轮203，每一个规格较小的杆件置于一个规格较大的杆件内，每一个规格较小的杆件可操作地在一个规格较大的杆件内滑动，位于最外侧的杆件的底端和所述箱体1连接，位于最内侧的杆件的上端安装有所述挂钩201，两根所述形状记忆合金丝202对称设置，每一根所述形状记忆合金丝202缠绕在位于伸缩杆2同一侧的多个所述滑轮上，每一根所述形状记忆合金丝202的一端和位于最内侧的杆件的底端连接，每一根所述形状记忆合金丝202的另一端和箱体1内的电源装置连接。

上述的利用形状记忆合金受热变形原理驱动的伸缩杆松塔采摘装置，其中，还包括：钢丝绳204和第一驱动装置，所述第一驱动装置安装在所述箱体1内，钢丝绳204的一端和位于最内侧的杆件的底端连接，钢丝绳204的另一端和第一驱动装置的转动端连接，通过转动第一驱动装置的转动端实现钢丝绳204的缠绕收紧。

上述的利用形状记忆合金受热变形原理驱动的伸缩杆松塔采摘装置，其中，每一个所述杆件的底端均设有连接装置205，所述连接装置205用于防止所述规格较小的杆件从所述规格较大的杆件内滑出和防止所述规格较小的杆件与电机发生碰撞。

上述的利用形状记忆合金受热变形原理驱动的伸缩杆松塔采摘装置，其中，第二驱动装置和滑块301，所述第二驱动装置安装在所述箱体1内，第二驱动装置和所述手爪3通过滑块301连接。

上述的利用形状记忆合金受热变形原理驱动的伸缩杆松塔采摘装置，其中，所述手爪3包括：多个指爪，每个所述指爪和所述滑块301转动连接。

上述的利用形状记忆合金受热变形原理驱动的伸缩杆松塔采摘装置，其中，每个所述指爪包括：连接块302和指尖部303，连接块302的一端和滑块301转动连接，连接块302的另一端和指尖部303转动连接，每一个所述连接块302均设于所述箱体1内，所述指尖部303上设有通孔5。

上述的利用形状记忆合金受热变形原理驱动的伸缩杆松塔采摘装置，其中，还包括：多个销钉4，所述销钉4和所述通孔5相匹配，每一个所述指尖部303和所述箱体1通过一个所述销钉4转动连接。

上述的利用形状记忆合金受热变形原理驱动的伸缩杆松塔采摘装置，其中，多个所述连接块302和所述滑块301通过一个所述销钉4转动连接。

上述的利用形状记忆合金受热变形原理驱动的伸缩杆松塔采摘装置，其中，每一个所述连接块302和一个所述指尖部303通过一个所述销钉4转动连接。

上述的利用形状记忆合金受热变形原理驱动的伸缩杆松塔采摘装置，其中，所述第一驱动装置和所述第二驱动装置均为电机。

本发明由于采用了上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：

(1)本发明通过形状记忆合金变形驱动滑轮举升，将伸缩杆伸长，升至二十米的高度，顶部设置一个用于抓住树枝的挂钩，从而带动树枝上下摇动，将松塔打落，进而在完成目标任务的情况下，尽可能地保护采摘工人的生命健康；

(2)本发明中，通过形状记忆合金丝受热变形拉紧滑轮，从而举升伸缩杆，完成对不同高度需求的举升；

(3)本发明中，通过改变手爪的张开和闭合，可以适应不同程度粗细的树干；

(4)本发明中，顶端杆件的上方设置一挂钩，当伸缩杆伸至合适高度时，挂钩挂住树枝，通过震动将松塔打下；

(5)本发明中，在每个伸缩杆的上下两端设置有连接装置，以防止过度伸长和过度降低，使顶部杆件顶端移动七倍与初始状态的距离，从而对伸缩杆的伸长进行有效的驱动；

(6)本发明中，采用滑轮组结构，相比于传统的气动、液压式采摘装置，大大减轻了装置的整体质量，且降低了其结构的复杂性，该装置较小的质量和体积更加有利于在原始森林，林间距离小的环境中使用，相对于传统的吊车吊臂的伸缩，采取的滑轮绕线方式又与之不同，能很好的适应小型化的设备。

