[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于杠桿原理的無(wú)人機(jī)自平衡采摘裝置及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110704776.1
• 申請(qǐng)日: 2021-06-24
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN113424706B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李君;姚中威;李燈輝;賈宇航;林佩怡;凌廣鑫;王濤;吳博欣;何銘新
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): A01D46/30
• 分類(lèi)號(hào): A01D46/30;A01D91/04;B64C39/02
• 代理公司: 廣州市華學(xué)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 44245
• 代理人: 李斌

1.基于杠桿原理的無(wú)人機(jī)摘果裝置的控制方法，其特征在于，所述無(wú)人機(jī)摘果裝置包括前桿主體、后桿主體、所述前桿主體和后桿主體之間設(shè)有滾珠絲桿滑臺(tái)，所述滾珠絲桿滑臺(tái)一端固定在前桿主體上，另一端連接后桿主體的最前端，滾珠絲桿滑臺(tái)運(yùn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)后桿主體伸縮運(yùn)動(dòng)；所述前桿主體的最前端設(shè)有電動(dòng)摘果裝置，所述電動(dòng)摘果裝置包括最高層的剪刀機(jī)構(gòu)、中層重量傳感器和最底層的果枝夾緊機(jī)構(gòu)，在所述剪刀機(jī)構(gòu)的刀片下面安裝重量傳感器，所述重量傳感器的下方安裝果枝夾緊機(jī)構(gòu)；所述前桿主體上設(shè)有攝像頭固定支架，所述攝像頭固定支架上設(shè)有雙目視覺(jué)攝像頭組件；所述后桿主體末端設(shè)有配重盒，配重盒內(nèi)設(shè)有控制板、電源電池和配重塊，所述控制板用于控制滾珠絲桿滑臺(tái)的伸縮，所述控制方法包括下述步驟：

S1、安裝無(wú)人機(jī)摘果裝置后，調(diào)節(jié)無(wú)人機(jī)的平衡，通過(guò)雙目視覺(jué)攝像頭組件定位果實(shí)位置，無(wú)人機(jī)通過(guò)飛控系統(tǒng)控制無(wú)人機(jī)飛至指定位置，在到達(dá)指定位置后，無(wú)人機(jī)通過(guò)雙目視覺(jué)攝像頭組件不停的對(duì)果實(shí)進(jìn)行掃描，調(diào)整無(wú)人機(jī)的位置，使得果枝在電動(dòng)摘果裝置的剪接范圍，在雙目視覺(jué)攝像頭組件確定電動(dòng)摘果裝置的剪刀可以剪接果枝后，信號(hào)反饋給控制板，控制板開(kāi)始控制滾珠絲桿滑臺(tái)滑動(dòng)，延長(zhǎng)后桿主體相應(yīng)的距離，通過(guò)無(wú)人機(jī)自身的平衡系統(tǒng)調(diào)節(jié)平衡，在無(wú)人機(jī)調(diào)節(jié)平衡后，控制板就控制電動(dòng)摘果裝置執(zhí)行摘果的信號(hào)，剪斷果枝；

S2、控制板通過(guò)預(yù)先編程達(dá)到控制電動(dòng)摘果裝置進(jìn)行剪合，在電動(dòng)摘果裝置中的剪刀機(jī)構(gòu)剪斷果枝時(shí)，果枝夾緊機(jī)構(gòu)已經(jīng)將果枝卡住，在電動(dòng)摘果裝置中的重量傳感器測(cè)量果實(shí)的重量并將數(shù)據(jù)反饋出去，系統(tǒng)根據(jù)測(cè)量的數(shù)據(jù)和杠桿原理“動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂”，計(jì)算出后桿需要伸縮的長(zhǎng)度，這時(shí)控制板會(huì)控制滾珠絲桿滑臺(tái)推動(dòng)后桿伸縮到達(dá)相應(yīng)的長(zhǎng)度，達(dá)到前后端的基本平衡，欠缺的平衡需要無(wú)人機(jī)自身調(diào)節(jié)；

S3、摘果完成后，電動(dòng)摘果裝置保持夾緊果枝的狀態(tài)，無(wú)人機(jī)通過(guò)程序設(shè)定到達(dá)指定的放果地點(diǎn)，無(wú)人機(jī)到達(dá)放果地點(diǎn)后，控制板控制電動(dòng)摘果裝置松開(kāi)剪刀，夾緊的果枝在松開(kāi)后，通過(guò)重力的作用脫離電動(dòng)摘果裝置，無(wú)人機(jī)完成本次摘果作業(yè)；無(wú)人機(jī)再次進(jìn)行自檢，為下一次摘果做好準(zhǔn)備。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于杠桿原理的無(wú)人機(jī)摘果裝置的控制方法；其特征在于，在步驟S1中，在調(diào)節(jié)平衡后，啟動(dòng)無(wú)人機(jī)，無(wú)人機(jī)起飛，先進(jìn)行無(wú)人機(jī)設(shè)備檢測(cè)，在檢測(cè)完成后再進(jìn)行摘果作業(yè)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于杠桿原理的無(wú)人機(jī)摘果裝置的控制方法，其特征在于，在步驟S2中，動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂，用代數(shù)式表示為F1?L1=F2?L2，式中，F(xiàn)1為前桿的重量，L1為支撐節(jié)點(diǎn)到前端頂點(diǎn)之間的長(zhǎng)度，F(xiàn)2為后桿 的重量，L2是支撐節(jié)點(diǎn)到后端頂點(diǎn)之間的長(zhǎng)度，其中L1、F2是維持不變的，剪果后F1增加，增加L2來(lái)達(dá)到前后相同，維持平衡。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述基于杠桿原理的無(wú)人機(jī)摘果裝置的控制方法，其特征在于，通過(guò)重量傳感器檢測(cè)的果實(shí)重量，檢測(cè)出增大F1，通過(guò)杠桿公式再計(jì)算出需要的 L2，控制板控制滾珠絲桿滑臺(tái)電機(jī)進(jìn)行相對(duì)應(yīng)長(zhǎng)度的伸長(zhǎng)。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于杠桿原理的無(wú)人機(jī)摘果裝置的控制方法，其特征在于，在所述無(wú)人機(jī)摘果裝置的中心位置設(shè)置有連接機(jī)構(gòu)，所述連接機(jī)構(gòu)包括可包裹前桿主體的焊接件，所述焊接件上設(shè)有連接桿。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于杠桿原理的無(wú)人機(jī)摘果裝置的控制方法，其特征在于，所述雙目攝像頭組件采集圖像，確定果實(shí)位置，反饋給無(wú)人機(jī)，無(wú)人機(jī)通過(guò)雙目視覺(jué)攝像頭組件所采集的圖像信息進(jìn)行飛行定位。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于杠桿原理的無(wú)人機(jī)摘果裝置的控制方法，其特征在于，所述前桿主體包裹后桿主體，在前桿主體和后桿主體之間添加有潤(rùn)滑劑。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于杠桿原理的無(wú)人機(jī)摘果裝置的控制方法，其特征在于，所述后桿主體與滾珠絲桿滑臺(tái)的滑動(dòng)塊連接。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于杠桿原理的無(wú)人機(jī)摘果裝置的控制方法，其特征在于，所述配重盒采用亞克力材料制得。