一种伸展锯切式核桃空中采摘装置

本发明涉及林果采摘技术领域，更具体的说，特别涉及一种伸展锯切式核桃空中采摘装置。

背景技术：

中国是世界核桃生产第一大国，拥有全球最大的种植面积和产量。中国的核桃栽培种植历史悠久，核桃作为经济作物有很广泛的作用，兼顾营养价值、食疗价值和工艺价值，所以核桃生产的市场前景广阔。

目前核桃的采摘方式主要是人工打落，需要人员爬上核桃树再进行作业，劳动强度大，生产效率低，同时在击打的过程中还对核桃树枝有一定程度的损伤，击打的采摘方式也会造成采摘过程中果实的浪费，而且高核桃树的顶端结出的核桃不容易被打落下来，要使采摘率更高就需要对高空位置的核桃进行有效的采摘。此外，高核桃树核桃果实的采样目前也存在效率低下的问题，样本采集的难度高。以上痛点都需要一种适合高核桃树的果实采摘方式，而空中采摘装置能够较好的解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术存在的技术问题，提供一种伸展锯切式核桃空中采摘装置，通过无人机载体和采摘机械臂实现对高空核桃样本的采摘。

为了解决以上提出的问题，本发明采用的技术方案为：

一种伸展锯切式核桃空中采摘装置，包括无人机载体、设置在所述无人机载体上的采摘机械臂，所述采摘机械臂上设置有锯切采摘头并能够带动其伸展；

所述无人机载体下方设置有摄像头，用于采集待采摘核桃位置的视觉图像，并将所述视觉图像实时传输给地面的遥控器；根据所述视觉图像操作遥控器，控制所述采摘机械臂带动所述锯切采摘头进行采摘作业。

进一步的，所述无人机载体包括无人机机体、连接无人机机体的无人机机臂、设置在无人机机体顶部的电池盒，所述无人机机臂的端部设置有提供动力的无刷电机，所述无刷电机连接桨叶。

进一步的，所述无人机机体的下方设置有无人机支架，所述无人机支架采用倒t字型结构。

进一步的，所述无人机载体采用四轴无人机，所述无人机机体上固定连接有四个无人机机臂，每根所述无人机机臂的端部设置有无刷电机并连接有桨叶。

进一步的，所述采摘机械臂包括下连接臂、上连接臂和垂直连接臂，其中下连接臂和上连接臂、以及上连接臂和垂直连接臂之间分别设置有一组舵机轴和舵机，所述下连接臂的端部设置锯切采摘头，所述垂直连接臂的端部连接在所述无人机机体上。

进一步的，所述锯切采摘头包括与所述下连接臂连接的锯切电机托架、设置在锯切电机托架上的锯切电机、连接所述锯切电机的锯片，所述锯片锯切待采摘核桃的果柄。

进一步的，所述锯切电机托架上还设置有锯切电机挡板。

进一步的，所述锯片的外表面还设置有锯片保护壳，所述锯片保护壳采用半圆形壳体。

进一步的，所述无人机机体下方还设置有控制单元，用于与所述遥控器无线传输，并控制采摘机械臂的运动。

进一步的，所述控制单元包括单片机和蓝牙模块，所述单片机用于对所述舵机的转角进行控制；所述蓝牙模块与所述遥控器进行无线传输，接收来自遥控器的控制信号，并与单片机采用串口进行通信，控制采摘机械臂的运动。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

本发明提供的空中采摘装置为可遥控无人采摘装置，利用无人机载体和采摘机械臂的灵活运动实现高空采摘，并且可以通过摄像头实时传输图像，反馈核桃的位置信息，实现对高空核桃样本的精准采摘，其整体结构简单、工作可靠且易于实现。

附图说明

图1为本发明伸展锯切式核桃空中采摘装置的整体轴测图。

图2为本发明锯切采摘头的轴测图。

图3为本发明采摘机械臂的轴测图。

图4为本发明高空无人机载体的轴测图。

附图标记说明如下：1-锯切采摘头、2-采摘机械臂、3-控制单元、4-摄像头、5-无人机载体、6-遥控器、11-锯片保护壳、12-锯片、13-锯切电机挡板、14-锯切电机托架、21-舵机轴、22-舵机、23-下连接臂、24-上连接臂、25-垂直连接臂、51-无人机支架、52-无刷电机、53-无人机机臂、54-电池盒、55-无人机机体。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明公开内容的理解更加透彻全面。

除非另有定义，本文所使用的所有技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体实施例的目的，不是旨在于限制本发明。

参阅图1所示，本发明实施例提供一种伸展锯切式核桃空中采摘装置，包括：无人机载体5、设置在所述无人机载体5上的采摘机械臂2，所述采摘机械臂2上设置有锯切待采摘核桃的锯切采摘头1，并能够带动锯切采摘头1伸展。

所述无人机载体5下方设置有摄像头4，用于采集待采摘核桃位置的视觉图像和位置信息，并将所述视觉图像实时传输给遥控器6。根据所述视觉图像操作遥控器6，控制采摘机械臂2带动锯切采摘头1进行采摘作业。

本实施例中，所述无人机载体5底部挂载采摘机械臂2，作为锯切采摘头1的承载和传动，所述采摘机械臂2上设置锯切采摘头1并能够带动其伸展。通过摄像头4采集实时视觉图像，并由遥控器6控制所述采摘机械臂2带动所述锯切采摘头1实施对核桃果柄的切削，从而达到采摘核桃的目的，其整体结构相对简单、功能可靠、易于操作。

