CN115968648A - 一种沙棘采收装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及沙棘采摘技术领域，尤其涉及一种沙棘采收装置，包括：采集单元，其包括用于固定沙棘枝干的采集头，与所述采集头相连接的振动器，与所述振动器相连接的电动摆轴；传输单元，其包括收集篮，与所述收集篮相连接用于调节收集篮高度及倾斜角的第二伸缩杆；存储单元，其包括若干驱动电机，与各所述驱动电机分别连接用于对进入收集仓的沙棘进行缓冲的支撑网，设置于所述支撑网下方边缘处用于实时获取支撑网所受压力的压力传感器；中控单元，其用于根据所述压力传感器经预设时间后获取的总压力对所述振动器的振动频率进行调节。本发明能够对沙棘果实从枝干脱落后的运动轨迹做出预判，提高沙棘的采集率，减少沙棘果实的损坏率。

Description

一种沙棘采收装置

技术领域

本发明涉及沙棘采摘技术领域，尤其涉及一种沙棘采收装置。

背景技术

沙棘因枝条多刺，植株高大，分叶速度快，枝条茂密而形成郁闭，沙棘浆果直径小，仅有5-7mm，果皮薄，易破碎，果梗短等原因，存在沙棘浆果的采收效率低，劳动强度大，工作环境差，采收成本高等困难。目前沙棘采收主要依靠人工使用手工剪刀剪收沙棘结果枝条，传统沙棘采摘采用人工手持震动设备震落沙棘树上果实，随后在地上铺设果实袋，震落的果实掉入袋中，费时费力，人工手持由于力度不能控制，极易造成震动力度不同引起沙棘果实撞击损伤，不利于采摘。

中国专利CN103733812B公布了一种气吸式沙棘果实采收装置，包括风机、树叶收集罐、果实收集罐、果叶分离装置、采摘装置和连通装置；采摘装置包括机械采摘工作头和吸气头，将果实及树叶采摘后送到采集软管；混合物先经由采集软管进入果叶分离装置内的空心管，再进入果叶分离装置，树叶随气流通过连通软管继续流动至树叶收集罐，实现果实与树叶的分离。该机实现了沙棘果实与树叶在采收时的分离，提高了生产效率。但是，仍然存在沙棘在掉落时出现撞击损伤的问题。

发明内容

为此，本发明提供一种沙棘采收装置，能够解决通过高速振动使沙棘脱落时因离心力较大而使在采收过程中沙棘所受冲击力较大造成沙棘损伤的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种沙棘采收装置，包括：

采集单元，其包括用于固定沙棘枝干的采集头，与所述采集头相连接用于使沙棘枝干高速振动以使沙棘掉落的振动器，以及与振动器相连接用于摇晃沙棘枝干的电动摆轴；

传输单元，其包括用于接收掉落的沙棘的收集篮，以及与所述收集篮相连接用于调节收集篮高度及倾斜角的第二伸缩杆；

存储单元，其包括通过传输管与所述收集篮相连接用于存放沙棘的收集仓，固定于所述收集仓顶部的若干驱动电机，与各所述驱动电机分别连接用于对进入收集仓的沙棘进行缓冲的支撑网，以及设置于所述支撑网下方用于实时获取支撑网所受压力并获取支撑网受到的压力瞬时增量的压力传感器；

分离单元，其包括与所述收集仓相连接用于存放沙棘枝叶的枝叶分离仓，以及设置于所述枝叶分离仓内部用于将沙棘枝叶与沙棘分离的自吸泵；

中控单元，其分别与所述采集单元、所述传输单元、所述存储单元及所述分离单元相连接，用于根据所述压力传感器经预设时间后获取的总压力Fz对所述振动器的振动频率进行调节，根据所述压力传感器经预设时间后再次获取的总压力Fz’判定是否启动所述电动摆轴并获取电动摆轴的摆动角速度绝对值，根据电动摆轴的摆动角速度绝对值对所述第二伸缩杆的倾斜角进行调节。

进一步地，任一所述驱动电机包括：

步进驱动器，其设置于所述收集仓顶部，用于将电脉冲转化为角位移；

转轴，其与所述步进驱动器相连接，用于传递步进驱动器产生的角位移；

滚珠丝杠，其与所述转轴相连接，转轴旋转以使所述滚珠丝杠做回转运动以实现滚珠丝杠的竖向运动；

限位件，其与所述滚珠丝杠相连接，用于对滚珠丝杠的竖向运动范围进行限制；

连接杆，其与所述限位件相连接，用于固定所述支撑网以带动支撑网做竖向运动。

进一步地，所述中控单元根据所述压力传感器经预设时间t0后获取的总压力Fz对振动器的振动频率进行调节，其中，

所述中控单元在第一压力判定条件下将所述振动器的振动频率调节至第一调节振动频率；

所述中控单元在第二压力判定条件下不对所述振动器的振动频率进行调节；

所述中控单元在第三压力判定条件下将所述振动器的振动频率调节至第二调节振动频率；

其中，所述振动器设定初始振动频率为f0，所述振动器在所述采集头完成对沙棘枝干的固定时启动；

其中，所述第一压力判定条件为所述压力传感器经预设时间t0后获取的总压力小于第一预设增重Fz1，所述第二压力判定条件为所述压力传感器经预设时间t0后获取的总压力大于等于第一预设增重Fz1且小于等于第二预设增重Fz2，所述第三压力判定条件为所述压力传感器经预设时间t0后获取的总压力大于第二预设增重Fz2。

