基于气动式的自主变频变幅林果振动采收装置

1.本发明设计林果采收领域，尤其是林果振动采收中基于气动式的变频变幅林果振动采收装置。


背景技术：

2.目前林果采收机械主要为振动式林果采收机械，其振动结构通常为曲柄滑块结构和偏心块结构，通常使用电机作为振动装置的动力源；电机在启动或停止过程中，可能会因为较大负载而出现输出动力剧烈波动的现象，使振动式林果采收机械在开始或结束振动过程中，使振动装置承受较大的惯性力并使输出的振动力会产生突变，易对果树造成损伤。


技术实现要素：

3.为解决上述现有的林果振动采收机械在启动或停止时输出的振动力发生突变的问题，本发明提出了二种基于气动式的自主变频变幅振动装置。
4.本发明的目的是通过以下技术方案实现的；
5.本发明特点在于：包括行走组件、升降组件、动力组件、控制组件、振动组件和夹持组件，所述的动力组件由气泵和气泵固定座组成，气泵固定座固定安装在底板上，气泵固定安装在气泵固定座上；
6.所述的行走组件由底板和行走机构组成，底板固定安装在行走机构上方；
7.所述的升降组件由第二气动推杆轴承座、第二气动推杆、斜支架轴承座、斜支架、第二气动推杆、水平支架和柔性钢索组成；第二气动推杆轴承固定安装在底板的中间部位，第二气动推杆的一端安装在第二气动推杆轴承座上，第二气动推杆的另一端安装在斜支架上，斜支架轴承座固定安装在底板的中间部位，斜支架一端安装在斜支架轴承座上，斜支架的另一端与水平支架相连接，第二气动推杆一端安装在斜支架上，第二气动推杆另一端安装在水平支架上，柔性钢索的一端固定安装在水平支架上；
8.所述的控制组件由控制箱和双目摄像头组成，控制箱固定安装在底板的一侧，双目摄像头固定安装在水平支架上；
9.所述的振动部件由振动外壳、振动框架、第二偏心块、第二偏心块、第二气动装置外壳、第二气动装置外壳、第二气孔装置、第二气孔装置、第二复位弹簧限位板、第二复位弹簧限位板、第二复位弹簧、第二复位弹簧、第二轴套、第二轴套、第二气动桨叶、第二气动桨叶、第二振动轴和第二振动轴组成，振动外壳固定安装在振动框架上，振动框架上端部分与柔性钢索一端连接，第二振动轴的下端通过轴承安装在振动框架下端的一侧上，第二振动轴的上端通过轴承安装在振动框架上端的一侧上，第二振动轴的下端通过轴承安装在振动框架下端的一侧上，第二振动轴的上端通过轴承安装在振动框架上端的一侧上，第二气动桨叶和第二气动桨叶通过平键分别安装在第二振动轴和第二振动轴上，第二气动装置外壳固定安装在与第二振动轴同心的位置上，第二气动装置外壳完全包裹住第二气动桨叶且第二气动桨叶将第二气动装置外壳的内部分割成四个密闭的空腔，第二气孔装置固定安装在
第二气动装置外壳上，第二气孔装置共有两个气孔，分别为出气孔和进气孔，且进气孔和出气孔之间与第二振动轴之间形成的夹角范围为90
°
～180
°
，其中进气孔与气泵上的气孔相连接，第二轴套通过平键安装在第二振动轴上且第二轴套位于第二气动装置外壳的正上方，第二轴套下端的圆形凸台上开有二个缺口，第二轴套上端有长方形凸台，第二复位弹簧限位板一端安装在第二气动装置外壳上端面的两个凸台中间，使第二复位弹簧限位板可以沿着第二振动轴的轴心方向上下移动，第二复位弹簧限位板另一端与第二轴套下端凸台的上端面接触，第二复位弹簧安装在第二轴套上且第二复位弹簧两端分别有长方形凸台，第二复位弹簧上端的凸台与第二轴套上端的凸台相连接，第二复位弹簧下端的凸台与第二轴套下端的凸台相连接，第二偏心块通过平键与第二振动轴连接，第二偏心块位于第二轴套的正上方；
