本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種番茄全自動(dòng)剪枝收枝設(shè)備。

背景技術(shù)：

番茄種植過程中，為了增加葉面積，提高番茄的光合作用，需要對(duì)番茄進(jìn)行剪枝，目前主要是采用人工手工進(jìn)行番茄的剪枝收枝，人員勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)率低、人力投入和生產(chǎn)成本高，不利于組織大規(guī)模的種植生產(chǎn)。因此，為配套大規(guī)模種植生產(chǎn)及降低剪枝收枝人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高剪枝收枝效率，需研發(fā)一種番茄剪枝收枝的全程自動(dòng)化裝置。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明為解決番茄剪枝收枝不能全程自動(dòng)化的技術(shù)問題，提供了一種番茄全自動(dòng)剪枝收枝設(shè)備。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種番茄全自動(dòng)剪枝收枝設(shè)備，包括機(jī)架、安裝在機(jī)架下的支撐輪、動(dòng)力轉(zhuǎn)向輪和安裝在機(jī)架上的支撐桿、鋰電池、變速箱、電動(dòng)機(jī)、單片機(jī)以及開關(guān)，所述動(dòng)力轉(zhuǎn)向輪的輪軸上安裝測速模塊，動(dòng)力轉(zhuǎn)向輪與變速箱相連，變速箱與電動(dòng)機(jī)相連，電動(dòng)機(jī)和開關(guān)分別通過導(dǎo)線與鋰電池相連，所述支撐桿豎向安裝在機(jī)架上，所述支撐桿上安裝有分框裝置、機(jī)械臂、機(jī)械手臂和推桿，機(jī)架上支撐桿的一側(cè)設(shè)置筐子，所述分框裝置位于筐子的正上方，所述機(jī)械臂和機(jī)械手臂分別與支撐桿垂直設(shè)置，機(jī)械臂與機(jī)械手臂均可旋轉(zhuǎn)、伸縮以及沿支撐桿上下運(yùn)動(dòng)，所述機(jī)械手臂設(shè)置在機(jī)械臂的下方，機(jī)械臂的前端安裝有剪枝機(jī)構(gòu)、影像傳感器、切割傳感器和距離傳感器，機(jī)械手臂的前端安裝有機(jī)械抓手、影像傳感器、距離傳感器和指夾傳感器，所述推桿設(shè)置在支撐桿的下部，且位于支撐桿與筐子之間，所述推桿上設(shè)有推桿傳感器，所述影像傳感器、距離傳感器、切割傳感器、指夾傳感器、推桿傳感器、變速箱及測速模塊分別與單片機(jī)相連。

所述支撐桿包括外固定桿、內(nèi)支撐桿、上下移動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)和螺紋轉(zhuǎn)子i，所述內(nèi)支撐桿設(shè)置在外固定桿內(nèi)，所述內(nèi)支撐桿采用絲杠，所述螺紋轉(zhuǎn)子i設(shè)置在內(nèi)支撐桿的一側(cè)并與內(nèi)支撐桿絲桿連接，所述上下移動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)固定在外固定桿的內(nèi)表面，上下移動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸與螺紋轉(zhuǎn)子i相連，所述外固定桿的側(cè)壁上開有通孔，所述機(jī)械臂連接桿穿過外固定桿側(cè)壁上的通孔與內(nèi)支撐桿相連。

所述機(jī)械臂包括機(jī)械臂主桿、機(jī)械臂連接桿、可伸縮軟管、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)、伸縮驅(qū)動(dòng)電機(jī)、收縮機(jī)械臂和螺紋轉(zhuǎn)子ii，所述機(jī)械臂連接桿用于與支撐桿相連，可伸縮軟管設(shè)置在機(jī)械臂連接桿和機(jī)械臂主桿之間，所述收縮機(jī)械臂設(shè)置在機(jī)械臂主桿的前端端部，所述螺紋轉(zhuǎn)子ii設(shè)置在機(jī)械臂主桿的前端上表面，所述螺紋轉(zhuǎn)子ii與收縮機(jī)械臂絲杠連接，所述螺紋轉(zhuǎn)子ii設(shè)置在伸縮驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出軸上，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)設(shè)置在機(jī)械臂主桿的后端上表面用于驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂主桿左右旋轉(zhuǎn)。

所述剪枝機(jī)構(gòu)包括旋轉(zhuǎn)開合電機(jī)、固定剪片和活動(dòng)剪片，所述旋轉(zhuǎn)開合電機(jī)安裝在機(jī)械臂前端端部，所述活動(dòng)剪片安裝在旋轉(zhuǎn)開合電機(jī)的輸出軸上，所述固定剪片通過兩個(gè)連桿固定在機(jī)械臂前端，所述活動(dòng)剪片與固定剪片交叉設(shè)置。

