一种带有振幅实时调节功能的果树振动采收装置的制作方法

本发明涉及农业机械技术领域，具体来说是一种带有振幅实时调节功能的果树振动采收装置。

背景技术

果园收获的机械化应用可以有效降低人工采摘的劳动强度，提高采收工作效率。对于密结型林果的采摘，像樱桃、枸杞等个头小的果实采摘，采收机械主要采用抱树振摇法，通过夹持装置抱住树干，并施以一定频率和振幅的激振力，使树干带动树枝振动，将果实从树枝上振落下来，再收集到容器内。为适应不同果树的采摘需要，采收机械需要对树干施加不同频率和振幅大小的激振力，改变树干的振动幅度大小，以获取最佳的振动效果。

专利cn102656999a公开的振动式果树采收装置，通过偏心轮转动带动连接杆上下摆动，将偏心轮的转动转换为l型摇杆的左右摆动，带动钢丝绳与挂钩挂接的树干振动，将果实震落。拖拉机动力输出轴的转速可调，用于改变偏心轮的转速，从而改变l型摇杆的振动频率，进而改变钢丝绳和挂钩挂接的树干的振动频率。l型摇杆上自上而下布置有1～30个圆孔，通过改变钢丝绳与圆孔的挂接位置，改变钢丝绳对果树的振动幅度。该发明虽可以连续调节树干的振动频率，但不能连续调节果树振幅的大小。因此，在实际应用中，调节振动频率较为简单，通过数控技术调整振动源的输出速率就可以实现。但调节振动幅度则较为困难。

专利cn102668815b公开的果树振动采摘手，通过第一电机调节凸轮转速，连续调节动作臂的振动频率；利用杠杆原理放大凸轮的位移，通过第二电机的输出轴带动螺纹丝杆调节滑块在摇杆上的位置，连续调节动作臂的振幅，从而对果树输出不同振幅的振动激励。该发明虽然可以调节树干振动的频率和振幅大小，但是在调节滑块位置后，动作臂与摇杆的中心线不再垂直，振动过程中动作臂会通过前端的手爪对树干产生扭转力矩，容易造成树皮脱落并损伤树干。因此，在调节滑块在摇杆上的位置后，需要同时反向调整立柱和第一电机相对于果树的安装位置，保证动作臂与摇杆的中心线垂直而不至于损伤树皮，且立柱和第一电机安装位置调整繁琐，尤其是小振幅调节过程费时费力，无法做到振幅的实时调节。

因此，如何开发出一种能够在采收过程中实时调节幅度的振动采收装置已经成为急需解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明的目的是为了解决现有技术中无法在采收过程中进行振幅实时连续调整的缺陷，提供一种带有振幅实时调节功能的果树振动采收装置来解决上述问题。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种带有振幅实时调节功能的果树振动采收装置，包括工作台，工作台上安装有振动生成组件和振幅调节机构，振幅调节机构的后端通过连接杆安装在振动生成组件的输出端，振幅调节机构的前端安装有夹持组件，

所述的振幅调节机构包括固定安装在工作台上的导轨，导轨上安装有滑块,滑块上固定安装有滑座，滑座为“凹”字形，连接杆安装在滑座上且与滑座构成转动配合；

滑座包括左立块、右立块和底座，左立块和右立块分别安装在底座两端，滑座的左立块、右立块上均安装有电动缸，两个电动缸推杆的延长线相接且位于同一条直线上，滑座的上方安装有盖板，盖板上开有滑槽且滑槽位于底座的正上方，两个顶块插在滑槽内放置于底座上，两个顶块分别与两个电动缸的推杆固定安装；

挡杆放置在滑座上且位于两个顶块之间、盖板和底座之间，挡杆的两端均安装有螺纹丝杆，夹持组件安装在螺纹丝杆上。

所述的振动生成组件包括固定安装在工作台上的电机，电机的输出轴上固定安装有转盘，连接杆插销垂直固定安装在转盘上，连接杆安装在连接杆插销上且与连接杆插销构成转动配合。

所述的夹持组件包括安装在螺纹丝杆上的转接板，长杆的一端固定安装在转接板上，长杆的另一端固定安装在卡夹上。

所述的顶块通过螺钉安装在电动缸的推杆上。

所述的挡杆为圆柱形，挡杆的底面直径等于盖板至底座的垂直距离。

所述长杆的轴线与导轨的中心线位于同一纵向平面上。

还包括控制芯片和深度相机，深度相机安装在工作台的前端且位于夹持组件的下方，控制芯片安装在工作台上，深度相机的信号数据输出端与控制芯片的输入端相连，控制芯片的第一控制信号输出端与电机的控制信号输入端相连，控制芯片的第二、第三控制信号输出端分别与两个电动缸的控制信号输入端相连。