附图说明

图1是本发明的一种利用形状记忆合金受热变形原理驱动的伸缩杆松塔采摘装置的结构示意图。

图2是本发明的一种利用形状记忆合金受热变形原理驱动的伸缩杆松塔采摘装置的剖视图。

图3是本发明的一种利用形状记忆合金受热变形原理驱动的伸缩杆松塔采摘装置的手爪的结构示意图。

图4是本发明的一种利用形状记忆合金受热变形原理驱动的伸缩杆松塔采摘装置的杆件的结构示意图。

图5是本发明的一种利用形状记忆合金受热变形原理驱动的伸缩杆松塔采摘装置的滑轮缠绕的结构示意图。

图6是本发明的一种利用形状记忆合金受热变形原理驱动的伸缩杆松塔采摘装置的伸缩杆端部的局部放大图。

附图中：1、箱体；2、伸缩杆；201、挂钩；202、形状记忆合金丝；203、滑轮；204、钢丝绳；205、连接装置；3、手爪；301、滑块；302、连接块；303、指尖部；4、销钉；5、通孔。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

请参照图1至图6所示，示出了一种利用形状记忆合金受热变形原理驱动的伸缩杆松塔采摘装置，其中，包括：箱体1、伸缩杆2、挂钩201和手爪3，伸缩杆2设于箱体1的中上部，伸缩杆2的一端和箱体1的上部连接，伸缩杆2的另一端上安装有挂钩201，伸缩杆2可操作地向箱体1外侧延伸，手爪3安装在箱体1的下部，手爪3用于抓取树干；

伸缩杆2包括：两根形状记忆合金丝202、多个滑轮203和多个规格不同的呈筒状的杆件，每一个杆件的上端内壁处均安装有两个相正对设置的滑轮203，每一个杆件的底端均安装有两个相正对设置的滑轮203，每一个规格较小的杆件置于一个规格较大的杆件内，每一个规格较小的杆件可操作地在一个规格较大的杆件内滑动，位于最外侧的杆件的底端和箱体1连接，位于最内侧的杆件的上端安装有挂钩201，两根形状记忆合金丝202对称设置，每一根形状记忆合金丝202缠绕在位于伸缩杆2同一侧的多个滑轮上，每一根形状记忆合金丝202的一端和位于最内侧的杆件的底端连接，每一根形状记忆合金丝202的另一端和箱体1内的电源装置连接。

进一步，在一种较佳实施例中，还包括：钢丝绳204和第一驱动装置，第一驱动装置安装在箱体1内，钢丝绳204的一端和位于最内侧的杆件的底端连接，钢丝绳204的另一端和第一驱动装置的转动端连接，通过转动第一驱动装置的转动端实现钢丝绳204的缠绕收紧。

进一步，在一种较佳实施例中，每一个杆件的底端均设有连接装置205，连接装置205用于防止规格较小的杆件从规格较大的杆件内滑出和防止规格较小的杆件与电机发生碰撞。

进一步，在一种较佳实施例中，第二驱动装置和滑块301，第二驱动装置安装在箱体1内，第二驱动装置和手爪3通过滑块301连接。

进一步，在一种较佳实施例中，手爪3包括：多个指爪，每个指爪和滑块301转动连接。

进一步，在一种较佳实施例中，每个指爪包括：连接块302和指尖部303，连接块302的一端和滑块301转动连接，连接块302的另一端和指尖部303转动连接，每一个连接块302均设于箱体1内，指尖部303上设有通孔5。

进一步，在一种较佳实施例中，还包括：多个销钉4，销钉4和通孔5相匹配，每一个指尖部303和箱体1通过一个销钉4转动连接。

进一步，在一种较佳实施例中，多个连接块302和滑块301通过一个销钉4转动连接。

进一步，在一种较佳实施例中，每一个连接块302和一个指尖部303通过一个销钉4转动连接。

进一步，在一种较佳实施例中，第一驱动装置和第二驱动装置均为电机。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围。

