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CN109436322A - 一种小型摘果无人机及其工作方法 - Google Patents

一种小型摘果无人机及其工作方法 Download PDF

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CN109436322A
CN109436322A CN201811087185.9A CN201811087185A CN109436322A CN 109436322 A CN109436322 A CN 109436322A CN 201811087185 A CN201811087185 A CN 201811087185A CN 109436322 A CN109436322 A CN 109436322A
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Abstract

本发明涉及一种小型摘果无人机及其工作方法，属于农业机械领域。本发明包括无人机系统、夹持机构、剪切机构、遥控器系统。本发明主要应用于水果或坚果的采摘环节，由操作人员通过遥控器操控无人机飞向目标果子，并以锂电池为能源完成无线信号传达的指令，从而夹紧果子并锯断果柄，完成以常用手段不易摘得的果子的收获过程。本发明体积小巧，操作方便，夹持、剪切同步实现，夹持紧度可调节，安全可靠。

Description

一种小型摘果无人机及其工作方法
技术领域
本发明涉及一种小型摘果无人机及其工作方法，属于农业机械领域。
背景技术
无人机是利用无线电遥控设备和自备的程序控制装置操纵的不载人飞机，与载人飞机相比，它具有体积小、造价低、使用方便、对工作环境要求低等优点，在农业上的应用也已非常常见。水果、坚果的生长位置各异，免不了会有很多果子长在常用采摘方法不易触及的地方，如若这一问题得到有效解决，那将会为农户增加可观的经济效益，而借助无人机这一平台实现的精确采摘便是一种极佳的解决方案。
现有的采摘机器种类较多，但有很多机器作业距离受限，例如CN206821324U号实用新型专利公开的“一种便于拆卸式摘果器”，虽然结构简单，易拆卸，但是无法有效摘取位置过高的果子，而且夹持部位较重，人工举起较为费力。CN206963376U号实用新型专利公开的“一种摘果装置”，虽然重量轻，但是剪切、收获并非同步进行，易导致剪切后果子直接掉落地面而摔坏，而且外挂线套容易缠在树上，不便于实际应用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供了一种小型摘果无人机及其工作方法，由操作人员通过遥控器操控无人机飞向目标果子，并以锂电池为能源完成无线信号传达的指令，从而夹紧果子并锯断果柄，完成以常用手段不易摘得的果子的收获过程。本发明体积小巧，操作方便，夹持、剪切同步实现，夹持紧度可调节，安全可靠，且该装置严格履行农业机械的设计要求，可以解决因以上专利不足带来的问题。
本发明采用的技术方案是：一种小型摘果无人机，包括无人机系统、夹持机构、剪切机构、遥控器系统；
所述无人机系统包括螺旋桨1、连接器2、小型无人机机身3、底座4、搭载相机的无线信号控制器5、摄像头6和内含轴承的传动机构外壳7，所述螺旋桨1通过连接器2与小型无人机机身3连接，所述小型无人机机身3和搭载相机的无线信号控制器5均固定在底座4上，所述摄像头6和内含轴承的传动机构外壳7均固定在搭载相机的无线信号控制器5上；