10.所述的夹持部件由夹爪固定板、夹爪块、夹爪气缸和夹爪头组成，夹爪固定板共有两块，分别安装在振动框架前端处，夹爪块末端通过销安装在夹爪固定板上，夹爪气缸固定端安装在夹爪固定板上，夹爪气缸伸缩端安装在夹爪块上，下二节夹爪块后端通过销安装在上二节夹爪块前端，夹爪气缸固定端安装在上二节夹爪块前端，夹爪气缸伸缩端安装在前二节夹爪块后端，夹爪头通过销安装在最后二节夹爪块前端，夹爪气缸固定端安装在最后二节夹爪块前端，夹爪气缸伸缩端安装在夹爪头后端，夹爪块和夹爪头内侧安装压力感应片。
11.本发明与现有技术相比，在进行果实振动采收时，通过双目摄像头对果树和果实的定位和几何机构信息采集，自动调节偏心块的转速和转动数量，可以实现果实的高效采收和果树的低损伤。
附图说明
12.图1为本发明的结构示意图；
13.图2为图1中的振动装置整体结构示意图(振动组件去除外壳)；
14.图3为图1中的振动组件和夹持组件结构示意图；
15.图4为图1中的振动组件结构示意图；
16.图5为图1中的振动组件局部剖视示意图；
17.图6为图1中的夹持组件结构示意图；
18.图中所示1为动力组件、2为行走组件、3为升降组件、4为控制组件、5为振动组件、6为夹持组件、101为气泵、102为气泵固定座、201为底板、202为行走机构、301为第二气动推杆轴承座、302为第二气动推杆、303斜支架轴承座、304为斜支架、305为第二气动推杆、306为水平支架、307为柔性钢索、401为控制箱、402为双目摄像头、501为振动外壳、502为振动框架、503为第二偏心块、504为第二偏心块、505为第二气动装置外壳、506为第二气动装置外壳、507为第二气孔装置、508为第二气孔装置、509为第二复位弹簧限位板、510为第二复位弹簧限位板、511为第二复位弹簧、512为第二复位弹簧、513为第二轴套、514为第二轴套、515为第二气动桨叶、516为第二气动桨叶、517为第二振动轴、518为第二振动轴、601为夹爪固定板、602为夹爪块、603为夹爪气缸、604为夹爪头。
具体实施例
19.如图1所示，本实施方式提出的基于气动式的自主变频变幅的林果振动采收装置，包括：动力组件1、行走组件2、升降组件3、控制组件4、振动组件5和夹持组件6。
20.如图2所示，动力组件1由气泵101和气泵固定座102组成，气泵固定座102固定安装在底板201上，气泵101固定安装在气泵固定座102上，控制箱401通过传递信号控制气泵101上气孔的开闭，从而控制振动装置的工作状况。
21.如图2所示，行走组件2由底板201和行走机构202组成，底板201固定安装在行走机构202上方，通过控制箱401输出的信号控制行走机构202的运动轨迹，使行走机构202能够自动识别和接近未采摘的果树。
22.如图2所示，升降组件3由第二气动推杆轴承座301、第二气动推杆302、斜支架轴承座303、斜支架304、第二气动推杆305、水平支架306和柔性钢索307组成；第二气动推杆轴承301固定安装在底板201的中间部位，第二气动推杆302的一端安装在第二气动推杆轴承座301上，第二气动推杆302的另一端安装在斜支架304上，当第二气动推杆302伸出时，斜支架304往前倾斜，带动振动组件5和夹持组件6往前移动，当第二气动推杆302收缩时，斜支架304往后倾斜，带动振动组件5和夹持组件6往后移动；斜支架轴承座303固定安装在底板201的中间部位，斜支架304一端安装在斜支架轴承座303上，斜支架304的另一端与水平支架306相连接，第二气动推杆305一端安装在斜支架304上，第二气动推杆另一端安装在水平支架306上，当第二气动推杆305收缩时，水平支架306向下转动，当第二气动推杆305深处时，水平支架306向上转动，柔性钢索307的一端固定安装在水平支架307上；当振动装置靠近果树时，控制箱401输出信号控制气泵101的相关气孔的开闭，从而调节第二气动推杆302和第二气动推杆305的伸长状态，从而控制斜支架304向前倾斜程度和水平支架306的转动，使夹持部件6能够垂直夹持果树树干上端部位。