进一步的，参阅图2所示，所述无人机载体5包括无人机机体55、连接无人机机体55的无人机机臂53、设置在无人机机体55顶部的电池盒54，所述无人机机臂53的端部设置有无刷电机52，所述无刷电机52连接桨叶。

进一步的，所述无人机机体55的下方设置有无人机支架51，所述无人机支架51采用倒t字型结构，确保采摘机械臂2收缩后与无人机支架51底面留有净高度，从而保证整个装置工作的可靠性。

进一步的，所述无人机载体5采用四轴无人机，即所述无人机机体55上固定连接有四个无人机机臂53，每个所述无人机机臂53的端部设置有无刷电机52并连接有桨叶，其数量可以根据需要进行调整，来保证所述无人机载体5飞行的可靠性和稳定性，从而保证整个装置工作的可靠性。

本实施例中，所述电池盒54位于无人机机体55上方，这样便于更换电池同时不影响无人机载体5下方的挂载空间。所述无人机支架51位于所述无人机机体55下方，并确保无人机机体55距离地面净高至少30cm，使无人机降落更加稳定，并保护桨叶，使其不会因为倾斜而接触到地面，也保证无人机载体5工作的可靠性和寿命。具体的，所述无人机支架51采用两组对称的设计，便于无人机载体5的起飞降落和下挂设备的安装空间。

进一步的，参阅图3所示，所述采摘机械臂2包括下连接臂23、上连接臂24和垂直连接臂25，其中下连接臂23和上连接臂24、以及上连接臂24和垂直连接臂25之间分别设置有一组舵机轴21和舵机22，所述下连接臂23的端部设置锯切采摘头1，所述垂直连接臂25的端部连接在所述无人机机体55上。

本实施例中，两个所述舵机22能够分别实现在水平方向和竖直方向的旋转，即以舵机22作为三个连接臂的节点，能够带动锯切采摘头1实现两个自由度的转动，其转角可达到180°，所述舵机22的扭矩可以达到150n·m，以免出现采摘过程中因为震动造成整个采摘机械臂2的抖动。

本实施例中，所述下连接臂23、上连接臂24和垂直连接臂25采用铝合金材质，其硬度高，强度大，重量较轻。所述采摘机械臂2以及锯切采摘头1的电线都固定在连接臂上，并沿着连接臂连接控制单元3和无人机机体55内。所述垂直连接臂25的端部设有连接合页，以便安装在无人机机体55下方。

进一步的，参阅图4所示，所述锯切采摘头1包括与所述下连接臂23连接的锯切电机托架14、设置在锯切电机托架14上的锯切电机、连接所述锯切电机的锯片12，所述锯片12锯切待采摘核桃的果柄。

进一步的，为了保证锯切电机工作的可靠性，所述锯切电机托架14上还设置有锯切电机挡板13，防止锯切过程中木屑或叶片飞进。

进一步的，所述锯片12的外表面还设置有锯片保护壳11，所述锯片保护壳11采用半圆形壳体，在不影响锯片12工作的情况下对其进行保护。

进一步的，所述无人机机体55下方还设置有控制单元3，用于与所述遥控器6无线传输，并控制采摘机械臂2。

所述控制单元3包括单片机和蓝牙模块，所述单片机连接两个舵机22的信号线实现对两个舵机的转角控制；所述蓝牙模块与所述遥控器6进行无线传输，接收遥控器6的控制信号，并与单片机采用串口进行通信，从而控制采摘机械臂2的动作。

本实施例中，所述单片机采用arduino单片机，所述控制单元3设置在无人机机体55的后侧起到一定平衡重心的作用，将单片机的接地点(gnd)连接到无人机电池盒54上，并且焊接到负电极总线上，减少不必要的外部供电，使换电方便。所述蓝牙模块将对采摘机械臂2上两个舵机22的控制操作传输给单片机，即将采摘机械臂2的遥控操作集成在遥控器6上，其方便操作，作业效率可靠。

本实施例中，所述遥控器6采用八通道遥控器，搭载的屏幕呈现遥控器的图传内容，用来遥控无人机载体5的俯仰、旋转、侧倾，还可以向控制单元3发送控制采摘机械臂2和锯切电机的信号。

本发明提供的伸展锯切式核桃空中采摘装置，其工作过程如下：

地面人员操控遥控器6，控制无刷电机工作并带动桨叶旋转，实现无人机载体5的起飞、降落、旋转、倾斜，使无人机载体5飞行到高端核桃树枝条末端并靠近核桃果柄的位置。

摄像头4全程采集并向遥控器6反馈实时的视觉图像，其视觉图像包括采摘机械臂2的活动范围和无人机载体5的位置姿态。地面人员根据实时视觉图像操作遥控器6，向控制单元3传输信号，由此调动采摘机械臂2进行运动，并调整采摘机械臂2的转角。采摘机械臂2借助两个自由度的运动，以使其端部的锯切采摘头1精确地靠近核桃果柄。此时锯切采摘头1的锯切电机工作，并带动锯片12高速旋转将核桃切下，核桃因此掉落，采摘完毕。

通过无人机载体5带动锯切采摘头1实现高处核桃的采摘作业，解决了高空核桃样本采摘难的问题，借助无人机载体5实现精准采摘，也避免由于人工采摘过程中的击打对核桃树的损伤。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。