一种果树振动抱紧装置及其果树抱紧方法

1.本发明属于林果采收机械技术领域，具体涉及一种果树振动抱紧装置及其果树抱紧方法。


背景技术：

2.果园收获作业是果园生产全过程中最重要的环节，林果采收劳动强度大，用工量多。传统的人工采收方法每公顷需要几百个工时，占果园生产过程中用工量的50％左右，费时费力，且成本高。采用机械振动的方式进行林果采收能有效提高采收效率并降低劳动成本，机械振动式采收机采用振摇法，使果实震落，而采收机的抱紧夹持机构是否能准确牢固地抱紧振动目标是实现后续有效的振动传递及良好的振动效果的关键一步。
3.专利号为cn102668815b的专利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。此外，该装置前端的手爪的结构只能作用于果树的单根枝干上，作用范围小，只能适用于小型规则果树的主树干，在果树主枝干不明显、分枝多且分散的情况下，振动采摘手无法有效抓取果树主枝干来传递振动到果树的各分枝上，果树落果率将下降，收获效率降低。
4.专利号为cn102656999a的专利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，同时通过改变钢丝绳与l型摇杆上圆孔的挂接位置，也可改变钢丝绳对果树的振动幅度。该发明虽可以通过钢丝绳和挂钩配合使用，实现对任意尺寸的树干或树枝的挂紧，但该过程需要人工操作，且无法自动抱紧果树。
5.因此，在实际应用中，果树振动机械需要有可靠的抱紧装置，能直接牢固抱紧主枝干不明显且分枝多而杂乱的果树，并能更有效地传递振动，且抱紧的过程无需人工参与就能实现自动抱紧果树，此外，抱紧装置能尽量在振动过程中对果树本身不造成损伤。


技术实现要素：

6.本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提出一种果树振动抱紧装置及其果树抱紧方法。
7.为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
8.本发明一种果树振动抱紧装置，包括舵机传动组件、皮带抱紧机构、皮带旋紧机构、冲击板和外界连接装置。所述皮带抱紧机构包括线绳收紧装置、皮带定位架、挂钩装置、
挂环装置和皮带；皮带定位架包括皮带定位支架一、u形槽支架、皮带定位支架二和皮带定位支架三。所述皮带定位支架一的一端与u形槽支架的一端固定；u形槽支架的另一端与皮带定位支架三的一端固定；所述皮带定位支架一、皮带定位支架二和皮带定位支架三均为u形槽结构，且内部均间距设有若干个线绳收紧装置；其中，处于皮带定位支架二一端的一个线绳收紧装置与挂钩装置连接，处于皮带定位支架三另一端的一个线绳收紧装置与挂环装置连接；挂钩装置和挂环装置连接状态下，皮带定位架为一个封闭环形。
9.所述线绳收紧装置包括线绳、线绳卷筒、卷簧轴和卷簧；所述卷簧轴的两端与皮带定位支架一、皮带定位支架二或皮带定位支架三的两侧内壁分别固定；卷簧套置在卷簧轴上，且卷簧的内勾嵌入卷簧轴上开设的方槽内；线绳卷筒套置在卷簧外侧，且卷簧的外勾嵌入线绳卷筒内侧壁开设的方孔内；所述线绳的一端与卷簧的外勾固定，且线绳卷绕在线绳卷筒外侧的环形凹槽内。皮带定位支架一上所有线绳收紧装置的线绳另一端均与皮带连接，皮带定位支架二上除与挂钩装置连接的线绳收紧装置外其余所有线绳收紧装置的线绳另一端均与皮带连接，皮带定位支架三上除与挂环装置连接的线绳收紧装置外其余所有线绳收紧装置的线绳另一端均与皮带连接。初始状态下，皮带、挂钩装置和挂环装置贴近皮带定位架内侧。
