一种坚果振摇采收装置及其自适应采收控制系统和方法与流程

1.本发明涉及智能农业装置，特别是一种坚果振摇采收装置及其自适应采收控制系统和控制方法。


背景技术：

2.坚果是指具有坚硬外壳的木本类籽粒，包括核桃、松子和板栗等。其含有很多优质蛋白、矿物质与膳食纤维以及人体必不可少的维生素等，对人体发育、增强体质和预防疾病有着较好的功效，是健康类休闲食品的典型代表。
3.坚果振摇采收作业时，不同直径果树所需工作参数不同，使用不同的工作参数直接影响着落果率大小。另外，夹持机构对果树压力的大小也对坚果采收存在直接或间接的影响。如果压力过小，果树与夹持机构存在间隙，降低激振力传递效果，导致落果率差的问题；压力过大，柔性垫板失去弹性作用，果树与夹持机构刚性连接，容易对果树夹持部位树皮造成损伤，导致来年产量降低或果树死亡。导致上述问题主要是由于目前坚果振摇采收装置对果树适应性差、靠操作者感觉或经验进行作业等原因造成的。因此，如何对坚果振摇采收过程进行自适应控制是本领域亟待解决的问题。


技术实现要素：

4.本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的上述缺陷，提供一种坚果振摇采收装置及其自适应采收控制系统和方法。
5.为了实现上述目的，本发明提供了一种坚果振摇采收装置的自适应采收控制系统，其中，安装在坚果振摇采收装置的夹持机构上，所述夹持机构包括采收臂、定夹板、柔性定夹板、动夹板和柔性动夹板，所述定夹板安装在所述采收臂的一端，所述采收臂的另一端与所述坚果振摇采收装置的激振源连接；所述动夹板对应于所述定夹板安装在所述采收臂上，并沿所述采收臂的滑道相对于所述定夹板移动，以调节所述夹持机构的开口适应不同直径的果树；所述柔性定夹板和柔性动夹板分别对应设置在所述定夹板和动夹板的内侧；所述自适应采收控制系统包括：
6.压力传感器，设置在所述动夹板和柔性动夹板之间，用于检测所述柔性动夹板与果树间的压力；
7.压力控制器，一端与所述采收臂连接，所述压力控制器的另一端与所述动夹板连接；
8.位移传感器，用于获取所述动夹板的移动距离；以及
9.中央控制器，分别与所述压力控制器、压力传感器位移传感器和激振源连接，用于精准控制所述夹持机构与果树间的夹持力，所述中央控制器根据所述位移传感器获取的移动距离，计算所夹持果树的直径，并自动匹配工作参数，通过控制所述激振源带动所述采收臂进行坚果振摇作业。
10.上述的坚果振摇采收装置的自适应采收控制系统，其中，所述中央控制器内置数
据库，所述数据库内存储有工作参数和数据模型；所述数据模型由预先实验测试数据通过神经网络训练而成；所述工作参数包括所述激振源的振动频率、振幅和持续时间。
11.上述的坚果振摇采收装置的自适应采收控制系统，其中，所述压力传感器和位移传感器分别依次通过信号变送器和信号采集器与所述中央控制器连接，以将所述压力传感器和位移传感器采集的模拟信号转换成数字信号输送至所述中央控制器。
12.上述的坚果振摇采收装置的自适应采收控制系统，其中，所述压力传感器为平面测力传感器或柔性薄膜压力传感器；所述位移传感器为应变式传感器或电感器式传感器。
13.上述的坚果振摇采收装置的自适应采收控制系统，其中，所述柔性定夹板与定夹板可拆卸连接，所述柔性动夹板与动夹板可拆卸连接。
14.上述的坚果振摇采收装置的自适应采收控制系统，其中，所述定夹板和动夹板均为刚性材料件，所述定夹板和动夹板的截面为矩形、圆弧形或多边形。
15.上述的坚果振摇采收装置的自适应采收控制系统，其中，所述柔性定夹板和柔性动夹板均为可逆变形的高弹性聚合物材料件。
16.上述的坚果振摇采收装置的自适应采收控制系统，其中，所述压力控制器的一端通过固定座安装在所述采收臂上，所述位移传感器安装在所述固定座上。
17.为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种坚果振摇采收装置的自适应采收控制方法，其中，包括如下步骤：
18.s100、调整采收臂使夹持机构包围果树，柔性定夹板接触果树，所述夹持机构的最大张口为l，位移传感器与动夹板初始位置间的距离为a；