本发明在上述基础上还具有如下实施方式：

本发明的进一步实施例中，通过形状记忆合金变形驱动滑轮203举升。将伸缩杆2伸长，升至二十米的高度，顶部设置一挂钩201，抓住树枝，从而带动树枝上下摇动，将松塔打落，进而在完成目标任务的情况下，尽可能地保护采摘工人的生命健康。

本发明的进一步实施例中，一种利用形状记忆合金受热变形原理驱动的伸缩杆2松塔采摘装置，包括箱体1、滑轮203、伸缩杆2及挂钩201、形状记忆合金丝202以及手爪3。其中挂钩201放置在最顶端的杆件上，以便于在钩住树枝的同时得到最大的举升效果。形状记忆合金丝202一端固连在最顶端的杆件的下方，一端固连在电机上。手爪3设置在伸缩杆2的下方，其目的是，通过电机驱动，控制手爪3的张开和闭合，手爪3闭合时，将手爪3卡在树干上，从而将箱体1固定在树干上。收缩钢丝绳204一端固连在最顶端的杆件的下方，一端固连在电机上。

本发明的进一步实施例中，滑轮203的目的是通过形状记忆合金丝202受热变形拉紧滑轮203，从而举升伸缩杆2，完成对不同高度需求的举升。

本发明的进一步实施例中，通过改变手爪3的张开和闭合，可以适应不同程度粗细的树干。

本发明的进一步实施例中，顶端杆件的上方设置一挂钩，当伸缩杆2伸至合适高度时，挂钩挂住树枝，通过震动将松塔打下。

本发明的进一步实施例中，在每个伸缩杆2的上下两端设置有连接装置205，以防止过度伸长和过度降低，使顶部杆件顶端移动七倍与初始状态的距离，从而对伸缩杆2的伸长进行有效的驱动。

本发明的进一步实施例中，由于滑轮203本身的特点，相比于传统的气动、液压式采摘装置，大大减轻了装置的整体质量，且降低了其结构的复杂性。该装置较小的质量和体积更加有利于在原始森林，林间距离小的环境中使用，相对于传统的吊车吊臂的伸缩，本发明采取的滑轮203绕线方式又与之不同，本发明能很好的适应小型化的设备。

本发明的进一步实施例中，具体使用时，需先将位于伸缩杆2下方的手爪3夹紧，将箱体1固定在树干上，而后将伸缩杆2升起至目标高度，并用挂钩钩住树枝，上下震动，使松塔掉下，从而完成采摘任务。

本发明的进一步实施例中，伸缩杆2的伸长由形状记忆合金丝202驱动，伸长时将电源通电，正极接形状记忆合金丝202，负极接通导轨，由于导轨为金属材质，正负极构成闭合回路，形状记忆合金受热变形，长度减小，又由于形状记忆合金丝202起始端固定，即相当于形状记忆合金丝202收缩，从而将滑轮203举升，完成上升任务。滑轮203分别布置在每个伸缩杆2杆件的顶端和下部。当前一伸缩杆2伸至最高时，连接装置205会防止过度伸长。收缩时，收缩钢丝绳204固连在顶端杆件的下方，通过下方的电机收紧绳索，将杆件收缩回箱体1内部。

本发明的进一步实施例中，手爪3各个部件之间通过销钉4连接，手爪3通过通孔5经过销钉4和箱体1连接。手爪3夹紧时，直线电机驱动滑块301向手爪3内测运动，从而通过连接块302将销钉4推向手爪3的两侧，由于手爪3通过通孔5和箱体1连接，即，以通孔5为杠杆的支点，整个系统构成一杠杆原理系统，将手爪3夹紧，反之，手爪3放松。

本发明的进一步实施例中，在每个伸缩杆2的下方内外两侧都设置有连接装置205，在防止上升过程中过度上升导致杆件滑出轨道的同时，也防止在下降过程中，前一杆件过度下滑，碰撞下方电机的情况。