进一步地，所述中控单元将所述振动器的振动频率调节至第一调节振动频率f1时再次获取所述压力传感器经预设时间t0后获取的总压力Fz’，中控单元根据总压力Fz’判定是否启动所述电动摆轴以带动所述采集头对沙棘枝干进行摇晃，其中，

所述中控单元在第一预设条件下判定不启动所述电动摆轴；

所述中控单元在第二预设条件下判定启动所述电动摆轴；

所述第一预设条件通过公式（1）确定，

Fz’-Fz≥Fz1×（f1-f0）/f0       （1）；

所述第二预设条件通过公式（2）确定，

Fz’-Fz＜Fz1×（f1-f0）/f0       （2）。

进一步地，所述中控单元判定启动所述电动摆轴时，中控单元根据总压力Fz’获取电动摆轴的摆动角速度绝对值，其中，

所述中控单元在第三预设条件下获取所述电动摆轴的摆动角速度绝对值为第一摆动角速度绝对值；

所述中控单元在第四预设条件下获取所述电动摆轴的摆动角速度绝对值为第二摆动角速度绝对值；

其中，所述第三预设条件为Fz’-Fz≥0.5×Fz，所述第四预设条件为Fz’-Fz＜0.5×Fz；

其中，第一摆动角速度绝对值通过所述第三预设条件与振动频率确定，第二摆动角速度绝对值通过第四预设条件确定。

进一步地，所述第二伸缩杆初始倾斜角为0，所述中控单元根据所述电动摆轴的摆动角速度绝对值对第二伸缩杆的倾斜角进行调节，其中，

所述中控单元在第一角速度判定条件下将所述第二伸缩杆的倾斜角调节至第一倾斜角；

所述中控单元在第二角速度判定条件下将所述第二伸缩杆的倾斜角调节至第二倾斜角；

其中，所述第一角速度判定条件通过公式（3）确定，

ω＜ω0×（1+（Fz2-Fz1）/（Fz1+Fz2））       （3）；

所述第二角速度判定条件通过公式（4）确定，

ω≥ω0×（1+（Fz2-Fz1）/（Fz1+Fz2））       （4）；

其中，所述第二伸缩杆的倾斜方向为向远离所述振动器的一端倾斜，第一倾斜角通过所述电动摆轴的角速度标准值的绝对值与电动摆轴的摆动角速度绝对值的比值的平方确定，第二倾斜角通过电动摆轴的角速度标准值的绝对值与电动摆轴的摆动角速度绝对值的比值确定，ω0为所述电动摆轴的角速度标准值的绝对值。

进一步地，所述压力传感器获取所述支撑网所受的实时总压力Fs，所述中控单元根据支撑网所受的实时总压力Fs判定是否控制各所述驱动电机启动以带动支撑网向下滑动，其中，

所述中控单元在第一压力条件下判定各所述驱动电机维持停止运行状态；

所述中控单元在第二压力条件下判定启动各所述驱动电机；

其中，所述第一压力条件为所述压力传感器获取所述支撑网所受的实时总压力小于Fs0，所述第二压力条件为所述压力传感器获取所述支撑网所受的实时总压力大于等于Fs0，Fs0为所述支撑网的形变量达到支撑网原周长的预设变形量时支撑网所受的外力。

进一步地，所述中控单元判定启动各所述驱动电机时，各驱动电机带动所述支撑网向下滑动，中控单元根据所述压力传感器实时获取的所述支撑网受到的压力瞬时增量△F获取各驱动电机向下滑动的速度，其中，

所述中控单元在第一压力瞬时增量判定条件获取各所述驱动电机向下滑动的速度为第一滑行速度；

所述中控单元在第二压力瞬时增量判定条件获取各所述驱动电机向下滑动的速度为第二滑行速度；

其中，所述第一压力瞬时增量判定条件为△F≤Fs0/t0，所述第二压力瞬时增量判定条件为△F＞Fs0/t0；

其中，第一滑行速度根据所述收集仓的高度确定，第二滑行速度根据所述第二压力瞬时增量判定条件以及收集仓的高度确定。

进一步地，各所述驱动电机向下滑行位移达到所述收集仓的高度H时停止运行，所述中控单元获取所述压力传感器实时获取的所述支撑网所受的实时总压力Fs’，根据支撑网所受的实时总压力Fs’判定是否控制所述振动器及所述电动摆轴停止运行，其中，

所述中控单元在第一重量条件下根据设置于所述收集仓侧壁的红外扫描仪获取的沙棘堆积高度判定是否控制所述振动器及所述电动摆轴停止运行；

所述中控单元在第二重量条件下判定控制所述振动器及所述电动摆轴停止运行；

其中，所述第一重量条件为所述压力传感器实时获取的所述支撑网所受的实时总压力Fs’小于沙棘采收目标重量G0，所述第二重量条件为所述压力传感器实时获取的所述支撑网所受的实时总压力Fs’大于等于沙棘采收目标重量G0。