19.s200、压力控制器伸出，推动动夹板向果树靠近，同时压力传感器接通，当所述压力传感器达到预设压力，所述压力传感器断开；所述压力控制器停止伸出，所述压力控制器的伸出量为y；
20.s300、位移传感器打开并采集与所述动夹板停止位置间的距离b，中央控制器计算所述压力控制器伸出量y＝b-a，果树直径x＝l-b+a；
21.s400、将所述果树直径x与数据库内的设置参数进行对比，所述中央控制器选择并输出与所述果树直径x适配的振摇工作参数，并驱动激振源开始工作；以及
22.s500、所述激振源的振摇时间达到预设输出持续时间，所述激振源停止工作，所述压力控制器收缩至初始位置，所述位移传感器断开，完成坚果振摇采收。
23.为了更好地实现上述目的，本发明还提供了一种坚果振摇采收装置，其中，包括上述的自适应采收控制系统。
24.本发明的技术效果在于：
25.本发明通过控制压力控制器对动夹板的作用力，进而控制柔性动夹板与果树间的压力，实现果树自适应压力的控制。另外，通过位移传感器获取与动夹板间的初始位置和停止位置的距离，得到压力控制器伸出量，进而中央控制器计算出夹持果树的直径，根据所计算直径与数据库内储存的参数对比，匹配最佳振摇工作参数，实现果树自适应采收，并可保证坚果振摇采收装置工作时获得最大落果率的同时不损坏树皮。
26.以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
27.图1为本发明一实施例的坚果振摇采收装置结构示意图；
28.图2为本发明一实施例的自适应采收控制系统框图；
29.图3为本发明一实施例的自适应采收控制工作原理图；
30.图4为本发明一实施例的果树直径x转换示意图；
31.图5为本发明一实施例的压力控制器伸出量y转换示意图。
32.其中，附图标记
33.1激振源
34.2位移传感器
35.3固定座
36.4压力控制器
37.5动夹板
38.6柔性动夹板
39.7果树
40.8柔性定夹板
41.9定夹板
42.10滑道
43.11压力传感器
44.12采收臂
具体实施方式
45.下面结合附图对本发明的结构原理和工作原理作具体的描述：
46.参见图1，图1为本发明一实施例的坚果振摇采收装置结构示意图。本发明的坚果振摇采收装置，包括夹持机构和自适应采收控制系统，所述夹持机构包括采收臂12、定夹板9、柔性定夹板8、动夹板5和柔性动夹板6，所述定夹板9安装在所述采收臂12的一端，所述采收臂12的另一端与所述坚果振摇采收装置的激振源1连接；所述动夹板5对应于所述定夹板9安装在所述采收臂12上，与采收臂12上的滑道10连接，并沿所述滑道10相对于所述定夹板9移动，以调节所述夹持机构的开口大小，适应不同直径的果树7，定夹板9和滑道10都固定在采收臂12上；所述柔性定夹板8和柔性动夹板6分别对应设置在所述定夹板9和动夹板5的内侧；由于所述柔性定夹板8和柔性动夹板6均为易磨损件，故优选所述柔性定夹板8与定夹板9可拆卸连接，所述柔性动夹板6与动夹板5可拆卸连接；所述定夹板9和动夹板5均优选为刚性材料件，所述定夹板9和动夹板5的外形截面优选为矩形、圆弧形或多边形等；所述柔性定夹板8和柔性动夹板6是为了防止定夹板9和动夹板5与果树7刚性接触造成树皮损伤，而在定夹板9和动夹板5上增加的防护措施，均优选为可逆变形的高弹性聚合物材料件，也可为柔性、耐磨损的其它材料件。该坚果振摇采收装置其他部件的组成、结构、相互位置关系、连接关系及其功用等，均可采用较成熟的现有技术，故在此不做赘述，下面仅对本发明的自适应采收控制系统及其控制方法予以详细说明。
47.参见图2，图2为本发明一实施例的自适应采收控制系统框图。本发明的自适应采收控制系统，安装在坚果振摇采收装置的夹持机构上，所述自适应采收控制系统包括：压力
