專利名稱：一種超聲波對靶電動(dòng)疏花疏果機(jī)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及疏花疏果機(jī)領(lǐng)域，特別涉及一種超聲波對靶電動(dòng)疏花疏果機(jī)。
背景技術(shù)：
果樹疏花疏果作業(yè)可以調(diào)節(jié)樹體養(yǎng)分的相對平衡，有利于提高果品的產(chǎn)量和質(zhì)量?；瘜W(xué)疏花疏果技術(shù)在我國果園應(yīng)用較為普遍，但易造成果實(shí)農(nóng)藥殘留和生態(tài)環(huán)境污染。 生態(tài)農(nóng)業(yè)的發(fā)展需求促使了疏花疏果作業(yè)的機(jī)械化配套技術(shù)的發(fā)展。目前，果園應(yīng)用的疏花疏果機(jī)具大多數(shù)是采用刀片式單疏花頭的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)簡單，但作業(yè)角度不能調(diào)節(jié)且作業(yè)范圍小。隨著果樹生產(chǎn)的機(jī)械化、規(guī)?；蜆?biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展，迫切需要從結(jié)構(gòu)上和技術(shù)上進(jìn)行現(xiàn)有疏花疏果機(jī)具的改進(jìn)設(shè)計(jì)，以大幅提高作業(yè)效率、減少作業(yè)時(shí)間和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。為了提高農(nóng)機(jī)具作業(yè)的自動(dòng)化程度，國內(nèi)外已有對靶探測技術(shù)的研究，如基于機(jī)器視覺技術(shù)的噴霧機(jī)具，其目的是通過對作業(yè)目標(biāo)的智能探測，快速確定機(jī)具作業(yè)狀態(tài)調(diào)節(jié)量，在提高作業(yè)效率的同時(shí)也保證了作業(yè)效果?？梢詰?yīng)用于目標(biāo)探測的對靶技術(shù)主要有圖像處理探測技術(shù)、紅外探測技術(shù)、微波探測技術(shù)和超聲波探測技術(shù)等。而其中，圖像探測處理技術(shù)能獲取的信息量最大，靶標(biāo)識別提供的技術(shù)平臺最高，但是圖像探測系統(tǒng)使用經(jīng)濟(jì)性差，對實(shí)際使用環(huán)境的要求較高；紅外探測技術(shù)研制成本低、產(chǎn)品易商品化，但是較依賴光照強(qiáng)度，探測距離也相對較近；微波探測技術(shù)不受熱、噪音、濕度、氣流、塵埃等影響，適應(yīng)惡劣環(huán)境，抗干擾力強(qiáng)，可實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離探測，但是控制技術(shù)較復(fù)雜，成本相對較高；超聲波探測技術(shù)具有操作方便、價(jià)格便宜、探測距離較遠(yuǎn)且不受環(huán)境影響等優(yōu)點(diǎn)。因此，若能將超聲波探測技術(shù)應(yīng)用于機(jī)械疏花疏果技術(shù)中，則基于超聲波探測技術(shù)的自動(dòng)對靶疏花疏果機(jī)在農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的使用前景將會(huì)非常廣泛。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種自動(dòng)化程度高、作業(yè)效率也高的超聲波對靶電動(dòng)疏花疏果機(jī)。本發(fā)明的技術(shù)方案為一種超聲波對靶電動(dòng)疏花疏果機(jī)，包括工作架、轉(zhuǎn)軸、疏花疏果膠條組、超聲波傳感器組、疏花疏果電動(dòng)機(jī)、角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、伸縮桿和控制機(jī)構(gòu)，工作架為一側(cè)開口的框形結(jié)構(gòu)，工作架的開口側(cè)設(shè)置轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上設(shè)置疏花疏果膠條組，轉(zhuǎn)軸一端設(shè)置疏花疏果電動(dòng)機(jī)，工作架上設(shè)有超聲波傳感器組，角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和伸縮桿分別設(shè)于工作架開口側(cè)下方端面上，伸縮桿一端與工作架連接，伸縮桿另一端為手持端，手持端設(shè)置控制機(jī)構(gòu)。其中，疏花疏果電動(dòng)機(jī)用于提供轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力，從而帶動(dòng)疏花疏果膠條組旋轉(zhuǎn)并縱向甩擊果樹花果。所述疏花疏果膠條組包括多個(gè)平行間隔排列的尼龍膠條，各尼龍膠條與轉(zhuǎn)軸之間的連接方式為嵌入式或粘貼式；當(dāng)尼龍膠條與轉(zhuǎn)軸之間的連接方式為嵌入式時(shí)，轉(zhuǎn)軸上設(shè)有與尼龍膠條對應(yīng)的多個(gè)通孔，各尼龍膠條采用過渡配合的方式嵌入通孔內(nèi)；
當(dāng)尼龍膠條與轉(zhuǎn)軸之間的連接方式為粘貼式時(shí)，各尼龍膠條直接與轉(zhuǎn)軸的表面粘貼固定連接。所述超聲波傳感器組包括2個(gè)超聲波傳感器，2個(gè)超聲波傳感器分別設(shè)于工作架開口側(cè)的上下兩端面上。超聲波傳感器組用于探測工作架的上、下兩端與果樹植株冠形之間的距離，為控制機(jī)構(gòu)提供角度和距離信息。作為一種優(yōu)選方案，所述角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為電動(dòng)機(jī)-滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)，包括角度調(diào)整拉桿、滾珠絲桿副和角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)，角度調(diào)整拉桿兩端分別與工作架和滾珠絲桿副的螺母固定連接，滾珠絲桿副的絲桿一端與工作架固定連接，滾珠絲桿副的絲桿另一端通過聯(lián)軸器和軸承與角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)連接，角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)固定于伸縮桿上。