申请/专利权人：山西省农业科学院旱地农业研究中心

申请日：2017-06-20

公开（公告）日：2023-05-26

公开（公告）号：CN107047086B

主分类号：A01G3/025

分类号：A01G3/025;A01G3/037

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2023.05.26#授权;2017.09.12#实质审查的生效;2017.08.18#公开

摘要：本发明属于农业机械技术领域，为解决番茄剪枝收枝不能全程自动化的技术问题，提供了一种番茄全自动剪枝收枝设备，包括机架和安装在机架上的支撑杆，支撑杆上安装有分框装置、机械臂、机械手臂和推杆，机架上支撑杆的一侧设置筐子，分框装置位于筐子的正上方，机械臂的前端安装有剪枝机构、影像传感器、切割传感器和距离传感器，机械手臂的前端安装有机械抓手、影像传感器、距离传感器和指夹传感器，推杆设置在支撑杆的下部用于将筐子推下机架。采用本发明实现了番茄剪枝收枝的全程自动化，整个剪枝收枝过程中不需要人工操作及看守，降低了人员的劳动强度、提高了剪枝收枝效率，适用于大规模种植生产。

主权项：1.一种番茄全自动剪枝收枝设备，包括机架（1）、安装在机架（1）下的支撑轮（2）和动力转向轮（3）以及安装在机架（1）上的支撑杆（4）、锂电池、变速箱、电动机、单片机和开关，所述动力转向轮（3）的轮轴上安装测速模块，动力转向轮（3）与变速箱相连，变速箱与电动机相连，电动机和开关分别通过导线与锂电池相连，其特征在于：所述支撑杆（4）竖向安装在机架（1）上，所述支撑杆（4）上安装有分框装置（5）、机械臂（6）、机械手臂（7）和推杆（10），机架（1）上支撑杆（4）的一侧设置筐子（12），所述分框装置（5）位于筐子（12）的正上方，所述机械臂（6）和机械手臂（7）分别与支撑杆（4）垂直设置，机械臂（6）与机械手臂（7）均可旋转、伸缩以及沿支撑杆（4）上下运动，所述机械手臂（7）设置在机械臂（6）的下方，机械臂（6）的前端安装有剪枝机构（8）、影像传感器（14）、切割传感器（15）和距离传感器（11），机械手臂（7）的前端安装有机械抓手（9）、影像传感器（14）、距离传感器（11）和指夹传感器（16），所述推杆（10）设置在支撑杆（4）的下部，且位于支撑杆（4）与筐子（12）之间，所述推杆（10）上设有推杆传感器，所述影像传感器（14）、距离传感器（11）、切割传感器（15）、指夹传感器（16）、推杆传感器、变速箱及测速模块分别与单片机相连；所述支撑杆（4）包括外固定杆（41）、内支撑杆（42）、上下移动驱动电机（43）和螺纹转子I（44），所述内支撑杆（42）设置在外固定杆（41）内，所述内支撑杆（42）采用丝杠，所述螺纹转子I（44）设置在内支撑杆（42）的一侧并与内支撑杆（42）丝杆连接，所述上下移动驱动电机（43）固定在外固定杆（41）的内表面，上下移动驱动电机（43）的输出轴与螺纹转子I（44）相连，所述外固定杆（41）的侧壁上开有通孔，所述机械臂（6）连接杆穿过外固定杆（41）侧壁上的通孔与内支撑杆（42）相连；所述剪枝机构（8）包括旋转开合电机（81）、固定剪片（82）和活动剪片（83），所述旋转开合电机（81）安装在机械臂前端端部，所述活动剪片（83）安装在旋转开合电机（81）的输出轴上，所述固定剪片（82）通过两个连杆（84）固定在机械臂前端，所述活动剪片（83）与固定剪片（82）交叉设置；所述机械臂（6）包括机械臂主杆（61）、机械臂连接杆（62）、可伸缩软管（63）、旋转驱动电机（64）、伸缩驱动电机（65）、收缩机械臂（66）、螺纹转子II（67），所述机械臂连接杆（62）用于与支撑杆（4）相连，可伸缩软管（63）设置在机械臂连接杆（62）和机械臂主杆（61）之间，所述收缩机械臂（66）设置在机械臂主杆（61）的前端端部，所述螺纹转子II（67）设置在机械臂主杆（61）的前端上表面，所述螺纹转子II（67）与收缩机械臂（66）丝杠连接，所述螺纹转子II（67）设置在伸缩驱动电机（65）的输出轴上，所述旋转驱动电机（64）设置在机械臂主杆（61）的后端上表面用于驱动机械臂主杆（61）左右旋转，机械臂（6）与机械手臂（7）的结构相同；机械手臂（7）上的影像传感器（14）检测到地上有番茄枝条后，将信号传送给单片机，单片机向距离传感器（11）发出指令，距离传感器（11）开始检测及计算枝条距离机械抓手（9）的距离，然后将信号传送给单片机，单片机发出指令给指夹传感器（16），指夹传感器（16）接受到信号后指使机械抓手（9）将地上的番茄枝条捡起然后输送到筐子（12）内，当筐子（12）下的重量传感器感应到筐子（12）内的番茄枝条达到设定的重量后将信号传送给单片机，单片机接受到信号后向推杆传感器发出指令，推杆传感器指使推杆（10）将筐子（12）推下机架（1），筐子（12）被推下机架（1）后分框装置（5）自动分下一个筐子（12）到机架（1）上。

