CN116420508A - 一种振动式林果采收系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种振动式林果采收系统及方法；该方法包括：夹持子系统、电子传感器装置、振动发生器和控制子系统；电子传感器装置安装于夹持子系统上，用于测量目标树干，并将测量数据发送至控制子系统；控制子系统根据接收到的测量数据计算出目标树干夹持部位的直径，并基于目标树干夹持部位的直径和预设树木种类，控制夹持子系统给予目标树干对应的夹持压强；振动发生器与夹持子系统连接，用于在控制子系统的控制下，带动夹持子系统振动。通过该系统可以对不同直径的树体提供对应的夹持压强，从而实现在不损伤树体的情况下，提高林果采收效率和效果，降低振动采收系统的功耗；此外还可以针对不同种类树体采用对应的振动频率，优化采收效果。

Description

一种振动式林果采收系统及方法

技术领域

本发明属于经济林果振动式采收技术领域，特别是一种振动式林果采收系统及方法。

背景技术

采用振动式原理对经济林果进行采收是一种常规的机械采收方法。振动式林果采收方式具有采收效率高、机械结构简单等优点。常用方式为振动采收机具夹持所需要采收树木的枝条或树干，通过将激振力传递到树体上，振动树体，达到采收目地。但同时也存在以下问题：采收经济林果的树木种类繁多，采收所需夹持的树木位置的树干和树枝直径差异较大，夹持压强大小对振动力传递和对夹持树体位置的损伤都有很大影响。

现有的做法为由人工操作控制夹持压强度，过程中没有夹持压强度反馈，常常出现夹持压强过大对树体损伤，影响树木生长，甚至导致振动采收后树木死亡的现象发生；或夹持压强过小激振力传导效果不好，不能振动林果脱落，需要二次操作控制加大夹持压强度，再次振动从而完成采收，影响作业效率，且易损伤树木。并且当前的林果采收装置中，振动器的振动频率单一，严重影响了采收效果。

因此，如何使树体夹持装置对不同粗度的树体实施对应的夹持压强，从而实现在不损伤树体的情况下，提高林果采收效率；同时针对不同种类树体采用对应的振动频率，优化采收效果，成为当前研究的关键问题。

发明内容

鉴于上述问题，本发明提供一种至少解决上述部分技术问题的一种振动式林果采收系统及方法，通过该系统可以对不同直径的树体提供对应的夹持压强，从而实现在不损伤树体的情况下，提高林果采收效率和效果，降低振动采收系统的功耗，实现了数字量化参数采收；此外还可以针对不同种类树体采用对应的振动频率，优化采收效果。

一方面，本发明实施例提供了一种振动式林果采收系统，包括：夹持子系统、电子传感器装置、振动发生器和控制子系统；

所述电子传感器装置安装于所述夹持子系统上，用于测量目标树干，并将测量数据发送至所述控制子系统；

所述控制子系统根据接收到的测量数据计算出所述目标树干夹持部位的直径，并基于所述目标树干夹持部位的直径和预设树木种类，控制所述夹持子系统给予所述目标树干对应的夹持压强；

所述振动发生器与所述夹持子系统连接，用于在所述控制子系统的控制下，带动所述夹持子系统振动。

进一步地，所述控制子系统包括分析单元和夹持控制单元；

所述分析单元，用于对所述电子传感器装置发送的测量数据进行分析，计算出所述目标树干夹持部位的直径；并基于所述目标树干夹持部位的直径和预设树木种类，计算出所述目标树干夹持部位对应的夹持压强；