23.如图2所示，控制组件4由控制箱401和双目摄像头402组成，控制箱401固定安装在底板201的一侧，双目摄像头402固定安装在水平支架306上；双目摄像头402采集振动装置周围的环境信息，并将相关信息传递给控制箱401，控制箱401将双目摄像头402采集的信息进行处理，得到果树的几何结构信息和位置信息，并根据控制箱401内嵌的定位系统控制行走机构202带动振动装置向果树的位置移动，当振动装置靠近果树时，控制箱401控制行走机构202停止移动，并根据自身的位置信息和姿态信息控制气泵101上的相关气孔开闭状态，从而控制第二气动推杆302和第二气动推杆305的伸缩状态，从而调节斜支架304和水平支架306的位置，使夹爪部件6夹持果树树干。
24.如图3、4、5所示，振动部件5由振动外壳501、振动框架502、第二偏心块503、第二偏心块504、第二气动装置外壳505、第二气动装置外壳506、第二气孔装置507、第二气孔装置508、第二复位弹簧限位板509、第二复位弹簧限位板510、第二复位弹簧511、第二复位弹簧512、第二轴套513、第二轴套514、第二气动桨叶515、第二气动桨叶516、第二振动轴517和第二振动轴518组成，振动外壳501固定安装在振动框架502上，振动框架502上端部分与柔性钢索307一端连接，由于振动框架502与水平支架306之间是通过柔性钢索307进行连接的，使振动组件5与升降组件3之间的连接为柔性连接，在夹持组件6夹持果树树干时，振动组件5产生的激振力不会通过柔性钢索307传递到升降组件3上，使振动组件5产生的激振力全部作用在果树上，提高振动能量利用率，第二振动轴517的下端通过轴承安装在振动框架502
下端的一侧上，第二振动轴517的上端通过轴承安装在振动框架502上端的一侧上，第二振动轴518的下端通过轴承安装在振动框架502下端的一侧上，第二振动轴518的上端通过轴承安装在振动框架502上端的一侧上，第二气动桨叶515和第二气动桨叶516通过平键分别安装在第二振动轴517和第二振动轴518上，第二气动装置外壳505固定安装在与第二振动轴517同心的位置上，第二气动装置外壳505完全包裹住第二气动桨叶515且第二气动桨叶515将第二气动装置外壳505的内部分割成四个密闭的空腔，第二气孔装置507固定安装在第二气动装置外壳505上，第二气孔装置507共有两个气孔，分别为出气孔和进气孔，且进气孔和出气孔之间与第二振动轴517之间形成的夹角范围为90
°
～180
°
，其中进气孔与气泵101上的气孔相连接，气泵101通过第二气孔装置507将气体传递到第二气动装置外壳505的内部，由于第二气动桨叶515将第二气动装置外壳505的内部空间分割成四个密闭的内部空腔，当气泵101通过第二气孔装置507向第二气动装置外壳505内部输入气体时，第二气动桨叶515发生转动，当充满气体的空腔转动到出气口区域时，气体排出，并在与进气口相连的空腔作用下继续转动，第二气动桨叶515的转速可通过控制第二气孔装置507的进气孔处的气体流量大小进行控制，从而实现控制第二振动轴517的转速，第二轴套513通过平键安装在第二振动轴517上且第二轴套513位于第二气动装