其中，角度調(diào)整拉桿用于連接工作架與滾珠絲杠副的螺母，通過螺母的移動(dòng)來拉動(dòng)角度調(diào)整拉桿，進(jìn)而帶動(dòng)工作架相對伸縮桿轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)作業(yè)角度的調(diào)節(jié)，同時(shí)角度調(diào)整拉桿也起到了限制螺母轉(zhuǎn)動(dòng)和提供螺母移動(dòng)導(dǎo)向的作用；角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)可以正向和反向旋轉(zhuǎn)，用于實(shí)現(xiàn)滾珠絲杠副的螺母直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)；聯(lián)軸器用于連接滾珠絲杠副的絲桿與角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)的輸出軸；軸承用于支撐滾珠絲杠副并提供轉(zhuǎn)動(dòng)幅。作為另一種優(yōu)選方案，所述角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為電動(dòng)機(jī)-滑輪組-彈簧機(jī)構(gòu)，包括彈簧、滑輪組、拉繩和角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)，彈簧兩端分別與工作架和伸縮桿固定連接，滑輪組包括兩個(gè)滑輪，兩個(gè)滑輪分別設(shè)于工作架和伸縮桿上，拉繩穿過兩個(gè)滑輪后繞接于角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上。所述伸縮桿包括相套接的外管和內(nèi)管，伸縮桿上還設(shè)有固定外管和內(nèi)管相對伸縮位置用的固定套；伸縮桿的手持端設(shè)有便于工人手持并減少手部振動(dòng)感用的橡膠套。伸縮桿用于調(diào)節(jié)疏花疏果機(jī)的作業(yè)高度，通過固定套的旋松與擰緊動(dòng)作改變伸縮桿長度的方式實(shí)現(xiàn)。根據(jù)實(shí)際需要，所述伸縮桿中，外管和內(nèi)管的材料均可為鋁合金，外管的管徑可為 52mm,內(nèi)管的管徑可為50mm，伸縮桿在工作過程中調(diào)節(jié)后的長度范圍可為1500 2500mm。所述控制機(jī)構(gòu)包括控制器、操作面板和電源線，操作面板設(shè)于伸縮桿的手持端表面，手持端的伸縮桿內(nèi)設(shè)置控制器，電源線與控制器連接并通過插頭外接電源(電源一般采用便攜式的蓄電池電源)，根據(jù)實(shí)際需要，電源線可采用螺旋狀置于伸縮桿內(nèi)；控制器內(nèi)部設(shè)有超聲波探測電路、微處理器電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和電源電路，超聲波探測電路、微處理器電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路依次連接，微處理器電路還與操作面板連接，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸出端分別與角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)和疏花疏果電動(dòng)機(jī)連接，電源電路分別與微處理器電路、超聲波探測電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)和疏花疏果電動(dòng)機(jī)連接，電源電路向微處理器電路、超聲波探測電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)和疏花疏果電動(dòng)機(jī)提供控制用電源；超聲波探測電路包括超聲波發(fā)射單元和超聲波接收單元。所述操作面板上設(shè)有分別與微控制器電路連接的電源按鈕、疏花疏果電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整旋鈕、手動(dòng)角度調(diào)整旋鈕和手動(dòng)角度調(diào)整切換按鈕；其中，電源按鈕用于接通或關(guān)閉疏花疏果機(jī)的電源，疏花疏果電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整旋鈕用于調(diào)節(jié)疏花疏果電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以控制疏花疏果膠條組甩擊果樹花果的速度，手動(dòng)角度調(diào)整旋鈕用于手動(dòng)角度調(diào)整模式下對角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整，手動(dòng)角度調(diào)整切換按鈕用于選擇角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)處于自動(dòng)角度調(diào)整模式或手動(dòng)角度調(diào)整模式。
所述超聲波探測電路中，超聲波發(fā)射單元包括并聯(lián)設(shè)置的兩個(gè)發(fā)射模塊，各發(fā)射模塊內(nèi)分別設(shè)有驅(qū)動(dòng)疊加子模塊，驅(qū)動(dòng)疊加子模塊內(nèi)設(shè)有5個(gè)反相器，即第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相器和第五反相器，其中，第一反相器、第二反相器、第三反相器和第四反相器兩兩并聯(lián)后與第五反相器組成推挽電路；超聲波接收單元相應(yīng)包括并聯(lián)設(shè)置的兩個(gè)接收模塊，各接收模塊分別包括依次連接的RC濾波子模塊、兩級交流放大電路子模塊、檢波子模塊和電壓比較子模塊；微處理器電路包括依次連接的時(shí)鐘電路單元、微處理器芯片和復(fù)位電路單元，微處理器芯片還分別與超聲波發(fā)射單元、超聲波接收單元、電源電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路連接；電源電路內(nèi)設(shè)有開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器芯片；電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括依次連接的光耦隔離單元、全橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片和續(xù)流二極管單元。