一种基于无人机松果采摘装置[实用新型专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)实用新型专利
(10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 202022230031.X
(22)申请日 2020.10.09
(73)专利权人 东北林业大学
地址 150040 黑龙江省哈尔滨市香坊区和
兴路26号
(72)发明人 李健　闫杰　王扬威　吕佩伦　
李兴东　李三平　
(74)专利代理机构 黑龙江立超同创知识产权代
理有限责任公司 23217
代理人 王大为
(51)Int.Cl.
A01D 46/00(2006.01)
B64C 39/02(2006.01)
F16F 15/067(2006.01)
F16F 15/02(2006.01)
(ESM)同样的发明创造已同日申请发明专利
(54)实用新型名称
一种基于无人机松果采摘装置
(57)摘要
一种基于无人机松果采摘装置，涉及农业设
备技术领域。

所述基于无人机松果采摘装置包
括：升降机构，减震机构，包括减震上部、减震下
部、多个受压弹簧、多个受拉弹簧和多个减震支
柱，所述受拉弹簧的下端与所述减震下部的顶面
连接；以及夹果机构，其顶部与所述减震下部连
接，所述夹果机构包括夹果机构基体和两个夹
臂，每个所述夹臂分别与所述夹果机构基体连
接，所述夹果机构驱动两个所述夹臂的夹持端夹
住并分离。

从而解决了采摘机构进行相应的运动
时候会产生振动而影响对无人机和采摘机构的
采摘效果的问题。

权利要求书2页 说明书6页 附图4页CN 212278905 U 2021.01.05
C N 212278905
U
1.一种基于无人机的松果采摘装置，其特征在于，包括：
升降机构，其安装有绳索，所述绳索与无人机连接，所述升降机构适于使所述绳索伸长并缩短；
减震机构，包括减震上部、减震下部、多个受压弹簧、多个受拉弹簧和多个减震支柱，所述减震上部与所述升降机构连接，所述减震支柱为螺栓结构，所述减震支柱的螺纹端从所述减震上部的底壁穿过所述减震下部的顶壁后与螺母螺纹连接，每个所述减震支柱侧壁套有一个所述受压弹簧，所述受压弹簧置于所述减震支柱的大头端与所述减震上部的底壁之间，所述受拉弹簧的上端与所述减震上部的底面连接，所述受拉弹簧的下端与所述减震下部的顶面连接；以及
夹果机构，其顶部与所述减震下部连接，所述夹果机构包括夹果机构基体和两个夹臂，每个所述夹臂分别与所述夹果机构基体连接，所述夹果机构驱动两个所述夹臂的夹持端夹住并分离。

2.根据权利要求1所述的基于无人机的松果采摘装置，其特征在于：所述夹臂包括两个竖臂和一个横臂，一个所述竖臂的底端与所述横臂的一端连接，另一个所述竖臂的底端与所述横臂的另一端连接，一个所述竖臂的顶端与所述夹果机构基体铰接，另一个所述竖臂的顶端与所述夹果机构基体铰接，所述横臂为所述夹臂的夹持端。

3.根据权利要求2所述的基于无人机的松果采摘装置，其特征在于：所述夹果机构包括第一驱动电机、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第三锥齿轮、第一传动杆和第二传动杆，所述第一驱动电机安装于所述减震下部内，
所述第一驱动电机与所述第三锥齿轮连接，所述第一传动杆与所述夹果机构基体铰接，所述第二传动杆与所述夹果机构基体铰接，所述第一锥齿轮与所述第一传动杆的一端固定，所述第二锥齿轮与所述第二传动杆固定，
一个所述夹臂的一个所述竖臂的顶端与所述第一传动杆另一端固定，一个所述夹臂的另一个所述竖臂的顶端与所述第二传动杆铰接，
另一个所述夹臂的一个所述竖臂的顶端与所述第二传动杆固定，另一个所述夹臂的另一个所述竖臂的顶端与所述第一传动杆铰接，
所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮相对设置，所述第三锥齿轮设置在所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮之间，所述第一锥齿轮、所述第二锥齿轮和所述第三锥齿轮相互啮合。