进一步地，所述红外扫描仪获取沙棘的堆积高度到达预设标准堆积高度时，若所述压力传感器获取的所述支撑网所受的实时总压力Fs’’小于沙棘采收目标重量，所述中控单元根据红外扫描仪获取的沙棘堆积高度及所述支撑网所受的实时总压力Fs’’判定是否控制所述振动器及所述电动摆轴停止运行，其中，

若Fs’’＜α×G0，且沙棘堆积高度h＜0.5×（H+H0），所述中控单元判定所述振动器及所述电动摆轴继续运行；

若Fs’’＜α×G0，且沙棘堆积高度h≥0.5×（H+H0），所述中控单元控制所述振动器及所述电动摆轴停止运行；

若Fs’’≥α×G0，所述中控单元控制所述振动器及所述电动摆轴停止运行；

其中，α为允许重量差值调节系数，H0为预设标准堆积高度。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于，本发明通过设置采集单元对沙棘枝干施加外力以使沙棘果实由相对静止的运动状态转换为相对运动的运动状态的过程中由枝干脱落，免于人工采摘，本发明设置传输单元，能够根据采集单元对沙棘枝干施加的外力对沙棘果实从枝干脱落后的运动轨迹做出预判，提高沙棘的采集率，且能够对果实的冲撞过程起缓冲作用，减少沙棘果实的损坏率，本发明设置有存储单元，能够根据沙棘在支撑网上的堆积量对支撑网的位置进行调节，对沙棘能够起到缓冲作用且能够使收集仓的容纳量随实际情况进行调节，进而实现降低沙棘果实的损伤率，本发明设定当沙棘采收重量达到预设值时停止采集单元的运行，能够避免上方沙棘果实挤压损伤下方沙棘果实，本发明设置分离单元，能够对沙棘果实和枝叶进行分离，减小人工分离果叶的成本。

尤其，各压力传感器获取的总压力的数值大小能够表示在预设时间内沙棘的采集量，当沙棘的采集量较小时，通过提高振动器的振动频率使传递到沙棘枝干的外力增大以提高沙棘的脱落率，当沙棘的采集量过大时，能够判定当前的振动频率较高，沙棘果实脱落后落入收集篮的冲击力较大，且夹带的枝叶量较多，因此降低振动器的振动频率能够减小沙棘果实落入收集篮时的冲击力，且能够减小夹带的枝叶量以提高沙棘的净含量。

尤其，本发明提高振动器的振动频率后再次获取各压力传感器经预设时间后获取的总压力，当经过调节后的振动器对沙棘的采收量影响较小时，通过启动电动摆轴以较大程度的改变沙棘枝干的运动状态，进而对沙棘枝干及沙棘果实施加较大的外力以使沙棘果实脱落，当经过调节后的振动器对沙棘的采收量影响较大时，使电动摆轴保持停止运行的状态能够在达到沙棘采集量要求的前提下减小对沙棘的伤害。

尤其，当判定启动电动摆轴时，本发明根据调节后的振动器对沙棘的采收量影响程度获取电动摆轴的摆动角速度绝对值，若调节后的振动器对沙棘的采收量影响程度极小，选取较高的摆动角速度绝对值能够使沙棘果实在运动过程中有较大的离心力，有利于沙棘果实的脱落，若调节后的振动器对沙棘的采收量存在一定程度的影响，选取较小的摆动角速度绝对值配合振动器的振动，能够在保证沙棘采收量要求的前提下减小对植物的损伤。

尤其，本发明根据电动摆轴的摆动角速度绝对值获取第二伸缩杆的倾斜角，电动摆轴的摆动角速度绝对值越高，沙棘果实获取的离心力越大，沙棘果实离开枝干时的加速度越大，与外物碰撞时冲击力越大，容易使果实收到损伤，通过改变第二伸缩杆的倾斜角能够使沙棘在空中运动过程中受到较大的空气阻力以减小其运动的加速度，进而使沙棘落入收集篮时能够获取足够的缓冲作用，进而减小沙棘果实的损伤。

尤其，当支撑网受到的总压力到达预设值时，能够判定沙棘的采集量足够产生堆积高度，通过驱动电机带动支撑网向下滑行能够为持续落入收集仓的沙棘预留出足够的存储空间，本发明设置支撑网由弹性材料制成，在受到外力时会发生形变，通过其弹性形变能够减小沙棘在掉落过程中受到的冲击力，减小果实的损伤率，当支撑网受到的总压力较小，即沙棘采集量不足以形成堆积高度时，使支撑网悬停在高位置处也能够减小果实的损伤。

尤其，本发明根据各压力传感器实时获取的支撑网受到的压力瞬时增量获取各驱动电机向下滑动的速度，当支撑网受到的压力瞬时增量较大时，通过获取较大的驱动电机下滑速度，能够一定程度上减小沙棘受到冲击力时的动能，增大对沙棘掉落时的缓冲作用，同时，当支撑网受到的压力瞬时增量较大时，能够说明收集仓内的沙棘增量变多，提高驱动电机向下滑动的速度，能够较快时间留出更多的存储空间。

尤其，本发明设置沙棘采收目标重量，能够避免沙棘堆积量较大使下层沙棘因收到较大压力而出现挤压损伤，当达到沙棘采收目标重量时，使振动器及电动摆轴停止运行，以控制沙棘的采收量在合理区间内。