置外壳505的正上方，第二轴套513下端的圆形凸台上开有二个缺口，第二轴套513上端有长方形凸台，第二复位弹簧限位板509一端安装在第二气动装置外壳505上端面的两个凸台中间，使第二复位弹簧限位板509可以沿着第二振动轴517的轴心方向上下移动，第二复位弹簧限位板509另一端与第二轴套513下端凸台的上端面接触，第二复位弹簧511安装在第二轴套513上且第二复位弹簧511两端分别有长方形凸台，第二复位弹簧511上端的凸台与第二轴套513上端的凸台相连接，第二复位弹簧511下端的凸台与第二轴套513下端的凸台相连接，第二偏心块503通过平键与第二振动轴517连接，第二偏心块503位于第二轴套513的正上方，当气泵101通过第二气孔装置507向第二气动装置外壳505内部输入气体时，第二气动桨叶515发生转动，并带动第二振动轴517转动，从而带动第二轴套513和第二偏心块503转动，第二偏心块503的转动产生激振力，由于第二轴套513上端的凸台与第二复位弹簧511上端的凸台连接，第二轴套513带动第二复位弹簧511发生转动，当第二轴套513下端凸台的缺口位置不在第二复位弹簧限位板509的正下方时，第二复位弹簧限位板509与第二复位弹簧511下端的凸台连接，限制第二复位弹簧511下端的转动，由于第二复位弹簧511上端跟随第二轴套513进行同步转动，第二复位弹簧511线段固定不动，此时第二复位弹簧511内部具有扭力，当第二轴套513下端凸台的缺口位置转动到第二复位弹簧限位板509的正下方时，第二复位弹簧限位板509掉落至第二轴套513下端凸台的缺口处，此时第二复位弹簧限位板509与第二复位弹簧511下端的凸台分离，第二复位弹簧511下端可以自由转动，由于第二复位弹簧511内部具有扭力，此时第二复位弹簧511进行与第二轴套513反方向上的转动，使第二复位弹簧511内部的扭力释放，即第二复位弹簧511回复至平衡位置，在对第二复位弹簧511、第二复位弹簧限位板509和第二轴套513安装过程中，使第二复位弹簧511、第二复位弹簧限位板509和第二轴套513上相连接的接触面位于同二个竖直平面上，从而实现第二轴套513转动二圈时，第二复位弹簧511完成扭力的蓄积与释放且第二复位弹簧限位板509的凸台与第二复位弹簧511线段凸台完成接触-分离-接触的过程；第二气动装置外壳506固定安装在与第二振动轴518同心的位置上，第二气动装置外壳506完全包裹住第二气动桨叶516且第二气动桨叶516将第二气动装
置外壳506的内部分割成四个密闭的空腔，第二气孔装置508固定安装在第二气动装置外壳506上，第二气孔装置508共有两个气孔，分别为出气孔和进气孔，且进气孔和出气孔之间与第二振动轴518之间形成的夹角范围为90
°
～180
°
，其中进气孔与气泵101上的气孔相连接，气泵101通过第二气孔装置508将气体传递到第二气动装置外壳506的内部，由于第二气动桨叶516将第二气动装置外壳506的内部空间分割成四个密闭的内部空腔，当气泵101通过第二气孔装置508向第二气动装置外壳506内部输入气体时，第二气动桨叶516发生转动，当充满气体的空腔转动到出气口区域时，气体排出并在与进气口相连的空腔作用下继续转动，第二气动桨叶516的转速可通过控制第二气孔装置508的进气孔处的气体流量大小进行控制，从而实现控制第二振动轴518的转速，第二轴套514通过平键安装在第二振动轴518上且第二轴套514位于第二气动装置外壳505的正上方，第二轴套514下端的圆形凸台上开有二个缺口，第二轴套514上端有长方形凸台，第二复位弹簧限位板510一端安