有益效果

本发明的带有振幅实时调节功能的果树振动采收装置，与现有技术相比能够在采收过程中实时进行振动频率和振幅的连续调节，并且在振幅调节过程中，无需再调整工作台相对于果树的方位，也解决了果树振幅连续调节过程中，振动机构容易造成树干扭转而损伤树皮的问题。

本发明中通过改变电机的转速实现果树振动频率调节；通过改变电动缸推杆的伸缩长度变化调整两个顶块的间距，从而实现在采改过程中实现自动调节果树振幅大小。具有简单紧凑、加工制造成本低、振幅连续调节方便的特点。

附图说明

图1为本发明的结构立体图；

图2为本发明的结构俯视图；

图3为本发明的结构正视图；

图4为图2中振幅调节机构的b-b向剖视图；

图5为图2中振幅调节机构的a-a向剖视图；

图6为本发明中滑座与盖板的安装结构图；

图7为本发明中振幅调节机构处于振幅调节最大值状态下的结构正视图；

图8为本发明中振幅调节机构中两个顶块分别位于滑槽两侧时的结构正视图；

图9为本发明中控制芯片的电路连接原理图；

图10为本发明的控制方法顺序图；

其中，1-工作台、2-振动生成组件、3-振幅调节机构、4-控制芯片、5-深度相机、21-电机、22-转盘、23-连接杆插销、24-连接杆、31-导轨、32-滑块、33-滑座、34-电动缸、35-盖板、36-顶块、37-螺钉、38-滑座销轴、39-滑槽、41-挡杆、42-螺纹丝杆、43-螺母、44-转接板、45-长杆、46-卡夹、51-左立块、52-右立块、53-底座。

具体实施方式

为使对本发明的结构特征及所达成的功效有更进一步的了解与认识，用以较佳的实施例及附图配合详细的说明，说明如下：

如图1、图2、图3和图4所示，本发明所述的一种带有振幅实时调节功能的果树振动采收装置，包括工作台1。工作台1上安装有振动生成组件2和振幅调节机构3，振动生成组件2用于果树振动源的产生，振幅调节机构3用于调节果树采收时的振荡幅度。振幅调节机构3通过电动缸34推杆前后移动调节两个顶块36之间的距离，改变顶块36与挡杆41的接触时间，进而改变挡杆41与滑座33同步运动的距离，实现挡杆41在滑槽内前后运动的幅度自动调节。振幅调节机构3的后端通过连接杆24安装在振动生成组件2的输出端，振动生成组件2通过连接杆24为振幅调节机构3生成振动源。振幅调节机构3的前端安装有夹持组件，夹持组件用于夹持果树树干，振幅调节机构3获得振动源后通过夹持组件对果树进行振动采果(收)。

如图4和图5所示，振幅调节机构3包括固定安装在工作台1上的导轨31，导轨31上按现有技术传统方式安装有滑块32,滑块32能够在导轨31上进行滑动。滑块32上固定安装有滑座33，滑座33与滑块22通过固定安装呈一体结构，滑座33以滑块32为载体在导轨31上滑动。连接杆24安装在滑座33上且与滑座33在纵向竖直平面内构成转动配合，连接杆24能够推动滑座33在导轨31上滑动，同时连接杆24可以在滑座33上转动。滑座33上可以设销轴座，连接杆24通过滑座销轴38安装在滑座33上。

滑座33为“凹”字形，滑座33用于为振幅调节的部件提供安装支撑平台。滑座33(滑块32)在导轨31上的滑动其也产生相应的振幅，但由于导轨31长度的不可调，使得这个振幅是固定的，无法进行调节。在实际应用中，针对于不同生长年限、不同种类的果树所需的振幅均不相同，同一振幅无法保证振动采收效果，因此需要对振幅进行调节。

如图6所示，滑座33包括左立块51、右立块52和底座53，左立块51和右立块52分别安装在底座53两端，左立块51和右立块52用于安装电动缸34。滑座33的左立块51、右立块52上均安装有两个电动缸34，两个电动缸34的推杆延长线相接并且位于同一条直线上(两个电动缸34的推杆延长线均垂直于滑座33的纵向中心线)，两个电动缸34的推杆方向相对，通过两个电动缸34的推杆形成振幅调节的范围。同时，通过电动缸34的推杆运动形成了振幅的调节，特别是，由于在此应用了电动缸34，通过其数控技术，可以实现电动缸34的自动化控制。