尤其，本发明考虑到存在所采收的沙棘密度较小而导致收集仓内沙棘质量未达到沙棘采收目标重量时收集仓存储空间不足的问题，通过红外扫描仪获取沙棘的堆积高度判定是否停止对沙棘的采收，能够避免收集仓仓储量不足，传输管堵塞的问题。

附图说明

图1为发明实施例沙棘采收装置结构示意图；

图2为发明实施例沙棘采收装置驱动电机示意图；

图3为发明实施例沙棘采收装置采集头示意图；

图4为发明实施例沙棘采收装置支撑网示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的和优点更加清楚明白，下面结合实施例对本发明作进一步描述；应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。

下面参照附图来描述本发明的优选实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非在限制本发明的保护范围。

需要说明的是，在本发明的描述中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”等指示的方向或位置关系的术语是基于附图所示的方向或位置关系，这仅仅是为了便于描述，而不是指示或暗示所述装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，还需要说明的是，在本发明的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域技术人员而言，可根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1所示，其为本发明实施例沙棘采收装置结构示意图，包括：

采集单元，其包括用于固定沙棘枝干的采集头1，与所述采集头相连接用于使沙棘枝干高速振动以使沙棘掉落的振动器2，与所述振动器相连接用于摇晃沙棘枝干的电动摆轴3，与所述电动摆轴通过第一滑轮15相连接的第一伸缩杆4，以及与所述第一伸缩杆相连接用于驱动伸缩杆伸缩的气缸5；

传输单元，其包括用于接收掉落的沙棘的收集篮6，与所述收集篮相连接用于调节收集篮高度及倾斜角的第二伸缩杆7，与所述第二伸缩杆相连接用于调节第二伸缩杆倾斜角的第二滑轮8，以及收集篮相连接用于输送沙棘的传输管9；

存储单元，其包括与所述传输管相连接用于存放沙棘的收集仓16，设置于所述收集仓顶部用于带动支撑网做竖向运动的若干驱动电机14，与各所述驱动电机分别连接用于对进入收集仓的沙棘进行缓冲的支撑网12，设置于所述支撑网中心下方处用于实时获取支撑网所受压力并获取支撑网受到的压力瞬时增量的压力传感器13；

分离单元，其包括与所述收集仓相连接用于存放沙棘枝叶的枝叶分离仓10，设置于所述枝叶分离仓内部用于将沙棘枝叶与沙棘分离的自吸泵11；

中控单元（图中未示出），其分别与所述采集单元、所述传输单元、所述存储单元及所述分离单元相连接，用于根据所述压力传感器经预设时间后获取的总压力Fz对所述振动器的振动频率进行调节，在完成对振动器的振动频率的调节后根据所述压力传感器经预设时间后再次获取的总压力Fz’判定是否启动所述电动摆轴并获取电动摆轴的摆动角速度绝对值，根据电动摆轴的摆动角速度绝对值对所述第二伸缩杆的倾斜角进行调节；所述中控单元还用于根据支撑网所受的实时总压力Fs判定是否控制各所述驱动电机启动，进而根据所述压力传感器实时获取的所述支撑网受到的压力瞬时增量获取各驱动电机向下滑动的速度，并根据各所述驱动电机向下滑动的速度对自吸泵的转速进行调节。

请参阅图2所示，其为本发明实施例沙棘采收装置驱动电机示意图，驱动电机14包括用于将电脉冲转化为角位移的步进驱动器141，与步进驱动器相连接的转轴142，与转轴142相连接的滚珠丝杠143，其中，步进驱动器驱动转轴转动带动滚珠丝杠转动以实现滚珠丝杠的竖向运动，驱动电机还包括与滚珠丝杠相连接的限位件144以及与限位件相连接用于固定支撑网的连接杆145。

请参阅图3所示，其为本发明实施例沙棘采收装置采集头示意图，采集头11包括用于使目标枝干限位的开口槽101，与开口槽相连接的固定槽102，固定槽102内侧设置有锯齿以使沙棘枝干固定，所述采集头还包括与开口槽相连接用于使开口槽的开口增大的若干支撑杆103，以及分别与各支撑杆相连接用于带动各支撑杆转动的若干电动滑轮104。

请参阅图4所示，其为本发明实施例沙棘采收装置支撑网示意图，本实施例中支撑网12为矩形，支撑网目数为200目，支撑网边缘四角连接有四个驱动电机14，各驱动电机以相同功率运行带动支撑网做竖向运动。

具体而言，本发明通过设置采集单元对沙棘枝干施加外力以使沙棘果实由相对静止的运动状态转换为相对运动的运动状态的过程中由枝干脱落，免于人工采摘，本发明设置传输单元，能够根据采集单元对沙棘枝干施加的外力对沙棘果实从枝干脱落后的运动轨迹做出预判，提高沙棘的采集率，且能够对果实的冲撞过程起缓冲作用，减少沙棘果实的损坏率，本发明设置有存储单元，能够根据沙棘在支撑网上的堆积量对支撑网的位置进行调节，对沙棘能够起到缓冲作用且能够使收集仓的容纳量随实际情况进行调节，进而实现降低沙棘果实的损伤率，本发明设定当沙棘采收重量达到预设值时停止采集单元的运行，能够避免上方沙棘果实挤压损伤下方沙棘果实，本发明设置分离单元，能够对沙棘果实和枝叶进行分离，减小人工分离果叶的成本。