10.所述挂钩装置包括挂钩固定块和挂钩，挂环装置包括挂环固定块和挂环；所述挂钩固定块一端和挂环固定块一端与皮带的两端分别固定；挂钩固定块和挂环固定块上均设有一体成型的凸台；挂钩固定块的凸台与皮带定位支架二端部那个线绳收紧装置的线绳另一端固定，挂环固定块的凸台与皮带定位支架三端部那个线绳收紧装置的线绳另一端固定；所述挂钩固定块另一端和挂环固定块另一端分别固定有挂钩和挂环。
11.所述皮带抱紧机构设有间距设置且相互固定的两个，两个皮带抱紧机构的皮带定位支架一另一端均通过舵机传动组件与皮带定位支架二的另一端连接，所述冲击板与两个皮带抱紧机构的u形槽支架内侧均固定。
12.所述皮带旋紧机构包括支撑板一、螺母压片预紧机构、绕线柱、位置固定环、从动齿轮、主动齿轮、传动轴一、电机和支撑板二，所述螺母压片预紧机构包括旋紧螺母和球冠形的压片；支撑板一和支撑板二上下间距设置，且均与冲击板固定；传动轴一的两端与两个轴承座分别构成转动副，两个轴承座分别与支撑板一和支撑板二固定；所述传动轴一两端的螺纹段上均套置有压片，并连接有旋紧螺母；传动轴一中部光轴段上固定有两个间距设置的位置固定环；所述传动轴一两端均套置有绕线柱，每个绕线柱两端分别由传动轴一对应端的压片和位置固定环轴向限位；传动轴一两端的压片分别由传动轴一对应端的旋紧螺母压紧；压片的凸面朝向绕线柱设置。所述绕线柱开设有竖直的方槽通孔，两个皮带抱紧机构的皮带分别穿过两个绕线柱的方槽通孔；电机的壳体通过电机支架与冲击板固定；电机的输出轴上固定有主动齿轮，主动齿轮与传动轴一光轴段上固定的从动齿轮啮合；所述外界连接装置包括连接板和外界连接件；外界连接件通过连接板与冲击板固定，且位于两个皮带抱紧机构的u形槽支架之间。
13.优选地，所述舵机传动组件包括u型连接架一、舵机、舵盘、传动轴二、u型连接架二、u型连接件一、u型连接件二和u型连接件三。所述舵机的壳体固定在u型连接架一上，舵机的输出轴通过舵盘与u型连接件一的一端固定；所述u型连接件一的另一端与u型连接架一铰接；传动轴二一端与u型连接件一的一端固定，另一端与u型连接件三的一端固定；u型
连接件三的两端均铰接在u型连接架二上；所述u型连接件一与u型连接架一的铰接轴、u型连接件三两端与u型连接架二的铰接轴以及传动轴二同轴设置；u型连接件一和u型连接件三上均固定有u型连接件二。其中一个皮带抱紧机构中，皮带定位支架一与u型连接架一固定，皮带定位支架二与固定在u型连接件一上的u型连接件二固定；另一个皮带抱紧机构中，皮带定位支架一与u型连接架二固定，皮带定位支架二与固定在u型连接件三上的u型连接件二固定。
14.优选地，所述的两个皮带抱紧机构的皮带定位支架一通过多个间距设置的支撑柱固定，两个皮带抱紧机构的皮带定位支架二通过多个间距设置的支撑柱固定，两个皮带抱紧机构的皮带定位支架三通过多个间距设置的支撑柱固定。
15.优选地，所述卷簧轴上开设有两个圆柱孔，每个圆柱孔与皮带定位支架一、皮带定位支架二或皮带定位支架三两侧内壁对应位置的圆柱孔通过螺栓和螺母连接。
16.优选地，所述挂钩固定块和挂环固定块均通过开设的u形方槽与皮带固定。
17.优选地，所述绕线柱两端均设有一体成型的圆形飞边。
18.优选地，所述冲击板内侧固定有橡胶垫。
19.本发明一种果树振动抱紧装置的果树抱紧方法，具体如下：
20.首先，将外界连接件与机械臂固定，调整两个旋紧螺母，使两个压片与相应绕线柱之间的静摩擦预紧力达到预设值；通过控制器控制舵机正转，带动两个皮带抱紧机构中的皮带定位支架二绕着传动轴二向外转动；
21.接着，通过机械臂带动果树振动抱紧装置移动，使果树进入两个皮带抱紧机构的皮带定位支架二和皮带定位支架三之间的开口内；通过控制器控制舵机反转，带动两个皮带抱紧机构中的皮带定位支架二绕着传动轴二向内转动，使两个挂钩扣入相应的挂环内；