所述夹持机构包括下夹持手8、上夹持手9、无线信号电动马达11、马达带齿轮12、蜗杆轴13、蜗杆14、控制下夹持手的蜗轮15、控制下夹持手的轴16、控制下夹持手的齿轮17、控制上夹持手的齿轮18和控制上夹持手的轴19，所述无线信号电动马达11安装在搭载相机的无线信号控制器5内，所述马达带齿轮12连接在无线信号电动马达11上，所述马达带齿轮12和蜗杆14上均设有螺丝孔，均通过紧定螺钉固定在蜗杆轴13上，所述蜗杆轴13穿过马达带齿轮12和蜗杆14各自的内孔，所述蜗杆轴13通过过盈配合固定在内含轴承的传动机构外壳7带有的轴承内，所述蜗杆14与控制下夹持手的蜗轮15啮合，所述下夹持手8、控制下夹持手的蜗轮15和控制下夹持手的齿轮17上均设有螺丝孔，均通过紧定螺钉固定在控制下夹持手的轴16上，所述控制下夹持手的轴16穿过下夹持手8、控制下夹持手的蜗轮15和控制下夹持手的齿轮17各自的内孔，所述控制下夹持手的轴16通过过盈配合固定在内含轴承的传动机构外壳7带有的轴承和立式轴承座内，所述控制下夹持手的齿轮17与控制上夹持手的齿轮18啮合，所述上夹持手9和控制上夹持手的齿轮18上均设有螺丝孔，均通过紧定螺钉固定在控制上夹持手的轴19上，所述控制上夹持手的轴19穿过上夹持手9和控制上夹持手的齿轮18各自的内孔，所述控制上夹持手的轴19通过过盈配合固定在内含轴承的传动机构外壳7带有的轴承和立式轴承座内，所述下夹持手8和上夹持手9位置错开；
所述剪切机构包括小型圆盘锯10、控制上夹持手的锥齿轮20、和控制小齿轮的锥齿轮21、小齿轮轴22、小齿轮23、内含微型无线信号电动马达的齿条24和小型圆盘锯轴25，所述控制上夹持手的锥齿轮20上设有螺丝孔，通过紧定螺钉固定在控制上夹持手的轴19上，所述控制上夹持手的锥齿轮20和控制小齿轮的锥齿轮21啮合，所述控制小齿轮的锥齿轮21和小齿轮23上均设有螺丝孔，均通过紧定螺钉固定在小齿轮轴22上，所述小齿轮23和内含微型无线信号电动马达的齿条24啮合，所述小型圆盘锯轴25连接在内含微型无线信号电动马达的齿条24带有的微型无线信号电动马达上，所述小型圆盘锯10与小型圆盘锯轴25焊接；
所述遥控器系统包括信号线26、显示屏27、方向摇杆28、马达供电开关（29）、马达控制键30、遥控器左把31、遥控器右把32和遥控器机身33，所述信号线26、显示屏27、方向摇杆28、马达供电开关29和马达控制键30均安装在遥控器机身33上，所述遥控器左把31、遥控器右把32和遥控器机身33为一个整体。
优选地，所述遥控器机身33安装有五号电池，为遥控器系统供电，所述小型无人机机身3安装有锂电池，为无人机系统、夹持机构与剪切机构供电。
优选地，所述下夹持手8与上夹持手9形状完全形同，所述控制下夹持手的齿轮17与控制上夹持手的齿轮18完全相同。
优选地，所述控制下夹持手的蜗轮15和蜗杆14的传动比为50:1。
优选地，所述搭载相机的无线信号控制器5前端搭载夹持机构与剪切机构的部分可以旋转。
一种小型摘果无人机的工作方法，步骤如下：操作人员操控无人机机身33上的方向摇杆28使无人机飞至摘取目标果子的最佳位置，通过肉眼观察实景或显示屏27所展现的摄像头6拍摄的画面，将未闭合状态的下夹持手8和上夹持手9以环抱的方式对准目标果子，操作人员按下马达供电开关29，小型无人机机身3内含的锂电池开始为无线信号电动马达11和内含微型无线信号电动马达的齿条24内带有的微型无线信号电动马达供电，然后按下马达控制键30，无线信号电动马达11带动马达带齿轮12开始顺时针旋转，使得蜗杆轴13与蜗杆14同步旋转，与蜗杆14啮合的控制下夹持手的蜗轮15也随之转动，并带动下夹持手8与控制下夹持手的齿轮17同步转动，与控制下夹持手的齿轮17啮合的控制上夹持手的齿轮18反向转动，并带动上夹持手9和控制上夹持手的锥齿轮20转动，实现下夹持手8与上