装在第二气动装置外壳506上端面的两个凸台中间，使第二复位弹簧限位板510可以沿着第二振动轴518的轴心方向上下移动，第二复位弹簧限位板510另一端与第二轴套514下端凸台的上端面接触，第二复位弹簧512安装在第二轴套514上且第二复位弹簧512两端分别有长方形凸台，第二复位弹簧512上端的凸台与第二轴套514上端的凸台相连接，第二复位弹簧512下端的凸台与第二轴套514下端的凸台相连接，第二偏心块504通过平键与第二振动轴518连接，第二偏心块504位于第二轴套514的正上方，当气泵101通过第二气孔装置508向第二气动装置外壳506内部输入气体时，第二气动桨叶516发生转动，并带动第二振动轴518转动，从而带动第二轴套514和第二偏心块504转动，第二偏心块504的转动产生激振力，由于第二轴套514上端的凸台与第二复位弹簧512上端的凸台连接，第二轴套514带动第二复位弹簧512发生转动，当第二轴套514下端凸台的缺口位置不在第二复位弹簧限位板510的正下方时，第二复位弹簧限位板510与第二复位弹簧512下端的凸台连接，限制第二复位弹簧512下端的转动，由于第二复位弹簧512上端跟随第二轴套514进行同步转动，第二复位弹簧512线段固定不动，此时第二复位弹簧512内部具有扭力，当第二轴套514下端凸台的缺口位置转动到第二复位弹簧限位板510的正下方时，第二复位弹簧限位板510掉落至第二轴套514下端凸台的缺口处，此时第二复位弹簧限位板510与第二复位弹簧515下端的凸台分离，第二复位弹簧512下端可以自由转动，由于第二复位弹簧512内部具有扭力，此时第二复位弹簧512进行与第二轴套514反方向上的转动，使第二复位弹簧512内部的扭力释放，即第二复位弹簧512回复至平衡位置，在对第二复位弹簧512、第二复位弹簧限位板510和第二轴套514安装过程中，使第二复位弹簧512、第二复位弹簧限位板510和第二轴套514上相连接的接触面位于同二个竖直平面上，从而实现第二轴套514转动二圈时，第二复位弹簧512完成扭力的蓄积与释放且第二复位弹簧限位板510的凸台与第二复位弹簧512线段凸台完成接触-分离-接触的过程，在安装过程中，第二偏心块503和第二偏心块504上的偏心方向相同且第二偏心块503和第二偏心块504转动方向相同，使振动部件5产生的激振力是第二偏心块503或第二偏心块504产生的激振力的两倍；双目摄像头402采集果树的几何信息并将其传递给控制箱402，当果树树干直径较小时，控制箱402控制气泵101传递气体给第二气孔装置507，使第二偏心块503发生转动；当果树树干直径较大时，控制箱402控制气泵101分别传递气体给第二气孔装置507和第二气孔装置508且第二气孔装置507和第二气孔装置508的进气口处的气体流量大小相等，使振动部件5在相同的激振频率下产生更大的激振力，使振动装置对不同
果树的适应性更强；由于偏心块的动力源为气动类型，且气体具有一定的可压缩性，在振动部件5刚开始工作时，其产生的惯性力较大，使第二气动装置外壳505(和第二气动装置外壳506)内部腔体的压强发生改变，从而调节振动部件5输出的激振力曲线。