本超聲波對靶電動(dòng)疏花疏果機(jī)使用時(shí)，工人進(jìn)行果樹疏花疏果作業(yè)前，根據(jù)目標(biāo)果樹的高度，先手動(dòng)旋松固定套，改變伸縮桿中外管和內(nèi)管的縱向相對位置，確保合適的伸縮桿長度以適應(yīng)超聲波對靶電動(dòng)疏花疏果機(jī)的作業(yè)高度需求，然后擰緊固定套以固定伸縮桿的外管和內(nèi)管，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對超聲波對靶電動(dòng)疏花疏果機(jī)的作業(yè)高度調(diào)節(jié)；然后在操作面板上進(jìn)行操作，控制機(jī)構(gòu)接收信號后自動(dòng)控制疏花疏果機(jī)完成疏花疏果作業(yè)。其中，控制機(jī)構(gòu)的工作流程為微處理器電路判斷電源按鈕是否被工人按下，如按下則表明電路已接通，于是疏花疏果電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)同軸連接的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)疏花疏果膠條組旋轉(zhuǎn)并縱向甩擊果樹花果(疏花疏果電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速可以通過疏花疏果電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整旋鈕進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)原理則是根據(jù)轉(zhuǎn)速與目標(biāo)花果大小近似正比的關(guān)系，并且高轉(zhuǎn)速時(shí)的甩擊作業(yè)效率高。微處理器電路默認(rèn)是以自動(dòng)調(diào)節(jié)作業(yè)角度的方式工作，根據(jù)超聲波傳感器組提供的工作架與樹冠之間的角度和距離信息，自動(dòng)調(diào)整角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)角度，然后通過滾珠絲杠副和角度調(diào)整拉桿改變工作架與伸縮桿之間的相對角度，從而實(shí)現(xiàn)作業(yè)角度的自動(dòng)調(diào)節(jié))。如檢測手動(dòng)角度調(diào)整切換按鈕被按下，說明進(jìn)入手動(dòng)角度調(diào)整模式，此時(shí)根據(jù)所述手動(dòng)角度調(diào)整旋鈕的當(dāng)前位置進(jìn)行角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)角度的相應(yīng)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)作業(yè)角度的調(diào)節(jié)，角度調(diào)節(jié)完成后等待疏花疏果作業(yè)結(jié)束(手動(dòng)角度調(diào)整旋鈕的初始位置居中，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)表明角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)應(yīng)正向旋轉(zhuǎn)，旋鈕轉(zhuǎn)動(dòng)角度越大表明角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)的正向旋轉(zhuǎn)角度越大，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)則表明角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)應(yīng)反向旋轉(zhuǎn)，旋鈕轉(zhuǎn)動(dòng)角度越大則表明角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)的反向旋轉(zhuǎn)角度越大)。本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果1、自動(dòng)對靶探測采用對靶疏花疏果技術(shù)，可以進(jìn)行果樹冠形的自動(dòng)判斷和作業(yè)角度的自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械疏花疏果的仿形作業(yè)控制，更好地保證了作業(yè)工效。2、作業(yè)范圍廣與傳統(tǒng)的單刀片橫向切割方式不同，本疏花疏果機(jī)采用多條膠條同軸旋轉(zhuǎn)以縱向甩擊的方式進(jìn)行疏花疏果作業(yè)，柔性的膠條組同軸旋轉(zhuǎn)作業(yè)時(shí)可以覆蓋更大的面積，有利于實(shí)現(xiàn)區(qū)域化疏花疏果作業(yè)。3、設(shè)計(jì)人性化可伸縮的桿式結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)了疏花機(jī)的作業(yè)高度調(diào)節(jié)，提高了不同果樹高度的適用性；采用可以人機(jī)交互的操作面板，只要工人按下電源按鈕接通電源，疏花疏果電動(dòng)機(jī)便立即工作，并且系統(tǒng)會(huì)默認(rèn)以自動(dòng)調(diào)節(jié)的方式進(jìn)行作業(yè)角度的調(diào)節(jié)，這種“一鍵式操作”的設(shè)計(jì)使操作變得非常簡單；如超聲波對靶作業(yè)控制裝置不能正常工作，可以按下手動(dòng)角度調(diào)整切換按鈕，此時(shí)進(jìn)入手動(dòng)角度調(diào)節(jié)模式，通過轉(zhuǎn)動(dòng)手動(dòng)角度調(diào)整旋鈕進(jìn)行作業(yè)角度調(diào)節(jié)，機(jī)具的作業(yè)功能保護(hù)性非常好。4、作業(yè)效率高本疏花疏果機(jī)作業(yè)范圍的擴(kuò)大化、作業(yè)角度智能調(diào)節(jié)和作業(yè)高度的可調(diào)性有助于縮短工人勞動(dòng)時(shí)間，大幅降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高疏花疏果的作業(yè)效率。5、果樹適用性強(qiáng)通過更換不同直徑尺寸的柔性膠條，并且根據(jù)果樹的栽培特性與作業(yè)要求，通過操作面板的疏花疏果電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)旋鈕進(jìn)行轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)，就能實(shí)現(xiàn)對于不同果樹的疏花疏果作業(yè)適用性，操作非常方便。


