变角度果实采摘机理研究装置及其操作方法与流程

本发明涉及生物力学特性研究机构，具体为一种变角度果实采摘机理研究装置及其操作方法。

背景技术：

果实采摘角度指的是在果实的采摘过程中，果实与果树脱离时果柄与枝条所呈的角度。随着科技的不断发展，瓜果蔬菜的机械化采摘成为农业工程发展的主流趋势。研究采摘过程中果实的断裂机制，研究断裂时结合力与果梗枝条夹角之间的关系，对于果实采摘机械的理论设计、方案设计具有重要意义。

目前，现有的近似方案主要用在机械加工上，用来实现切削不同夹角的平面、断面等。对于农业工程上用来测量果柄与枝条夹角的机构，多为可调角度夹具，通过平板夹具对目标与枝条进行夹持，从而实现角度的测量。

上述的可调角度夹具，主要存在以下缺点：

(1)功能单一。在测量果柄与枝条夹角的同时，无法测量果柄与枝条的结合力；

(2)测量角度范围小。已有的可调角度夹具，角度测量范围为0°～45°，无法满足大角度测量的要求；

(3)定位精度低。目标与枝条接合处的定位精度低，导致角度测量误差较大，从而影响测量结果。

鉴于此，本发明提出一种变角度果实采摘机理研究装置与方法，旨在研究不同的果柄枝条夹角对结合力的影响，亦即结合力与果柄枝条夹角之间的关系。首先需要解决枝条所在直线的确定问题，若无法确定枝条所在直线的位置，则无法测量果柄与枝条的夹角；其次要解决果柄所在直线的定位问题；最后，要解决测力计与装置的固定问题。

技术实现要素：

针对上述问题，本发明提供了一种变角度果实采摘机理研究装置及其操作方法，本装置各个机构相互配合，共同完成对果柄枝条角度及分离力的测量。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案为：

变角度果实采摘机理研究装置，包括枝条定位机构、果实定位机构、角度测量及固定机构和测力仪导向机构，其中

所述枝条定位机构包括横梁、枝条定位架，所述枝条定位架通过紧固螺栓安装于横梁两端，用来对枝条所在直线进行定位；

所述果实定位机构包括板状吊梁及定位螺栓，所述板状吊梁一端通过紧固螺栓安装于横梁中间，另一端与所述角度测量及固定机构连接，用来对待测量目标进行定位；

所述角度测量及固定机构包括板状测角仪及安装于其上、角度可调节的板状定角杆，所述板状测角仪通过紧固螺栓安装于横梁、板状吊梁下方，用来对果柄与枝条的夹角进行指定角度的定位；

所述测力仪导向机构包括安装于板状定角杆上的测力仪导向槽，所述测力仪导向槽与测力仪导杆相互配合，用来对果柄与枝条指定角度结合力进行测量。

作为上述技术方案的改进，所述板状定角杆上开设有若干连接孔，其内侧连接孔安装有转轴，所述转轴的中心与所述定位螺栓的中心重合，使得其与果柄及枝条连接点在同一竖直线上，外侧连接孔用于所述测力仪导向槽的安装固定。

作为上述技术方案的改进，所述板状定角杆上开设有定角螺柱滑槽，其内安装有定角螺柱，所述定角螺柱滑槽包括导向槽和定位槽，所述定角螺柱对应设置有导向面与定位面，使得其可于定角螺柱滑槽内滑动或锁定。

作为上述技术方案的改进，所述定角螺柱上方安装有蝶形螺母。

作为上述技术方案的改进，所述板状测角仪呈半圆盘状，其包括刻度标记及角度定位槽，所述板状定角杆通过蝶形螺母及定角螺柱安装于指定角度的角度定位槽内。

作为上述技术方案的改进，所述板状测角仪下方安装有柱形支撑杆，用于支撑本研究装置。

本发明同时提供了一种变角度果实采摘机理研究装置的操作方法，所述方法应用于上述任一项所述的变角度果实采摘机理研究装置，具体包括：

步骤(1)，选定待测枝条与待测枝条上的待测目标；

步骤(2)，将待测枝条上的待测目标放置于定位螺栓附近，并用粘扣带将枝条固定在枝条定位架上，使得目标果柄处于板状测角仪侧；

步骤(3)，对枝条进行微调，使得果柄与枝条的连接点与定位螺栓的指针针尖处于同一竖直线上；

步骤(4)，旋转板状定角杆至指定角度位置，并旋转蝶形螺母对板状定角杆的位置进行锁定；

步骤(5)，将测力仪导杆放置于测力仪导向槽中，即可对指定角度下的果柄与枝条结合力进行测定。

本发明带来的有益效果有：

本发明主要应用在农业工程上对各种瓜果蔬菜采摘的生物力学特性研究，其具备以下优点：

(1)功能齐全。在测量果实与枝条发生断裂时果柄与枝条夹角的同时，可以在机构上安装测力仪，对该角度下果实与枝条的分离力进行测量；

(2)测量角度范围大。为研究不同果柄与枝条夹角对分离力的影响，本发明的测量角度范围为0°～80°，可从顺枝条方向(0°)到逆枝条方向(180°)，每隔10°对果柄与枝条的结合力进行测定；

(3)定位精度高。在板状定角杆的转轴中心上方设置有定位针，即定位螺栓，可精确对目标位置进行测定，大大降低了测量误差。

附图说明

下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明，

附图1是本发明研究装置的立体结构示意图；

附图2是本发明研究装置的俯视结构示意图；

附图3是本发明研究装置的剖面结构示意图；

附图4是定角螺柱结构示意图；

附图5是板状定角杆结构示意图；

图中各序号所对应的标注名称如下：

11横梁，12枝条定位架，21板状吊梁，22定位螺栓，31板状测角仪，32板状定角杆，321连接孔，322导向槽，323定位槽，33定角螺柱，331蝶形螺母，332导向面，333定位面，41测力仪导向槽，51柱形支撑杆。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。附图中所描述的本发明的具体实施例仅为说明本发明用，其并非按实际尺寸和比例严格绘制。因此，本发明中的附图不应解释为对本发明的任何限制。本发明的保护范围由权利要求书进行限定。

