名称：一种无人机用松果采摘装置

专利号：202520696028.7

专利权人：王福新

技术领域

本实用新型涉及松果采摘技术领域，特别涉及一种无人机用松果采摘装置。

背景技术

松果是松科植物如松树、云杉、冷杉等的雌球果，成熟后木质化形成的果实。松果通常生长在松树的树冠顶部或树梢，以获取充足的阳光，促进果实发育。能结出可食用松子的松树通常高达20-40米，相当于10层楼的高度，因此对松果的采摘带来巨大困难。

目前我国松果的采摘还是主要依靠人工采摘的方式和一些简易机械装置进行，人工采摘需要在二十米以上的高空进行作业，采摘者需徒手攀爬，无专业防护设备时极易失足坠落。部分采摘者使用简易脚扣、麻绳固定，但树枝易断裂或绳索老化，仍存在极大危险。械振动采收是一种利用机械装置摇动松树，通过高频振动使松果脱落，使松果脱落的采收方式，虽然比人工采摘效率更高，但强烈的真动力可能导致：树皮开裂，增加病虫害入侵风险；根系松动，长期使用可能影响树木稳定性，甚至导致倒伏；且震动过程中，部分未成熟松果和嫩枝被连带震落，影响次年结果等诸多问题。而且机械化的采摘在树木密集的山地作业不方便，大型的机械设备无法进入松树林中进行作业，导致机械适用率低下。

实用新型内容

本实用新型为了解决现有松果机械采摘装置会导致松树损伤，且大型的机械设备无法进入松树林中进行作业，导致机械适用率低下的问题，进而提供一种无人机用松果采摘装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

本实用新型的技术方案是：

一种无人机用松果采摘装置，包括六边形支架、采摘爪、牵引装置架和牵引装置；

六边形支架的每个侧壁上均铰接有采摘爪，采摘爪的下端设置有多个采摘齿，采摘爪的铰接处设置有垂直于采摘爪的垂直牵引部，六边形支架的上端设置有牵引装置架，牵引装置架内设置有用于带动采摘爪张开或闭合的牵引装置；

进一步的，所述牵引装置包括上导向滚筒、下导向滚筒、电机、上牵引绳、上采摘爪牵引绳、下牵引绳和下采摘爪牵引绳；

牵引装置架的上端设置有多个上导向滚筒，牵引装置架的下端设置有多个下导向滚筒，牵引装置架中安装有电机，电机的输出轴通过绕线棍缠绕有上牵引绳和下牵引绳，每个采摘爪的垂直牵引部分别与一个上采摘爪牵引绳的一端固定，上采摘爪牵引绳绕过上导向滚筒，每个上采摘爪牵引绳的另一端均与上牵引绳固定连接，每个采摘爪的内侧分别与一个下采摘爪牵引绳的一端固定，下采摘爪牵引绳绕过下导向滚筒，每个下采摘爪牵引绳的另一端均与下牵引绳固定连接。