夹持手9的渐渐闭合，当操作人员看到目标已被夹紧时，再次按下马达供电开关29，停止为无线信号电动马达11供电，使马达带齿轮12停止转动，下夹持手8与上夹持手9停留在当前位置，因为控制下夹持手的蜗轮15和蜗杆14有自锁性，所以在操作人员松开夹持手之前，夹持手基本不会意外脱离夹持目标，在夹持手开始闭合的同时，与控制上夹持手的锥齿轮20啮合的控制小齿轮的锥齿轮21也开始转动，带动小齿轮23同步转动，与小齿轮23啮合的内含微型无线信号电动马达的齿条24随之向前移动，小型圆盘锯10同步向果柄移动，当内含微型无线信号电动马达的齿条24内带有的微型无线信号电动马达联电时，小型圆盘锯10便已开始高速旋转，便可在接触到果柄后将其锯断，之后操作人员操控无人机飞至集中收果处，同时按下马达供电开关29与马达控制键30，便可重新为无线信号电动马达11供电，并使马达带齿轮12逆时针旋转，从而使夹持手渐渐打开，并使小型圆盘锯10收回，顺利收获目标果子。
本发明的有益效果是：
1、该装置体积小，便于穿梭于果树高处飞行，可以精准收获农户常用手段不易摘得的果子。
2、该装置使用电能作为能源，环保可靠。
3、该装置的夹持紧度可控，有效减少了对夹持目标的伤害。
4、该装置夹持机构可实现自锁，当夹紧目标后，在操作人员松开夹持手之前，夹持手基本不会意外脱离夹持目标。
5、该装置可通过更换不同传动比的蜗轮蜗杆，以实现夹持机构运转速率的变化。
6、该装置结构简单，操作方便，夹持、剪切同步实现，作业可靠，适用于水果或坚果的收获过程。
附图说明
图1为本发明的无人机结构示意图；
图2为本发明的无人机结构俯视图；
图3为本发明的传动机构原理说明图；
图4为本发明的传动机构俯视图；
图5为本发明的遥控器结构示意图。
图中各标号：1-螺旋桨、2-连接器、3-小型无人机机身、4-底座、5-搭载相机的无线信号控制器、6-摄像头、7-内含轴承的传动机构外壳、8-下夹持手、9-上夹持手、10-小型圆盘锯、11-无线信号电动马达、12-马达带齿轮、13-蜗杆轴、14-蜗杆、15-控制下夹持手的蜗轮、16-控制下夹持手的轴、17-控制下夹持手的齿轮、18-控制上夹持手的齿轮、19-控制上夹持手的轴、20-控制上夹持手的锥齿轮、21-控制小齿轮的锥齿轮、22-小齿轮轴、23-小齿轮、24-内含微型无线信号电动马达的齿条、25-小型圆盘锯轴、26-信号线、27-显示屏、28-方向摇杆、29-马达供电开关、30-马达控制键、31-遥控器左把、32-遥控器右把、33-遥控器机身。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1-5所示，一种小型摘果无人机，包括无人机系统、夹持机构、剪切机构、遥控器系统；
所述无人机系统包括螺旋桨1、连接器2、小型无人机机身3、底座4、搭载相机的无线信号控制器5、摄像头6和内含轴承的传动机构外壳7，所述螺旋桨1通过连接器2与小型无人机机身3连接，所述小型无人机机身3和搭载相机的无线信号控制器5均固定在底座4上，所述摄像头6和内含轴承的传动机构外壳7均固定在搭载相机的无线信号控制器5上；
所述夹持机构包括下夹持手8、上夹持手9、无线信号电动马达11、马达带齿轮12、蜗杆轴13、蜗杆14、控制下夹持手的蜗轮15、控制下夹持手的轴16、控制下夹持手的齿轮17、控制上夹持手的齿轮18和控制上夹持手的轴19，所述无线信号电动马达11安装在搭载相机的无线信号控制器5内，所述马达带齿轮12连接在无线信号电动马达11上，所述马达带齿轮12和蜗杆14上均设有螺丝孔，均通过紧定螺钉固定在蜗杆轴13上，所述蜗杆轴13穿过马达带齿轮12和蜗杆14各自的内孔，所述蜗杆轴13通过过盈配合固定在内含轴承