本发明的进一步实施例中，每个滑轮203上卷绕着两圈形状记忆合金丝202，形状记忆合金受热变形时，拉紧滑轮203，从而举升整个装置。

本发明的进一步实施例中，手爪3安装在箱体1的下部，手爪3的连接块302和销钉4均置于箱体1的内部，手爪3的指尖部303通过销钉4和箱体1连接，指尖部303能够绕销钉4转动，同时，多个连接块302的端部均与滑块301连接，滑块301和直线电机连接，多个连接块302在俯视方向呈一夹角，当直线电机推动滑块301向手爪3方向移动时，多个连接块302在俯视方向的夹角变大直至接近180度，从而导致与连接块302端部连接的指尖部303旋转，多个指尖部303绕与其连接的销钉4旋转，多个指尖部303向中间收束，直至抓紧树木的主干部。

本发明的进一步实施例中，手爪3安装在箱体1的下部，手爪3的连接块302和销钉4均置于箱体1的内部，手爪3的指尖部303通过销钉4和箱体1连接，指尖部303能够绕销钉4转动，同时，多个连接块302的端部均与滑块301连接，滑块301和直线电机连接，多个连接块302在俯视方向呈一夹角，当直线电机拉动滑块301向箱体1内部方向移动时，多个连接块302在俯视方向的夹角变小，从而导致与连接块302端部连接的指尖部303旋转，多个指尖部303绕与其连接的销钉4旋转，多个指尖部303向外侧转动，手爪3张开，从树木的主干部脱离。

本发明的进一步实施例中，形状记忆合金丝202和多个滑轮组成滑轮组，伸缩杆2通过左右对称的两个滑轮组进行驱动，实现伸缩杆2的伸缩功能，箱体1内部的电源装置给形状记忆合金丝202通电，缠绕在形状记忆合金丝收缩，形状记忆合金丝202的一端和位于最内侧的杆件的底端连接，形状记忆合金丝202的另一端和箱体1内的电源装置连接，与电源装置连接的形状记忆合金丝202的端部无法发生移动，通过滑轮作用改变力的方向，致使最内侧的杆件向箱体1外侧伸出，每个杆件的底部安装有连接装置205，通过连接装置205带动规格较大的杆件依次向箱体1外侧伸出，直至达到指定的高度，最内侧的杆件的端部安装有挂钩201，将挂钩201挂在枝干上，摇动伸缩杆2可以带动枝干摇晃，将果实摇落至树下。

本发明的进一步实施例中，伸缩杆2的伸长过程中，与最内侧的杆件的底端连接的钢丝绳204伸展，第一驱动装置的转动端转动，钢丝绳204的端部随最内侧的杆件一同到达指定的高度。

本发明的进一步实施例中，箱体1内部的电源装置给形状记忆合金丝202断电，缠绕在形状记忆合金丝恢复原长，电源装置给第一驱动装置通电，第一驱动装置的转动端转动，对钢丝绳204进行收束，钢丝绳204的端部拉动最内侧的杆件向下收束，位于最外侧的杆件回收至箱体1内，相比于最外侧的杆件，规格较小的杆件依次收束至箱体1内，直至最内侧的杆件收束至箱体1内，电源装置给第一驱动装置断电。

本发明的进一步实施例中，每一个杆件的内壁设有滑道，每一个较小规格的杆件的连接装置205安装在与其相连的较大规格的杆件的滑道内，较小规格的杆件的连接装置205可以在较大规格的杆件的滑道内滑动，滑道的两端设有限位结构，保证较小规格的杆件的连接装置205不能从较大规格的杆件的滑道内滑出，避免较小规格的杆件脱落或者对箱体1内的其他结构造成碰撞，如电机和电源装置。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种利用形状记忆合金受热变形原理驱动的伸缩杆松塔采摘装置，其特征在于，包括：箱体(1)、伸缩杆(2)、挂钩(201)和手爪(3)、钢丝绳(204)和第一驱动装置，所述伸缩杆(2)设于箱体(1)的中上部，伸缩杆(2)的一端和箱体(1)的上部连接，伸缩杆(2)的另一端上安装有所述挂钩(201)，伸缩杆(2)可操作地向箱体(1)外侧延伸，所述手爪(3)安装在箱体(1)的下部，所述手爪(3)用于抓取树干；

