CN118044404A - 一种果实捡拾运输系统和方法 - Google Patents

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李继宇
刘梓瑶
林瀚杰
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Abstract

一种果实捡拾运输系统和方法,包括装载运输装置和集果装置,装载运输装置包括飞行模块、机内装载模块,飞行模块带动装载运输装置飞行,集果装置用于收集机内装载模块装载的果实;机内装载模块包括取果机构、拨盘机构、传输机构和存储箱,取果机构包括用于将果实导入拨盘机构中的摩擦轮,拨盘机构包括基座、拨轮和第一驱动件,第一驱动件连接拨轮并带动拨轮转动。一种果实捡拾运输方法,采用上述系统,本发明通过设置飞行模块,装载运输装置可以方便地穿梭于地形复杂的环境中,将果实捡拾到存储箱中后,再将其运输至集果装置,集果装置可以放置在靠近公路处,实现在复杂地形下的机械化捡拾运输果实,节省人力成本,属于果实捡拾运输技术领域。

Description

一种果实捡拾运输系统和方法
技术领域
本发明涉及果实捡拾运输技术领域,具体涉及一种果实捡拾运输系统和方法。
背景技术
随着人力成本越来越高,机械化自动化在农业采摘运输领域应用越来越广泛,对于坚果类果实,如核桃等,以及一些水果,如李子等,其成熟后可以自然脱落,或者经人工拍打果枝后可以落到地面上,其采摘运输较为方便。然而果树往往生长在难以形成完善交通运输网络的呈陡坡梯田状的丘陵山地上。目前阶段对于上述果实的收集运输方式都是人工将落到地上的果实装到箱中,然后再采用轨道运输或是轮式运输将其运输,但轨道运输价格昂贵、工程量大,而轮式运输机械体积过大,难以穿梭在果实密集的果园,需要人工将装有果实的箱子搬运至方便运输的地面上再进行机械运输,人力成本高。
发明内容
针对现有技术中存在的技术问题,本发明的目的是:提供一种可以方便在丘陵山地环境下捡拾果实,并收集运输的机械化果实捡拾运输系统和方法。
为了达到上述目的,本发明采用如下技术方案:一种果实捡拾运输系统,包括装载运输装置和集果装置,装载运输装置包括飞行模块、机内装载模块,飞行模块带动装载运输装置飞行,集果装置用于收集机内装载模块装载的果实;
机内装载模块包括取果机构、拨盘机构、传输机构和存储箱,取果机构包括用于将果实导入拨盘机构中的摩擦轮,拨盘机构包括基座、拨轮和第一驱动件,基座上设有环形的送果通道,拨轮与基座转动连接,第一驱动件连接拨轮并带动拨轮转动,拨轮的外侧设有拨齿,拨齿伸出至送果通道中用于推动果实沿送果通道行进,送果通道的出口端连接传输机构,传输机构用于将果实传输至存储箱中。
采用这种结构后,通过飞行模块,装载运输装置可以方便地穿梭于地形复杂的环境中,将果实捡拾到存储箱中后,再将其运输至集果装置,集果装置可以放置在靠近公路处,这样可以实现在丘陵山地等复杂地形下的机械化捡拾果实,节省人力成本。
作为一种优选,飞行模块为电动多旋翼无人机,机内装载模块安装于电动多旋翼无人机上。
作为一种优选,取果机构还包括取果机架、第二驱动件、吸筒,取果机架固定连接基座,摩擦轮的轴线水平,摩擦轮的数量为两个且转动连接取果机架,两个摩擦轮之间形成取果通道,吸筒为柔性结构且位于两个摩擦轮的下方,第二驱动件安装于取果机架上,第二驱动件连接摩擦轮并带动摩擦轮转动。
