一种弹跳可吸附微型机械爪装置及方法

1.本公开涉及农作物技术领域，尤其涉及一种弹跳可吸附微型机械爪装置及方法。


背景技术：

2.由于温室种植的技术发展，现今很多作物都种植在温室中，但是温室中因为空间狭小，对作物的检测不适合采用无人机等空中设备，这极大限制了对温室内作物生长状态信息的获取，目前的检测装置无法穿梭在植物的枝叶中间来检测植物长势和植物病害，而且也不能去叶片背面找寻疾病的发源点。


技术实现要素：

3.为了解决上述技术问题，本公开提供了一种弹跳可吸附微型机械爪装置及方法。
4.本公开提供了一种弹跳可吸附微型机械爪装置，包括装置本体、滑行装置、弹射装置、驱动组件和机械足；
5.弹射装置设置在装置本体的一端，弹射装置具有弹射功能，弹射装置远离装置本体的一端连接机械足，以通过弹射装置的弹射动作带动机械足进行移动；
6.滑行装置设有两个，两个滑行装置对称设置在装置本体的两侧，以在弹射装置发生弹射动作时带动装置本体滑行；
7.驱动组件包括太阳能组件，太阳能组件设置在装置本体上，并且太阳能组件与弹射装置连接，以为弹射装置供能；
8.机械足设有两个，两个机械足对称设置在装置本体的两侧，以带动装置本体移动，并且机械足和滑行装置分别设置在装置本体的两端，机械足远离装置本体的一端设有吸附件，以吸附在作物表面。
9.可选地，滑行装置为翼状结构，翼状结构的延伸方向与装置本体的长度方向呈夹角设置。
10.可选地，吸附件包括多根条状结构，条状结构为纳米材料，条状结构远离机械足的一端用以吸附作物表面的叶刺。
11.可选地，太阳能组件为柔性件，太阳能组件包括太阳能电板，太阳能电板的向光侧铺设第一柔性玻璃层，太阳能电板的背光侧铺设第二柔性玻璃层，第一柔性玻璃层、太阳能电板和第二柔性玻璃层共同组成柔性的太阳能组件。
12.可选地，驱动组件还包括电容器，电容器的一端电连接太阳能组件，电容器的另一端连接弹射装置，共同组成充电回路，太阳能组件产生的电能由电容器储存起来并由电能驱动弹射装置的运动。
13.可选地，装置本体上还设有温度传感器，装置本体的内部设有控制器，太阳能组件远离装置本体的一侧设有提示装置；
14.温度传感器用于采集作物表面的温度信息，控制器分别与温度传感器和提示装置电连接，温度传感器收集的温度信息传递至控制器，控制器判断温度信息并且发出控制信
号至提示装置，以通过提示装置提示作物表面温度正常或异常。
15.可选地，提示装置包括多个led灯，多个led灯的颜色互不相同。
16.可选地，弹射装置包括压缩泵和弹射管道，压缩泵为空气加压形成压缩空气，压缩泵的出气口密闭连接弹射管道，弹射管道的出气口连接机械足，压缩空气通过弹射管道驱动机械足发生弹射动作。
17.可选地，机械足的长度为6mm，两个机械足的最大间距为7mm。
18.本公开还提供了一种弹跳可吸附微型机械爪的使用方法，使用如上所述的弹跳可吸附微型机械爪装置，包括以下步骤：
19.s1：设定作物的检测抽样数量，在温室中随机选择其中一株作物作为第一株检测作物；
20.s2：机械足通过吸附件吸附在第一株检测作物的表面，并能在作物表面移动，温度传感器工作，采集作物表面的温度信息传递至控制器，控制器判断温度信息并且发出信号至提示装置，提示装置的led灯根据不同的温度信息闪烁不同颜色的灯光，完成对一株作物的检测；
21.s3：电容器放电驱动压缩泵对空气加压，形成压缩空气，压缩空气的气压达到阈值之后，压缩空气通过弹射管道驱动机械足发生弹射动作，机械足脱离作物表面，在弹射过程中，滑行装置带动装置本体朝任意方向滑行，直至到达下株作物；
22.s4：重复s2和s3步骤，直至完成对抽样数量的作物的检测。
23.本公开实施例提供的技术方案与现有技术相比具有如下优点：