所述夹持控制单元，用于根据所述夹持压强，控制所述夹持子系统对所述目标树干进行夹持。

进一步地，所述控制子系统还包括振动控制单元；

所述振动控制单元包括振动频率控制模块和振动控制模块；

所述振动频率控制模块，用于调整所述振动发生器的振动频率；

所述振动控制模块，用于控制所述振动发生器产生振动。

进一步地，所述夹持子系统包括主动夹爪、被动夹爪和液压缸；

所述主动夹爪和被动夹爪通过转轴转动连接；

所述转轴底端通过支撑杆与所述振动发生器连接；

所述液压缸与所述主动夹爪外侧连接；

所述液压缸用于在所述夹持控制单元的控制下进行伸缩，从而带动所述主动夹爪对所述目标树干产生夹持动作。

进一步地，所述转轴处还连接有机架的一端，所述机架的另一端与所述液压缸转动连接。

进一步地，所述电子传感器装置安装在所述转轴的上端。

进一步地，所述主动夹爪和被动夹爪的内侧等间隔设有多个半圆凹槽；

所述半圆凹槽处设有凸出的半圆块；

所述半圆块用于抵接所述目标树干。

进一步地，所述半圆块的外侧安装有压力传感器；

所述压力传感器与所述夹持控制单元无线通讯连接。

进一步地，所述半圆块的外侧固定有胶垫。

另一方面，本发明实施例提供了一种振动式林果采收方法，应用于上述的系统，包括：

S1、通过电子传感器装置测量目标树干，获得测量数据；

S2、采用控制子系统，根据所述测量数据计算出所述目标树干夹持部位的直径，并基于所述目标树干夹持部位的直径和预设树木种类，控制所述夹持子系统给予所述目标树干对应的夹持压强；

S3、通过振动发生器带动所述夹持子系统进行振动，实现将林果振落。

与现有技术相比，本发明记载的一种振动式林果采收系统，具有如下有益效果：通过本发明实施例提供了一种振动式林果采收系统，可以实现对不同直径的树体进行夹持，且根据直径的大小来赋予夹持压强，从而有效防止损伤树体；在本发明实施例所提供的振动式林果采收系统中，可以根据控制子系统调控振动发生器的振动频率；对于同一棵树来讲，熟果容易掉落，生果不容易掉落，因此通过调整振动频率进行采收，可以在采收熟果时，避免生果被振落；对于不同品种的树来讲，部分品种的果实容易掉落，而部分品种的果实不容易掉落；此时对于不同的品种采用合适的频率，可避免该树体被损伤。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明实施例提供的振动式林果采收系统框架示意图。

图2为本发明实施例提供的振动式林果采收系统的整体结构示意图。

图3为本发明实施例提供的半圆块结构示意图。

图4为本发明实施例提供的动式林果采收系统具体使用的场景示意图。

图中，1-主动夹爪；2-被动夹爪；3-支撑杆；4-振动发生器；5-液压缸；6-机架；7-电子传感器装置；8-半圆块；9-压力传感器。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

参见图1所示，本发明实施例提供了一种振动式林果采收系统，包括：夹持子系统、电子传感器装置、振动发生器和控制子系统；其中，电子传感器装置安装于夹持子系统上，用于测量目标树干，并将测量数据发送至控制子系统；控制子系统根据接收到的测量数据计算出目标树干夹持部位的直径，并基于目标树干夹持部位的直径和预设树木种类，控制夹持子系统给予目标树干对应的夹持压强；振动发生器与夹持子系统连接，用于在控制子系统的控制下，带动夹持子系统振动。

在本发明实施例中，按照树高来确定夹持位置，例如，对于部分直径较大的树干(例如直径为25cm)，夹持部位可以选择树干的偏中上部位，确保可以有效振动树干；而对于部分直径较小的树干(例如直径为10cm)，夹持部位可以选择树干的偏中下部位，防止在振动过程中对树根产生消极影响。

接下来分别对上述内容进行说明。

1、控制子系统：

控制子系统包括分析单元、夹持控制单元和振动控制单元；其中：

分析单元用于对电子传感器装置发送的测量数据进行分析，并计算出所述目标树干夹持部位的直径，并基于目标树干夹持部位的直径和预设树木种类，调取数据库中的数据或计算出目标树干对应的夹持压强；夹持控制单元用于根据目标树干夹持部位对应的夹持压强，控制夹持子系统给予所述目标树干对应的夹持压强；并且夹持部位的直径和该夹持部位所承受的夹持压强呈正相关；可以参照下表1所示：