传感器11，设置在所述动夹板5和柔性动夹板6之间，用于检测所述柔性动夹板6与果树7间的压力；压力控制器4，一端与所述采收臂12连接，所述压力控制器4的另一端与所述动夹板5连接；位移传感器2，用于获取所述动夹板5的移动距离，优选所述压力控制器4的一端通过固定座3安装在所述采收臂12上，即压力控制器4一端安装在固定座3上，固定座3安装在采收臂12上，所述位移传感器2安装在所述固定座3上；以及中央控制器，分别与所述压力控制器4、压力传感器11、位移传感器2和激振源1连接，用于精准控制所述夹持机构与果树7间的夹持力，所述中央控制器根据所述位移传感器2获取的移动距离，计算所夹持果树7的直径，并自动匹配设定的工作参数，通过控制所述激振源1驱动所述采收臂12进行坚果振摇作业。该中央控制器可分别通过驱动器与压力控制器4和激振源1连接，通过控制驱动器带动压力控制器4和激振源1的运动。
48.本实施例中，所述中央控制器内置数据库，所述数据库内存储有由不同参数所对应的工作参数和数据模型；所述数据模型由预先实验测试所得数据通过神经网络等方法训练而成；所述工作参数包括所述激振源1的振动频率、振幅和持续时间等。所述压力传感器11和位移传感器2分别依次通过信号变送器和信号采集器与所述中央控制器连接，以将所述压力传感器11和位移传感器2采集的模拟信号转换成数字信号输送至所述中央控制器。即所述信号变送器和压力传感器11连接，将柔性动夹板6与果树7间的压力转化为电流信号或电压信号；所述信号采集器与所述信号变送器及所述中央控制器连接，将所述转化的电流信号或电压信号输送至所述中央控制器；所述信号变送器和位移传感器2连接，将动夹板5的移动距离转化为电流信号或电压信号；所述信号采集器与所述信号变送器及所述中央控制器连接，将转化的所述电流信号或电压信号输送至所述中央控制器。所述压力传感器11优选为平面测力传感器或柔性薄膜压力传感器11；所述位移传感器2优选为应变式传感器或电感器式传感器。
49.该坚果振摇采收装置可对核桃、银杏和橄榄等坚果类果树7进行采收，工作时，调整采收臂12使夹持机构包围果树7，柔性定夹板8接触果树7，此时夹持机构最大张口为l，位移传感器2与动夹板5初始位置间的距离为a；压力控制器4开始伸出，推动动夹板5向果树7靠近，与此同时压力传感器11接通，当压力传感器11达到预设压力，压力控制器4停止伸出，伸出量为y，压力传感器11断开，防止在后期振摇阶段中产生的往复激振力损坏压力传感器11；同时，位移传感器2打开并采集与动夹板5停止位置间的距离b，中央控制器计算压力控制器4伸出量y＝b-a，果树7直径x＝l-b+a，果树7直径x与提前设置好的参数进行对比，中央控制器将适合该果树7直径的振摇工作参数输出，驱动激振源1开始工作，振摇时间达到输出持续时间，激振源1停止工作，压力控制器4收缩至初始位置，位移传感器2断开，至此完成一颗坚果树7的振摇采收工作，继续进行其它果树7的振摇采收。
50.参见图3-图5，图3为本发明一实施例的自适应采收控制工作原理图，图4为本发明一实施例的果树7直径x转换示意图，图5为本发明一实施例的压力控制器4伸出量y转换示意图。本发明的自适应采收控制方法，包括如下步骤：
51.步骤s100、调整采收臂12使夹持机构包围果树7，柔性定夹板8接触果树7，所述夹持机构的最大张口为l，位移传感器2与动夹板5初始位置间的距离为a；
52.步骤s200、压力控制器4伸出，推动动夹板5向果树7靠近，同时压力传感器11接通，当所述压力传感器11达到预设压力，所述压力传感器11断开；所述压力控制器4停止伸出，
所述压力控制器4的伸出量为y；
53.步骤s300、位移传感器2打开并采集与所述动夹板5停止位置间的距离b，中央控制器计算所述压力控制器4伸出量y＝b-a，果树7直径x＝l-b+a；
54.步骤s400、将所述果树7直径x与数据库内的设置参数进行对比，所述中央控制器选择并输出与所述果树7直径x适配的振摇工作参数，并驱动激振源1开始工作；以及
55.步骤s500、所述激振源1的振摇时间达到预设输出持续时间，所述激振源1停止工作，所述压力控制器4收缩至初始位置，所述位移传感器2断开，完成坚果振摇采收。
56.本发明可实现果树自适应采收，并可保证坚果振摇采收装置工作时获得最大落果率的同时不损坏树皮。
57.当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