所述機(jī)械抓手包括底盤、旋轉(zhuǎn)主動(dòng)齒輪、旋轉(zhuǎn)從動(dòng)齒輪、夾持開合電機(jī)、左夾子和右夾子，所述旋轉(zhuǎn)主動(dòng)齒輪和旋轉(zhuǎn)從動(dòng)齒輪分別設(shè)置在底盤上，旋轉(zhuǎn)主動(dòng)齒輪與旋轉(zhuǎn)從動(dòng)齒輪相互嚙合，所述左夾子與右夾子相對(duì)設(shè)置，左夾子設(shè)置在旋轉(zhuǎn)主動(dòng)齒輪下，右夾子設(shè)置在旋轉(zhuǎn)從動(dòng)齒輪下，所述夾持開合電機(jī)的輸出軸與旋轉(zhuǎn)主動(dòng)齒輪相連。

所述機(jī)架的前部上方左右兩側(cè)分別設(shè)置集成有避障紅外管和避障距離可調(diào)電阻的紅外避障傳感器。

所述機(jī)架的后端設(shè)有便于筐子滑下的坡面。

本發(fā)明的有益效果：采用本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了番茄剪枝收枝的全程自動(dòng)化，使整個(gè)剪枝收枝過程中不需要人工操作及看守，降低了人員的勞動(dòng)強(qiáng)度、提高了剪枝收枝效率，適用于番茄的大規(guī)模種植生產(chǎn)。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為支撐桿的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為機(jī)械臂的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為剪枝機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5為機(jī)械抓手的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖中：1-機(jī)架，2-支撐輪，3-動(dòng)力轉(zhuǎn)向輪，4-支撐桿，5-分框裝置，6-機(jī)械臂，7-機(jī)械手臂，8-剪枝機(jī)構(gòu)，9-機(jī)械抓手，10-推桿，11-距離傳感器，12-筐子，13-坡面，14-影像傳感器，15-切割傳感器，16-指夾傳感器，41-外固定桿，42-內(nèi)支撐桿，43-上下移動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，44-螺紋轉(zhuǎn)子i，61-機(jī)械臂主桿，62-機(jī)械臂連接桿，63-可伸縮軟管，64-旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，65-伸縮驅(qū)動(dòng)電機(jī)，66-收縮機(jī)械臂，67-螺紋轉(zhuǎn)子ii，81-旋轉(zhuǎn)開合電機(jī)，82-固定剪片，83-活動(dòng)剪片，84-連桿，91-底盤，92-旋轉(zhuǎn)主動(dòng)齒輪，93-旋轉(zhuǎn)從動(dòng)齒輪，94-夾持開合電機(jī)，95-左夾子，96-右夾子。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種番茄全自動(dòng)剪枝收枝設(shè)備，包括鋰電池、變速箱、電動(dòng)機(jī)、單片機(jī)、開關(guān)、機(jī)架1、動(dòng)力轉(zhuǎn)向輪3、測速模塊、支撐輪2、影像傳感器14、切割傳感器15、距離傳感器11、指夾傳感器16、機(jī)械臂6、機(jī)械手臂7、分筐裝置5、支撐桿4、推桿10及推桿傳感器，所述支撐輪2、動(dòng)力轉(zhuǎn)向輪3安裝在機(jī)架1的下方，所述測速模塊安裝在動(dòng)力轉(zhuǎn)向輪3的輪軸上，動(dòng)力轉(zhuǎn)向輪3與變速箱相連，變速箱與電動(dòng)機(jī)相連，所述電動(dòng)機(jī)和開關(guān)分別通過導(dǎo)線與鋰電池相連，所述支撐桿4豎向安裝在機(jī)架1上，所述支撐桿4上安裝有分框裝置5、機(jī)械臂6、機(jī)械手臂7和推桿10，機(jī)架1上支撐桿4的一側(cè)設(shè)置筐子12，所述機(jī)架1上筐子12下設(shè)置重量傳感器，所述分框裝置5位于筐子12的正上方，所述機(jī)械臂6和機(jī)械手臂7分別與支撐桿4垂直設(shè)置，機(jī)械臂6與機(jī)械手臂7均可旋轉(zhuǎn)、伸縮以及沿支撐桿4上下運(yùn)動(dòng)，所述機(jī)械手臂7設(shè)置在機(jī)械臂6的下方，機(jī)械臂6的前端安裝有剪枝機(jī)構(gòu)8、影像傳感器14、切割傳感器15和距離傳感器11，機(jī)械手臂7的前端安裝有機(jī)械抓手9、影像傳感器14、距離傳感器11和指夾傳感器16，所述推桿10設(shè)置在支撐桿4的下部，且位于支撐桿4與筐子12之間，所述推桿10上設(shè)有推桿傳感器，所述影像傳感器14、距離傳感器11、切割傳感器15、指夾傳感器16、重量傳感器、推桿傳感器、變速箱及測速模塊分別與單片機(jī)相連。

