一种无人机的夹持一体采摘加装结构和采摘无人机

本发明涉及水果采摘设备，具体涉及一种无人机的夹持一体采摘加装结构，可将普通无人机改装成采摘无人机，还涉及一种采摘无人机。

背景技术：

1、随着社会发展和生活水平的提高，人们对水果质量的需求和加工产量逐步提高。传统水果采摘方式存在以下问题：1.低效率：传统的人工采摘方式需要大量的人力投入，采摘效率低下，不利于大规模农业生产的需求。2.低品质：人工采摘往往会对果实造成不同程度的损伤，影响果实的品质和口感。3.高成本：人工采摘需要雇佣大量的采摘员，成本较高。4.高风险：人工采摘时需要采摘员上到高处采摘，存在高空作业的风险。5.高劳动强度：采摘过程中需要大量弯腰、爬梯等动作，对采摘员的身体造成一定的负担，容易引发职业病。6.对环境的影响：传统的采摘方式需要频繁移动农业机械，对果树和果园环境造成一定的损伤。

2、现有技术也存在采摘无人机，但一般需要特殊定制，需要农业机械领域技术人员和无人机领域的技术人员紧密配合，才可实现这种定制。现有技术不存在将普通无人机直接改装成采摘无人机的通用性技术，如果能解决这一问题，将大大方便农业机械领域技术人员的研发，也方便采摘无人机终端使用者。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是：提供一种无人机的夹持一体采摘加装结构，易于将普通无人机改装成采摘无人机。

2、本发明的另一目的是：提供一种采摘无人机，易于制备。

3、为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

4、一种无人机的夹持一体采摘加装结构，安装在无人机上，无人机为穿越机，包括：无人机外壳、连接模块、夹持一体采摘末端执行器、控制端；无人机外壳包括上底板、下底板、连接部、起落架，上底板和下底板通过连接部相接围成框架结构从而将无人机的主体部分容纳在内，起落架安装在下底板的下方从而将无人机架起；上底板和下底板均向同侧延伸出一安装部，夹持一体采摘末端执行器的固定端通过连接模块与安装部相接；控制端与夹持一体采摘末端执行器相接控制其动作，控制端安装在无人机外壳上；无人机的电池与夹持一体采摘末端执行器相接以供电。

5、作为一种优选，夹持一体采摘末端执行器的固定端为电动推杆，电动推杆包括从前往后依次设置的推出部分、固定部分、电动推杆电机，电动推杆电机的截面尺寸大于固定部分，从而在电动推杆电机的前端形成一台阶部位；安装部为条形，上底板的安装部和下底板的安装部相互平行且上下对称设置；连接模块上下对称设置、左右对称设置，包括顶板、底板、固定板、连接杆；两块顶板左右对称设置，两块顶板均通过连接杆与一块底板固定连接，电动推杆电机从上下方向插入两块顶板和底板之间，顶板顶住台阶部位；固定板包括水平部分和竖直部分，水平部分与安装部固定连接，底板和电动推杆电机置入两个安装部之间后，竖直部分与顶板固定连接，安装部与底板固定连接。

6、作为一种优选，安装部上设有安装孔，底板的上下侧均设有螺纹孔，螺钉穿过安装孔和螺纹孔将安装部和底板固定连接；水平部分设有螺纹孔，安装部设有螺纹孔，螺钉穿过螺纹孔将水平部分和安装部连接；顶板设有螺纹孔，竖直部分设有螺纹孔，螺栓穿过螺纹孔，螺栓的尾部旋入螺母，将顶板和竖直部分连接。

7、作为一种优选，连接部包括多根竖直杆，上底板和下底板上下正对，上底板和下底板通过环绕无人机的主体部分的多根竖直杆连接；上底板和下底板均设有通孔，通孔与无人机的螺旋桨正对。