4.根据权利要求3所述的基于无人机的松果采摘装置，其特征在于：与所述减震支柱的螺纹端螺纹连接的螺母为双螺母。

5.根据权利要求3所述的基于无人机的松果采摘装置，其特征在于：多个所述减震支柱围绕多个所述受压弹簧设置。

6.根据权利要求5所述的基于无人机的松果采摘装置，其特征在于：所述减震机构包括多个第一凸柱和多个第二凸柱，多个所述第一凸柱固定于所述减震上部的底面并向下凸出，多个所述第二凸柱固定于所述减震下部的顶面并向上凸出，每个所述受压弹簧内套有一个所述第一凸柱和一个所述第二凸柱。

7.根据权利要求6所述的基于无人机的松果采摘装置，其特征在于：所述升降机构包括第二驱动电机、升降机构基体、蜗轮蜗杆机构和绕线轮，所述第二驱动电机、所述蜗轮蜗杆机构和所述绕线轮安装于所述升降机构基体内，所述第二驱动电机和所述绕线轮通过所述
蜗轮蜗杆机构传动连接，所述绳索缠绕在所述绕线轮处。

8.根据权利要求7所述的基于无人机的松果采摘装置，其特征在于：所述升降机构包括上部壳体和下部壳体，所述第二驱动电机、蜗轮蜗杆机构和绕线轮安装于所述上部壳体内，所述下部壳体的顶部与所述上部壳体的底部连接，所述上部壳体为正六面体结构，所述下部壳体为椎体结构，所述椎体结构的大端为所述下部壳体的底端，所述下部壳体的底端与所述减震上部连接。

一种基于无人机松果采摘装置
技术领域
[0001]本实用新型涉及农业设备技术领域，具体涉及一种基于无人机松果采摘装置。

背景技术
[0002]目前东北等地采摘松果的工作部分依靠人力完成，费时费力，人还有摔伤的危险。

而无人机可以轻松飞到松树顶部，尤其是可以在空中悬停的无人机，可以将采摘装置安装在无人机的下方，从而实现松果采摘。

[0003]但是，现有的基于无人机松果采摘装置在采摘松果过程中，需要相应的采摘机构进行相应的运动才能将松果摘下，而相应的采摘机构进行相应的运动时候会产生振动而影响对无人机和采摘机构的采摘效果。

实用新型内容
[0004]本实用新型旨在一定程度上解决现有的基于无人机松果采摘装置的采摘机构进行相应的运动时候会产生振动而影响对无人机和采摘机构的采摘效果的问题。

[0005]本实用新型提供了一种基于无人机的松果采摘装置，包括：
[0006]升降机构，其安装有绳索，所述绳索与无人机连接，所述升降机构适于使所述绳索伸长并缩短；
[0007]减震机构，包括减震上部、减震下部、多个受压弹簧、多个受拉弹簧和多个减震支柱，所述减震上部与所述升降机构连接，所述减震支柱为螺栓结构，所述减震支柱的螺纹端从所述减震上部的底壁穿过所述减震下部的顶壁后与螺母螺纹连接，每个所述减震支柱侧壁套有一个所述受压弹簧，所述受压弹簧置于所述减震支柱的大头端与所述减震上部的底壁之间，所述受拉弹簧的上端与所述减震上部的底面连接，所述受拉弹簧的下端与所述减震下部的顶面连接；以及
[0008]夹果机构，其顶部与所述减震下部连接，所述夹果机构包括夹果机构基体和两个夹臂，每个所述夹臂分别与所述夹果机构基体连接，所述夹果机构驱动两个所述夹臂的夹持端夹住并分离。