为简明且突出本发明起见，在一些附图中仅示出了与本发明特别有关的细节。应当理解，这种图示方式并不排除其它与本发明相关的细节的存在。因此，本发明的附图并非意图限制本发明的范围。

实施例1

参照图1～3，变角度果实采摘机理研究装置，包括枝条定位机构、果实定位机构、角度测量及固定机构和测力仪导向机构，其中

枝条定位机构包括横梁11、枝条定位架12，枝条定位架12通过紧固螺栓安装于横梁11两端，用来对枝条所在直线进行定位；

果实定位机构包括板状吊梁21及定位螺栓22，板状吊梁21一端通过紧固螺栓安装于横梁11中间，另一端与角度测量及固定机构的板状测角仪31通过螺栓连接，用来对待测量目标进行定位；

角度测量及固定机构包括板状测角仪31及安装于其上、角度可调节的板状定角杆32，板状测角仪31通过紧固螺栓安装于横梁11、板状吊梁21下方，用来对果柄与枝条的夹角进行指定角度的定位。其中，板状测角仪31呈半圆盘状，其包括刻度标记及角度定位槽，板状定角杆32通过蝶形螺母331及定角螺柱33安装于指定角度的角度定位槽内。

具体的，参照图4～5，板状定角杆32上开设有定角螺柱滑槽，其内安装有定角螺柱33，定角螺柱滑槽包括导向槽322和定位槽323，定角螺柱33下端滑动处则对应设置有导向面332与定位面333，使得其可于定角螺柱滑槽内滑动或锁定，定角螺柱33上方安装蝶形螺母331，便于旋转调节。

当需要更换测力角度时，旋转蝶形螺母331，使得定角螺柱33上的导向面332与板状定角杆32上的定角螺柱滑槽的导向槽322侧面共面，此时即可推动定角螺柱33调整测力角度。当调整至指定角度位置时，反向拉动定角螺柱33至角度定位槽，再次旋转蝶形螺母331，使得定角螺柱33上的导向面332与板状定角杆32上的定角螺柱滑槽的导向槽322侧面垂直(或可理解为定角螺柱33上的定位面333与板状定角杆32上定位槽323侧面重合)即可对板状定角杆32的周向位置指定角度进行锁定。

板状定角杆32上开设有三个连接孔321，内侧的连接孔321安装有转轴，转轴的中心与上述定位螺栓22的中心重合，使得转轴的中心与果柄及枝条连接点在同一竖直线上，外侧的连接孔321用于测力仪导向槽41的安装固定。

测力仪导向机构包括安装于板状定角杆32上的测力仪导向槽41，测力仪导向槽41与测力仪导杆相互配合，用来对果柄与枝条指定角度结合力进行测量。

板状测角仪31下方安装有柱形支撑杆51，用于支撑本研究装置。

本实施例的变角度果实采摘机理研究装置优势在于：

1、枝条所在直线的确定。在测定果柄与枝条夹角时，确定枝条所在直线的位置，是测量夹角的基础。目前已有的多角度测量夹具，无法准确定位枝条所在直线的位置。本实施例利用两点确定一条直线的原理，用粘扣带将枝条分别固定在处于对称位置上的枝条定位架12，从而精准确定枝条所在直线的位置。

2、果柄所在直线的确定。对于角度测量法中的直接量法来说，若要确定果柄与枝条的夹角，必须确定果柄所在的直线。目前已有的多角度测量夹具，无法准确定位果柄所在直线的位置。本实施例利用枸杞、灵武长枣等植物果柄比较柔软的特点，在确定果柄所在直线位置时，测力仪导杆固定在果柄根部，在测力的过程中，通过测力仪将果柄拉紧至水平，此时果柄根部与果柄与枝条连接处会形成一条直线，此直线即是果柄所在直线。而本装置在测角过程中对于果柄所在直线的确定，就是确定的果柄根部与果柄与枝条连接处两点所在的直线。

3、果柄与枝条连接位置的确定。对于角度测量来说，确定两条射线的交点是基础。本实施例提出一种交点定位方法，通过板状定角杆32来寻找果柄与枝条的连接位置，操作方便简单。

4、测力与测角同时完成。本实施例与相应的测力仪结合，既可完成对角度的测量，又可完成对果柄与枝条指定角度分离力的测量。

实施例2

本实施例提供了一种变角度果实采摘机理研究装置的操作方法，该方法应用于实施例1中的变角度果实采摘机理研究装置，具体包括：

步骤(1)，选定待测枝条与待测枝条上的待测目标；

步骤(2)，将待测枝条上的待测目标放置于定位螺栓22附近，并用粘扣带将枝条固定在枝条定位架12上，使得目标果柄处于板状测角仪31侧；

步骤(3)，对枝条进行微调，使得果柄与枝条的连接点与定位螺栓22的指针针尖处于同一竖直线上；

步骤(4)，旋转板状定角杆32至指定角度位置，并旋转蝶形螺母331对板状定角杆32的位置进行锁定；

步骤(5)，将测力仪导杆放置于测力仪导向槽41中，即可对指定角度下的果柄与枝条结合力进行测定，其中测力仪采用hf-2型测力计。

以上对本发明的具体实施例进行了详细说明，但内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。