进一步的，上牵引绳和下牵引绳在电机输出轴上的缠绕方向相反。

进一步的，所述采摘爪的铰接处设置有两个垂直牵引部，两个垂直牵引部的末端均固定有末端牵引绳，两个末端牵引绳的另一端固定有横梁Ⅰ，横梁Ⅰ与上采摘爪牵引绳固定连接。

进一步的，所述采摘爪的内侧连接有两个弹簧，两个弹簧的另一端固定有横梁Ⅱ，横梁Ⅱ与下采摘爪牵引绳固定连接。

进一步的，所述采摘爪与弹簧的连接方式为铰接。

进一步的，所述采摘爪与弹簧的连接处距采摘爪与六边形支架的铰接处30-40cm。

进一步的，所述牵引装置还包括行程开关Ⅰ、行程开关钢丝Ⅰ、行程开关Ⅱ和行程开关钢丝Ⅱ；

行程开关Ⅰ固定在牵引装置架的上端，行程开关钢丝Ⅰ的一端与行程开关Ⅰ的触发端固定连接，行程开关钢丝Ⅰ的另一端与上牵引绳固定连接；

行程开关Ⅱ固定在牵引装置架的下端，行程开关钢丝Ⅱ的一端与行程开关Ⅱ的触发端固定连接，行程开关钢丝Ⅱ的另一端与下牵引绳固定连接。

进一步的，相邻采摘齿的间距为5-15cm。

进一步的，所述牵引装置架的上端和下端均设置有导向环，上采摘爪牵引绳穿过位于上端的导向环内侧，下采摘爪牵引绳穿过位于下端的导向环内侧。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

1、一种无人机用松果采摘装置，通过吊索将本采摘装置中的牵引装置架与无人机相连，通过无人机将本采摘装置竖直吊起，牵引装置带动采摘爪展开，控制无人机下降，使采摘爪处于松树树冠位置，牵引装置带动采摘爪闭合，使采摘爪环抱带有松果的松树枝条，提升无人机，无人机带动采摘装置向上提升，采摘爪中的采摘齿将成熟的松果拖拽脱落。完成松果的抓取采摘，采摘过程中松树枝条从采摘齿的间隙中滑出，实现松果采摘的同时减少对松树树冠的损伤，且未成熟的松果因尺寸小于采摘齿，也从采摘齿中滑出，避免了次年结果的减少。

2、牵引装置带动采摘爪闭合的下采摘爪牵引绳与采摘爪通过弹簧弹性连接，起到缓冲作用。弹簧用于在采摘爪闭合的过程中，避免下采摘爪牵引绳过度拖拽采摘爪造成设备损坏。

3、设置有行程开关Ⅰ和行程开关Ⅱ，行程开关Ⅰ和行程开关Ⅱ的触发端分别与上牵引绳和下牵引绳连接，用于监测采摘爪的闭合和打开行程，当采摘爪完全闭合后触发行程开关Ⅰ执行切断电机供电；当采摘爪完全打开后触发行程开关Ⅱ执行切断电机供电。防止采摘爪闭合和打开过度导致设备损坏。

附图说明

图1为松果采摘装置的结构示意图Ⅰ；

图2为松果采摘装置的主视图；

图3为松果采摘装置的纵向剖面图Ⅰ；

图4为松果采摘装置的部分结构示意图；

图5为牵引装置的结构示意图；

图6为牵引装置的纵向剖面图Ⅰ；

图7为上导向滚筒的结构示意图；

图8为下导向滚筒的结构示意图；

图9为图1中A结构的局部放大图；

图10为采摘爪的结构示意图；

图11为松果采摘装置的结构示意图Ⅱ；

图12为牵引装置的纵向剖面图Ⅱ；

图13为松果采摘装置的纵向剖面图Ⅱ。

图中：1、六边形支架；201、采摘爪；202、采摘齿；203、垂直牵引部；3、牵引装置；301、牵引装置架；302、上导向滚筒；303、下导向滚筒；304、电机；305、上牵引绳；306、上采摘爪牵引绳；307、下牵引绳；308、下采摘爪牵引绳；401、末端牵引绳；402、横梁Ⅰ；406、弹簧；404、横梁Ⅱ；501、行程开关Ⅰ；502、行程开关钢丝Ⅰ；503、行程开关Ⅱ；504、行程开关钢丝Ⅱ；6、导向环。

具体实施方式

具体实施方式一：参见图1-4和10-13所示，一种无人机用松果采摘装置，本实施方式包括六边形支架1、采摘爪201、牵引装置架301和牵引装置3；

六边形支架1的每个侧壁上均铰接有采摘爪201，采摘爪201的下端设置有多个采摘齿202，采摘爪201的铰接处设置有垂直于采摘爪201的垂直牵引部203，六边形支架1的上端设置有牵引装置架301，牵引装置架301内设置有用于带动采摘爪201张开或闭合的牵引装置3。