8、作为一种优选，无人机包括四个螺旋桨，四个螺旋桨呈矩形排布；起落架的数量为四个，呈矩形排布。

9、作为一种优选，夹持一体采摘末端执行器包括夹爪、气管和从前往后依次设置的吸盘、第二连接件、支柱、无刷云台电机、第一连接件、电动推杆；夹爪与第二连接件相接由电机带动开合，夹爪的数量为多个，环绕吸盘设置；吸盘的后端设有气孔，气孔与气管连接，气管穿过第二连接件的中心孔位，从多根支柱之间的间隙伸出，与搭载在无人机外壳上的真空发生器相接；电机、无刷云台电机、电动推杆与无人机的电池相接；电机、无刷云台电机、电动推杆与控制端相接。

10、作为一种优选，夹爪包括相互连接的前爪和后爪，前爪为三角形板状结构，后爪与第二连接件转动式连接。

11、作为一种优选，夹爪、第一连接件、第二连接件、连接模块、支柱、无人机外壳均通过3d打印制作，材料为pla。

12、作为一种优选，吸盘采用不易损坏果实的软性材料，气管采用可弯曲的软性材料；控制端为stm32开发板。

13、一种采摘无人机，包括穿越机和一种无人机的夹持一体采摘加装结构；无人机外壳套装在穿越机外安装。

14、本发明的原理是：

15、设计无人机外壳，安装在无人机上，外壳通过连接模块连接夹持一体采摘末端执行器，再通过电路和控制系统的简单改造，即可将普通无人机改装为采摘无人机。

16、采用连接模块的快速拆装式结构，搭载不同的采摘末端执行器，继而采摘不同的水果。

17、对采摘末端执行器的结构进行优化。

18、本发明具有如下优点：

19、1.设计了搭载在普通无人机上的加装结构，易于将普通无人机改造成采摘无人机，仅由农业机械领域的技术人员即可完成该操作，便于农业机械领域的技术人员研发，也方便采摘无人机终端使用者，最终便于采摘无人机的推广应用。所选无人机为穿越机，穿越机外形相似，均为四旋翼无人机，设计无人机外壳通用性强。

20、2.设计了易于装拆的连接模块，模块化设计，无人机外壳可以通过连接模块搭载不同的采摘末端，继而采摘不同的水果。

21、3.优化了末端执行器的结构，采摘末端会产生扭矩。采用无刷云台电机旋转使目标果实独立，其旋转产生扭矩大约可达0.8n.m，扭力大约可达15n，提高采摘效率。

22、4.采摘末端产生吸力固定目标果实。气管后端连接真空发生器，真空发生器会控制抽离和释放气体，产生对目标果实的吸力，使得目标水果固定在真空吸盘上。

23、5.采摘末端实现夹持一体，采摘末端可以通过真空吸盘的吸力实现果实长时间夹持在真空吸盘上，再通过移动无人机投放到收集筐中。

24、6.采用多个夹爪，扩大了采摘范围，减小了真空吸盘范围局限的影响。

25、7.真空吸盘采用软性材料，降低果实的损失率。

26、8.部分零件采用pla可降解材料制成，更加环保。同时，采用3d打印制作，易于制备。

27、9.采用四个起落架，用于无人机落地时的平衡控制。

28、10.前爪采用扁平式设计，减少对果实的伤害。

技术特征：

1.一种无人机的夹持一体采摘加装结构，安装在无人机上，无人机为穿越机，其特征在于，包括：无人机外壳、连接模块、夹持一体采摘末端执行器、控制端；无人机外壳包括上底板、下底板、连接部、起落架，上底板和下底板通过连接部相接围成框架结构从而将无人机的主体部分容纳在内，起落架安装在下底板的下方从而将无人机架起；上底板和下底板均向同侧延伸出一安装部，夹持一体采摘末端执行器的固定端通过连接模块与安装部相接；控制端与夹持一体采摘末端执行器相接控制其动作，控制端安装在无人机外壳上；无人机的电池与夹持一体采摘末端执行器相接以供电。