全文数据：番茄全自动剪枝收枝设备技术领域[0001]本发明属于农业机械技术领域，具体涉及一种番前全自动剪枝收枝设备。背景技术[0002]番茄种植过程中，为了增加叶面积，提高番茄的光合作用，需要对番茄进行剪枝，目前主要是采用人工手工进行番茄的剪枝收枝，人员劳动强度大、生产率低、人力投入和生产成本高，不利于组织大规模的种植生产。因此，为配套大规模种植生产及降低剪枝收枝人员的劳动强度、提高剪枝收枝效率，需研发一种番茄剪枝收枝的全程自动化装置。发明内容[0003]本发明为解决番茄剪枝收枝不能全程自动化的技术问题，提供了一种番茄全自动剪枝收枝设备。[0004]本发明采用的技术方案如下：一种番茄全自动剪枝收枝设备，包括机架、安装在机架下的支撑轮、动力转向轮和安装在机架上的支撑杆、锂电池、变速箱、电动机、单片机以及开关，所述动力转向轮的轮轴上安装测速模块，动力转向轮与变速箱相连，变速箱与电动机相连，电动机和开关分别通过导线与锂电池相连，所述支撑杆竖向安装在机架上，所述支撑杆上安装有分框装置、机械臂、机械手臂和推杆，机架上支撑杆的一侧设置筐子，所述分框装置位于筐子的正上方，所述机械臂和机械手臂分别与支撑杆垂直设置，机械臂与机械手臂均可旋转、伸缩以及沿支撑杆上下运动，所述机械手臂设置在机械臂的下方，机械臂的前端安装有剪枝机构、影像传感器、切割传感器和距离传感器，机械手臂的前端安装有机械抓手、影像传感器、距离传感器和指夹传感器，所述推杆设置在支撑杆的下部，且位于支撑杆与筐子之间，所述推杆上设有推杆传感器，所述影像传感器、距离传感器、切割传感器、指夹传感器、推杆传感器、变速箱及测速模块分别与单片机相连。[0005]所述支撑杆包括外固定杆、内支撑杆、上下移动驱动电机和螺纹转子〗，所述内支撑杆设置在外固定杆内，所述内支撑杆采用丝杠，所述螺纹转子I设置在内支撑杆的一侧并与内支撑杆丝杆连接，所述上下移动驱动电机固定在外固定杆的内表面，上下移动驱动电机的输出轴与螺纹转子I相连，所述外固定杆的侧壁上开有通孔，所述机械臂连接杆穿过外固定杆侧壁上的通孔与内支撑杆相连。[0006]所述机械臂包括机械臂主杆、机械臂连接杆、可伸缩软管、旋转驱动电机、伸缩驱动电机、收缩机械臂和螺纹转子II，所述机械臂连接杆用于与支撑杆相连，可伸缩软管设置在机械臂连接杆和机械臂主杆之间，所述收缩机械臂设置在机械臂主杆的前端端部，所述螺纹转子II设置在机械臂主杆的前端上表面，所述螺纹转子n与收缩机械臂丝杠连接，所述螺纹转子II设置在伸缩驱动电机的输出轴上，所述旋转驱动电机设置在机械臂主杆的后端上表面用于驱动机械臂主杆左右旋转。[0007]所述剪枝机构包括旋转开合电机、固定剪片和活动剪片，所述旋转开合电机安装在机械臂前端端部，所述活动剪片安装在旋转开合电机的输出轴上，所述固定剪片通过两个连杆固定在机械臂前端，所述活动剪片与固定剪片交叉设置。[000S]所述机械抓手包括底盘、旋转主动齿轮、旋转从动齿轮、夹持开合电机、左夹子和右夹子，所述旋转主动齿轮和旋转从动齿轮分别设置在底盘上，旋转主动齿轮与旋转从动齿轮相互嗤合，所述左夹子与右夹子相对设置，左夹子设置在旋转主动齿轮下，右夹子设置在旋转从动齿轮下，所述夹持开合电机的输出轴与旋转主动齿轮相连。[0009]所述机架的前部上方左右两侧分别设置集成有避障红外管和避障距离可调电阻的红外避障传感器。[0010]所述机架的后端设有便于筐子滑下的坡面。[0011]本发明的有益效果:采用本发明实现了番茄剪枝收枝的全程自动化，使整个剪枝收枝过程中不需要人工操作及看守，降低了人员的劳动强度、提高了剪枝收枝效率，适用于番茄的大规模种植生产。