进一步的，六边形支架的6个侧边的外侧均铰接有采摘爪201，采摘爪201为3个齿状结构，每个采摘爪201的采摘齿202均朝向中心设置，采摘爪201绕铰接处向上旋转为张开动作，采摘爪201绕铰接处向下旋转直至垂直水平面为闭合动作。采摘时采摘爪201闭合，将松果包裹在采摘爪201内部，随后采摘爪201向上提升，采摘爪201通过采摘齿202将松果向上拖拽，完成松果的采摘。牵引装置架301为长方体框架结构，对牵引装置3起到支撑作用。牵引装置3用于驱动采摘爪201旋转，牵引装置3向上拉动采摘爪201带动采摘爪201向上旋转完成采摘爪201张开；牵引装置3向下拉动采摘爪201带动采摘爪201向下旋转完成采摘爪201闭合。

具体实施方式二：参见图3-6和9所示，本实施方式的所述牵引装置3包括上导向滚筒302、下导向滚筒303、电机304、上牵引绳305、上采摘爪牵引绳306、下牵引绳307和下采摘爪牵引绳308；

牵引装置架301的上端设置有多个上导向滚筒302，牵引装置架301的下端设置有多个下导向滚筒303，牵引装置架301中安装有电机304，电机304的输出轴通过绕线棍缠绕有上牵引绳305和下牵引绳307，每个采摘爪201的垂直牵引部203分别与一个上采摘爪牵引绳306的一端固定，上采摘爪牵引绳306绕过上导向滚筒302，每个上采摘爪牵引绳306的另一端均与上牵引绳305固定连接，每个采摘爪201的内侧分别与一个下采摘爪牵引绳308的一端固定，下采摘爪牵引绳308绕过下导向滚筒303，每个下采摘爪牵引绳308的另一端均与下牵引绳307固定连接。

具体实施方式三：参见图9所示，本实施方式的上牵引绳305和下牵引绳307在电机304输出轴上的缠绕方向相反。

进一步的，垂直牵引部203用于增大采摘爪201受上牵引绳305拉力的力矩，使上牵引绳305拉动采摘爪201打开更加省力。上导向滚筒302和下导向滚筒303分别起到上牵引绳305和下牵引绳307的导向作用，减少上牵引绳305和下牵引绳307和牵引装置架301间的摩擦。牵引装置架301用于抬高上导向滚筒302与垂直牵引部203间的高度，用于增大采摘爪201受上牵引绳305拉力的力矩。电机304固定在牵引装置架301的中部，电机304的输出轴上固定有两个分别用于缠绕上牵引绳305和下牵引绳307的绕线辊。上牵引绳305通过螺栓扣或焊接与6个上采摘爪牵引绳306固定连接，下牵引绳307通过螺栓扣或焊接与6个下采摘爪牵引绳308固定连接。

工作时，当电机304顺时针旋转，电机304向下拉动上牵引绳305，同时释放下牵引绳307，上牵引绳305拉动6个上采摘爪牵引绳306向下运动，上采摘爪牵引绳306绕过上导向滚筒302，给予采摘爪201上的垂直牵引部203一个向上的拉力，进而带动采摘爪201张开；当电机304逆时针旋转，电机304向上拉动下牵引绳307，同时释放上牵引绳305，下牵引绳307拉动6个下采摘爪牵引绳308向上运动，下采摘爪牵引绳308绕过下导向滚筒303，给予采摘爪201内侧一个向下的拉力，进而带动采摘爪201闭合。

具体实施方式四：参见图10所示，本实施方式的所述采摘爪201的铰接处设置有两个垂直牵引部203，两个垂直牵引部203的末端均固定有末端牵引绳401，两个末端牵引绳401的另一端固定有横梁Ⅰ402，横梁Ⅰ402与上采摘爪牵引绳306固定连接。

具体实施方式五：参见图10所示，本实施方式的所述采摘爪201的内侧连接有两个弹簧406，两个弹簧406的另一端固定有横梁Ⅱ404，横梁Ⅱ404与下采摘爪牵引绳308固定连接。