圖1是實(shí)施例--中疏花疏果機(jī)的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是實(shí)施例--中疏花疏果機(jī)的操作面板結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3是實(shí)施例--中疏花疏果機(jī)的控制機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)示意圖。
圖4是實(shí)施例--中疏花疏果機(jī)的控制機(jī)構(gòu)工作流程示意圖。
圖5是實(shí)施例--中疏花疏果機(jī)的控制機(jī)構(gòu)的電路原理圖。
圖6是實(shí)施例--中疏花疏果機(jī)的微處理器電路和電源電路原理圖
圖7是實(shí)施例--中疏花疏果機(jī)的超聲波發(fā)射單元的電路原理圖8是實(shí)施例--中疏花疏果機(jī)的超聲波接收單元的電路原理圖9是實(shí)施例--中疏花疏果機(jī)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路原理圖10是實(shí)施例—二中疏花疏果機(jī)的角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例及附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。實(shí)施例一本實(shí)施例一種超聲波對靶電動(dòng)疏花疏果機(jī)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括工作架1、轉(zhuǎn)軸17、疏花疏果膠條組16、超聲波傳感器組15、疏花疏果電動(dòng)機(jī)14、角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、伸縮桿 13和控制機(jī)構(gòu)10，工作架1為一側(cè)開口的框形結(jié)構(gòu)，工作架1的開口側(cè)設(shè)置轉(zhuǎn)軸17，轉(zhuǎn)軸 17上設(shè)置疏花疏果膠條組16，轉(zhuǎn)軸17 —端設(shè)置疏花疏果電動(dòng)機(jī)14，工作架1上設(shè)有超聲波傳感器組15，角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和伸縮桿13分別設(shè)于工作架1開口側(cè)下方端面上，伸縮桿13 一端與工作架1連接，伸縮桿13另一端為手持端，手持端設(shè)置控制機(jī)構(gòu)10。其中，疏花疏果電動(dòng)機(jī)14用于提供轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力，從而帶動(dòng)疏花疏果膠條組旋轉(zhuǎn)并縱向甩擊果樹花果。疏花疏果膠條組16包括多個(gè)平行間隔排列的尼龍膠條，各尼龍膠條與轉(zhuǎn)軸17之間的連接方式為嵌入式或粘貼式；當(dāng)尼龍膠條與轉(zhuǎn)軸之間的連接方式為嵌入式時(shí)，轉(zhuǎn)軸上設(shè)有與尼龍膠條對應(yīng)的多個(gè)通孔，各尼龍膠條采用過渡配合的方式嵌入通孔內(nèi)；當(dāng)尼龍膠條與轉(zhuǎn)軸之間的連接方式為粘貼式時(shí)，各尼龍膠條直接與轉(zhuǎn)軸的表面粘貼固定連接。超聲波傳感器組15包括2個(gè)超聲波傳感器，2個(gè)超聲波傳感器分別設(shè)于工作架開口側(cè)的上下兩端面上。超聲波傳感器組15用于探測工作架的上、下兩端與果樹植株冠形之間的距離，為控制機(jī)構(gòu)提供角度和距離信息。角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為電動(dòng)機(jī)-滾珠絲杠螺母機(jī)構(gòu)，包括角度調(diào)整拉桿2、滾珠絲桿副3 和角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)6，角度調(diào)整拉桿2兩端分別與工作架1和滾珠絲桿副3的螺母固定連接，滾珠絲桿副3的絲桿一端與工作架1固定連接，滾珠絲桿副3的絲桿另一端通過聯(lián)軸器 4和軸承5與角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)6連接，角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)6固定于伸縮桿13上。其中，角度調(diào)整拉桿2用于連接工作架1與滾珠絲杠副3的螺母，通過螺母的移動(dòng)來拉動(dòng)角度調(diào)整拉桿，進(jìn)而帶動(dòng)工作架相對伸縮桿轉(zhuǎn)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)作業(yè)角度的調(diào)節(jié)，同時(shí)角度調(diào)整拉桿也起到了限制螺母轉(zhuǎn)動(dòng)和提供螺母移動(dòng)導(dǎo)向的作用；角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)6可以正向和反向旋轉(zhuǎn)，用于實(shí)現(xiàn)滾珠絲杠副的螺母直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)的調(diào)節(jié)；聯(lián)軸器4用于連接滾珠絲杠副的絲桿與角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)的輸出軸；軸承5用于支撐滾珠絲杠副并提供轉(zhuǎn)動(dòng)幅。伸縮桿13包括相套接的外管和內(nèi)管，伸縮桿13上還設(shè)有固定外管和內(nèi)管相對伸縮位置用的固定套12 ；伸縮桿13的手持端設(shè)有便于工人手持并減少手部振動(dòng)感用的橡膠套11。伸縮桿用于調(diào)節(jié)疏花疏果機(jī)的作業(yè)高度，通過固定套12的旋松與擰緊動(dòng)作改變伸縮桿長度的方式實(shí)現(xiàn)。根據(jù)實(shí)際需要，伸縮桿13中外管和內(nèi)管的材料均可為鋁合金，外管的管徑可為 52mm,內(nèi)管的管徑可為50mm，伸縮桿在工作過程中調(diào)節(jié)后的長度范圍可為1500 2500mm?？