24.本公开中的滑行装置、弹射装置、驱动装置和机械足均连接在装置本体上，机械足能够吸附在叶片上，而且本公开中的机械足能够在叶片上行走，便于本公开进行检测工作，驱动组件将太阳能转化为电能，用于为弹射装置供能，弹射装置连接机械足，带动机械足在叶片上的弹跳，以从一株作物的叶片弹射至另一株作物的叶片，另外在弹射过程中本公开中的滑行装置将会产生滑行动作，以带动装置本体滑行至另一株作物的叶片上，以进行下一次的检测工作。本公开提供了一种太阳能驱动的机械爪装置，通过滑行装置、弹射装置、驱动装置和机械足的设置，本公开能飞能走，陆空两用，能够对农作物长势及病虫害进行动态监控。
附图说明
25.此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
26.为了更清楚地说明本公开实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
27.图1为本公开实施例所述弹跳可吸附微型机械爪装置整体结构图；
28.图2为本公开实施例所述弹跳可吸附微型机械爪装置侧视图。
29.其中，1、装置本体；2、滑行装置；3、弹射装置；31、压缩泵；32、弹射管道；4、驱动组件；5、机械足；51、吸附件；6、提示装置。
具体实施方式
30.为了能够更清楚地理解本公开的上述目的、特征和优点，下面将对本公开的方案进行进一步描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
31.在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本公开，但本公开还可以采用其他不同于在此描述的方式来实施；显然，说明书中的实施例只是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
32.本公开提供了一种弹跳可吸附微型机械爪装置，包括装置本体1、滑行装置2、弹射装置3、驱动组件4和机械足5；弹射装置3设置在装置本体1的一端，弹射装置3具有弹射功能，弹射装置3远离装置本体1的一端连接机械足5，以通过弹射装置3的弹射动作带动机械足5进行移动；滑行装置2设有两个，两个滑行装置2对称设置在装置本体1的两侧，以在弹射装置3发生弹射动作时带动装置本体1滑行；驱动组件4包括太阳能组件，太阳能组件设置在装置本体1上，并且太阳能组件与弹射装置3连接，以为弹射装置3供能；机械足5设有两个，两个机械足5对称设置在装置本体1的两侧，以带动装置本体1的移动，并且机械足5和滑行装置2分别设置在装置本体1的两端，机械足5远离装置本体1的一端设有吸附件51，以吸附在作物表面。
33.本实施例中的滑行装置2、弹射装置3、驱动装置和机械足5均连接在装置本体1上，机械足5能够吸附在叶片上，而且本实施例中的机械足5能够在叶片上行走，便于本实施例针对叶片进行检测工作，驱动组件4包括太阳能组件，能够将太阳能转化为电能，用于为弹射装置3供能，弹射装置3连接机械足5，带动机械足5在叶片上的弹跳，以从一株作物的叶片弹射至另一株作物的叶片，另外在弹射过程中本实施例中的滑行装置2将会产生滑行动作，以带动装置本体1滑行至另一株作物的叶片上，进行下一次的检测工作。
34.本实施例提供了一种太阳能驱动的机械爪装置，通过机械足5的设置，本实施例能够吸附在叶片上，并能在叶片上行走，进行检测工作，然后驱动装置带动弹射装置3弹射，并在弹射过程中滑行装置2发生滑行，以使机械爪装置能够从一株作物的叶片到达下一株作物的叶片，再次进行下一株作物的检测，对农作物长势及病虫害进行动态监控。
35.在本实施例中，滑行装置2为翼状结构，翼状结构的延伸方向与装置本体1的长度方向呈夹角设置。如图1所示，本实施例中的滑行装置2类似于透明蝉翼，是通过仿生学知识按照自然届中的扑翼昆虫进行设计的，滑行装置2具有骨架结构和蝉翼薄膜，其中，骨架结构是由碳纤维制成，蝉翼薄膜是由pet聚酯膜制成，共同组成类似于蝉翼的结构，最终实现滑行装置2的滑行功能。此外，自然界中的蝉翼会与虫身呈一定夹角，仿生的滑行装置2也要与装置本体1的长度方向呈夹角设置，以实现滑行功能。