滑座33的上方安装有盖板35，盖板35上开有滑槽39，滑槽39位于底座53的正上方，滑槽39的作用是与底座53配合，形成顶块36的滑动轨道。两个顶块36插在滑槽39内放置于底座53上，两个顶块36可以在滑槽39和底座53的限定下滑动。同时，两个顶块36分别与两个电动缸34的推杆固定安装，如，顶块36可以通过螺钉37安装在电动缸34的推杆上，两个顶块36的滑动均通过两个电动缸34的推杆分别进行控制。

如图3和图5所示，挡杆41放置在滑座33上且位于两个顶块36之间、盖板35和底座53之间，两个顶块36为挡杆41提供左右位移(振幅调整)的限位，盖板35和底座53为挡杆41提供了上下位移限位。在此，挡杆41可以为圆柱形，挡杆41的底面直径等于盖板35至底座53的垂直距离。这样，挡杆41可以较好的上下限位在盖板35至底座53之间，同时由于挡杆41为圆柱形的设计，其与盖板35或底座53的接触面不大，位移时所受阻力不大，能够方便在一定阻力下移动，在此微阻力移动的情况下，增加了振动生成组件2的动力，即为夹持组件提供了一定强度的振动力。

挡杆41的两端均安装有螺纹丝杆42，夹持组件安装在螺纹丝杆42上，夹持组件与挡杆41通过螺纹丝杆42的安装组合形成整体结构。在此，夹持组件与振幅调节机构3两者通过挡杆41与滑座33、盖板35等组件的配合形成了振幅调节，且此振幅调节是通过调整挡杆41的运动范围而实现的，也就是说，其在振幅调节时无需进行工作台1位置的调整，直接可以在采收过程中实时连续进行调节，不会伤及果树树干。

振动生成组件2可以为能产生往复运动的相关部件，如活塞杆。为了方便实际应用，振动生成组件2包括固定安装在工作台1上的电机21，通过连接杆24将电机21的旋转运动转变为滑座33的前后往复运动。电机21的输出轴上固定安装有转盘22，转盘22的中心孔通过螺纹或键槽等方式固定套接在电机21输出轴上，可以与电机21输出轴同步转动。连接杆插销23垂直固定安装在转盘22上，即转盘22偏离中心位置处开有通孔，通孔内嵌有连接杆插销23。连接杆24安装在连接杆插销23上且与连接杆插销23构成转动配合，连接杆24与转盘22的盘面间可以留有一定间隙，保证两者相对转动时不会发生运动干涉。

优选地，滑座销轴38与连接杆插销23的轴线平行，保证连接杆24在转盘22带动旋转过程中始终在纵向平面内往复运动。同时，连接杆24的轴线、长杆45的轴线可以与导轨31中心线在一个纵向平面内，即连接杆24轴线与电机21输出轴相垂直，能够消除滑块32偏转力矩的影响，减小滑块32与导轨31间的摩擦。

如图1所示，夹持组件包括通过螺母43安装在螺纹丝杆42上的转接板44，长杆45的一端固定安装在转接板44上，长杆45的另一端固定安装在卡夹46上。通过螺纹丝杆42、转接板44和长杆45，将挡杆41的往复运动传递给卡夹46所夹持的树干，实现果树的振动激励。通过改变电机21的转速可以调节树干振动的频率；通过改变两个顶块36相对端面之间的距离，可以连续调节果树振幅大小。

本发明中，振动生成组件2基于曲柄摇杆机构原理，连接杆插销23中心与转盘22中心的间距即为曲柄长度，连接杆24前后往复运动的幅度即为曲柄长度，也就是本发明中滑座33往复运动的幅度。

工作前，卡夹46夹紧树干后，调整工作台1使挡杆41初始位置位于滑槽的中部位置，即挡杆41的轴线与滑槽39前后端面距离相等。启动电动缸34工作，分别将电动缸34的推杆调整到初始状态：通过电动缸34分别驱动其推杆带动顶块36移动。如图7所示，当两个顶块36夹住挡杆41状态时，此时挡杆41的振动幅度与滑座33往复运动的幅度相同，为振幅最大值状态。如图8所示，当两个顶块36松开挡杆41，位于滑槽39两侧时，此时挡杆41振动幅度的产生靠滑座33和两个顶块36之间的间距共同实现。当两个顶块36的间距大于或等于曲柄长度的两倍与档杆41直径之和时，档杆41不能振动，振幅调节机构3所产生的振幅为零。