刂茩C(jī)構(gòu)10包括控制器、操作面板9和電源線8，操作面板9設(shè)于伸縮桿13的手持端表面，手持端的伸縮桿內(nèi)設(shè)置控制器，電源線8與控制器連接并通過插頭7外接電源， 根據(jù)實(shí)際需要，電源線8可采用螺旋狀置于伸縮桿13內(nèi)；如圖3或圖5所示，控制器內(nèi)部設(shè)有超聲波探測電路、微處理器電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和電源電路，超聲波探測電路、微處理器電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路依次連接，微處理器電路還與操作面板連接，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸出端分別與角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)和疏花疏果電動(dòng)機(jī)連接， 電源電路分別與微處理器電路、超聲波探測電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)和疏花疏果電動(dòng)機(jī)連接，電源電路向微處理器電路、超聲波探測電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)和疏花疏果電動(dòng)機(jī)提供控制用電源；超聲波探測電路包括超聲波發(fā)射單元和超聲波接收單元。如圖2所示，操作面板上設(shè)有分別與微控制器電路連接的電源按鈕18、疏花疏果電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整旋鈕19、手動(dòng)角度調(diào)整旋鈕20和手動(dòng)角度調(diào)整切換按鈕21 ；其中，電源按鈕18用于啟動(dòng)或關(guān)閉疏花疏果機(jī)的電源，疏花疏果電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整旋鈕19用于調(diào)節(jié)疏花疏果電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，以控制疏花疏果膠條組甩擊果樹的速度，手動(dòng)角度調(diào)整旋鈕20用于手動(dòng)角度調(diào)整模式下對角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的調(diào)整，手動(dòng)角度調(diào)整切換按鈕21用于選擇角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)處于自動(dòng)角度調(diào)整模式或手動(dòng)角度調(diào)整模式。超聲波探測電路中，超聲波發(fā)射單元包括并聯(lián)設(shè)置的兩個(gè)發(fā)射模塊，各發(fā)射模塊內(nèi)分別設(shè)有驅(qū)動(dòng)疊加子模塊，驅(qū)動(dòng)疊加子模塊內(nèi)設(shè)有5個(gè)反相器，即第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相器和第五反相器，其中，第一反相器、第二反相器、第三反相器和第四反相器兩兩并聯(lián)后與第五反相器組成推挽電路。如圖7所示，各發(fā)射模塊原理相同，如位于圖中上方的發(fā)射模塊所示，其中包括五個(gè)反相器CMOS芯片組成的驅(qū)動(dòng)疊加子模塊，一個(gè)三極管、電阻和與非門CMOS芯片組成的驅(qū)動(dòng)放大子模塊，一個(gè)超聲波發(fā)射器元件。用于驅(qū)動(dòng)超聲波發(fā)射器的方波信號由微處理器電路產(chǎn)生，受控于微處理器芯片ATmegaS的PBO管腳信號。PBO管腳的方波信號經(jīng)與非門CMOS芯片⑶4011驅(qū)動(dòng)、三極管Tl放大與電壓匹配后，進(jìn)入正反信號疊加的五個(gè)反相器CMOS芯片⑶4069電路，其中第一反相器U8A、第二反相器U8B和第三反相器U8C、第四反相器U8D兩兩并聯(lián)的方式用于提高超聲波的發(fā)射功率， 第五反相器U8E用于形成推挽電路。超聲波發(fā)射器元件Txl對應(yīng)于安裝在工作架1上的一個(gè)超聲波傳感器上的發(fā)射原件內(nèi)。超聲波探測電路中，超聲波接收單元相應(yīng)包括并聯(lián)設(shè)置的兩個(gè)接收模塊，各接收模塊分別包括依次連接的RC濾波子模塊、兩級交流放大電路子模塊、檢波子模塊和電壓比較子模塊。如圖8所示，各接收模塊原理相同，如位于圖中上方的接收模塊所示，其中包括一個(gè)RC濾波子模塊、一個(gè)兩級交流放大電路子模塊、一個(gè)檢波子模塊、一個(gè)電壓比較子模塊和一個(gè)超聲波接收器元件。RC濾波子模塊由電容C8和電阻R9組成，用于過濾接收到的超聲波中的低頻噪音信號。兩級交流放大電路子模塊由雙運(yùn)放高性能低噪聲運(yùn)算放大器NE5532(本實(shí)施例中采用的型號為NE5532AJG)及外圍器件搭成的兩級交流放大電路， 放大倍數(shù)至少要達(dá)到1000倍，用于回波信號的波形放大處理。檢波子模塊包括肖特基二極管D10、Dll和電容C14，用于提取信號中的幅度變化線。電壓比較子模塊由運(yùn)算放大器LM358(本實(shí)施例中采用的型號為LM358N)及外圍器件組成，用于將檢波單元輸出的信號轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)電平跳變信號，經(jīng)電壓比較單元調(diào)理后的波形成為方波，送給微處理器芯片 ATmegaS的PB2管腳。超聲波接收器元件Rxl對應(yīng)于安裝在工作架1上的一個(gè)超聲波傳感器的接收元件內(nèi)。微處理器電路包括依次連接的時(shí)鐘電路單元、微處理器芯片和復(fù)位電路單元， 微處理器芯片還分別與超聲波發(fā)射單元、超聲波接收單元、電源電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路連接。如圖6所示，微處理器電路包括一個(gè)微處理器芯片ATmegaS (本實(shí)施例采用的型號為 ATmega8-16PI)、一個(gè)由晶振和電容Cl、C2組成的時(shí)鐘電路單元、一個(gè)由電容C3和電阻Rl 組成的復(fù)位電路單元。圖中，按鈕SWITCH2與電阻R33、微處理器芯片ATmegaS的PD2管腳共同組成外部中斷電路，按鈕SWITCH2的按鍵操作對應(yīng)手動(dòng)角度調(diào)整切換按鈕20的按鍵操作。電源電路內(nèi)設(shè)有開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器芯片。如圖6所示，電源電路包括一個(gè)開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器芯片LM2596 (本實(shí)施例采用的型號為LM2596S-5. 