技术特征：
1.一种坚果振摇采收装置的自适应采收控制系统，其特征在于，安装在坚果振摇采收装置的夹持机构上，所述夹持机构包括采收臂、定夹板、柔性定夹板、动夹板和柔性动夹板，所述定夹板安装在所述采收臂的一端，所述采收臂的另一端与所述坚果振摇采收装置的激振源连接；所述动夹板对应于所述定夹板安装在所述采收臂上，并沿所述采收臂的滑道相对于所述定夹板移动，以调节所述夹持机构的开口适应不同直径的果树；所述柔性定夹板和柔性动夹板分别对应设置在所述定夹板和动夹板的内侧；所述自适应采收控制系统包括：压力传感器，设置在所述动夹板和柔性动夹板之间，用于检测所述柔性动夹板与果树间的压力；压力控制器，一端与所述采收臂连接，所述压力控制器的另一端与所述动夹板连接；位移传感器，用于获取所述动夹板的移动距离；以及中央控制器，分别与所述压力控制器、压力传感器位移传感器和激振源连接，用于精准控制所述夹持机构与果树间的夹持力，所述中央控制器根据所述位移传感器获取的移动距离，计算所夹持果树的直径，并自动匹配工作参数，通过控制所述激振源带动所述采收臂进行坚果振摇作业。2.根据权利要求1所述的坚果振摇采收装置的自适应采收控制系统，其特征在于，所述中央控制器内置数据库，所述数据库内存储有工作参数和数据模型；所述数据模型由预先实验测试数据通过神经网络训练而成；所述工作参数包括所述激振源的振动频率、振幅和持续时间。3.根据权利要求1所述的坚果振摇采收装置的自适应采收控制系统，其特征在于，所述压力传感器和位移传感器分别依次通过信号变送器和信号采集器与所述中央控制器连接，以将所述压力传感器和位移传感器采集的模拟信号转换成数字信号输送至所述中央控制器。4.根据权利要求1所述的坚果振摇采收装置的自适应采收控制系统，其特征在于，所述压力传感器为平面测力传感器或柔性薄膜压力传感器；所述位移传感器为应变式传感器或电感器式传感器。5.根据权利要求1所述的坚果振摇采收装置的自适应采收控制系统，其特征在于，所述柔性定夹板与定夹板可拆卸连接，所述柔性动夹板与动夹板可拆卸连接。6.根据权利要求1-5任意一项所述的坚果振摇采收装置的自适应采收控制系统，其特征在于，所述定夹板和动夹板均为刚性材料件，所述定夹板和动夹板的截面为矩形、圆弧形或多边形。7.根据权利要求1-5任意一项所述的坚果振摇采收装置的自适应采收控制系统，其特征在于，所述柔性定夹板和柔性动夹板均为可逆变形的高弹性聚合物材料件。8.根据权利要求1-5任意一项所述的坚果振摇采收装置的自适应采收控制系统，其特征在于，所述压力控制器的一端通过固定座安装在所述采收臂上，所述位移传感器安装在所述固定座上。9.一种坚果振摇采收装置的自适应采收控制方法，其特征在于，包括如下步骤：s100、调整采收臂使夹持机构包围果树，柔性定夹板接触果树，所述夹持机构的最大张口为l，位移传感器与动夹板初始位置间的距离为a；
s200、压力控制器伸出，推动动夹板向果树靠近，同时压力传感器接通，当所述压力传感器达到预设压力，所述压力传感器断开；所述压力控制器停止伸出，所述压力控制器的伸出量为y；s300、位移传感器打开并采集与所述动夹板停止位置间的距离b，中央控制器计算所述压力控制器伸出量y＝b-a，果树直径x＝l-b+a；s400、将所述果树直径x与数据库内的设置参数进行对比，所述中央控制器选择并输出与所述果树直径x适配的振摇工作参数，并驱动激振源开始工作；以及s500、所述激振源的振摇时间达到预设输出持续时间，所述激振源停止工作，所述压力控制器收缩至初始位置，所述位移传感器断开，完成坚果振摇采收。10.一种坚果振摇采收装置，其特征在于，包括权利要求1-8任意一项所述的自适应采收控制系统。

技术总结
一种坚果振摇采收装置及其自适应采收控制系统和方法，该坚果振摇采收装置包括自适应采收控制系统，安装在其夹持机构上，夹持机构包括采收臂、定夹板、柔性定夹板、动夹板和柔性动夹板，定夹板安装在采收臂的一端，采收臂的另一端与激振源连接；自适应采收控制系统包括：压力传感器，设置在动夹板和柔性动夹板之间；压力控制器，一端与采收臂连接，压力控制器的另一端与动夹板连接；位移传感器；以及中央控制器，分别与压力控制器、压力传感器、位移传感器和激振源连接，中央控制器根据位移传感器获取的移动距离，计算所夹持果树的直径，并自动匹配工作参数，通过控制激振源带动采收臂进行坚果振摇作业。本发明还公开了自适应采收控制方法。制方法。制方法。


技术研发人员：靳文停 赵金辉 杨学军 刘立晶 刘忠军 庄腾飞 刘云强 刘芳建 崔巍 周军平
受保护的技术使用者：中国农业机械化科学研究院集团有限公司
技术研发日：2023.05.12
技术公布日：2023/8/14