在实际使用时，滑座33从最前端的位置点向后运动，当运动到前方的顶块36与挡杆41接触时，挡杆41又随滑座33一起向后运动；当滑座33从最前端的位置点起运动的距离为r时，即滑座33到达到最后端的位置点时，滑座33开始反向向前运动，此时顶块36与挡杆41脱离，滑座33又开始了下一个往复运动过程。运动过程中，挡杆41受到前后两个顶块36交替的往复激振，顶块36与挡杆41从接触到脱离的过程中，顶块36推动挡杆41运动的距离即为挡杆41的振幅。同时，通过电动缸34的实时控制，实现两个顶块36间距的变化，即实现了振幅实时调节功能。

如图9所示，为了实现振幅、振动频率的自动化控制，还可以包括控制芯片4和深度相机5。控制芯片4安装在工作台1上，深度相机5用于记录从果树上掉落的果物数量，其可以安装在工作台1的前端且位于夹持组件的下方，只要其摄录范围能够覆盖果树落果范围即可。

深度相机5的信号数据输出端与控制芯片4的输入端相连，深度相机5将其采集到的数据发送给控制芯片4进行处理。控制芯片4的第一控制信号输出端与电机21的控制信号输入端相连，控制芯片4的第二、第三控制信号输出端分别与两个电动缸34的控制信号输入端相连，控制芯片4根据果树采收情况控制电机21转速实现振动频率调节、控制电动缸34实现振动幅度调节。

如图10所示，为配合控制芯片4的自动化控制，果树振动采收装置的控制方法，可以包括以下步骤：

第一步，采收设备的开启。控制芯片4控制两个电动缸34将挡块置于滑槽39两侧，控制芯片4开启电机21工作。为保护果树，防止振动太大导致的果树损伤，在开启初期，将振幅调整为最小值，以此观察采收状态，再根据采收状态加大振幅或常态采集。

第二步，采收状态的监测，深度相机5在时间阈值t内观测落下的果数量m。在此，时间阈值t和果数阈值n根据实际经验进行设定。若果数量m大于果数阈值n，则说明当前振动幅度、频率适合果树振动采收，则继续采集tz秒。针对此果树就采取当前的最小振幅和振动频率完成采收工作，同样tz值也根据实际经验进行设定。

若果数量m小于果数阈值n，则说明当前振动幅度不适合果树振动采收，则进行振动幅度的调整。

第三步，振动幅度的调整。控制芯片4通过控制两个电动缸34进行振动幅度的调整。其具体步骤如下：

(1)滑座幅度的获取，设滑座33往复运动的幅度为r，r为连接杆插销23绕转盘22的回转半径，即连接杆插销23中心与转盘22中心的距离；

(2)两个顶块36间距的调整，设挡杆41的直径为d，

利用电动缸34将顶块36间距调整为a；a的范围为d≤a＜2r+d；

(3)调整后振幅的计算，

设调整后振幅为b，则

b＝r-(a-d)/2。

在此，计算出振幅对后期的采收工作具有很重要的作用。通常一个果园，同样品种、相近种植时间的果树，所适用的振幅、频率也相近，在此振幅获得后，就可以以此振幅对其他果树直接进行此振幅值的振动采收。特别是将此值配合上大数据分析技术，在一定数据量的积累下，可以实现直接以某振幅进行采收，无需再经过开机试探、幅振缓慢递增的步骤。

第四步，采收状态的二次监测。深度相机5在时间阈值t内观测落下的果数量m；

若果数量m大于果数阈值n，则说明当前振动幅度、频率适合果树振动采收，则继续采集tz秒；

若果数量m小于果数阈值n，则说明当前振动频率不适合果树振动采收，则进行振动频率的调整。

第五步，振动频率的调整，控制芯片4控制加大电机21的转速。

第六步，采收状态的再监测。深度相机5在时间阈值t内观测落下的果数量m；若果数量m大于果数阈值n，则说明当前振动幅度、频率适合果树振动采收，记录此振动幅度、频率，继续采集tz秒后，控制芯片4控制关闭电机21；

若果数量m小于果数阈值n，放弃采收作业，控制芯片4控制关闭电机21，说明当前果树未成熟或没有果物可供采收。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。