0，其內(nèi)部為降壓型電源管理單片集成電路)，一個(gè)輸入電容C4、一個(gè)輸出電容C5、一個(gè)肖特基二極管DO、一個(gè)電感Ll，開關(guān)電源電路的設(shè)計(jì)較簡單。電源采用12V的蓄電池電源輸入，經(jīng)電源電路處理后得出5V的電源供微處理器電路、超聲波探測電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路使用。按鈕SWITCH1串接在電源電路的 VCC-5V電壓輸出端和微處理器芯片ATmega8的VCC管腳之間，按鈕SWITCH1的通斷對應(yīng)電源按鈕18的通斷。電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括依次連接的光耦隔離單元、全橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片和續(xù)流二極管單元。如圖9所示，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路由一個(gè)光耦隔離單元、一個(gè)全橋電機(jī)專用驅(qū)動(dòng)芯片L298(本實(shí)施例中采用的型號為L298N)和一個(gè)續(xù)流二極管單元組成，用于實(shí)現(xiàn)疏花疏果電動(dòng)機(jī)14 和角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)6的驅(qū)動(dòng)控制。接頭Pl和P2分別連接角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)6和疏花疏果電動(dòng)機(jī)14。來自微處理器芯片ATmegaS的PC0、PC1和PC2管腳的信號經(jīng)光耦隔離單元處理后分別送入芯片L298的INI、IN2和IN3管腳。1附管腳輸出的信號用于控制角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)6的旋轉(zhuǎn)角度大小，IN2管腳輸出的信號用于控制所述角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)6的正反轉(zhuǎn)方向，IN3管腳輸出的信號用于控制所述疏花疏果電動(dòng)機(jī)14的轉(zhuǎn)速大小。微處理器芯片ATmegaS 的PC3管腳用于采集角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)6的旋轉(zhuǎn)角度值信息，用于位置伺服閉環(huán)控制。微處理器芯片ATmegaS的PC4管腳用于采集手動(dòng)角度調(diào)整旋鈕20的位置信息，用于手動(dòng)調(diào)節(jié)模式下的角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)6的方向和位置伺服控制。微處理器芯片ATmegaS的PC5管腳用于采集疏花疏果電動(dòng)機(jī)14的轉(zhuǎn)速信息，用于轉(zhuǎn)速的閉環(huán)控制。本超聲波對靶電動(dòng)疏花疏果機(jī)使用時(shí)，工人進(jìn)行果樹疏花疏果作業(yè)前，根據(jù)目標(biāo)果樹的高度，先手動(dòng)旋松固定套12，改變伸縮桿13中外管和內(nèi)管的縱向相對位置，確保合適的伸縮桿長度以適應(yīng)超聲波對靶電動(dòng)疏花疏果機(jī)的作業(yè)高度需求，然后擰緊固定套12 以固定伸縮桿13的外管和內(nèi)管，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對超聲波對靶電動(dòng)疏花疏果機(jī)的作業(yè)高度調(diào)節(jié)； 然后在操作面板9上進(jìn)行操作，控制機(jī)構(gòu)接收信號后自動(dòng)控制疏花疏果機(jī)完成疏花疏果作業(yè)。其中，控制機(jī)構(gòu)的工作流程如圖4所示，具體為微處理器電路判斷電源按鈕是否被工人按下，如按下則表明電路已接通，于是疏花疏果電動(dòng)機(jī)14啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)同軸連接的轉(zhuǎn)軸17旋轉(zhuǎn)，進(jìn)而帶動(dòng)疏花疏果膠條組16旋轉(zhuǎn)并縱向甩擊果樹花果(疏花疏果電動(dòng)機(jī) 14的轉(zhuǎn)速可以通過疏花疏果電機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整旋鈕19進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)原理則是根據(jù)轉(zhuǎn)速與目標(biāo)花果大小近似正比的關(guān)系，并且高轉(zhuǎn)速時(shí)的甩擊作業(yè)效率高。微處理器電路默認(rèn)是以自動(dòng)調(diào)節(jié)作業(yè)角度的方式工作，根據(jù)超聲波傳感器組15提供的工作架1與樹冠之間的角度和距離信息，自動(dòng)調(diào)整角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)角度，然后通過滾珠絲杠副3和角度調(diào)整拉桿2改變工作架1與伸縮桿13之間的相對角度，從而實(shí)現(xiàn)作業(yè)角度的自動(dòng)調(diào)節(jié))。 如檢測手動(dòng)角度調(diào)整切換按鈕21被按下，說明進(jìn)入手動(dòng)角度調(diào)整模式，此時(shí)根據(jù)手動(dòng)角度調(diào)整旋鈕20的當(dāng)前位置進(jìn)行角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)6的旋轉(zhuǎn)方向和旋轉(zhuǎn)角度的相應(yīng)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)作業(yè)角度的調(diào)節(jié)，角度調(diào)節(jié)完成后等待疏花疏果作業(yè)結(jié)束(手動(dòng)角度調(diào)整旋鈕20的初始位置居中，逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)表明角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)6應(yīng)正向旋轉(zhuǎn)，旋鈕轉(zhuǎn)動(dòng)角度越大表明角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)的正向旋轉(zhuǎn)角度越大，順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)則表明角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)6應(yīng)反向旋轉(zhuǎn)，旋鈕轉(zhuǎn)動(dòng)角度越大則表明角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)的反向旋轉(zhuǎn)角度越大)。