进一步的，通过设置弹簧406实现采摘爪201与下采摘爪牵引绳308的弹性连接，起到闭合时的缓冲作用。当下采摘爪牵引绳308拉动采摘爪201闭合至极限状态后弹簧406伸长，减少下采摘爪牵引绳308与采摘爪201间的刚性受力，进而弹簧406实现在采摘爪201闭合的过程中，避免下采摘爪牵引绳308过度拖拽采摘爪201造成设备损坏。

具体实施方式六：参见图10所示，本实施方式的所述采摘爪201与弹簧406的连接方式为铰接。

具体实施方式七：参见图10所示，本实施方式的所述采摘爪201与弹簧406的连接处距采摘爪201与六边形支架1的铰接处30-40cm。

具体实施方式八：参见图3-6所示，本实施方式的所述牵引装置3还包括行程开关Ⅰ501、行程开关钢丝Ⅰ502、行程开关Ⅱ503和行程开关钢丝Ⅱ504；

行程开关Ⅰ501固定在牵引装置架301的上端，行程开关钢丝Ⅰ502的一端与行程开关Ⅰ501的触发端固定连接，行程开关钢丝Ⅰ502的另一端与上牵引绳305固定连接；

行程开关Ⅱ503固定在牵引装置架301的下端，行程开关钢丝Ⅱ504的一端与行程开关Ⅱ503的触发端固定连接，行程开关钢丝Ⅱ504的另一端与下牵引绳307固定连接。

进一步的，行程开关Ⅰ501和行程开关Ⅱ503采用旋转式行程开关，行程开关Ⅰ501和行程开关Ⅱ503的触发端设置有摆动臂，两个摆动臂的末端分别与行程开关钢丝Ⅰ502和行程开关钢丝Ⅱ504固定连接。以采摘爪201完全闭合动作为例，当行程开关钢丝Ⅰ502拉动摆动臂旋转，摆动臂带动行程开关Ⅰ501的触发端旋转直至触发行程角度，行程开关Ⅰ501发出信号控制电机304停止。防止采摘爪201闭合和打开过度导致设备损坏。

具体实施方式九：参见图10所示，本实施方式的相邻采摘齿202的间距为5-15cm。

进一步的，每个采摘爪201上设置有三个采摘齿202，相邻采摘齿202间距为5-15cm，优选为9cm，使采摘过程中松树枝条从采摘齿202的间隙中滑出，实现松果采摘的同时减少对松树树冠的损伤，且未成熟的松果因尺寸小于采摘齿202，也从采摘齿202中滑出，避免了次年结果的减少。

具体实施方式十：参见图7所示，本实施方式的所述牵引装置架301的上端和下端均设置有导向环6，上采摘爪牵引绳306穿过位于上端的导向环6内侧，下采摘爪牵引绳308穿过位于下端的导向环6内侧。

进一步的，导向环6呈圆台状环形结构，位于上端的导向环6上直径大于下直径，位于下端的导向环6下直径大于上直径。导向环6起到对牵引绳的导向作用，防止牵引绳与牵引装置架301间的摩擦。

使用时，通过吊索将本采摘装置中的牵引装置架301与无人机相连，通过无人机将本采摘装置竖直吊起，牵引装置3带动采摘爪201展开，控制无人机下降，使采摘爪201处于松树树冠位置，牵引装置3带动采摘爪201闭合，使采摘爪201环抱带有松果的松树枝条，提升无人机，无人机带动采摘装置向上提升，采摘爪201中的采摘齿202将成熟的松果拖拽脱落。完成松果的抓取采摘，采摘过程中松树枝条从采摘齿202的间隙中滑出，实现松果采摘的同时减少对松树树冠的损伤，且未成熟的松果因尺寸小于采摘齿202，也从采摘齿202中滑出，避免了次年结果的减少。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。