所述伸缩杆(2)包括：两根形状记忆合金丝(202)、多个滑轮(203)和多个规格不同的呈筒状的杆件，每一个杆件的上端内壁处均安装有两个相正对设置的所述滑轮(203)，每一个杆件的底端均安装有两个相正对设置的所述滑轮(203)，每一个规格较小的杆件置于一个规格较大的杆件内，每一个规格较小的杆件可操作地在一个规格较大的杆件内滑动，位于最外侧的杆件的底端和所述箱体(1)连接，位于最内侧的杆件的上端安装有所述挂钩(201)，两根所述形状记忆合金丝(202)对称设置，每一根所述形状记忆合金丝(202)缠绕在位于伸缩杆(2)同一侧的多个所述滑轮上，每一根所述形状记忆合金丝(202)的一端和位于最内侧的杆件的底端连接，每一根所述形状记忆合金丝(202)的另一端和箱体(1)内的电源装置连接，两根所述形状记忆合金丝(202)通电下受热长度减小，箱体(1)内部的电源装置给形状记忆合金丝(202)通电，与电源装置连接的形状记忆合金丝(202)的端部无法发生移动，通过滑轮作用改变力的方向，致使多个杆件向箱体(1)外侧伸出，实现伸缩杆(2)的伸长功能；

所述第一驱动装置安装在所述箱体(1)内，钢丝绳(204)的一端和位于最内侧的杆件的底端连接，钢丝绳(204)的另一端和第一驱动装置的转动端连接，箱体(1)内部的电源装置给形状记忆合金丝(202)断电，两根所述形状记忆合金丝(202)恢复原长，箱体(1)内部的电源装置给第一驱动装置通电，通过转动第一驱动装置的转动端实现钢丝绳(204)的缠绕收紧，实现伸缩杆(2)的收缩功能。

2.根据权利要求1中所述的利用形状记忆合金受热变形原理驱动的伸缩杆松塔采摘装置，其特征在于，每一个所述杆件的底端均设有连接装置(205)，所述连接装置(205)用于防止所述规格较小的杆件从所述规格较大的杆件内滑出和防止所述规格较小的杆件与电机发生碰撞。

3.根据权利要求2中所述的利用形状记忆合金受热变形原理驱动的伸缩杆松塔采摘装置，其特征在于，还包括：第二驱动装置和滑块(301)，所述第二驱动装置安装在所述箱体(1)内，第二驱动装置和所述手爪(3)通过滑块(301)连接。

4.根据权利要求3中所述的利用形状记忆合金受热变形原理驱动的伸缩杆松塔采摘装置，其特征在于，所述手爪(3)包括：多个指爪，每个所述指爪和所述滑块(301)转动连接。

5.根据权利要求4中所述的利用形状记忆合金受热变形原理驱动的伸缩杆松塔采摘装置，其特征在于，每个所述指爪包括：连接块(302)和指尖部(303)，连接块(302)的一端和滑块(301)转动连接，连接块(302)的另一端和指尖部(303)转动连接，每一个所述连接块(302)均设于所述箱体(1)内，所述指尖部(303)上设有通孔(5)。

6.根据权利要求5中所述的利用形状记忆合金受热变形原理驱动的伸缩杆松塔采摘装置，其特征在于，还包括：多个销钉(4)，所述销钉(4)和所述通孔(5)相匹配，每一个所述指尖部(303)和所述箱体(1)通过一个所述销钉(4)转动连接。

7.根据权利要求6中所述的利用形状记忆合金受热变形原理驱动的伸缩杆松塔采摘装置，其特征在于，多个所述连接块(302)和所述滑块(301)通过一个所述销钉(4)转动连接。

8.根据权利要求6中所述的利用形状记忆合金受热变形原理驱动的伸缩杆松塔采摘装置，其特征在于，每一个所述连接块(302)和一个所述指尖部(303)通过一个所述销钉(4)转动连接。

9.根据权利要求3中所述的利用形状记忆合金受热变形原理驱动的伸缩杆松塔采摘装置，其特征在于，所述第一驱动装置和所述第二驱动装置均为电机。

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