所述振动器设定初始振动频率为f0，所述采集头完成对沙棘枝干的固定时，振动器启动，所述中控单元根据所述压力传感器经预设时间t0后获取的总压力Fz对振动器的振动频率进行调节，其中，

若Fz＜Fz1，所述中控单元将所述振动器的振动频率调节至f1，使f1=f0×（1+（Fz1+Fz2-2×Fz）/（Fz1+Fz2））；

若Fz1≤Fz≤Fz2，所述中控单元判定不调节所述振动器的振动频率，使振动器的振动频率维持在f0；

若Fz＞Fz2，所述中控单元将所述振动器的振动频率调节至f2，使f2=f0×（Fz2/Fz）×（Fz-Fz2）/Fz2；

其中，设定Fz1为第一预设增重，Fz2为第二预设增重。

具体而言，本实施例设定t0=20s，设定f0=20Hz，设定Fz1=1kg，Fz2=3kg。

具体而言，各压力传感器获取的总压力的数值大小能够表示在预设时间内沙棘的采集量，当沙棘的采集量较小时，通过提高振动器的振动频率使传递到沙棘枝干的外力增大以提高沙棘的脱落率，当沙棘的采集量过大时，能够判定当前的振动频率较高，沙棘果实脱落后落入收集篮的冲击力较大，且夹带的枝叶量较多，因此降低振动器的振动频率能够减小沙棘果实落入收集篮时的冲击力，且能够减小夹带的枝叶量以提高沙棘的净含量。

所述中控单元将所述振动器的振动频率调节至f1时再次获取所述压力传感器经预设时间t0后获取的总压力Fz’,中控单元根据总压力Fz’判定是否启动所述电动摆轴以带动所述采集头对沙棘枝干进行摇晃，其中，

若Fz’-Fz≥Fz1×（f1-f0）/f0，所述中控单元判定不启动所述电动摆轴；

若Fz’-Fz＜Fz1×（f1-f0）/f0，所述中控单元判定启动所述电动摆轴，设定电动摆轴的摆角为θa，中控单元根据总压力Fz’获取电动摆轴的摆动角速度绝对值；

其中，θa为所述电动摆轴的标准摆角。

具体而言，本实施例设定θa=60°。

具体而言，本发明提高振动器的振动频率后再次获取各压力传感器经预设时间后获取的总压力，当经过调节后的振动器对沙棘的采收量影响较小时，通过启动电动摆轴以较大程度的改变沙棘枝干的运动状态，进而对沙棘枝干及沙棘果实施加较大的外力以使沙棘果实脱落，当经过调节后的振动器对沙棘的采收量影响较大时，使电动摆轴保持停止运行的状态能够在达到沙棘采集量要求的前提下减小对沙棘的伤害。

所述中控单元判定启动所述电动摆轴时，中控单元根据总压力Fz’获取电动摆轴的摆动角速度绝对值，其中，

若Fz’-Fz≥0.5× Fz，所述中控单元获取所述电动摆轴的摆动角速度绝对值ω=ω0×（Fz1×（f1-f0）/f0）/（Fz’-Fz）；

若Fz’-Fz＜0.5× Fz，所述中控单元获取所述电动摆轴的摆动角速度绝对值ω=ω0×（1+（Fz’-Fz）/Fz’）；

其中，ω0为所述电动摆轴的角速度标准值的绝对值。

具体而言，本实施例中设定电动摆轴的角速度标准值的绝对值ω0=0.8rad/s。

具体而言，当判定启动电动摆轴时，本发明根据调节后的振动器对沙棘的采收量影响程度获取电动摆轴的摆动角速度绝对值，若调节后的振动器对沙棘的采收量影响程度极小，选取较高的摆动角速度绝对值能够使沙棘果实在运动过程中有较大的离心力，有利于沙棘果实的脱落，若调节后的振动器对沙棘的采收量存在一定程度的影响，选取较小的摆动角速度绝对值配合振动器的振动，能够在保证沙棘采收量要求的前提下减小对植物的损伤。

所述第二伸缩杆初始倾斜角为0，所述中控单元根据所述电动摆轴的摆动角速度绝对值ω对第二伸缩杆的倾斜角进行调节，其中，

若ω＜ω0×（1+（Fz2-Fz1）/（Fz1+Fz2）），所述中控单元将所述第二伸缩杆的倾斜角调节至θ1，使θ1=15°-（ω0/ω）²×△θ；

若ω≥ω0×（1+（Fz2-Fz1）/（Fz1+Fz2）），所述中控单元将所述第二伸缩杆的倾斜角调节至θ2，使θ2=15°+（ω/ω0）×△θ。

其中，△θ为预设单位角，所述第二伸缩杆的倾斜方向为向远离所述振动器的一端倾斜。

具体而言，本实施例设定△θ=1°。

具体而言，本发明根据电动摆轴的摆动角速度绝对值获取第二伸缩杆的倾斜角，电动摆轴的摆动角速度绝对值越高，沙棘果实获取的离心力越大，沙棘果实离开枝干时的加速度越大，与外物碰撞时冲击力越大，容易使果实收到损伤，通过改变第二伸缩杆的倾斜角能够使沙棘在空中运动过程中受到较大的空气阻力以减小其运动的加速度，进而使沙棘落入收集篮时能够获取足够的缓冲作用，进而减小沙棘果实的损伤。