作为一种优选,拨齿的一端固定在拨轮上,拨齿的另一端安装有第一轴承,第一轴承的轴线平行于拨轮的转动中心线。
作为一种优选,传输机构包括传输筒、第三驱动件和分流条;传输筒内设有可转动的螺旋导轨,传输筒的内壁与螺旋导轨之间形成螺旋形的传输通道,分流条连接于送果通道的出口端和传输通道的入口端之间,第三驱动件连接螺旋导轨并带动螺旋导轨转动。
作为一种优选,螺旋导轨的两侧设有凸边,凸边中安装有多个第二轴承。
作为一种优选,集果装置包括投掷仓、输送槽、滚筒组和集果箱;投掷仓位于集果箱的斜上方,输送槽连接于投掷仓和集果箱之间,滚筒组包括多个滚筒,多个滚筒位于输送槽中且转动连接输送槽,滚筒的外周设置有多圈柔性触脚,滚筒与输送槽的底部之间留有供果实通过的空间。
作为一种优选,集果装置还包括直线电机、光电传感器和移动底板;
移动底板位于集果箱内且滑动连接集果箱,移动底板的滑动方向竖直,直线电机连接移动底板并带动移动底板升降,光电传感器安装于集果箱的内壁。
一种果实捡拾运输方法,采用上述一种果实捡拾运输系统,包括捡拾和运输集果步骤;
捡拾:飞行模块带动机内装载模块飞行至果实的上方,通过摩擦轮将果实导入拨盘机构中,拨盘机构将果实依次拨至传输机构,传输机构将果实传输至存储箱中;
运输集果:存储箱装满后,飞行模块带动机内装载模块飞行至集果装置处,将存储箱中的果实投掷到集果装置。
作为一种优选,运输集果过程中,传输机构反向传输果实,拨轮和摩擦轮均反向转动,果实依次经传输机构、拨盘机构和取果机构导出并被投掷至集果装置中。
总的说来,本发明具有如下优点:
1、与现有的轮式或轨道式运输农业机械相比,本发明采用无人机作业,效率高,受地形影响小,作业范围大,能够在山地丘陵的果园环境下高效作业,减小人工成本。
2、本发明的系统集成了捡拾果实和收集、堆叠果实,可以做到全自动化运作,将复杂地形中的果实堆叠至集果箱中,方便高效。
3、本发明的装载运输装置通过取果机构、拨盘机构和传输机构,可以将果实依次传输至存储箱中,不容易卡果,拨盘机构和传输机构均通过轴承来降低机构与果实之间的摩擦力,不容易损伤水果表皮。
4、本发明的集果装置可以实现层层堆叠果实,还能避免果实因为重力下坠的冲量过大导致果实的损伤。
附图说明
图1为机内装载模块的立体结构图。
图2为集果装置的结构示意图。
图3为取果机构、拨盘机构和传输机构连接的结构示意图。
图4为取果机架和上圈基座连接的透视图。
图5为拨轮的结构示意图。
图6为螺旋导轨的结构示意图。
其中,1为集果装置,2为存储箱,3为取果机构,4为拨盘机构,5为传输机构。
11为投掷仓,12为输送槽,13为滚筒,14为集果箱,15为移动底板,16为直线导轨,17为集果装置基板,18为集果机架。
31为摩擦轮,32为取果机架,33为导向片。41为上圈基座,42为下圈基座,43为拨轮。51为传输筒,52为螺旋导轨,53为分流条。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式来对本发明做进一步详细的说明。
实施例一
如图1~图6所示,一种果实捡拾运输系统,包括装载运输装置和集果装置,装载运输装置包括飞行模块、机内装载模块,飞行模块带动装载运输装置飞行,集果装置用于收集机内装载模块装载的果实;