附图说明[0012]图1为本发明的结构示意图；图2为支撑杆的结构示意图；图3为机械臂的结构示意图；图4为剪枝机构的结构示意图；图5为机械抓手的结构示意图；图中：卜机架，2-支撑轮，3-动力转向轮，4-支撑杆，5-分框装置，6-机械臂，7-机械手臂，8-剪枝机构，9-机械抓手，10-推杆，11-距离传感器，12-筐子，13-坡面，14-影像传感器，15_切割传感器，16-指夹传感器，41-外固定杆，42-内支撑杆，43_上下移动驱动电机，44-螺纹转子I，61-机械臂主杆，62-机械臂连接杆，63-可伸缩软管，64-旋转驱动电机，65-伸缩驱动电机，66-收缩机械臂，67-螺纹转子II，S1-旋转开合电机，82-固定剪片，83-活动剪片，84-连杆，91-底盘，92-旋转主动齿轮，93_旋转从动齿轮，94-夹持开合电机，95-左夹子，96-右夹子。具体实施方式[0013]如图1所示，一种番煎全自动剪枝收枝设备，包括锂电池、变速箱、电动机、单片机、开关、机架1、动力转向轮3、测速模块、支撑轮2、影像传感器14、切割传感器15、距离传感器11、指夹传感器16、机械臂6、机械手臂7、分筐装置5、支撑杆4、推杆10及推杆传感器，所述支撑轮2、动力转向轮3安装在机架1的下方，所述测速模块安装在动力转向轮3的轮轴上，动力转向轮3与变速箱相连，变速箱与电动机相连，所述电动机和开关分别通过导线与锂电池相连，所述支撑杆4竖向安装在机架1上，所述支撑杆4上安装有分框装置5、机械臂6、机械手臂7和推杆10,机架1上支撑杆4的一侧设置筐子12,所述机架1上筐子12下设置重量传感器，所述分框装置5位于筐子12的正上方，所述机械臂6和机械手臂7分别与支撑杆4垂直设置，机械臂6与机械手臂7均可旋转、伸缩以及沿支撑杆4上下运动，所述机械手臂7设置在机械臂6的下方，机械臂6的前端安装有剪枝机构8、影像传感器14、切割传感器15和距离传感器11，机械手臂7的前端安装有机械抓手9、影像传感器14、距离传感器11和指夹传感器16,所述推杆10设置在支撑杆4的下部，且位于支撑杆4与筐子12之间，所述推杆10上设有推杆传感器，所述影像传感器14、距离传感器11、切割传感器15、指夹传感器16、重量传感器、推杆传感器、变速箱及测速模块分别与单片机相连。[00M]如图2所示，所述支撑杆4包括外固定杆41、内支撑杆42、上下移动驱动电机43和螺纹转子144，所述内支撑杆42设置在外固定杆41内，所述内支撑杆42采用丝杠，所述螺纹转子144设置在内支撑杆42的一侧并与内支撑杆42丝杆连接，所述上下移动驱动电机43固定在外固定杆41的内表面，上下移动驱动电机43的输出轴与螺纹转子144相连，所述外固定杆41的侧壁上开有通孔，所述机械臂6连接杆穿过外固定杆41侧壁上的通孔与内支撑杆42相连。[0015]如图3所示，所述机械臂6与机械手臂7的结构相同，均包括机械臂主杆61、机械臂连接杆62、可伸缩软管63、旋转驱动电机64、伸缩驱动电机65、收缩机械臂66、螺纹转子1167，所述机械臂连接杆62用于与支撑杆4相连，可伸缩软管63设置在机械臂连接杆62和机械臂主杆61之间，所述收缩机械臂66设置在机械臂主杆61的前端端部，所述螺纹转子1167设置在机械臂主杆61的前端上表面，所述螺纹转子1167与收缩机械臂66丝杠连接，所述螺纹转子1167设置在伸缩驱动电机65的输出轴上，所述旋转驱动电机64设置在机械臂主杆61的后端上表面用于驱动机械臂主杆61左右旋转。[0016]如图4所示，所述剪枝机构8包括旋转开合电机81、固定剪片82和活动剪片83,所述旋转开合电机81安装在机械臂前端端部，所述活动剪片83安装在旋转开合电机81的输出轴上，所述固定剪片82通过两个连杆84固定在机械臂前端，所述活动剪片83与固定剪片82交叉设置。