22.然后，控制器控制电机正转，并通过主动齿轮和从动齿轮啮合带动传动轴一转动，进而带动两个绕线柱转动；两个绕线柱分别绕紧并收纳相应的皮带，两根皮带同步收缩；同时，两根皮带分别拉动相应线绳收紧装置的线绳，使相应的线绳卷筒绕卷簧轴正转，并带动相应的卷簧收缩。当上方的皮带抱紧果树后，该皮带无法继续收缩，即相应绕线柱受到的外力大于静摩擦预紧力预设值，该绕线柱绕传动轴一进行空转，下方的皮带继续收缩直至抱紧果树，然后控制器控制电机停止工作，完成抱紧工作；
23.果树完成振动采收后，控制器控制电机反转释放两根皮带；同时，在各卷簧的回复力作用下，相应线绳卷筒绕相应卷簧轴反转，各线绳重新卷绕在相应的线绳卷筒上，并带动相应的皮带、挂钩装置和挂环装置复位，重新贴近在相应的皮带定位架内侧；
24.最后，控制器控制舵机反转，带动两个皮带抱紧机构的皮带定位支架二向外转动，两个挂钩脱离相应的挂环，机械臂带动果树振动抱紧装置移动使果树从两个皮带抱紧机构的皮带定位支架二和皮带定位支架三之间的开口挪出。
25.本发明的有益效果如下：
26.本发明通过舵机传动组件控制整个装置的打开与闭合，并通过皮带旋紧机构收紧和放松皮带，再通过皮带抱紧机构的各线绳收紧装置使皮带、挂钩装置和挂环装置进行复位，无需人工参与，实现自动抱紧果树；同时本发明通过皮带旋紧机构中的螺母压片预紧机构设置静摩擦预紧力预设值来预紧绕线柱，当装置中上方的绕线柱受到的外力大于静摩擦预紧力预设值时，绕线柱进行空转，不再收紧皮带，下方的绕线柱继续收紧皮带直至抱紧果
树，如此可以实现牢固抱紧果树，进行更有效的传递振动，且能够适应主枝干不明显且分枝多而杂乱的果树，同时采用皮带抱紧果树的方式，能够减少对果树树干树皮的损伤。
附图说明
27.图1为本发明的整体结构示意图；
28.图2为本发明中皮带抱紧机构的结构示意图；
29.图3为本发明中线绳收紧装置的结构示意图；
30.图4为本发明中皮带抱紧机构的部分结构示意图；
31.图5为本发明中舵机传动组件的结构示意图；
32.图6为本发明中皮带旋紧机构、冲击板及外界连接装置的结构示意图；
33.图7为本发明中传动轴一、螺母压片预紧机构、绕线柱和位置固定环的结构示意图；
34.图8为本发明中绕线柱的结构示意图；
35.图9为本发明打开状态下的结构示意图；
36.图10为本发明抱紧果树状态下的结构示意图。
具体实施方式
37.下面结合附图对本发明做进一步描述。
38.如图1所示，本发明一种果树振动抱紧装置，包括舵机传动组件1、皮带抱紧机构2、皮带旋紧机构3、冲击板4和外界连接装置5。
39.如图2和图4所示，皮带抱紧机构2包括线绳收紧装置6、皮带定位架、挂钩装置10、挂环装置11和皮带37；皮带定位架包括皮带定位支架一7、u形槽支架8、皮带定位支架二9和皮带定位支架三12。皮带定位支架一7的一端与u形槽支架8的一端固定；u形槽支架8的另一端与皮带定位支架三12的一端固定；皮带定位支架一7、皮带定位支架二9和皮带定位支架三12均为u形槽结构，且内部均间距设有若干个线绳收紧装置6；其中，处于皮带定位支架二9一端的一个线绳收紧装置6与挂钩装置10连接，处于皮带定位支架三12另一端的一个线绳收紧装置6与挂环装置11连接；挂钩装置10和挂环装置11连接状态下，皮带定位架为一个封闭环形。