2.按照权利要求1所述的一种无人机的夹持一体采摘加装结构，其特征在于：夹持一体采摘末端执行器的固定端为电动推杆，电动推杆包括从前往后依次设置的推出部分、固定部分、电动推杆电机，电动推杆电机的截面尺寸大于固定部分，从而在电动推杆电机的前端形成一台阶部位；

3.按照权利要求2所述的一种无人机的夹持一体采摘加装结构，其特征在于：安装部上设有安装孔，底板的上下侧均设有螺纹孔，螺钉穿过安装孔和螺纹孔将安装部和底板固定连接；水平部分设有螺纹孔，安装部设有螺纹孔，螺钉穿过螺纹孔将水平部分和安装部连接；顶板设有螺纹孔，竖直部分设有螺纹孔，螺栓穿过螺纹孔，螺栓的尾部旋入螺母，将顶板和竖直部分连接。

4.按照权利要求1所述的一种无人机的夹持一体采摘加装结构，其特征在于：连接部包括多根竖直杆，上底板和下底板上下正对，上底板和下底板通过环绕无人机的主体部分的多根竖直杆连接；上底板和下底板均设有通孔，通孔与无人机的螺旋桨正对。

5.按照权利要求4所述的一种无人机的夹持一体采摘加装结构，其特征在于：无人机包括四个螺旋桨，四个螺旋桨呈矩形排布；起落架的数量为四个，呈矩形排布。

6.按照权利要求1所述的一种无人机的夹持一体采摘加装结构，其特征在于：夹持一体采摘末端执行器包括夹爪、气管和从前往后依次设置的吸盘、第二连接件、支柱、无刷云台电机、第一连接件、电动推杆；夹爪与第二连接件相接由电机带动开合，夹爪的数量为多个，环绕吸盘设置；吸盘的后端设有气孔，气孔与气管连接，气管穿过第二连接件的中心孔位，从多根支柱之间的间隙伸出，与搭载在无人机外壳上的真空发生器相接；电机、无刷云台电机、电动推杆与无人机的电池相接；电机、无刷云台电机、电动推杆与控制端相接。

7.按照权利要求6所述的一种无人机的夹持一体采摘加装结构，其特征在于：夹爪包括相互连接的前爪和后爪，前爪为三角形板状结构，后爪与第二连接件转动式连接。

8.按照权利要求6所述的一种无人机的夹持一体采摘加装结构，其特征在于：夹爪、第一连接件、第二连接件、连接模块、支柱、无人机外壳均通过3d打印制作，材料为pla。

9.按照权利要求6所述的一种无人机的夹持一体采摘加装结构，其特征在于：吸盘采用不易损坏果实的软性材料，气管采用可弯曲的软性材料；控制端为stm32开发板。

10.一种采摘无人机，其特征在于，包括穿越机和权利要求1至9中任一项所述的一种无人机的夹持一体采摘加装结构；无人机外壳套装在穿越机外安装。

技术总结
一种无人机的夹持一体采摘加装结构，安装在无人机上，无人机为穿越机，包括无人机外壳、连接模块、夹持一体采摘末端执行器、控制端；无人机外壳包括上底板、下底板、连接部、起落架，上底板和下底板通过连接部相接围成框架结构从而将无人机的主体部分容纳在内，起落架安装在下底板的下方从而将无人机架起；上底板和下底板均向同侧延伸出一安装部，夹持一体采摘末端执行器的固定端通过连接模块与安装部相接；控制端与夹持一体采摘末端执行器相接控制其动作，控制端安装在无人机外壳上；无人机的电池与夹持一体采摘末端执行器相接以供电。还涉及一种采摘无人机。本发明易于将普通无人机改造成采摘无人机，属于水果采摘设备技术领域。

技术研发人员：黎源鸿,何嘉珊,兰玉彬,廖家鹏,王朝锋,王从越,王敬
受保护的技术使用者：华南农业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15