表1：不同直径的树干所对应的夹持压强

该表1只是提供一个例子，来说明夹持部位的直径和该夹持部位所承受的夹持压强呈正相关，并不对本发明的技术特征予以限制。

振动控制单元包括振动频率控制模块和振动控制模块；其中，振动控制模块用于控制振动发生器产生振动；振动频率控制模块用于调整振动发生器的振动频率；对于同一棵树来讲，熟果容易掉落，生果不容易掉落，因此通过调整振动频率进行采收，可以在采收熟果时，避免生果被振落；对于不同品种的树来讲，部分品种的果实容易掉落，而部分品种的果实不容易掉落；此时对于不同的品种采用合适的频率，可避免该树体被损伤。

2、夹持子系统

参照图2所示，夹持子系统包括主动夹爪1、被动夹爪2和液压缸5；其中，主动夹爪1和被动夹爪2通过转轴转动连接；转轴的上端安装有电子传感器装置7，用于测量目标树干，并将所测量到的数据发送至控制子系统中的分析单元；转轴底端通过支撑杆3与振动发生器4连接；液压缸5的一侧与主动夹爪1外侧连接；液压缸5的另一侧与机架6转动连接；液压缸5用于在夹持控制单元的控制下进行伸缩，从而带动主动夹爪1对目标树干产生夹持动作；当液压缸5伸出时，主动夹爪1向内侧运动；当液压缸5缩回时，主动夹爪1向外侧运动；从而产生夹持动作；转轴处还连接有机架6的一端，该机架6的另一端与液压缸5的另一侧转动连接。

参照图3所示，主动夹爪1和被动夹爪2的内侧等间隔设有多个半圆凹槽；半圆凹槽处设有凸出的半圆块8；半圆块8用于抵接目标树干；通过该半圆块8可以使夹持部位处的大部分面积都被夹持住，这可以在压力相同情况下减小对树体的压强；同时，由于树体的凹凸不平的，如果主动夹爪1和被动夹爪2的内侧是光滑的，则极有可能对夹持部位的某些位置产生严重积压，从而损坏树干；而本发明实施例中在主动夹爪1和被动夹爪2的内侧等间隔设有半圆块8，该半圆块8可以随着被夹物体的形状而转动，从而确保被夹物体的大部分面积处于被夹持状态，实现在一定程度上减少对树体的损伤。

半圆块8的底面安装有压力传感器9；压力传感器9与夹持控制单元无线通讯连接；夹持控制单元根据夹持部位的直径计算出对应的夹持压强，并控制液压缸5伸出，此时主动夹爪1绕轴转动对树干夹持部位进行夹持；当半圆块8夹持到树干后，其外侧的压力传感器9产生作用，并将所检测到的压强值无线发送至夹持控制单元；当该压力传感器9检测到的压强值等于预算出的夹持压强时，夹持控制单元控制液压缸停止运动。

半圆块8的外侧固定有胶垫，基于此，在对树干进行夹持时，可以进一步减少对树干的损伤。

本发明实施例所提供的一种振动式林果采收系统的整体结构示意图参照图2所示，其具体使用的场景示意图参照图4所示；该系统的工作原理为：由电子传感器装置7测量目标树干，并将所测量到的数据发送至控制子系统中的分析单元；分析单元对接收到的数据进行分析，并计算出所述目标树干夹持部位的直径，并基于所述目标树干夹持部位的直径和预设树木种类，调取数据库中的数据或计算出所述目标树干夹持部位对应的夹持压强；夹持控制单元根据目标树干夹持部位对应的夹持压强控制液压缸5伸出，此时主动夹爪1绕轴转动对树干夹持部位进行夹持；在夹持过程中，压力传感器9将检测到的压强值无线发送至夹持控制单元；当该压力传感器9检测到的压强值等于预算出的夹持压强时，夹持控制单元控制液压缸5停止运动；此时，振动控制单元控制振动发生器4进行振动，振动发生器4通过支撑杆3带动主动抓夹1和被动抓夹2产生振动，从而将果实振落。