40.如图3所示，线绳收紧装置6包括线绳34、线绳卷筒38、卷簧轴39和卷簧40；卷簧轴39的两端与皮带定位支架一7、皮带定位支架二9或皮带定位支架三12的两侧内壁分别固定；卷簧40套置在卷簧轴39上，且卷簧40的内勾40-1嵌入卷簧轴39上开设的方槽39-1内；线绳卷筒38套置在卷簧40外侧，且卷簧40的外勾40-2嵌入线绳卷筒38内侧壁开设的方孔内；线绳34的一端与卷簧40的外勾固定，且线绳34卷绕在线绳卷筒38外侧的环形凹槽内。皮带定位支架一7上所有线绳收紧装置6的线绳34另一端均与皮带37连接，皮带定位支架二9上除与挂钩装置10连接的线绳收紧装置6外其余所有线绳收紧装置6的线绳34另一端均与皮带37连接，皮带定位支架三12上除与挂环装置11连接的线绳收紧装置6外其余所有线绳收紧装置6的线绳34另一端均与皮带37连接。初始状态下，皮带37、挂钩装置10和挂环装置11贴近皮带定位架内侧。
41.如图4所示，挂钩装置10包括挂钩固定块35和挂钩35-3，挂环装置11包括挂环固定
块36和挂环36-1；挂钩固定块35一端和挂环固定块36一端与皮带37的两端分别固定；挂钩固定块35和挂环固定块36上均设有一体成型的凸台35-2；挂钩固定块35的凸台35-2与皮带定位支架二9端部那个线绳收紧装置6的线绳34另一端固定，挂环固定块36的凸台35-2与皮带定位支架三12端部那个线绳收紧装置6的线绳34另一端固定；挂钩固定块35另一端和挂环固定块36另一端分别固定有挂钩35-3和挂环36-1。
42.如图1和图2所示，皮带抱紧机构2设有间距设置且相互固定的两个，两个皮带抱紧机构2的皮带定位支架一7另一端均通过舵机传动组件1与皮带定位支架二9的另一端连接，冲击板4与两个皮带抱紧机构2的u形槽支架8内侧均固定。
43.如图6、图7和图8所示，皮带旋紧机构3包括支撑板一21、螺母压片预紧机构、绕线柱24、位置固定环25、从动齿轮26、主动齿轮27、传动轴一28、电机29和支撑板二31，螺母压片预紧机构包括旋紧螺母22和球冠形的压片23；支撑板一21和支撑板二31上下间距设置，且均与冲击板4固定；传动轴一28的两端与两个轴承座30分别构成转动副，两个轴承座30分别与支撑板一21和支撑板二31固定；传动轴一28两端的螺纹段上均套置有压片23，并连接有旋紧螺母22；传动轴一28中部光轴段上固定有两个间距设置的位置固定环25；传动轴一28两端均套置有绕线柱24，每个绕线柱24两端分别由传动轴一28对应端的压片23和位置固定环25轴向限位；传动轴一28两端的压片23分别由传动轴一28对应端的旋紧螺母22压紧；压片23的凸面朝向绕线柱24设置；可通过旋紧螺母22改变压片23凸面与绕线柱24的接触面积，产生不同的静摩擦预紧力。绕线柱24开设有竖直的方槽通孔24-1，两个皮带抱紧机构2的皮带37分别穿过两个绕线柱24的方槽通孔24-1；电机29的壳体通过电机支架32与冲击板4固定；电机29的输出轴上固定有主动齿轮27，主动齿轮27与传动轴一28光轴段上固定的从动齿轮26啮合；其中，电机29由控制器控制。外界连接装置5包括连接板和外界连接件33；外界连接件33通过连接板与冲击板4固定，且位于两个皮带抱紧机构2的u形槽支架8之间，用于连接机械臂等机器。
44.作为一个优选实施例，如图5所示，舵机传动组件1包括u型连接架一13、舵机14、舵盘15、传动轴二16、u型连接架二17、u型连接件一18、u型连接件二19和u型连接件三20。舵机14的壳体固定在u型连接架一13上，舵机14的输出轴通过舵盘15与u型连接件一18的一端固定；其中，舵机14由控制器控制；u型连接件一18的另一端与u型连接架一13铰接；传动轴二16一端与u型连接件一18的一端固定，另一端与u型连接件三20的一端固定；u型连接件三20的两端均铰接在u型连接架二17上；u型连接件一18与u型连接架一13的铰接轴、u型连接件三20两端与u型连接架二17的铰接轴以及传动轴二16同轴设置；u型连接件一18和u型连接件三20上均固定有u型连接件二19。其中一个皮带抱紧机构2中，皮带定位支架一7与u型连接架一13固定，皮带定位支架二9与固定在u型连接件一18上的u型连接件二19固定；另一个皮带抱紧机构2中，皮带定位支架一7与u型连接架二17固定，皮带定位支架二9与固定在u型连接件三20上的u型连接件二19固定。