如圖2所示，所述支撐桿4包括外固定桿41、內(nèi)支撐桿42、上下移動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)43和螺紋轉(zhuǎn)子i44，所述內(nèi)支撐桿42設(shè)置在外固定桿41內(nèi)，所述內(nèi)支撐桿42采用絲杠，所述螺紋轉(zhuǎn)子i44設(shè)置在內(nèi)支撐桿42的一側(cè)并與內(nèi)支撐桿42絲桿連接，所述上下移動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)43固定在外固定桿41的內(nèi)表面，上下移動(dòng)驅(qū)動(dòng)電機(jī)43的輸出軸與螺紋轉(zhuǎn)子i44相連，所述外固定桿41的側(cè)壁上開有通孔，所述機(jī)械臂6連接桿穿過外固定桿41側(cè)壁上的通孔與內(nèi)支撐桿42相連。

如圖3所示，所述機(jī)械臂6與機(jī)械手臂7的結(jié)構(gòu)相同，均包括機(jī)械臂主桿61、機(jī)械臂連接桿62、可伸縮軟管63、旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)64、伸縮驅(qū)動(dòng)電機(jī)65、收縮機(jī)械臂66、螺紋轉(zhuǎn)子ii67，所述機(jī)械臂連接桿62用于與支撐桿4相連，可伸縮軟管63設(shè)置在機(jī)械臂連接桿62和機(jī)械臂主桿61之間，所述收縮機(jī)械臂66設(shè)置在機(jī)械臂主桿61的前端端部，所述螺紋轉(zhuǎn)子ii67設(shè)置在機(jī)械臂主桿61的前端上表面，所述螺紋轉(zhuǎn)子ii67與收縮機(jī)械臂66絲杠連接，所述螺紋轉(zhuǎn)子ii67設(shè)置在伸縮驅(qū)動(dòng)電機(jī)65的輸出軸上，所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)電機(jī)64設(shè)置在機(jī)械臂主桿61的后端上表面用于驅(qū)動(dòng)機(jī)械臂主桿61左右旋轉(zhuǎn)。

如圖4所示，所述剪枝機(jī)構(gòu)8包括旋轉(zhuǎn)開合電機(jī)81、固定剪片82和活動(dòng)剪片83，所述旋轉(zhuǎn)開合電機(jī)81安裝在機(jī)械臂前端端部，所述活動(dòng)剪片83安裝在旋轉(zhuǎn)開合電機(jī)81的輸出軸上，所述固定剪片82通過兩個(gè)連桿84固定在機(jī)械臂前端，所述活動(dòng)剪片83與固定剪片82交叉設(shè)置。

如圖5所示，所述機(jī)械抓手9包括底盤91、旋轉(zhuǎn)主動(dòng)齒輪92、旋轉(zhuǎn)從動(dòng)齒輪93、夾持開合電機(jī)94、左夾子95和右夾子96，所述旋轉(zhuǎn)主動(dòng)齒輪92和旋轉(zhuǎn)從動(dòng)齒輪93分別設(shè)置在底盤91上，旋轉(zhuǎn)主動(dòng)齒輪92與旋轉(zhuǎn)從動(dòng)齒輪93相互嚙合，所述左夾子95與右夾子96相對(duì)設(shè)置，左夾子95設(shè)置在旋轉(zhuǎn)主動(dòng)齒輪92下，右夾子96設(shè)置在旋轉(zhuǎn)從動(dòng)齒輪93下，所述夾持開合電機(jī)94的輸出軸與旋轉(zhuǎn)主動(dòng)齒輪92相連。

所述機(jī)架1的前部上方左右兩側(cè)分別設(shè)置集成有避障紅外管和避障距離可調(diào)電阻的紅外避障傳感器。避障紅外管分別水平設(shè)置在機(jī)架1的前部上方左右兩側(cè)，避障紅外管的管口方向朝外并與機(jī)架1垂直設(shè)置。

為了保證整個(gè)剪枝收枝過程中的行車安全，在機(jī)架1的前端設(shè)置圖像采集模塊，所述圖像采集模塊通過導(dǎo)線與單片機(jī)連接。當(dāng)圖像采集模塊監(jiān)測到前方有人等障礙物時(shí)，機(jī)器自動(dòng)暫停。

當(dāng)筐子12裝滿剪下的番茄枝條后需要將筐子12推下機(jī)架1，為了便于將裝滿番茄枝條的筐子12推下機(jī)架1，所述機(jī)架1的后端設(shè)有便于筐子12滑下的坡面13。