實(shí)施例二本實(shí)施例一種超聲波對靶電動(dòng)疏花疏果機(jī)，與實(shí)施例一相比較，其不同之處在于， 角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)方式不同，如圖10所示，角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)為電動(dòng)機(jī)-滑輪組-彈簧機(jī)構(gòu)， 包括彈簧23、滑輪組22、拉繩24和角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)6，彈簧23兩端分別與工作架1和伸縮桿13固定連接，滑輪組22包括兩個(gè)滑輪，兩個(gè)滑輪分別設(shè)于工作架1和伸縮桿13上，拉繩 24穿過兩個(gè)滑輪后繞接于角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)6的轉(zhuǎn)軸上。其中，滑輪組22為省力結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，拉繩24穿過與工作架1和伸縮桿13分別連接的兩個(gè)滑輪，再繞接在角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)6的轉(zhuǎn)軸上。當(dāng)角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)6正向旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶動(dòng)拉繩24盤繞角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)6的轉(zhuǎn)軸，進(jìn)而使得兩個(gè)滑輪的中心距離縮短，迫使工作架1 前傾，彈簧23克服復(fù)位力被拉長，該復(fù)位力用于使工作架1回復(fù)到初始位置。當(dāng)角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)6反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，彈簧23的復(fù)位力迫使工作架1逐漸回位，兩個(gè)滑輪的中心距離變長。 滑輪組22的力、彈簧23的回復(fù)力、伸縮桿13對工作架1的支撐力三者可達(dá)到平衡，以保證機(jī)具作業(yè)的穩(wěn)定性。本實(shí)施例的超聲波對靶電動(dòng)疏花疏果機(jī)較實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)相對簡單，重量有所減輕，但其作業(yè)穩(wěn)定性和可靠性有所下降。 如上所述，便可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來限定本發(fā)明的實(shí)施范圍；即凡依本發(fā)明內(nèi)容所作的均等變化與修飾，都為本發(fā)明權(quán)利要求所要求保護(hù)的范圍所涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種超聲波對靶電動(dòng)疏花疏果機(jī)，其特征在于，包括工作架、轉(zhuǎn)軸、疏花疏果膠條組、 超聲波傳感器組、疏花疏果電動(dòng)機(jī)、角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、伸縮桿和控制機(jī)構(gòu)，工作架為一側(cè)開口的框形結(jié)構(gòu)，工作架的開口側(cè)設(shè)置轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上設(shè)置疏花疏果膠條組，轉(zhuǎn)軸一端設(shè)置疏花疏果電動(dòng)機(jī)，工作架上設(shè)有超聲波傳感器組，角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和伸縮桿分別設(shè)于工作架開口側(cè)下方端面上，伸縮桿一端與工作架連接，伸縮桿另一端為手持端，手持端設(shè)置控制機(jī)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種超聲波對靶電動(dòng)疏花疏果機(jī)，其特征在于，所述疏花疏果膠條組包括多個(gè)平行間隔排列的尼龍膠條，各尼龍膠條與轉(zhuǎn)軸之間的連接方式為嵌入式或粘貼式；當(dāng)尼龍膠條與轉(zhuǎn)軸之間的連接方式為嵌入式時(shí)，轉(zhuǎn)軸上設(shè)有與尼龍膠條對應(yīng)的多個(gè)通孔，各尼龍膠條采用過渡配合的方式嵌入通孔內(nèi)；當(dāng)尼龍膠條與轉(zhuǎn)軸之間的連接方式為粘貼式時(shí)，各尼龍膠條直接與轉(zhuǎn)軸的表面粘貼固定連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種超聲波對靶電動(dòng)疏花疏果機(jī)，其特征在于，所述超聲波傳感器組包括2個(gè)超聲波傳感器，2個(gè)超聲波傳感器分別設(shè)于工作架開口側(cè)的上下兩端面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種超聲波對靶電動(dòng)疏花疏果機(jī)，其特征在于，所述角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括角度調(diào)整拉桿、滾珠絲桿副和角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)，角度調(diào)整拉桿兩端分別與工作架和滾珠絲桿副的螺母固定連接，滾珠絲桿副的絲桿一端與工作架固定連接，滾珠絲桿副的絲桿另一端通過聯(lián)軸器和軸承與角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)連接，角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)固定于伸縮桿上。