所述压力传感器获取所述支撑网所受的实时总压力Fs，所述中控单元根据支撑网所受的实时总压力Fs判定是否控制各所述驱动电机启动以带动支撑网向下滑动，其中，

若Fs＜Fs0，所述中控单元判定各所述驱动电机维持停止运行状态；

若Fs≥Fs0，所述中控单元判定启动各所述驱动电机；

其中，Fs0为所述支撑网的形变量达到支撑网原周长的预设变形量时支撑网所受的外力。

具体而言，本实施例中Fs0为支撑网形变量达到1cm时支撑网所受的外力，本实施例中支撑网形变量s的计量方式为s=s1-s2，s1为支撑网形心位置处不受外力时的高度，s2为支撑网形心位置处受到外力时的高度，其中，所述外力不包括压力传感器自身重力，本实施例将支撑网的形变量近似为支撑网受到外力时支撑网形心位置的位移变化。

具体而言，当支撑网受到的总压力到达预设值时，能够判定沙棘的采集量足够产生堆积高度，通过驱动电机带动支撑网向下滑行能够为持续落入收集仓的沙棘预留出足够的存储空间，本发明设置支撑网由弹性材料制成，在受到外力时会发生形变，通过其弹性形变能够减小沙棘在掉落过程中受到的冲击力，减小果实的损伤率，当支撑网受到的总压力较小，即沙棘采集量不足以形成堆积高度时，使支撑网悬停在高位置处也能够减小果实的损伤。

所述中控单元判定启动各所述驱动电机时，各驱动电机带动所述支撑网向下滑动，中控单元根据所述压力传感器实时获取的所述支撑网受到的压力瞬时增量△F获取各驱动电机向下滑动的速度，其中，

若△F≤Fs0/t0，所述中控单元获取各所述驱动电机向下滑动的速度v1=0.025×H/t0；

若△F＞Fs0/t0，所述中控单元获取各所述驱动电机向下滑动的速度v2=0.025×（H/t0）×△F/（Fs0/t0）；

其中，H为所述收集仓的高度。

具体而言，本实施例中收集仓的高度H=60cm，压力瞬时增量为某一时刻压力传感器的压力变化值。

具体而言，本发明根据各压力传感器实时获取的支撑网受到的压力瞬时增量获取各驱动电机向下滑动的速度，当支撑网受到的压力瞬时增量较大时，通过获取较大的驱动电机下滑速度，能够一定程度上减小沙棘受到冲击力时的动能，增大对沙棘掉落时的缓冲作用，同时，当支撑网受到的压力瞬时增量较大时，能够说明收集仓内的沙棘增量变多，提高驱动电机向下滑动的速度，能够较快时间留出更多的存储空间。

所述自吸泵预设初始标准转速为ωa，所述中控单元根据各所述驱动电机向下滑动的速度vi对自吸泵的转速进行调节，i=1，2，其中，

若vi≤0.04×H/t0，所述中控单元将所述自吸泵的转速调节至ωa1，使ωa1=ωa×（1+（0.04×H/t0-vi）/（0.04×H/t0））；

若vi＞0.04×H/t0，所述中控单元将所述自吸泵的转速调节至ωa2，使ωa2=ωa×vi/（0.04×H/t0）。

具体而言，本发明根据驱动电机向下滑动的速度对自吸泵的转速进行调节，由于本发明通过高速振动及摇动的方式使沙棘脱落枝干，因此会导致在对沙棘进行采集时会夹带大量脱落的枝叶，当驱动电机向下滑动的速度较大时，能够判定沙棘的瞬时采集量较高，避免沙棘由于快速下落使大量的枝叶被夹杂在沙棘果实堆中，通过对自吸泵的调节以提高自吸泵的吸力，能够使枝叶快速被吸收分离到枝叶分离仓中。

各所述驱动电机向下滑行位移达到所述收集仓的高度H时停止运行，所述中控单元获取所述压力传感器实时获取的所述支撑网所受的实时总压力Fs’，根据支撑网所受的实时总压力Fs’判定是否控制所述振动器及所述电动摆轴停止运行，其中，

若Fs’＜G0，所述中控单元根据设置于所述收集仓侧壁的红外扫描仪获取的沙棘堆积高度判定是否控制所述振动器及所述电动摆轴停止运行；

若Fs’≥G0，所述中控单元判定控制所述振动器及所述电动摆轴停止运行；

其中，G0为沙棘采收目标重量。

具体而言，本实施例设定G0=20kg。

具体而言，本发明设置沙棘采收目标重量，能够避免沙棘堆积量较大使下层沙棘因收到较大压力而出现挤压损伤，当达到沙棘采收目标重量时，使振动器及电动摆轴停止运行，以控制沙棘的采收量在合理区间内。

所述红外扫描仪获取沙棘的堆积高度到达预设标准堆积高度时，若所述压力传感器获取的所述支撑网所受的实时总压力Fs’’小于沙棘采收目标重量，所述中控单元根据所述红外扫描仪获取的沙棘堆积高度及所述支撑网所受的实时总压力Fs’’判定是否控制所述振动器及所述电动摆轴停止运行，其中，