36.如图1所示，吸附件51包括多根条状结构，条状结构为纳米材料，条状结构远离机械足5的一端用以吸附作物表面的叶刺。本实施例中的吸附件51为柔韧性很好的纳米材料，直径为0.1mm，以钩住作物表面的叶刺，使机械爪装置不会在机械足5的移动过程中发生掉落。
37.具体到太阳能组件，太阳能组件为柔性件，太阳能组件包括太阳能电板，太阳能电板的向光侧铺设第一柔性玻璃层，太阳能电板的背光侧铺设第二柔性玻璃层，第一柔性玻璃层、太阳能电板和第二柔性玻璃层共同组成柔性的太阳能组件。
38.在上述实施例中，采用第一柔性玻璃层和第二柔性玻璃层来作为太阳能组件的封装层，提高了整个太阳能组件的柔性和可靠性。此外，本实施例中的太阳能电板包括多个，多个太阳能电板之间的间距也可以加大，使得太阳能组件具有更大的弯曲空间，进一步提高了整个柔性太阳能组件的柔性。
39.通过将太阳能组件设置为柔性件，在滑行装置2的滑行过程中，太阳能组件还会起到导流作用，有效地降低滑行过程中的空气阻力，使得滑行过程更加顺畅。
40.在本实施例中，驱动组件4还包括电容器，电容器的一端电连接太阳能组件，电容器的另一端连接弹射装置3，共同组成充电回路，太阳能组件产生的电能由电容器储存起来并由电能驱动弹射装置3的运动。
41.由于本实施例的整体结构极小，使用传统的锂电池会增加自重，而自重增加不利于弹射和滑行过程，因此本实施例中使用电容器代替锂电池，以满足重量要求，太阳能组件会先对电容器充电，然后通过电容器的放电驱动弹射装置3的运转，每次放电在正常情况下可以驱动压缩泵31进行十二个周期的运动，上述压缩泵31的十二周期运动会形成机械足5的一个弹跳动作，弹跳动作完成后电容器然后再次通过太阳能组件充电，循环完成对作物的检测工作。
42.为了完成对作物的检测，装置本体1上还设有温度传感器，装置本体1的内部设有控制器，太阳能组件远离装置本体1的一侧设有提示装置6；温度传感器用于采集作物表面的温度信息，控制器分别与温度传感器和提示装置6电连接，温度传感器收集的温度信息传递至控制器，控制器判断温度信息并且发出控制信号至提示装置6，以通过提示装置6提示作物表面温度正常或异常。
43.当机械足5吸附在作物的叶片表面时，装置本体1开始对叶片的表面温度进行检测，以通过叶片表面温度显示作物是否健康。而且，装置本体1上不仅有温度传感器和控制器，还有提示装置6。在机械足5吸附在叶片表面时，温度传感器开始工作，收集叶片表面的温度信息传递至控制器，控制器判断收集到的温度信息是否正常，若正常，控制器发出正常信号给提示装置6，提示装置6将会显示温度正常，若异常，控制器发出异常信号给提示装置6，提示装置6将会显示温度异常，以提示工作人员检测作物植株的健康情况。
44.此外，在其他实施例中，还可以将温度传感器替换为图像传感器，捕捉作物表面的图像传输至控制器，控制器进行判断，再将判断结果传输至提示装置6，这相较于温度传感器将会更加复杂，可以更好地判断植物的生长状态信息。
45.具体到提示装置6，提示装置6包括多个led灯，多个led灯的颜色互不相同。通过led灯的不同颜色显示，本实施例可以显示作物的健康情况，例如，简单地，led灯可以设置为红绿两个颜色，当温度正常时，显示绿色，当温度异常时，显示红色，以显示作物是否健康。或者，本实施例还可以增加一个黄色的led灯，显示黄色时，说明作物的温度处在难以判断的区间，需要由工作人员结合作物的其余情况进行综合判断。
46.在本实施例中，弹射装置3包括压缩泵31和弹射管道32，压缩泵31为空气加压形成压缩空气，压缩泵31的出气口密闭连接弹射管道32，弹射管道32的出气口连接机械足5，压缩空气通过弹射管道32驱动机械足5发生弹射动作。