本发明记载的一种振动式林果采收系统，可以实现对不同直径的树体进行夹持，且根据直径的大小来赋予夹持压强，从而有效防止损伤树体；通过半圆块，可以尽可能确保夹持部位的每个面都被夹持到，从而减少对树体的损伤；在本发明实施例所提供的振动式林果采收系统中，可以根据控制子系统调控振动发生器的振动频率；对于同一棵树来讲，熟果容易掉落，生果不容易掉落，因此通过调整振动频率进行采收，可以在采收熟果时，避免生果被振落；对于不同品种的树来讲，部分品种的果实容易掉落，而部分品种的果实不容易掉落；此时对于不同的品种采用合适的频率，可避免该树体被损伤。

本发明实施例还提供了一种振动式林果采收方法，其特征在于，应用于上述的系统，该方法包括：

S1、通过电子传感器装置测量目标树干，获得测量数据；

S2、采用控制子系统，根据测量数据计算出目标树干夹持部位的直径，并基于目标树干夹持部位的直径和预设树木种类，控制夹持子系统给予目标树干对应的夹持压强；

S3、通过振动发生器带动夹持子系统进行振动，实现将林果振落。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种振动式林果采收系统，其特征在于，包括：夹持子系统、电子传感器装置、振动发生器和控制子系统；

所述电子传感器装置安装于所述夹持子系统上，用于测量目标树干，并将测量数据发送至所述控制子系统；

所述控制子系统根据接收到的测量数据计算出所述目标树干夹持部位的直径，并基于所述目标树干夹持部位的直径和预设树木种类，控制所述夹持子系统给予所述目标树干对应的夹持压强；

所述振动发生器与所述夹持子系统连接，用于在所述控制子系统的控制下，带动所述夹持子系统振动。

2.如权利要求1所述的一种振动式林果采收系统，其特征在于，所述控制子系统包括分析单元和夹持控制单元；

所述分析单元，用于对所述电子传感器装置发送的测量数据进行分析，计算出所述目标树干夹持部位的直径；并基于所述目标树干夹持部位的直径和预设树木种类，计算出所述目标树干夹持部位对应的夹持压强；

所述夹持控制单元，用于根据所述夹持压强，控制所述夹持子系统对所述目标树干进行夹持。

3.如权利要求2所述的一种振动式林果采收系统，其特征在于，所述控制子系统还包括振动控制单元；

所述振动控制单元包括振动频率控制模块和振动控制模块；

所述振动频率控制模块，用于调整所述振动发生器的振动频率；

所述振动控制模块，用于控制所述振动发生器产生振动。

4.如权利要求2所述的一种振动式林果采收系统，其特征在于，所述夹持子系统包括主动夹爪、被动夹爪和液压缸；

所述主动夹爪和被动夹爪通过转轴转动连接；

所述转轴底端通过支撑杆与所述振动发生器连接；

所述液压缸与所述主动夹爪外侧连接；

所述液压缸用于在所述夹持控制单元的控制下进行伸缩，从而带动所述主动夹爪对所述目标树干产生夹持动作。

5.如权利要求4所述的一种振动式林果采收系统，其特征在于，所述转轴处还连接有机架的一端，所述机架的另一端与所述液压缸转动连接。

6.如权利要求4所述的一种振动式林果采收系统，其特征在于，所述电子传感器装置安装在所述转轴的上端。

7.如权利要求4所述的一种振动式林果采收系统，其特征在于，所述主动夹爪和被动夹爪的内侧等间隔设有多个半圆凹槽；

所述半圆凹槽处设有凸出的半圆块；

所述半圆块用于抵接所述目标树干。

8.如权利要求7所述的一种振动式林果采收系统，其特征在于，所述半圆块的外侧安装有压力传感器；

所述压力传感器与所述夹持控制单元无线通讯连接。

9.如权利要求7所述的一种振动式林果采收系统，其特征在于，所述半圆块的外侧固定有胶垫。

10.一种振动式林果采收方法，其特征在于，应用于权利要求1-9任一项所述的系统，包括：

S1、通过电子传感器装置测量目标树干，获得测量数据；

S2、采用控制子系统，根据所述测量数据计算出所述目标树干夹持部位的直径，并基于所述目标树干夹持部位的直径和预设树木种类，控制所述夹持子系统给予所述目标树干对应的夹持压强；

S3、通过振动发生器带动所述夹持子系统进行振动，实现将林果振落。

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