若Fs’’＜α×G0，且沙棘堆积高度h＜0.5×（H+H0），所述中控单元判定所述振动器及所述电动摆轴继续运行；

若Fs’’＜α×G0，且沙棘堆积高度h≥0.5×（H+H0），所述中控单元控制所述振动器及所述电动摆轴停止运行；

若Fs’’≥α×G0，所述中控单元控制所述振动器及所述电动摆轴停止运行；

其中，α为允许重量差值调节系数，H0为预设标准堆积高度。

具体而言，本实施例中沙棘堆积高度的计算方式为支撑网最低处至沙棘堆顶端距传输管距离最近的位置点的垂直距离，本实施例中H0=40cm，α=0.75。

具体而言，本发明考虑到存在所采收的沙棘密度较小而导致收集仓内沙棘质量未达到沙棘采收目标重量时收集仓存储空间不足的问题，通过红外扫描仪获取沙棘的堆积高度判定是否停止对沙棘的采收，能够避免收集仓仓储量不足，传输管堵塞的问题。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征做出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明；对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种沙棘采收装置，其特征在于，包括：

采集单元，其包括用于固定沙棘枝干的采集头，与所述采集头相连接用于使沙棘枝干高速振动以使沙棘掉落的振动器，以及与振动器相连接用于摇晃沙棘枝干的电动摆轴；

传输单元，其包括用于接收掉落的沙棘的收集篮，以及与所述收集篮相连接用于调节收集篮高度及倾斜角的第二伸缩杆；

存储单元，其包括通过传输管与所述收集篮相连接用于存放沙棘的收集仓，固定于所述收集仓顶部的若干驱动电机，与各所述驱动电机分别连接用于对进入收集仓的沙棘进行缓冲的支撑网，以及设置于所述支撑网下方用于实时获取支撑网所受压力并获取支撑网受到的压力瞬时增量的压力传感器；

分离单元，其包括与所述收集仓相连接用于存放沙棘枝叶的枝叶分离仓，以及设置于所述枝叶分离仓内部用于将沙棘枝叶与沙棘分离的自吸泵；

中控单元，其分别与所述采集单元、所述传输单元、所述存储单元及所述分离单元相连接，用于根据所述压力传感器经预设时间后获取的总压力Fz对所述振动器的振动频率进行调节，根据所述压力传感器经预设时间后再次获取的总压力Fz’判定是否启动所述电动摆轴并获取电动摆轴的摆动角速度绝对值，根据电动摆轴的摆动角速度绝对值对所述第二伸缩杆的倾斜角进行调节。

2.根据权利要求1所述的沙棘采收装置，其特征在于，任一所述驱动电机包括：

步进驱动器，其设置于所述收集仓顶部，用于将电脉冲转化为角位移；

转轴，其与所述步进驱动器相连接，用于传递步进驱动器产生的角位移；

滚珠丝杠，其与所述转轴相连接，转轴旋转以使所述滚珠丝杠做回转运动以实现滚珠丝杠的竖向运动；

限位件，其与所述滚珠丝杠相连接，用于对滚珠丝杠的竖向运动范围进行限制；

连接杆，其与所述限位件相连接，用于固定所述支撑网以带动支撑网做竖向运动。

3.根据权利要求2所述的沙棘采收装置，其特征在于，所述中控单元根据所述压力传感器经预设时间t0后获取的总压力Fz对振动器的振动频率进行调节，其中，

所述中控单元在第一压力判定条件下将所述振动器的振动频率调节至第一调节振动频率；

所述中控单元在第二压力判定条件下不对所述振动器的振动频率进行调节；

所述中控单元在第三压力判定条件下将所述振动器的振动频率调节至第二调节振动频率；

其中，所述振动器设定初始振动频率为f0，所述振动器在所述采集头完成对沙棘枝干的固定时启动；

其中，所述第一压力判定条件为所述压力传感器经预设时间t0后获取的总压力小于第一预设增重Fz1，所述第二压力判定条件为所述压力传感器经预设时间t0后获取的总压力大于等于第一预设增重Fz1且小于等于第二预设增重Fz2，所述第三压力判定条件为所述压力传感器经预设时间t0后获取的总压力大于第二预设增重Fz2。

4.根据权利要求3所述的沙棘采收装置，其特征在于，所述中控单元将所述振动器的振动频率调节至第一调节振动频率f1时再次获取所述压力传感器经预设时间t0后获取的总压力Fz’，中控单元根据总压力Fz’判定是否启动所述电动摆轴以带动所述采集头对沙棘枝干进行摇晃，其中，