為了能夠?qū)蓚?cè)的番茄植株都可以進(jìn)行剪枝及將剪掉的番茄枝條撿起放入機(jī)架上的筐子12中，所述支撐桿4上分別設(shè)置兩個(gè)機(jī)械臂6與機(jī)械手臂7，且兩機(jī)械臂6與兩機(jī)械手臂7分別對(duì)稱設(shè)置在支撐桿4的兩側(cè)。

本發(fā)明的工作過程：將本發(fā)明的番茄全自動(dòng)剪枝收枝設(shè)備放置于需要進(jìn)行番茄剪枝收枝的兩行作物中間，打開開關(guān)，鋰電池帶動(dòng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，電動(dòng)機(jī)通過變速箱帶動(dòng)動(dòng)力轉(zhuǎn)向輪3轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)整個(gè)番茄全自動(dòng)剪枝收枝設(shè)備在兩行作物中間進(jìn)行直線行走，影像傳感器14檢測到需要修剪的番茄枝條后，番茄全自動(dòng)剪枝收枝設(shè)備停止行走，同時(shí)將信號(hào)傳送給單片機(jī)，單片機(jī)向距離傳感器11發(fā)出指令，距離傳感器11開始檢測及計(jì)算需修剪的枝條距離剪枝機(jī)構(gòu)8的距離，然后將信號(hào)傳送給單片機(jī)，單片機(jī)發(fā)出指令給切割傳感器15，切割傳感器15指使剪枝機(jī)構(gòu)8對(duì)番茄枝條進(jìn)行修剪，修剪完成后剪枝機(jī)構(gòu)8返回，機(jī)械手臂7上的影像傳感器14檢測到地上有番茄枝條后，將信號(hào)傳送給單片機(jī)，單片機(jī)向距離傳感器11發(fā)出指令，距離傳感器11開始檢測及計(jì)算枝條距離機(jī)械抓手9的距離，然后將信號(hào)傳送給單片機(jī)，單片機(jī)發(fā)出指令給指夾傳感器16，指夾傳感器16接受到信號(hào)后指使機(jī)械抓手9將地上的番茄枝條撿起然后輸送到筐子12內(nèi)，當(dāng)筐子12下的重量傳感器感應(yīng)到筐子12內(nèi)的番茄枝條達(dá)到設(shè)定的重量后將信號(hào)傳送給單片機(jī)，單片機(jī)接受到信號(hào)后向推桿傳感器發(fā)出指令，推桿傳感器指使推桿10將筐子12推下機(jī)架1，筐子12被推下機(jī)架1后分框裝置5自動(dòng)分下一個(gè)筐子12到機(jī)架1上；番茄全自動(dòng)剪枝收枝設(shè)備行走過程中，測速模塊將監(jiān)測到的實(shí)時(shí)速度信號(hào)傳送給單片機(jī)，然后單片機(jī)向變速箱發(fā)出指令，由變速箱控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向輪3的速度；同時(shí)在番茄全自動(dòng)剪枝收枝設(shè)備行走過程中，機(jī)架1前部上方左右兩側(cè)的避障紅外管分別向兩側(cè)的作物發(fā)射紅外光，同時(shí)將反射回來的紅外光經(jīng)紅外避障傳感器轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)傳送給單片機(jī)，然后單片機(jī)向變速箱發(fā)出指令，由變速箱控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向輪3的轉(zhuǎn)向及轉(zhuǎn)速，從而控制番茄全自動(dòng)剪枝收枝設(shè)備的行走方向，保證整個(gè)剪枝收枝過程中番茄全自動(dòng)剪枝收枝設(shè)備始終沿兩行作物的中間直線行走；番茄全自動(dòng)剪枝收枝設(shè)備在行走過程中，當(dāng)前方有人等障礙物時(shí)，機(jī)架1前端的圖像采集模塊將采集到障礙物的圖像信息，并將采集到的圖像信息轉(zhuǎn)換為電信號(hào)傳送給單片機(jī)，然后單片機(jī)向變速箱發(fā)出指令，變速箱控制動(dòng)力轉(zhuǎn)向輪3停止運(yùn)動(dòng)，保證整個(gè)剪枝收枝過程中的行車安全；同時(shí)單片機(jī)還設(shè)定距側(cè)前方多少厘米無障礙物時(shí)，單片機(jī)向動(dòng)力轉(zhuǎn)向輪3發(fā)出指令，使動(dòng)力轉(zhuǎn)向輪3向左/右轉(zhuǎn)多少厘米后，再向左/右轉(zhuǎn)，從而實(shí)現(xiàn)番茄全自動(dòng)剪枝收枝設(shè)備的自動(dòng)換行作業(yè)。