[0009]进一步地，所述夹臂包括两个竖臂和一个横臂，一个所述竖臂的底端与所述横臂的一端连接，另一个所述竖臂的底端与所述横臂的另一端连接，一个所述竖臂的顶端与所述夹果机构基体铰接，另一个所述竖臂的顶端与所述夹果机构基体铰接，所述横臂为所述夹臂的夹持端。

[0010]进一步地，所述夹果机构包括第一驱动电机、第一锥齿轮、第二锥齿轮、第三锥齿轮、第一传动杆和第二传动杆，所述第一驱动电机安装于所述减震下部内，
[0011]所述第一驱动电机与所述第三锥齿轮连接，所述第一传动杆与所述夹果机构基体铰接，所述第二传动杆与所述夹果机构基体铰接，所述第一锥齿轮与所述第一传动杆的一端固定，所述第二锥齿轮与所述第二传动杆固定，
[0012]一个所述夹臂的一个所述竖臂的顶端与所述第一传动杆另一端固定，一个所述夹
臂的另一个所述竖臂的顶端与所述第二传动杆铰接，
[0013]另一个所述夹臂的一个所述竖臂的顶端与所述第二传动杆固定，另一个所述夹臂的另一个所述竖臂的顶端与所述第一传动杆铰接，
[0014]所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮相对设置，所述第三锥齿轮设置在所述第一锥齿轮和所述第二锥齿轮之间，所述第一锥齿轮、所述第二锥齿轮和所述第三锥齿轮相互啮合。

[0015]进一步地，与所述减震支柱的螺纹端螺纹连接的螺母为双螺母。

[0016]进一步地，多个所述减震支柱围绕多个所述受压弹簧设置。

[0017]进一步地，所述减震机构包括多个第一凸柱和多个第二凸柱，多个所述第一凸柱固定于所述减震上部的底面并向下凸出，多个所述第二凸柱固定于所述减震下部的顶面并向上凸出，每个所述受压弹簧内套有一个所述第一凸柱和一个所述第二凸柱。

[0018]进一步地，所述升降机构包括第二驱动电机、升降机构基体、蜗轮蜗杆机构和绕线轮，所述第二驱动电机、所述蜗轮蜗杆机构和所述绕线轮安装于所述升降机构基体内，所述第二驱动电机和所述绕线轮通过所述蜗轮蜗杆机构传动连接，所述绳索缠绕在所述绕线轮处。

[0019]进一步地，所述升降机构包括上部壳体和下部壳体，所述第二驱动电机、蜗轮蜗杆机构和绕线轮安装于所述上部壳体内，所述下部壳体的顶部与所述上部壳体的底部连接，所述上部壳体为正六面体结构，所述下部壳体为椎体结构，所述椎体结构的大端为所述下部壳体的底端，所述下部壳体的底端与所述减震上部连接。

[0020]使用的时候，通过控制无人机，使该松果采摘装置移动到松果上方，通过控制升降机构，使绳索伸长并缩短，从而使夹果机构升降到合适位置，然后夹果机构驱动两个夹臂将松果夹住然后分离，从而使松果从松树上掉落，实现对松果的采摘。

[0021]在此过程中，利用“减震支柱的螺纹端从减震上部的底壁穿过减震下部的顶壁后与螺母螺纹连接，每个减震支柱侧壁套有一个受压弹簧，受压弹簧置于减震支柱的大头端与减震上部的底壁之间，受拉弹簧的上端与减震上部的底面连接，受拉弹簧的下端与减震下部的顶面连接”的特点，从而通过受压弹簧和受压弹簧吸收夹果机构的两个夹臂扣合时候产生的振动，防止该振动通过升降机构传递到无人机，从而避免无人机飞行不稳定，而影响夹臂的采摘松果的效果，从而解决了采摘机构进行相应的运动时候会产生振动而影响对无人机和采摘机构的采摘效果的问题。