所述中控单元在第一预设条件下判定不启动所述电动摆轴；

所述中控单元在第二预设条件下判定启动所述电动摆轴；

所述第一预设条件通过公式（1）确定，

Fz’-Fz≥Fz1×（f1-f0）/f0       （1）；

所述第二预设条件通过公式（2）确定，

Fz’-Fz＜Fz1×（f1-f0）/f0       （2）。

5.根据权利要求4所述的沙棘采收装置，其特征在于，所述中控单元判定启动所述电动摆轴时，中控单元根据总压力Fz’获取电动摆轴的摆动角速度绝对值，其中，

所述中控单元在第三预设条件下获取所述电动摆轴的摆动角速度绝对值为第一摆动角速度绝对值；

所述中控单元在第四预设条件下获取所述电动摆轴的摆动角速度绝对值为第二摆动角速度绝对值；

其中，所述第三预设条件为Fz’-Fz≥0.5×Fz，所述第四预设条件为Fz’-Fz＜0.5×Fz；

其中，第一摆动角速度绝对值通过所述第三预设条件与振动频率确定，第二摆动角速度绝对值通过第四预设条件确定。

6.根据权利要求5所述的沙棘采收装置，其特征在于，所述第二伸缩杆初始倾斜角为0，所述中控单元根据所述电动摆轴的摆动角速度绝对值对第二伸缩杆的倾斜角进行调节，其中，

所述中控单元在第一角速度判定条件下将所述第二伸缩杆的倾斜角调节至第一倾斜角；

所述中控单元在第二角速度判定条件下将所述第二伸缩杆的倾斜角调节至第二倾斜角；

其中，所述第一角速度判定条件通过公式（3）确定，

ω＜ω0×（1+（Fz2-Fz1）/（Fz1+Fz2））       （3）；

所述第二角速度判定条件通过公式（4）确定，

ω≥ω0×（1+（Fz2-Fz1）/（Fz1+Fz2））       （4）；

其中，所述第二伸缩杆的倾斜方向为向远离所述振动器的一端倾斜，第一倾斜角通过所述电动摆轴的角速度标准值的绝对值与电动摆轴的摆动角速度绝对值的比值的平方确定，第二倾斜角通过电动摆轴的角速度标准值的绝对值与电动摆轴的摆动角速度绝对值的比值确定，ω0为所述电动摆轴的角速度标准值的绝对值。

7.根据权利要求6所述的沙棘采收装置，其特征在于，所述压力传感器获取所述支撑网所受的实时总压力Fs，所述中控单元根据支撑网所受的实时总压力Fs判定是否控制各所述驱动电机启动以带动支撑网向下滑动，其中，

所述中控单元在第一压力条件下判定各所述驱动电机维持停止运行状态；

所述中控单元在第二压力条件下判定启动各所述驱动电机；

其中，所述第一压力条件为所述压力传感器获取所述支撑网所受的实时总压力小于Fs0，所述第二压力条件为所述压力传感器获取所述支撑网所受的实时总压力大于等于Fs0，Fs0为所述支撑网的形变量达到支撑网原周长的预设变形量时支撑网所受的外力。

8.根据权利要求7所述的沙棘采收装置，其特征在于，所述中控单元判定启动各所述驱动电机时，各驱动电机带动所述支撑网向下滑动，中控单元根据所述压力传感器实时获取的所述支撑网受到的压力瞬时增量△F获取各驱动电机向下滑动的速度，其中，

所述中控单元在第一压力瞬时增量判定条件获取各所述驱动电机向下滑动的速度为第一滑行速度；

所述中控单元在第二压力瞬时增量判定条件获取各所述驱动电机向下滑动的速度为第二滑行速度；

其中，所述第一压力瞬时增量判定条件为△F≤Fs0/t0，所述第二压力瞬时增量判定条件为△F＞Fs0/t0；

其中，第一滑行速度根据所述收集仓的高度确定，第二滑行速度根据所述第二压力瞬时增量判定条件以及收集仓的高度确定。

9.根据权利要求8所述的沙棘采收装置，其特征在于，各所述驱动电机向下滑行位移达到所述收集仓的高度H时停止运行，所述中控单元获取所述压力传感器实时获取的所述支撑网所受的实时总压力Fs’，根据支撑网所受的实时总压力Fs’判定是否控制所述振动器及所述电动摆轴停止运行，其中，

所述中控单元在第一重量条件下根据设置于所述收集仓侧壁的红外扫描仪获取的沙棘堆积高度判定是否控制所述振动器及所述电动摆轴停止运行；

所述中控单元在第二重量条件下判定控制所述振动器及所述电动摆轴停止运行；

其中，所述第一重量条件为所述压力传感器实时获取的所述支撑网所受的实时总压力Fs’小于沙棘采收目标重量G0，所述第二重量条件为所述压力传感器实时获取的所述支撑网所受的实时总压力Fs’大于等于沙棘采收目标重量G0。

10.根据权利要求9所述的沙棘采收装置，其特征在于，所述红外扫描仪获取沙棘的堆积高度到达预设标准堆积高度时，若所述压力传感器获取的所述支撑网所受的实时总压力Fs’’小于沙棘采收目标重量，所述中控单元根据红外扫描仪获取的沙棘堆积高度及所述支撑网所受的实时总压力Fs’’判定是否控制所述振动器及所述电动摆轴停止运行，其中，

若Fs’’＜α×G0，且沙棘堆积高度h＜0.5×（H+H0），所述中控单元判定所述振动器及所述电动摆轴继续运行；

若Fs’’＜α×G0，且沙棘堆积高度h≥0.5×（H+H0），所述中控单元控制所述振动器及所述电动摆轴停止运行；

若Fs’’≥α×G0，所述中控单元控制所述振动器及所述电动摆轴停止运行；

其中，α为允许重量差值调节系数，H0为预设标准堆积高度。

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