[0017]如图5所示，所述机械抓手9包括底盘91、旋转主动齿轮92、旋转从动齿轮93、夹持开合电机94、左夹子95和右夹子96,所述旋转主动齿轮92和旋转从动齿轮93分别设置在底盘91上，旋转主动齿轮92与旋转从动齿轮93相互啮合，所述左夹子95与右夹子96相对设置，左夹子95设置在旋转主动齿轮92下，右夹子96设置在旋转从动齿轮93下，所述夹持开合电机94的输出轴与旋转主动齿轮92相连。[0018]所述机架1的前部上方左右两侧分别设置集成有避障红外管和避障距离可调电阻的红外避障传感器。避障红外管分别水平设置在机架1的前部上方左右两侧，避障红外管的管口方向朝外并与机架1垂直设置。[0019]为了保证整个剪枝收枝过程中的行车安全，在机架1的前端设置图像采集模块，所述图像采集模块通过导线与单片机连接。当图像采集模块监测到前方有人等障碍物时，机器自动暂停。[0020]当筐子12装满剪下的番茄枝条后需要将筐子12推下机架1，为了便于将装满番茄枝条的筐子12推下机架1，所述机架1的后端设有便于筐子12滑下的坡面13。[0021]为了能够对两侧的番茄植株都可以进行剪枝及将剪掉的番茄枝条捡起放入机架上的筐子12中，所述支撑杆4上分别设置两个机械臂6与机械手臂7,且两机械臂6与两机械手臂7分别对称设置在支撑杆4的两侧。[0022]本发明的工作过程:将本发明的番茄全自动剪枝收枝设备放置于需要进行番茄剪枝收枝的两行作物中间，打开开关，锂电池带动电动机转动，电动机通过变速箱带动动力转向轮3转动，从而带动整个番茄全自动剪枝收枝设备在两行作物中间进行直线行走，影像传感器14检测到需要修剪的番茄枝条后，番茄全自动剪枝收枝设备停止行走，同时将信号传送给单f机，单片机向距离传感器11发出指令，距离传感器11开始检测及计算需修剪的枝条距离剪枝机构8的距离，然后将信号传送给单片机，单片机发出指令给切割传感器15，切割传感器I5指使剪枝机构8对番茄枝条进行修剪，修剪完成后剪枝机构8返回，机械手臂7上的影像传感1^14检测到地上有番茄枝条后，将信号传送给单片机，单片机向距离传感器^发出指令，距离传感器11开始检测及计算枝条距离机械抓手9的距离，然后将信号传送给单片机，单片机发出指令给指夹传感器I6,指夹传感器16接受到信号后指使机械抓手9将地上的番茄枝条捡起然后输送到筐子12内，当筐子12下的重量传感器感应到筐子u内的番茄枝条达到设定的重里后将彳目号传送给单片机，单片机接受到信号后向推杆传感器发出指令，推杆传感器指使推杆10将筐子12推下机架1，筐子12被推下机架1后分框装置5自动分下一个筐子I2到机架1上;番茄全自动剪枝收枝设备行走过程中，测速模块将监测到的实时速度号传送给单片机，然后单片机向变速箱发出指令，由变速箱控制动力转向轮3的速度；同时在番茄全自动剪枝收枝设备行走过程中，机架i前部上方左右两侧的避障红外管分别向两侧的作物发射红外光，同时将反射回来的红外光经红外避障传感器转变为电信号传送给单片机，然后单片机向变速箱发出指令，由变速箱控制动力转向轮3的转向及转速，从而控制番茄全自动剪枝收枝设备的行走方向，保证整个剪枝收枝过程中番茄全自动剪枝收枝设备始终沿两行作物的中间直线行走;番茄全自动剪枝收枝设备在行走过程中，当前方有人等障碍物时，机架1前端的图像采集模块将采集到障碍物的图像信息，并将采集到的图像信息转换为电信号传送给单片机，然后单片机向变速箱发出指令，变速箱控制动力转向轮3停止运动，保证整个剪枝收枝过程中的行车安全；同时单片机还设定距侧前方多少厘米无障碍物时，单片机向动力转向轮3发出指令，使动力转向轮3向左右转多少厘米后，再向左右转，从而实现番茄全自动剪枝收枝设备的自动换行作业。