附图说明
[0022]图1为所述基于无人机松果采摘装置的结构示意图；
[0023]图2为蜗轮蜗杆结构示意图；
[0024]图3为减震机构的示意图；
[0025]图4是图3的A-A剖视图；
[0026]图5为夹果机构的示意性侧视图；
[0027]图6为图5的B-B剖视图；
[0028]图7为图6中的C处放大图。

[0029]图中标号名称：101上部外壳，102第二驱动电机，103联轴器，104蜗杆，105蜗杆，
106套筒，107绕线轮，108圆螺母，201减震上部，2011第一凸柱，202减震下部，2021第二凸柱，203减震支柱，204螺母，205受压弹簧，207受拉弹簧，301第一驱动电机，302夹果机构基体，3020横臂，3021第一竖臂，3022第二竖臂，3023第三竖臂，3024第四竖臂，3051第一锥齿轮、3052第二锥齿轮、3053第三锥齿轮，3081第一传动杆，3082第二传动杆，309长套筒，310第一角接触球轴承，311第一短套筒，312第二角接触球轴承，313第二短套筒，314推力球轴承。

具体实施方式
[0030]为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。

[0031]在本实用新型的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

[0032]参见图1至图4，本实施方式提供了一种基于无人机松果采摘装置，包括：[0033]升降机构，其安装有绳索，绳索与无人机连接，升降机构适于使绳索伸长并缩短；[0034]减震机构，包括减震上部201、减震下部202、多个受压弹簧205、多个受拉弹簧207和多个减震支柱203，减震上部201与升降机构连接，减震支柱203为螺栓结构，减震支柱203的螺纹端从减震上部201的底壁穿过减震下部202的顶壁后与螺母204螺纹连接，每个减震支柱203侧壁套有一个受压弹簧205，受压弹簧205置于减震支柱203的大头端与减震上部201的底壁之间，受拉弹簧207的上端与减震上部201的底面连接，受拉弹簧207的下端与减震下部202的顶面连接；以及
[0035]夹果机构，其顶部与减震下部202连接，夹果机构包括夹果机构基体302和两个夹臂，每个夹臂分别与夹果机构基体302连接，夹果机构驱动两个夹臂的夹持端夹住并分离；[0036]需要说明的是，无人机为可以空中悬停的无人机，只有这样，才能利用无人机在空中悬停，而使该基于无人机松果采摘装置实现采摘松果。

[0037]使用的时候，通过控制无人机，使该松果采摘装置移动到松果上方，通过控制升降机构，使绳索伸长并缩短，从而使夹果机构升降到合适位置，然后夹果机构驱动两个夹臂将松果夹住然后分离，从而使松果从松树上掉落，实现对松果的采摘。

[0038]在此过程中，利用“减震支柱203的螺纹端从减震上部201的底壁穿过减震下部202的顶壁后与螺母204螺纹连接，每个减震支柱203侧壁套有一个受压弹簧205，受压弹簧205置于减震支柱203的大头端与减震上部201的底壁之间，受拉弹簧207的上端与减震上部201的底面连接，受拉弹簧207的下端与减震下部202的顶面连接”的特点，从而通过受压弹簧205和受压弹簧205吸收夹果机构的两个夹臂扣合时候产生的振动，防止该振动通过升降机构传递到无人机，从而避免无人机飞行不稳定，而影响夹臂的采摘松果的效果，从而解决了采摘机构进行相应的运动时候会产生振动而影响对无人机和采摘机构的采摘效果的问题。

[0039]进一步地，夹臂包括两个竖臂和一个横臂3020，一个竖臂的底端与横臂3020的一端连接，另一个竖臂的底端与横臂3020的另一端连接，一个竖臂的顶端与夹果机构基体302铰接，另一个竖臂的顶端与夹果机构基体302铰接，横臂3020为夹臂的夹持端。