机内装载模块包括取果机构、拨盘机构、传输机构和存储箱,取果机构包括用于将果实导入拨盘机构中的摩擦轮,拨盘机构包括基座、拨轮和第一驱动件,基座上设有环形的送果通道,拨轮与基座转动连接,第一驱动件连接拨轮并带动拨轮转动,拨轮的外侧设有拨齿,拨齿伸出至送果通道中用于推动果实沿送果通道行进,送果通道的出口端连接传输机构,传输机构用于将果实传输至存储箱中。
基座包括上圈基座和下圈基座,上圈基座位于下圈基座的上方。
飞行模块为电动多旋翼无人机,机内装载模块安装于电动多旋翼无人机上。
飞行模块可采用现有的高载重的多旋翼电动飞行器。机内装载模块固定连接在飞行模块的机架上,从而飞行模块带动整个机内装载模块飞行。
集果装置可以放置在靠近公路处,根据对飞行器的动力仿真得到的最大悬停时间、能量效率等对集果装置的地点进行规划,可以实现在丘陵山地等复杂地形下的机械化捡拾果实,并收集装箱至方便运输的地段,不需要人工在山地中搬运,节省人力成本。
取果机构还包括取果机架、第二驱动件、吸筒,取果机架固定连接基座,摩擦轮的轴线水平,摩擦轮的数量为两个且转动连接取果机架,两个摩擦轮之间形成取果通道,吸筒为柔性结构且位于两个摩擦轮的下方,第二驱动件安装于取果机架上,第二驱动件连接摩擦轮并带动摩擦轮转动。
吸筒为下边缘外扩的筒状结构,吸筒的内部截面稍大于果实的尺寸,果实可以被吸筒套住,摩擦轮将被吸筒套住的果实送入拨盘机构中。
取果机构还包括导向片,导向片从取果通道的上方延伸至送果通道的入口端,导向片由弧形段和平直段组成,弧线段呈90°的弧形且一端位于取果通道的上方,平直段平滑连接送果通道。
拨齿的一端固定在拨轮上,拨齿的另一端安装有第一轴承,第一轴承的轴线平行于拨轮的转动中心线。拨齿通过第一轴承与果实接触,可减少拨齿与果实之间的摩擦力。从一端到另一端,拨齿的宽度先变小后变大,拨齿的一端宽度大于另一端的宽度,拨齿的两侧呈凹进的弧形。相邻两个拨齿形成稍大于果实尺寸的空间,这样可以依次将果实推至传输机构中,且柑橘在拨盘内会一直和后面的拨齿紧贴并且被推着,但不会碰到前面的拨齿,保持受力一致。
拨齿的数量为8个,8个拨齿沿环形均匀排而于拨轮的外侧,每相邻两个拨齿之间相隔45°。
传输机构包括传输筒、第三驱动件和分流条;传输筒内设有可转动的螺旋导轨,传输筒的内壁与螺旋导轨之间形成螺旋形的传输通道,分流条连接于送果通道的出口端和传输通道的入口端之间,第三驱动件连接螺旋导轨并带动螺旋导轨转动。
传输机构还包括固定座,固定座固定连接基座,传输筒固定安装于固定座上,螺旋导轨通过主轴转动连接固定座,螺旋导轨为附着于主轴外表面的沿螺线延伸的带状轨道,其传输原理与阿基米德螺旋泵原理相似,通过第三驱动件(电机)提供动力使主轴转动,果实随螺旋线进入存储箱的内部。
第三驱动件可以是电机,安装在固定座中。
螺旋导轨与水平面倾角为50°,略小于最大压力角,既避免了自锁现象又兼顾传动效率,主轴转动过程给予在上面的果实向前向上的升力。
螺旋导轨的两侧设有凸边,凸边中安装有多个第二轴承。多个第二轴承沿螺旋导轨布置,可以减小果实与轨道之间的摩擦,确保果实在螺旋导轨上保持稳定。
传输筒竖直设置,拨轮的轴线竖直,传输筒位于拨盘机构的一侧,分流条由水平分流段和倾斜分流段组成,水平分流段水平设置,倾斜分流段的一端连接水平分流段,从一端到另一端,水平分流段呈弧形地向斜上方延伸至传输通道的底端。分流条的数量为两条,两条分流条上下设置。分流条可以引导果实进入传输机构,并防止上端果实因重力原因向下压住出果口位置果实导致堵塞。