权利要求：1.一种番茄全自动剪枝收枝设备，包括机架（1、安装在机架（1下的支撑轮2和动力转向轮3以及安装在机架（1上的支撑杆4、锂电池、变速箱、电动机、单片机和开关，所述动力转向轮3的轮轴上安装测速模块，动力转向轮3与变速箱相连，变速箱与电动机相连，电动机和开关分别通过导线与锂电池相连，其特征在于:所述支撑杆4竖向安装在机架（1上，所述支撑杆4上安装有分框装置5、机械臂6、机械手臂7和推杆10，机架⑴上支撑杆⑷的一侧设置筐子（12，所述分框装置⑸位于筐子（12的正上方，所述机械臂6和机械手臂7分别与支撑杆4垂直设置，机械臂6与机械手臂7均可旋转、伸缩以及沿支撑杆4上下运动，所述机械手臂7设置在机械臂（6的下方，机械臂6的前端安装有剪枝机构8、影像传感器14、切割传感器15和距离传感器11，机械手臂7的前端安装有机械抓手9、影像传感器（14、距离传感器（11和指夹传感器（16，所述推杆（10设置在支撑杆4的下部，且位于支撑杆4与筐子（12之间，所述推杆（10上设有推杆传感器，所述影像传感器（14、距离传感器（11、切割传感器（15、指夹传感器（16、推杆传感器、变速箱及测速模块分别与单片机相连。2.根据权利要求1所述的一种番茄全自动剪枝收枝设备，其特征在于:所述支撑杆4包括外固定杆41、内支撑杆42、上下移动驱动电机43和螺纹转子I44，所述内支撑杆42设置在外固定杆41内，所述内支撑杆42采用丝杠，所述螺纹转子I44设置在内支撑杆42的一侧并与内支撑杆42丝杆连接，所述上下移动驱动电机43固定在外固定杆41的内表面，上下移动驱动电机43的输出轴与螺纹转子I44相连，所述外固定杆41的侧壁上开有通孔，所述机械臂6连接杆穿过外固定杆41侧壁上的通孔与内支撑杆42相连。3.根据权利要求1或2所述的一种番茄全自动剪枝收枝设备，其特征在于:所述机械臂6包括机械臂主杆61、机械臂连接杆62、可伸缩软管63、旋转驱动电机64、伸缩驱动电机65、收缩机械臂¢6、螺纹转子II67，所述机械臂连接杆62用于与支撑杆4相连，可伸缩软管63设置在机械臂连接杆62和机械臂主杆61之间，所述收缩机械臂66设置在机械臂主杆61的前端端部，所述螺纹转子IK67设置在机械臂主杆¢1的前端上表面，所述螺纹转子1167与收缩机械臂66丝杠连接，所述螺纹转子1167设置在伸缩驱动电机65的输出轴上，所述旋转驱动电机64设置在机械臂主杆61的后端上表面用于驱动机械臂主杆61左右旋转。4.根据权利要求1或2所述的一种番茄全自动剪枝收枝设备，其特征在于:所述剪枝机构⑻包括旋转开合电机81、固定剪片82和活动剪片83，所述旋转开合电机81安装在机械臂前端端部，所述活动剪片83安装在旋转开合电机81的输出轴上，所述固定剪片（82通过两个连杆84固定在机械臂前端，所述活动剪片（83与固定剪片（82交叉设置。5.根据权利要求1或2所述的一种番茄全自动剪枝收枝设备，其特征在于:所述机械抓手9包括底盘91、旋转主动齿轮92、旋转从动齿轮93、夹持开合电机94、左夹子%和右夹子96，所述旋转主动齿轮92和旋转从动齿轮93分别设置在底盘91上，旋转主动齿轮92与旋转从动齿轮93相互啮合，所述左夹子95与右夹子96相对设置，左夹子％设置在旋转主动齿轮92下，右夹子96设置在旋转从动齿轮93下，所述夹持开合电机94的输出轴与旋转主动齿轮92相连。6.根据权利要求5所述的一种番茄全自动剪枝收枝设备，其特征在于:所述机架（1的前部上方左右两侧分别设置集成有避障红外管和避障距离可调电阻的红外避障传感器。7.根据权利要求1或6所述的一种番茄全自动剪枝收枝设备，其特征在于:所述机架（1的后端设有便于筐子12滑下的坡面13。

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