的传动机构外壳7带有的轴承内，所述蜗杆14与控制下夹持手的蜗轮15啮合，所述下夹持手8、控制下夹持手的蜗轮15和控制下夹持手的齿轮17上均设有螺丝孔，均通过紧定螺钉固定在控制下夹持手的轴16上，所述控制下夹持手的轴16穿过下夹持手8、控制下夹持手的蜗轮15和控制下夹持手的齿轮17各自的内孔，所述控制下夹持手的轴16通过过盈配合固定在内含轴承的传动机构外壳7带有的轴承和立式轴承座内，所述控制下夹持手的齿轮17与控制上夹持手的齿轮18啮合，所述上夹持手9和控制上夹持手的齿轮18上均设有螺丝孔，均通过紧定螺钉固定在控制上夹持手的轴19上，所述控制上夹持手的轴19穿过上夹持手9和控制上夹持手的齿轮18各自的内孔，所述控制上夹持手的轴19通过过盈配合固定在内含轴承的传动机构外壳7带有的轴承和立式轴承座内，所述下夹持手8和上夹持手9位置错开；
所述剪切机构包括小型圆盘锯10、控制上夹持手的锥齿轮20、和控制小齿轮的锥齿轮21、小齿轮轴22、小齿轮23、内含微型无线信号电动马达的齿条24和小型圆盘锯轴25，所述控制上夹持手的锥齿轮20上设有螺丝孔，通过紧定螺钉固定在控制上夹持手的轴19上，所述控制上夹持手的锥齿轮20和控制小齿轮的锥齿轮21啮合，所述控制小齿轮的锥齿轮21和小齿轮23上均设有螺丝孔，均通过紧定螺钉固定在小齿轮轴22上，所述小齿轮23和内含微型无线信号电动马达的齿条24啮合，所述小型圆盘锯轴25连接在内含微型无线信号电动马达的齿条24带有的微型无线信号电动马达上，所述小型圆盘锯10与小型圆盘锯轴25焊接；
所述遥控器系统包括信号线26、显示屏27、方向摇杆28、马达供电开关（29）、马达控制键30、遥控器左把31、遥控器右把32和遥控器机身33，所述信号线26、显示屏27、方向摇杆28、马达供电开关29和马达控制键30均安装在遥控器机身33上，所述遥控器左把31、遥控器右把32和遥控器机身33为一个整体。
进一步地，所述遥控器机身33安装有五号电池，为遥控器系统供电，所述小型无人机机身3安装有锂电池，为无人机系统、夹持机构与剪切机构供电。
进一步地，所述下夹持手8与上夹持手9形状完全形同，所述控制下夹持手的齿轮17与控制上夹持手的齿轮18完全相同。
进一步地，所述控制下夹持手的蜗轮15和蜗杆14的传动比为50:1。
进一步地，所述搭载相机的无线信号控制器5前端搭载夹持机构与剪切机构的部分可以旋转。
一种小型摘果无人机的工作方法，步骤如下：操作人员操控无人机机身33上的方向摇杆28使无人机飞至摘取目标果子的最佳位置，通过肉眼观察实景或显示屏27所展现的摄像头6拍摄的画面，将未闭合状态的下夹持手8和上夹持手9以环抱的方式对准目标果子，操作人员按下马达供电开关29，小型无人机机身3内含的锂电池开始为无线信号电动马达11和内含微型无线信号电动马达的齿条24内带有的微型无线信号电动马达供电，然后按下马达控制键30，无线信号电动马达11带动马达带齿轮12开始顺时针旋转，使得蜗杆轴13与蜗杆14同步旋转，与蜗杆14啮合的控制下夹持手的蜗轮15也随之转动，并带动下夹持手8与控制下夹持手的齿轮17同步转动，与控制下夹持手的齿轮17啮合的控制上夹持手的齿轮18反向转动，并带动上夹持手9和控制上夹持手的锥齿轮20转动，实现下夹持手8与上夹持手9的渐渐闭合，当操作人员看到目标已被夹紧时，再次按下马达供电开关29，停止为无线信号电动马达11供电，使马达带齿轮12停止转动，下夹持手8与上夹持手9停留在当前位置，因为控制下夹持手的蜗轮15和蜗杆14有自锁性，所以在操作人员松开夹持手之前，夹持手基本不会意外脱离夹持目标，在夹持手开始闭合的同时，与控制上夹持手的锥齿轮20啮合的控制小齿轮的锥齿轮21也开始转动，带动小齿轮23同步转动，与小齿轮23啮合的内含微型无线信号电动马达的齿条24随之向前移动，小型圆盘锯10同步向果柄移动，当内含微型无线信号电动马达的齿条24内带有的微型无线信号电动马达联电时，小型圆盘锯10便已开始高速旋转，便可在接触到果柄后将其锯断，之后操作人员操控无人机飞至集中收果处，同时按下马达供电开关29与马达控制键30，便可重新为无线信号电动马达11供电，并使马达带齿轮12逆时针旋转，从而使夹持手渐渐打开，并使小型圆盘锯10收回，顺利收获目标果子。