集果装置包括投掷仓、输送槽、滚筒组和集果箱;投掷仓位于集果箱的斜上方,输送槽连接于投掷仓和集果箱之间,滚筒组包括多个滚筒,多个滚筒位于输送槽中且转动连接输送槽,滚筒的外周设置有多圈柔性触脚,滚筒与输送槽的底部之间留有供果实通过的空间。
滚筒采用橡胶材质,每圈柔性触脚包括八个触脚,其采用柔性材料,带有减速缓冲的作用,以帮助引导和推动果实进入装置,引导果实向斜下进入集果箱。
集果装置还包括直线电机、光电传感器和移动底板;
移动底板位于集果箱内且滑动连接集果箱,移动底板的滑动方向竖直,直线电机连接移动底板并带动移动底板升降,光电传感器安装于集果箱的内壁。
集果箱的内侧壁设有直线导轨,移动底板通过直线导轨滑动连接集果箱,地面集果装置还设有控制器,控制器电连接直线电机和光电传感器。
集果装置还包括集果装置基板和集果机架,集果箱和集果机架均安装于集果装置基板上,输送槽安装于集果机架上,输送槽的底端连接集果箱,输送槽的顶端连接投掷仓。
上述果实捡拾运输系统可用于核桃果实的捡拾运输,取果通道、送果通道、传输通道等的大小按照核桃果实的大小来设计。
一种果实捡拾运输方法,采用上述果实捡拾运输系统,包括捡拾和运输集果步骤;
捡拾:飞行模块带动机内装载模块飞行至果实的上方,通过摩擦轮将果实导入拨盘机构中,拨盘机构将果实依次拨至传输机构,传输机构将果实传输至存储箱中;
运输集果:存储箱装满后,飞行模块带动机内装载模块飞行至集果装置处,将存储箱中的果实投掷到集果装置。
上述方法具体包括以下4个步骤:
1、无人机通过吸筒吸附果实表面、摩擦轮以100rpm转动通过摩擦力将果实带入拨盘机构的入口处,果实经过通过导向片,被带进拨轮33,拨盘机构的底部安装一系列轴承减小链路摩擦,通过第一驱动件带动拨盘转动度依次将果实推入螺旋导轨中,螺旋导轨将果实输入存储装置;
2、存储箱的顶部的测距模块检测果实距离存储箱的顶部的距离小于2cm,则判定为果实装满,随后无人机起飞,按照地面站设定的航线飞行至悬停点集果装置处;
3、无人机在集果装置正上方的小于25cm投掷处悬停,飞控向底下机内装载运输装置发送信号,选择垂直投放的工作方式将果实导出,导出流程与捡拾步骤相反。
4、导出后果实进入滚筒组,滚筒组之间用同步带传动,滚筒组给予果实向下向前的力,果实被带入集果箱的移动底板。最初移动底板位于最高处,底整平面铺满后,再下降一层,如此往复直至铺满,完成一次运输作业。
在吸筒的四周安装有三个激光测距模块,通过三个激光测距模块检测吸筒与集果装置之间的距离,当该距离到达指定阈值时,则认定为对准投掷仓。
第一驱动件为驱动电机。捡拾过程中,驱动电机控制摩擦轮朝向拨盘机构内部转动(正向转动),通过摩擦力将果实送入送果通道中。第二驱动件为无刷电机,无刷电机带动拨轮逆时针转动(正向转动),给果实恒定推力推至螺旋导轨的下端。
运输集果过程中,传输机构反向传输果实,拨轮和摩擦轮均反向转动,果实依次经传输机构、拨盘机构和取果机构导出并被投掷至集果装置中。
本系统还包括控制器,控制器电连接第一驱动件、第二驱动件和第三驱动件,控制器设有阻塞检测机制,当第二驱动件的电机编码器输出值与目标值之差大于阈值,且持续时间超过10s时,则满足阻塞条件,触发倒退机制,此时第二驱动件控制拨轮反向转动。
