本申請涉及智能農業(yè)機械設備，具體涉及一種便攜搖振式堅果收獲設備及其控制方法。

背景技術：

1、利用采收機械設備進行果品采收，收獲效率高且成本低。目前在國外一些國家采收機械設備已被廣泛應用，可用來采收核桃、橄欖、開心果等堅果以及柑橘、蘋果等水果。我國大部分果園的特點是：采用密集種植模式，且不少果園位于丘陵山區(qū)等地形復雜地區(qū)。由于作業(yè)環(huán)境的差異，國外大部分技術成熟的采收機械設備并不適用我國果園。

2、目前堅果收獲機大多是以柴油機、汽油機等作為動力部件的重型農業(yè)機械，能量轉化率低，不夠綠色清潔；而且較為笨重，在規(guī)范種植的平原地帶果園中采收效果較好，但不適用密集種植的丘陵山區(qū)等地區(qū)果園。目前用于丘陵山區(qū)等地區(qū)果園的堅果收獲機以長桿拍打式機器為主，采收時人工將執(zhí)行機構(執(zhí)行機構通常為魚骨式或梳齒式執(zhí)行機構)伸至樹冠，執(zhí)行機構拍打樹冠落果。長桿拍打式機器一次作業(yè)只能針對一簇樹冠，采收效率有待提高。

技術實現(xiàn)思路

1、本申請的目的是提供一種便攜搖振式堅果收獲設備及其控制方法，相對以柴油機、汽油機等作為動力部件的堅果收獲設備，本申請簡單輕巧，可手提攜帶；相對長桿拍打式機器，本申請采收效率有顯著提高。

2、本申請一方面提供的一種便攜搖振式堅果收獲設備，包括夾持機構以及連接于夾持機構上的偏心搖振箱；其中：

3、夾持機構包括底座以及分設于底座兩端的固定鉗爪、活動鉗爪；底座上設滑動凹槽，活動鉗爪通過其底端的連接塊與滑動凹槽嵌合；滑動凹槽內安裝絲桿，絲桿的第一端穿過連接塊并與連接塊通過螺紋方式連接；固定鉗爪底端開設穿孔，穿孔內壁安裝銅套，絲桿的第二端穿過銅套；當絲桿被驅動轉動，則帶動活動鉗爪沿滑動凹槽移動；

4、搖振箱包括殼體以及安裝于殼體內的偏心搖振機構；偏心搖振機構包括上端蓋、下端蓋、偏心轉軸和偏心塊；偏心塊通過平鍵與偏心轉軸連接；上端蓋和下端蓋分別裝配于偏心轉軸的上端和下端，通過將上端蓋和下端蓋分別與殼體的頂端、底端固定連接，從而將偏心搖振機構安裝于殼體。

5、在一些實施例中，滑動凹槽為燕尾槽，且連接塊為與燕尾槽匹配的梯形連接塊。

6、在一些實施例中，底座上在滑動凹槽的兩側分別設有“工”字形淺槽，且“工”字形淺槽靠近活動鉗爪設置，所設置的“工”字形淺槽與滑動凹槽連接。

7、在一些實施例中，殼體上分布孔洞。

8、在一些實施例中，偏心塊包括第一部和第二部，第二部通過平鍵配合連接偏心轉軸；第一部包括主體和設于主體一側的連接件，主體形狀為切面呈弓形的柱體；第二部的外側設有縱向的連接槽，將連接件置入連接槽，并利用螺釘將連接件固定于連接槽內。

9、進一步的，第一部材質的密度大于第二部材質的密度。

10、本申請另一方面提供的上述便攜搖振式堅果收獲設備的控制方法，在利用手電鉆驅動上述設備的偏心搖振機構時，利用該控制方法控制手電鉆的電機轉速；

11、手電鉆包括手電鉆主體、影像采集單元和嵌入式微型芯片；

12、控制方法包括：利用影像采集單元采集待收獲果樹的rgb深度圖像，嵌入式微型芯片將rgb深度圖像上傳至云端服務器，并接收云端服務器反饋的偏心塊最佳轉速；嵌入式微型芯片控制手電鉆主體電機按該最佳轉速運轉。

13、在一些實施例中，當云端服務器接收到待收獲果樹的rgb深度圖像時，分析rgb深度圖像并計算待收獲果樹的形態(tài)參數(shù)，并將形態(tài)參數(shù)輸入最佳激振力預測模型，得到預測的最佳激振力；形態(tài)參數(shù)為植株高度、樹干直徑、樹形輪廓特征中的一種或多種；

14、根據(jù)激振力模型f＝mv2/r推算偏心塊最佳轉速，并反饋給手電鉆的嵌入式微型芯片；其中，f表示預測的最佳激振力；m表示偏心搖振機構中偏心塊的質量；v表示偏心塊的轉速；r表示偏心塊的偏心距。