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種超聲波對靶電動(dòng)疏花疏果機(jī)，其特征在于，所述角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括彈簧、滑輪組、拉繩和角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)，彈簧兩端分別與工作架和伸縮桿固定連接，滑輪組包括兩個(gè)滑輪，兩個(gè)滑輪分別設(shè)于工作架和伸縮桿上，拉繩穿過兩個(gè)滑輪后繞接于角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)軸上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種超聲波對靶電動(dòng)疏花疏果機(jī)，其特征在于，所述伸縮桿包括相套接的外管和內(nèi)管，伸縮桿上還設(shè)有固定外管和內(nèi)管相對伸縮位置用的固定套；伸縮桿的手持端設(shè)有便于工人手持并減少手部振動(dòng)感用的橡膠套。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述一種超聲波對靶電動(dòng)疏花疏果機(jī)，其特征在于，所述伸縮桿中， 外管和內(nèi)管的材料均為鋁合金，外管的管徑為52mm，內(nèi)管的管徑為50mm，伸縮桿在工作過程中調(diào)節(jié)后的長度范圍為1500 2500mm。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種超聲波對靶電動(dòng)疏花疏果機(jī)，其特征在于，所述控制機(jī)構(gòu)包括控制器、操作面板和電源線，操作面板設(shè)于伸縮桿的手持端表面，手持端的伸縮桿內(nèi)設(shè)置控制器，電源線與控制器連接并通過插頭外接電源；控制器內(nèi)部設(shè)有超聲波探測電路、微處理器電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路和電源電路，超聲波探測電路、微處理器電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路依次連接，微處理器電路還與操作面板連接，電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路的輸出端分別與角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)和疏花疏果電動(dòng)機(jī)連接，電源電路分別與微處理器電路、超聲波探測電路、電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路、角度調(diào)整電動(dòng)機(jī)和疏花疏果電動(dòng)機(jī)連接；超聲波探測電路包括超聲波發(fā)射單元和超聲波接收單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種超聲波對靶電動(dòng)疏花疏果機(jī)，其特征在于，所述操作面板上設(shè)有分別與微控制器電路連接的電源按鈕、疏花疏果電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速調(diào)整旋鈕、手動(dòng)角度調(diào)整旋鈕和手動(dòng)角度調(diào)整切換按鈕。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述一種超聲波對靶電動(dòng)疏花疏果機(jī)，其特征在于，所述超聲波探測電路中，超聲波發(fā)射單元包括并聯(lián)設(shè)置的兩個(gè)發(fā)射模塊，各發(fā)射模塊內(nèi)分別設(shè)有驅(qū)動(dòng)疊加子模塊，驅(qū)動(dòng)疊加子模塊內(nèi)設(shè)有5個(gè)反相器，即第一反相器、第二反相器、第三反相器、第四反相器和第五反相器，其中，第一反相器、第二反相器、第三反相器和第四反相器兩兩并聯(lián)后與第五反相器組成推挽電路；超聲波接收單元相應(yīng)包括并聯(lián)設(shè)置的兩個(gè)接收模塊，各接收模塊分別包括依次連接的RC濾波子模塊、兩級交流放大電路子模塊、檢波子模塊和電壓比較子模塊；微處理器電路包括依次連接的時(shí)鐘電路單元、微處理器芯片和復(fù)位電路單元，微處理器芯片還分別與超聲波發(fā)射單元、超聲波接收單元、電源電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路連接；電源電路內(nèi)設(shè)有開關(guān)電壓調(diào)節(jié)器芯片；電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括依次連接的光耦隔離單元、全橋電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片和續(xù)流二極管單元。
全文摘要
本發(fā)明公開一種超聲波對靶電動(dòng)疏花疏果機(jī)，包括工作架、轉(zhuǎn)軸、疏花疏果膠條組、超聲波傳感器組、疏花疏果電動(dòng)機(jī)、角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)、伸縮桿和控制機(jī)構(gòu)，工作架為一側(cè)開口的框形結(jié)構(gòu)，工作架的開口側(cè)設(shè)置轉(zhuǎn)軸，轉(zhuǎn)軸上設(shè)置疏花疏果膠條組，轉(zhuǎn)軸一端設(shè)置疏花疏果電動(dòng)機(jī)，工作架上設(shè)有超聲波傳感器組，角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)和伸縮桿分別設(shè)于工作架開口側(cè)下方端面上，伸縮桿一端與工作架連接，伸縮桿另一端為手持端，手持端設(shè)置控制機(jī)構(gòu)。本疏花疏果機(jī)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)對靶探測，其作業(yè)范圍廣、設(shè)計(jì)人性化、作業(yè)效率高、果樹適用性也較強(qiáng)。
文檔編號A01G3/037GK102217493SQ20111010332
公開日2011年10月19日 申請日期2011年4月25日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月25日
發(fā)明者丘建華, 吳慕春, 李君 , 楊洲, 陸華忠 申請人:華南農(nóng)業(yè)大學(xué)