45.作为一个优选实施例，如图9所示，两个皮带抱紧机构2的皮带定位支架一7通过多个间距设置的支撑柱43固定，两个皮带抱紧机构2的皮带定位支架二9通过多个间距设置的支撑柱43固定，两个皮带抱紧机构2的皮带定位支架三12通过多个间距设置的支撑柱43固定。
46.作为一个优选实施例，如图3所示，卷簧轴39上开设有两个圆柱孔39-2，每个圆柱
孔39-2与皮带定位支架一7、皮带定位支架二9或皮带定位支架三12两侧内壁对应位置的圆柱孔通过螺栓和螺母连接，从而将卷簧轴39固定在皮带定位支架一7、皮带定位支架二9或皮带定位支架三12上。
47.作为一个优选实施例，如图4所示，挂钩固定块35和挂环固定块36均通过开设的u形方槽35-1与皮带37固定。
48.作为一个优选实施例，如图6所示，绕线柱24两端均设有一体成型的圆形飞边24-2，用于更好的收纳皮带37。
49.作为一个优选实施例，如图9所示，冲击板4内侧固定有橡胶垫41，能够减少对果树树干和树皮的损伤。
50.本发明一种果树振动抱紧装置的果树抱紧方法，具体如下：
51.首先，将外界连接件33与机械臂固定，调整两个旋紧螺母22，使两个压片23与相应绕线柱24之间的静摩擦预紧力达到预设值；通过控制器控制舵机14正转，带动两个皮带抱紧机构2中的皮带定位支架二9绕着传动轴二16向外转动；
52.接着，通过机械臂带动果树振动抱紧装置移动，使果树42进入两个皮带抱紧机构2的皮带定位支架二9和皮带定位支架三12之间的开口内，如图9所示；通过控制器控制舵机14反转，带动两个皮带抱紧机构2中的皮带定位支架二9绕着传动轴二16向内转动，使两个挂钩35-3扣入相应的挂环36-1内；
53.然后，控制器控制电机29正转，并通过主动齿轮27和从动齿轮26啮合带动传动轴一28转动，进而带动两个绕线柱24转动；两个绕线柱2分别绕紧并收纳相应的皮带37，两根皮带37同步收缩；同时，两根皮带37分别拉动相应线绳收紧装置6的线绳34，使相应的线绳卷筒38绕卷簧轴39正转，并带动相应的卷簧40收缩。当上方的皮带37抱紧果树后，该皮带37无法继续收缩，即相应绕线柱24受到的外力大于静摩擦预紧力预设值，该绕线柱24绕传动轴一28进行空转，下方的皮带37继续收缩直至抱紧果树，然后控制器控制电机29停止工作，完成抱紧工作，如图10所示；
54.果树完成振动采收后，控制器控制电机29反转释放两根皮带37；同时，在各卷簧40的回复力作用下，相应线绳卷筒38绕相应卷簧轴39反转，各线绳34重新卷绕在相应的线绳卷筒38上，并带动相应的皮带37、挂钩装置10和挂环装置11复位，重新贴近在相应的皮带定位架内侧；
55.最后，控制器控制舵机14反转，带动两个皮带抱紧机构2的皮带定位支架二9向外转动，两个挂钩35-3脱离相应的挂环36-1，机械臂带动果树振动抱紧装置移动使果树从两个皮带抱紧机构2的皮带定位支架二9和皮带定位支架三12之间的开口挪出。其中，机械臂带动果树振动抱紧装置移动至另一颗果树过程中，或结束全部作业后，为了避免果树振动抱紧装置损坏以及节省收纳空间，通过控制器控制舵机14反转，带动两个皮带抱紧机构2中的皮带定位支架二9绕着传动轴二16向内转动，使两个挂钩35-3扣入相应的挂环36-1内。
56.上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。