15、在一些實施例中，最佳激振力預測模型針對每一種類果樹分別構建，構建方法如下：

16、(1)采集樣本果樹的形態(tài)參數(shù)和生物力學參數(shù)，其中，形態(tài)參數(shù)的采集包括：利用影像采集單元采集樣本果樹的rgb深度影像，分析rgb深度影像獲得形態(tài)參數(shù)；生物力學參數(shù)的采集包括：對樣本果樹隨機選取成熟果實，測量所選取果實的果柄結合力f’和質量m’；根據(jù)牛頓第二定律f’＝m’α估算果實的脫落加速度α；

17、(2)根據(jù)形態(tài)參數(shù)構建樣本果樹的三維模型，利用有限元仿真法在三維模型的激勵點施加激振力，模擬三維模型測量點的振動效果并量化測量點的合成加速度；調整施加激振力大小，當合成加速度正好大于該測量點的脫落加速度時，當前施加的激勵力大小則為最佳激振力；測量點指步驟(1)中測量所選取果實的果柄結合力的位置；

18、對所有樣本果樹分別進行上述有限元仿真，獲得各樣本果樹對應的最佳激振力；

19、(3)以樣本果樹的形態(tài)參數(shù)為輸入，以對應的最佳激振力為輸出，構建形態(tài)參數(shù)-最佳激振力的擬合模型，即最佳激振力預測模型。

20、進一步的，當同一樣本果樹的測量點有多個時，采用步驟(2)中方法獲得使各測量點的合成加速度正好大于脫落加速度的激振力，取其中最大激振力作為樣本果樹的最佳激振力。

21、與現(xiàn)有技術相比，本申請具有如下特點：

22、1.本申請便攜搖振式堅果收獲設備簡單輕巧，可手提攜帶；在實施例中，本申請設備的偏心搖振箱長250mm，寬220mm，整機重量不超過7kg，可單人手提攜帶，易于樹株間采收轉移，能應對多變的樹株形狀、夾持高度和果園地形，大大降低了采收作業(yè)時的勞動強度，對于丘陵山區(qū)的復雜地形和密集株距而言十分友好。

23、2.本申請可以小型手電鉆作為動力來源，即能為偏心搖振箱中偏心塊提供轉動的轉矩，又能控制夾持機構夾緊、松開樹干；在本實施例中，小型手電鉆伺服電機最高轉速可達1400r/min，配合重約3kg的偏心塊可提供足夠的激振力，相比長桿拍打式機器，落果效果和落果效率明顯更高。

24、3.在優(yōu)選方案中實現(xiàn)了手電鉆電機轉速的智能化控制，利用云端服務器預測待收獲果樹的最佳激振力，根據(jù)最佳激振力估算偏心塊最佳轉速，將最佳轉速反饋至現(xiàn)場的手電鉆，手電鉆按該最佳轉速控制電機運轉，在實現(xiàn)高效收獲的同時，還可避免損傷果樹。

技術特征：

1.一種便攜搖振式堅果收獲設備，其特征在于：

2.如權利要求1所述的便攜搖振式堅果收獲設備，其特征在于：

3.如權利要求1所述的便攜搖振式堅果收獲設備，其特征在于：

4.如權利要求1所述的便攜搖振式堅果收獲設備，其特征在于：

5.如權利要求1所述的便攜搖振式堅果收獲設備，其特征在于：

6.如權利要求5所述的便攜搖振式堅果收獲設備，其特征在于：

7.一種便攜搖振式堅果收獲設備的控制方法，其特征是：

8.如權利要求7所述的控制方法，其特征是：

9.如權利要求8所述的控制方法，其特征是：

10.如權利要求9所述的控制方法，其特征是：

技術總結
本發(fā)明公開了一種便攜搖振式堅果收獲設備及其控制方法，該設備包括夾持機構以及連接于夾持機構上的偏心搖振箱；其中：夾持機構包括底座以及分設于底座兩端的固定鉗爪、活動鉗爪；搖振箱包括殼體以及安裝于殼體內的偏心搖振機構。夾持機構用來夾持果樹樹干，偏心搖振機構在手電鉆驅動產生激振力，搖振樹干。相對以柴油機、汽油機等作為動力部件的堅果收獲設備，本申請簡單輕巧，可手提攜帶；相對長桿拍打式機器，本申請采收效率有顯著提高。而且本申請的控制方法包括手電鉆電機轉速的智能化控制，在實現(xiàn)高效收獲的同時，還可避免損傷果樹。

技術研發(fā)人員：肖洋軼,雷宗霖,宗望遠,萬強,吳擎
受保護的技術使用者：華中農業(yè)大學
技術研發(fā)日：
技術公布日：2024/12/30