25.如图6所示，夹持部件6由夹爪固定板601、夹爪块602、夹爪气缸603和夹爪头604组成，夹爪固定板601共有两块，分别安装在振动框架502前端处，夹爪块602末端通过销安装在夹爪固定板601上，夹爪气缸603固定端安装在夹爪固定板601上，夹爪气缸603伸缩端安装在夹爪块602上；下二节夹爪块602后端通过销安装在上二节夹爪块602前端，夹爪气缸603固定端安装在上二节夹爪块602前端，夹爪气缸603伸缩端安装在前二节夹爪块602后端；夹爪头604通过销安装在最后二节夹爪块602前端，夹爪气缸603固定端安装在最后二节夹爪块602前端，夹爪气缸603伸缩端安装在夹爪头604后端；夹爪块602和夹爪头604内侧安装压力感应片，当控制箱401根据双目摄像头402传递的果树信息，控制箱401自动设定夹持部件6夹持果树的夹持力大小，通过控制气泵101传递给夹爪气缸603的气体以及压力感应片反馈的信息，实现夹持部件6对果树树干夹持力的实时调节。
26.在采收作业时，双目摄像头402采集果树的几何结构、位置等信息并将相关信息传递给控制箱401，控制箱401根据相关信息控制行走组件2往果树位置移动，当振动装置接近果树时，行走组件2停止移动，控制箱401通过控制气泵101传递给第二气动推杆302和第二气动推杆305的进气量，使夹持组件6夹持住果树树干，控制箱401通过气泵101控制夹爪气缸603的伸缩长度，从而控制夹爪部件6夹持树干的夹持力，夹爪部件6稳定夹持住果树时，此时根据双目摄像头402采集的果树几何结构信息，若果树树干直径较小，控制箱401控制气泵101传递气体给第二气孔装置507，通过控制第二气孔装置507的进气量大小振动组件5输出的激振力和激振频率；若果树树干直径较大，控制箱401控制气泵101传递气体给第二气孔装置507和第二气孔装置508，通过控制第二气孔装置507和第二气孔装置508的进气量大小振动组件5输出的激振力和激振频率，从而实现振动装置的自主变频变幅功能。

技术特征：
1.基于气动式的自主变频变幅林果振动采收装置，其特征在于：包括行走组件、动力组件、升降组件、控制组件、振动组件、夹持组件；第一气动桨叶固定安装在第一振动轴上，第二气动桨叶固定安装在第二振动轴上，夹爪块和夹爪头均安装应力感应片。2.如权利要求1所述的基于气动式的自主变频变幅林果振动采收装置，其特征在于：第一复位弹簧安装在第一轴套上，第一复位弹簧上端凸台与第一轴套上端凸台相接触，第一轴套下端凸台开有缺口，第一复位弹簧限位板可与第一复位弹簧下端凸台相接触且接触面的高度小于第一轴套下端凸台缺口的深度。3.如权利要求1所述的基于气动式的自主变频变幅林果振动采收装置，其特征在于：第二复位弹簧安装在第二轴套上，第二复位弹簧上端凸台与第二轴套上端凸台相接触，第二轴套下端凸台开有缺口，第二复位弹簧限位板可与第二复位弹簧下端凸台相接触且接触面的高度小于第二轴套下端凸台缺口的深度。4.如权利要求1所述的基于气动式的自主变频变幅林果振动采收装置，其特征在于：夹爪块和夹爪头上均固定安装压力感应片，夹爪块与夹爪固定板之间、相邻夹爪块之间和夹爪块与夹爪头之间均安装夹爪气缸。

技术总结
本发明涉及一种自主变频变幅的林果振动采收装置，可对林果进行自主采收，同时减少作业过程中对核桃树的振动损伤。其特征在于：包括行走组件、升降组件、振动组件、夹持组件、控制组件、动力组件；第一气动桨叶安装在第一振动轴上，第一复位弹簧安装在第一气动桨叶正上方，第二气动桨叶安装在第二振动轴上，第二气动桨叶安装在第二气动桨叶正上方，夹持组件上安装压力感应片。本发明与现有技术相比，通过气动桨叶传递偏心块的动力和安装在夹爪部件上的压力感应片，解决振动式林果机械收获过程中易对果树造成损伤的问题。中易对果树造成损伤的问题。中易对果树造成损伤的问题。


技术研发人员：孙兴冻 周健飞 武婉迪 曹成茂 许良元 蒋锐 方梁菲 柏光霞 彭双发 隋雨航 郑玉凯 曲洪汝
受保护的技术使用者：安徽农业大学
技术研发日：2023.05.29
技术公布日：2023/8/13