[0040]夹臂结构简单，重量轻，而且可以有效的实施松果采摘。

[0041]进一步地，夹臂包括两个竖臂和一个横臂3020，一个竖臂的底端与横臂3020的一端连接，另一个竖臂的底端与横臂3020的另一端连接，一个竖臂的顶端与夹果机构基体302铰接，另一个竖臂的顶端与夹果机构基体302铰接，横臂3020为夹臂的夹持端。

[0042]夹臂结构简单，重量轻，而且可以有效的实施松果采摘。

[0043]进一步地，夹果机构包括第一驱动电机301、第一锥齿轮3051、第二锥齿轮3052、第三锥齿轮3053、第一传动杆3081和第二传动杆3082，第一驱动电机301安装于减震下部202内，
[0044]第一驱动电机301与第三锥齿轮3053连接，第一传动杆3081与夹果机构基体铰接，第二传动杆3082与夹果机构基体铰接，第一锥齿轮3051与第一传动杆3081的一端固定，第二锥齿轮3052与第二传动杆3082固定，
[0045]一个夹臂的一个竖臂(也就是第一竖臂3021)的顶端与第一传动杆3081另一端固定，一个夹臂的另一个竖臂(也就是第二竖臂3022)的顶端与第二传动杆3082铰接，[0046]另一个夹臂的一个竖臂(也就是第三竖臂3023)的顶端与第二传动杆3082固定，另一个夹臂的另一个竖臂(也就是第四竖臂3024)的顶端与第一传动杆3081铰接，
[0047]第一锥齿轮3051和第二锥齿轮3052相对设置，第三锥齿轮3053设置在第一锥齿轮3051和第二锥齿轮3052之间，第一锥齿轮3051、第二锥齿轮3052和第三锥齿轮3053相互啮合。

[0048]使用过程中，通过第一驱动电机301驱动第三锥齿轮3053转动，从而使第二锥齿轮3052和第一锥齿轮3051转向相反，从而分别带动相应的一个夹臂的一个竖臂(也就是第一竖臂3021)和另一个夹臂的一个竖臂(也就是第三竖臂3023)同时夹合或者同时分开，而“一个夹臂的另一个竖臂(也就是第二竖臂3022)的顶端与第二传动杆3082铰接”，“另一个夹臂的另一个竖臂(也就是第四竖臂3024)的顶端与第一传动杆3081铰接”又保证了两个夹臂的夹持端可以顺利的夹住并分离，从而使两个夹臂具有很强的夹力，从而起到很好的采摘效果。

[0049]进一步地，与减震支柱203的螺纹端螺纹连接的螺母204为双螺母204。

[0050]双螺母204具有很好的预紧效果，可以防止减震支柱203脱松。

[0051]进一步地，多个减震支柱203围绕多个受压弹簧205设置。

[0052]如此布置可以使受压弹簧205和受拉弹簧207布置合理，可以充分吸收夹臂工作中产生的振动，同时还可以提高减震上部201和减震下部202的连接强度。

[0053]进一步地，减震机构包括多个第一凸柱2011和多个第二凸柱2021，多个第一凸柱2011固定于减震上部201的底面并向下凸出，多个第二凸柱2021固定于减震下部202的顶面并向上凸出，每个受压弹簧205内套有一个第一凸柱2011和一个第二凸柱2021。

[0054]通过“每个受压弹簧205内套有一个第一凸柱2011和一个第二凸柱2021”，使第一凸柱2011和第二凸柱2021对受拉弹簧207产生变形引导，防止受拉弹簧207变形随意而容易发生断裂折损等现象，使受拉弹簧207的上下两部分只能沿着竖向拉伸，这样设置的目的主要是考虑到采摘过程可能有风吹过，而且一般情况下，高处的风更大，这使得松果采摘装置在风中摇摆的更剧烈，而这种情况下通过“每个受压弹簧205内套有一个第一凸柱2011和一个第二凸柱2021”起到引导的作用，从而防止受压弹簧205发生严重的偏摆。