上述实施例为发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种果实捡拾运输系统,其特征在于:包括装载运输装置和集果装置,装载运输装置包括飞行模块、机内装载模块,飞行模块带动装载运输装置飞行,集果装置用于收集机内装载模块装载的果实;
机内装载模块包括取果机构、拨盘机构、传输机构和存储箱,取果机构包括用于将果实导入拨盘机构中的摩擦轮,拨盘机构包括基座、拨轮和第一驱动件,基座上设有环形的送果通道,拨轮与基座转动连接,第一驱动件连接拨轮并带动拨轮转动,拨轮的外侧设有拨齿,拨齿伸出至送果通道中用于推动果实沿送果通道行进,送果通道的出口端连接传输机构,传输机构用于将果实传输至存储箱中。
2.按照权利要求1所述的一种果实捡拾运输系统,其特征在于:飞行模块为电动多旋翼无人机,机内装载模块安装于电动多旋翼无人机上。
3.按照权利要求1所述的一种果实捡拾运输系统,其特征在于:取果机构还包括取果机架、第二驱动件、吸筒,取果机架固定连接基座,摩擦轮的轴线水平,摩擦轮的数量为两个且转动连接取果机架,两个摩擦轮之间形成取果通道,吸筒为柔性结构且位于两个摩擦轮的下方,第二驱动件安装于取果机架上,第二驱动件连接摩擦轮并带动摩擦轮转动。
4.按照权利要求1所述的一种果实捡拾运输系统,其特征在于:拨齿的一端固定在拨轮上,拨齿的另一端安装有第一轴承,第一轴承的轴线平行于拨轮的转动中心线。
5.按照权利要求1所述的一种果实捡拾运输系统,其特征在于:传输机构包括传输筒、第三驱动件和分流条;
传输筒内设有可转动的螺旋导轨,传输筒的内壁与螺旋导轨之间形成螺旋形的传输通道,分流条连接于送果通道的出口端和传输通道的入口端之间,第三驱动件连接螺旋导轨并带动螺旋导轨转动。
6.按照权利要求5所述的一种果实捡拾运输系统,其特征在于:螺旋导轨的两侧设有凸边,凸边中安装有多个第二轴承。
7.按照权利要求1所述的一种果实捡拾运输系统,其特征在于:集果装置包括投掷仓、输送槽、滚筒组和集果箱;
投掷仓位于集果箱的斜上方,输送槽连接于投掷仓和集果箱之间,滚筒组包括多个滚筒,多个滚筒位于输送槽中且转动连接输送槽,滚筒的外周设置有多圈柔性触脚,滚筒与输送槽的底部之间留有供果实通过的空间。
8.按照权利要求7所述的一种果实捡拾运输系统,其特征在于:集果装置还包括直线电机、光电传感器和移动底板;
移动底板位于集果箱内且滑动连接集果箱,移动底板的滑动方向竖直,直线电机连接移动底板并带动移动底板升降,光电传感器安装于集果箱的内壁。
9.一种果实捡拾运输方法,采用权利要求1-9任一项所述的一种果实捡拾运输系统,其特征在于:包括捡拾和运输集果步骤;
捡拾:飞行模块带动机内装载模块飞行至果实的上方,通过摩擦轮将果实导入拨盘机构中,拨盘机构将果实依次拨至传输机构,传输机构将果实传输至存储箱中;
运输集果:存储箱装满后,飞行模块带动机内装载模块飞行至集果装置处,将存储箱中的果实投掷到集果装置。
10.按照权利要求9所述的一种果实捡拾运输方法,其特征在于:运输集果过程中,传输机构反向传输果实,拨轮和摩擦轮均反向转动,果实依次经传输机构、拨盘机构和取果机构导出并被投掷至集果装置中。
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