47.电容器将会驱动压缩泵31进行十二个周期的运动，压缩泵31在这十二个周期里会缓慢的给压缩泵31泵体的内部气仓充气，当需要发生弹跳动作时，上述压缩泵31十二周期
内充的气体会猛然放气，通过弹射管道32作用于机械足5，最终会形成机械足5的一个弹跳动作。
48.本实施例为微型的机械爪装置，机械足5的长度为6mm，两个机械足5的最大间距为7mm，整体结构十分微小，利于穿梭在温室狭小的空间中。
49.本公开还提供了一种弹跳可吸附微型机械爪的使用方法，使用如上的弹跳可吸附微型机械爪装置，包括以下步骤：
50.s1：设定作物的检测抽样数量，在温室中随机选择其中一株作物作为第一株检测作物；
51.s2：机械足5通过吸附件51吸附在第一株检测作物的表面，并能在作物表面移动，温度传感器工作，采集作物表面的温度信息传递至控制器，控制器判断温度信息并且发出信号至提示装置6，提示装置6的led灯根据不同的温度信息闪烁不同颜色的灯光，完成对一株作物的检测；
52.s3：电容器放电驱动压缩泵31对空气加压，形成压缩空气，压缩空气的气压达到阈值之后，压缩空气通过弹射管道32驱动机械足5发生弹射动作，机械足5脱离作物表面，在弹射过程中，滑行装置2带动装置本体1朝任意方向滑行，直至到达下株作物；
53.s4：重复s2和s3步骤，直至完成对抽样数量的作物的检测。
54.通过太阳能组件和电容器的设置，本实施例利用太阳能驱动电容器进行放电，不仅节能环保，还能够替代锂电池的设置，满足机械爪装置的自重要求。通过弹射装置3和滑行装置2的作用，本实施例能够在弹射过程中使滑行装置2发生滑行，以使机械爪装置能够从一株作物的叶片到达下一株作物的叶片，再次进行下一株作物的检测，进而对农作物长势及病虫害进行动态监控。
55.需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
56.以上所述仅是本公开的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本公开。对这些实施例的多种修改对本领域的技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本公开的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本公开将不会被限制于本文所述的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：
1.一种弹跳可吸附微型机械爪装置，其特征在于，包括装置本体(1)、滑行装置(2)、弹射装置(3)、驱动组件(4)和机械足(5)；所述弹射装置(3)设置在所述装置本体(1)的一端，所述弹射装置(3)具有弹射功能，所述弹射装置(3)远离所述装置本体(1)的一端连接所述机械足(5)，以通过所述弹射装置(3)的弹射动作带动所述机械足(5)进行移动；所述滑行装置(2)设有两个，两个所述滑行装置(2)对称设置在所述装置本体(1)的两侧，以在所述弹射装置(3)发生弹射动作时带动所述装置本体(1)滑行；所述驱动组件(4)包括太阳能组件，所述太阳能组件设置在装置本体(1)上，并且所述太阳能组件与所述弹射装置(3)连接，以为所述弹射装置(3)供能；所述机械足(5)设有两个，两个机械足(5)对称设置在所述装置本体(1)的两侧，以带动所述装置本体(1)移动，并且所述机械足(5)和所述滑行装置(2)分别设置在所述装置本体(1)的两端，所述机械足(5)远离所述装置本体(1)的一端设有吸附件(51)，以吸附在作物表面。2.根据权利要求1所述的弹跳可吸附微型机械爪装置，其特征在于，所述滑行装置(2)为翼状结构，所述翼状结构的延伸方向与所述装置本体(1)的长度方向呈夹角设置。3.