本发明主要应用于水果或坚果的采摘环节，由操作人员通过遥控器操控无人机飞向目标果子，并以锂电池为能源完成无线信号传达的指令，从而夹紧果子并锯断果柄，完成以常用手段不易摘得的果子的收获过程。本发明体积小巧，操作方便，夹持、剪切同步实现，夹持紧度可调节，安全可靠。
上面结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

Claims (6)

1.一种小型摘果无人机，其特征在于：包括无人机系统、夹持机构、剪切机构、遥控器系统；
所述无人机系统包括螺旋桨（1）、连接器（2）、小型无人机机身（3）、底座（4）、搭载相机的无线信号控制器（5）、摄像头（6）和内含轴承的传动机构外壳（7），所述螺旋桨（1）通过连接器（2）与小型无人机机身（3）连接，所述小型无人机机身（3）和搭载相机的无线信号控制器（5）均固定在底座（4）上，所述摄像头（6）和内含轴承的传动机构外壳（7）均固定在搭载相机的无线信号控制器（5）上；
所述夹持机构包括下夹持手（8）、上夹持手（9）、无线信号电动马达（11）、马达带齿轮（12）、蜗杆轴（13）、蜗杆（14）、控制下夹持手的蜗轮（15）、控制下夹持手的轴（16）、控制下夹持手的齿轮（17）、控制上夹持手的齿轮（18）和控制上夹持手的轴（19），所述无线信号电动马达（11）安装在搭载相机的无线信号控制器（5）内，所述马达带齿轮（12）连接在无线信号电动马达（11）上，所述马达带齿轮（12）和蜗杆（14）上均设有螺丝孔，均通过紧定螺钉固定在蜗杆轴（13）上，所述蜗杆轴（13）穿过马达带齿轮（12）和蜗杆（14）各自的内孔，所述蜗杆轴（13）通过过盈配合固定在内含轴承的传动机构外壳（7）带有的轴承内，所述蜗杆（14）与控制下夹持手的蜗轮（15）啮合，所述下夹持手（8）、控制下夹持手的蜗轮（15）和控制下夹持手的齿轮（17）上均设有螺丝孔，均通过紧定螺钉固定在控制下夹持手的轴（16）上，所述控制下夹持手的轴（16）穿过下夹持手（8）、控制下夹持手的蜗轮（15）和控制下夹持手的齿轮（17）各自的内孔，所述控制下夹持手的轴（16）通过过盈配合固定在内含轴承的传动机构外壳（7）带有的轴承和立式轴承座内，所述控制下夹持手的齿轮（17）与控制上夹持手的齿轮（18）啮合，所述上夹持手（9）和控制上夹持手的齿轮（18）上均设有螺丝孔，均通过紧定螺钉固定在控制上夹持手的轴（19）上，所述控制上夹持手的轴（19）穿过上夹持手（9）和控制上夹持手的齿轮（18）各自的内孔，所述控制上夹持手的轴（19）通过过盈配合固定在内含轴承的传动机构外壳（7）带有的轴承和立式轴承座内，所述下夹持手（8）和上夹持手（9）位置错开；
所述剪切机构包括小型圆盘锯（10）、控制上夹持手的锥齿轮（20）、和控制小齿轮的锥齿轮（21）、小齿轮轴（22）、小齿轮（23）、内含微型无线信号电动马达的齿条（24）和小型圆盘锯轴（25），所述控制上夹持手的锥齿轮（20）上设有螺丝孔，通过紧定螺钉固定在控制上夹持手的轴（19）上，所述控制上夹持手的锥齿轮（20）和控制小齿轮的锥齿轮（21）啮合，所述控制小齿轮的锥齿轮（21）和小齿轮（23）上均设有螺丝孔，均通过紧定螺钉固定在小齿轮轴（22）上，所述小齿轮（23）和内含微型无线信号电动马达的齿条（24）啮合，所述小型圆盘锯轴（25）连接在内含微型无线信号电动马达的齿条（24）带有的微型无线信号电动马达上，所述小型圆盘锯（10）与小型圆盘锯轴（25）焊接；