根据权利要求1所述的弹跳可吸附微型机械爪装置，其特征在于，所述吸附件(51)包括多根条状结构，所述条状结构为纳米材料，所述条状结构远离所述机械足(5)的一端用以吸附作物表面的叶刺。4.根据权利要求1所述的弹跳可吸附微型机械爪装置，其特征在于，所述太阳能组件为柔性件，所述太阳能组件包括太阳能电板，所述太阳能电板的向光侧铺设第一柔性玻璃层，所述太阳能电板的背光侧铺设第二柔性玻璃层，所述第一柔性玻璃层、所述太阳能电板和所述第二柔性玻璃层共同组成柔性的太阳能组件。5.根据权利要求1所述的弹跳可吸附微型机械爪装置，其特征在于，所述驱动组件(4)还包括电容器，所述电容器的一端电连接所述太阳能组件，所述电容器的另一端连接所述弹射装置(3)，共同组成充电回路，所述太阳能组件产生的电能由所述电容器储存起来并由所述电能驱动所述弹射装置(3)的运动。6.根据权利要求1所述的弹跳可吸附微型机械爪装置，其特征在于，所述装置本体(1)上还设有温度传感器，所述装置本体(1)的内部设有控制器，所述太阳能组件远离所述装置本体(1)的一侧设有提示装置(6)；所述温度传感器用于采集作物表面的温度信息，所述控制器分别与所述温度传感器和所述提示装置(6)电连接，所述温度传感器收集的温度信息传递至所述控制器，所述控制器判断温度信息并且发出控制信号至所述提示装置(6)，以通过所述提示装置(6)提示作物表面温度正常或异常。7.根据权利要求6所述的弹跳可吸附微型机械爪装置，其特征在于，所述提示装置(6)包括多个led灯，多个所述led灯的颜色互不相同。8.根据权利要求1所述的弹跳可吸附微型机械爪装置，其特征在于，所述弹射装置(3)包括压缩泵(31)和弹射管道(32)，所述压缩泵(31)为空气加压形成压缩空气，所述压缩泵(31)的出气口密闭连接所述弹射管道(32)，所述弹射管道(32)的出气口连接所述机械足(5)，压缩空气通过所述弹射管道(32)驱动所述机械足(5)发生弹射动作。
9.根据权利要求1所述的弹跳可吸附微型机械爪装置，其特征在于，所述机械足(5)的长度为6mm，两个所述机械足(5)的最大间距为7mm。10.一种弹跳可吸附微型机械爪的使用方法，使用如权利要求1至9任一项所述的弹跳可吸附微型机械爪装置，其特征在于，包括以下步骤：s1：设定作物的检测抽样数量，在温室中随机选择其中一株作物作为第一株检测作物；s2：机械足(5)通过吸附件(51)吸附在第一株检测作物的表面，并能在作物表面移动，温度传感器工作，采集作物表面的温度信息传递至控制器，控制器判断温度信息并且发出信号至提示装置(6)，提示装置(6)的led灯根据不同的温度信息闪烁不同颜色的灯光，完成对一株作物的检测；s3：电容器放电驱动压缩泵(31)对空气加压，形成压缩空气，压缩空气的气压达到阈值之后，压缩空气通过弹射管道(32)驱动机械足(5)发生弹射动作，机械足(5)脱离作物表面，在弹射过程中，滑行装置(2)带动装置本体(1)朝任意方向滑行，直至到达下株作物；s4：重复s2和s3步骤，直至完成对抽样数量的作物的检测。

技术总结
本公开涉及农作物技术领域，尤其涉及一种弹跳可吸附微型机械爪装置及方法，弹射装置设置在装置本体的一端，弹射装置远离装置本体的一端连接机械足，以通过弹射装置的弹射动作带动机械足进行移动；两个滑行装置对称设置在装置本体的两侧，以在弹射装置发生弹射动作时带动装置本体滑行；驱动组件包括太阳能组件，太阳能组件设置在装置本体上，并且太阳能组件与弹射装置连接，以为弹射装置供能；两个机械足对称设置在装置本体的两侧，以带动装置本体移动，并且机械足和滑行装置分别设置在装置本体的两端，机械足远离装置本体的一端设有吸附件，以吸附在作物表面。通过上述设置，本公开能飞能走，陆空两用，能够对农作物长势及病虫害进行动态监控。进行动态监控。进行动态监控。


技术研发人员：马伟
受保护的技术使用者：中国农业科学院都市农业研究所
技术研发日：2022.12.16
技术公布日：2023/5/24