所述遥控器系统包括信号线（26）、显示屏（27）、方向摇杆（28）、马达供电开关（29）、马达控制键（30）、遥控器左把（31）、遥控器右把（32）和遥控器机身（33），所述信号线（26）、显示屏（27）、方向摇杆（28）、马达供电开关（29）和马达控制键（30）均安装在遥控器机身（33）上，所述遥控器左把（31）、遥控器右把（32）和遥控器机身（33）为一个整体。
2.根据权利要求1所述的小型摘果无人机，其特征在于：所述遥控器机身（33）安装有五号电池，为遥控器系统供电，所述小型无人机机身（3）安装有锂电池，为无人机系统、夹持机构与剪切机构供电。
3.根据权利要求1所述的小型摘果无人机，其特征在于：所述下夹持手（8）与上夹持手（9）形状完全形同，所述控制下夹持手的齿轮（17）与控制上夹持手的齿轮（18）完全相同。
4.根据权利要求1所述的小型摘果无人机，其特征在于：所述控制下夹持手的蜗轮（15）和蜗杆（14）的传动比为50:1。
5.根据权利要求1所述的小型摘果无人机，其特征在于：所述搭载相机的无线信号控制器（5）前端搭载夹持机构与剪切机构的部分可以旋转。
6.一种根据权利要求1-5任一项所述的小型摘果无人机的工作方法，其特征在于：步骤如下：操作人员操控无人机机身（33）上的方向摇杆（28）使无人机飞至摘取目标果子的最佳位置，通过肉眼观察实景或显示屏（27）所展现的摄像头（6）拍摄的画面，将未闭合状态的下夹持手（8）和上夹持手（9）以环抱的方式对准目标果子，操作人员按下马达供电开关（29），小型无人机机身（3）内含的锂电池开始为无线信号电动马达（11）和内含微型无线信号电动马达的齿条（24）内带有的微型无线信号电动马达供电，然后按下马达控制键（30），无线信号电动马达（11）带动马达带齿轮（12）开始顺时针旋转，使得蜗杆轴（13）与蜗杆（14）同步旋转，与蜗杆（14）啮合的控制下夹持手的蜗轮（15）也随之转动，并带动下夹持手（8）与控制下夹持手的齿轮（17）同步转动，与控制下夹持手的齿轮（17）啮合的控制上夹持手的齿轮（18）反向转动，并带动上夹持手（9）和控制上夹持手的锥齿轮（20）转动，实现下夹持手（8）与上夹持手（9）的渐渐闭合，当操作人员看到目标已被夹紧时，再次按下马达供电开关（29），停止为无线信号电动马达（11）供电，使马达带齿轮（12）停止转动，下夹持手（8）与上夹持手（9）停留在当前位置，因为控制下夹持手的蜗轮（15）和蜗杆（14）有自锁性，所以在操作人员松开夹持手之前，夹持手基本不会意外脱离夹持目标，在夹持手开始闭合的同时，与控制上夹持手的锥齿轮（20）啮合的控制小齿轮的锥齿轮（21）也开始转动，带动小齿轮（23）同步转动，与小齿轮（23）啮合的内含微型无线信号电动马达的齿条（24）随之向前移动，小型圆盘锯（10）同步向果柄移动，当内含微型无线信号电动马达的齿条（24）内带有的微型无线信号电动马达联电时，小型圆盘锯（10）便已开始高速旋转，便可在接触到果柄后将其锯断，操作人员操控无人机飞至集中收果处，同时按下马达供电开关（29）与马达控制键（30），便可重新为无线信号电动马达（11）供电，并使马达带齿轮（12）逆时针旋转，从而使夹持手渐渐打开，并使小型圆盘锯（10）收回，顺利收获目标果子。
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