[0055]进一步地，升降机构包括第二驱动电机102、升降机构基体、蜗轮蜗杆机构和绕线轮107，第二驱动电机102、蜗轮蜗杆机构和绕线轮107安装于升降机构基体内，第二驱动电机102和绕线轮107通过蜗轮蜗杆机构传动连接，绳索缠绕在绕线轮107处。

[0056]蜗轮蜗杆机构不但能够实现控制交叉动力传动，而且具有很强的自锁行，这样，可以使第二驱动电机102与螺杆连接，而绕线轮107与蜗杆连接；这样，在第二驱动电机102不驱动蜗杆的情况下，绕线轮107无法实现转动，从而保证了升降机构可以悬停在设定高度，而在第二驱动电机102驱动蜗杆转动时候，才会发生蜗杆105带动蜗杆106转动，从而实现绕线轮107的旋转，才实现升降机构的升降。

从而避免松果采摘装置与无人机脱落。

保证了使用安全。

[0057]进一步地，两个竖臂的顶端通过深沟球轴承与减震基体205连接。

[0058]深沟球轴承具有摩擦阻力小，转速高，能用于承受径向负荷或径向和轴向同时作用，可以提高夹臂转动的稳定性，从而保证夹臂动作准确。

[0059]进一步地，升降机构包括上部外壳101，第二驱动电机102、蜗轮蜗杆机构和绕线轮107安装于上部外壳101内，上部外壳101为正六面体结构，
[0060]这里的上部外壳101可以充分保护升降机构，防止无人机在飞行过程中，发生松树的树枝进入升降机构，保证升降机构的安全，减少无人机飞行阻力。

[0061]需要说明的是，本实施方式中的第一驱动电机301和第二驱动电机102的电源可以是使用无人机的电池，还可以是设置一块独立电池而供第一驱动电机301和第二驱动电机102使用，另外，第一驱动电机301和第二驱动电机102的正转、反转及停止可以是通过无线电通信控制，也就是说，可以分别在第一驱动电机301和第二驱动电机102处安装无线电遥控接收器，从而实现通过无线电来控制第一驱动电机301和第二驱动电机102正转、反转及停止。

[0062]如图1和图2所示，升降机构由上部外壳101、第二驱动电机102、联轴器103、蜗杆104、蜗杆105、套筒106、绕线轮107、圆螺母108和四个深沟球轴承组成。

如图1和图3所示，减震机构由减震上部201、减震下部202、减震支柱203、螺母204、受压弹簧205和受拉弹簧207组成。

如图1和图5所示，夹果机构还包括长套筒309、第一角接触球轴承310、第一短套筒311、第二角接触球轴承312、第二短套筒313和推力球轴承314组成。

[0063]如图1和图2所示，蜗杆105套在蜗杆轴上，蜗杆与蜗杆轴为键连接，蜗杆轴上套上套筒106对蜗杆进行轴向固定。

绕线轮107紧靠套筒，绕线轮与蜗杆轴也为键连接，圆螺母108拧在蜗杆轴上，对绕线轮进行轴向定位。

在轴的两端安装深沟球轴承并用孔用弹性挡圈将其安装固定在外壳101上。

将蜗杆104两端安装深沟球轴承并用孔用弹性挡圈安装固定在外壳上。

使用螺栓连接将减速电机102固定在外壳上，电机轴与蜗杆轴用联轴器103连接。

钢丝绳缠绕在绕线轮上。

[0064]如图1、3所示，在减震机构中采用焊接的方法将受拉弹簧207焊接在减震上部201与减震下部202凸起的圆柱上，共计4个。

将受压弹簧205套在减震支柱203上，将减震支柱穿过减震上部和减震下部，并用螺母204固定，共计8个减震支柱，布置在吊耳四周。

采用双螺母可以防止减震支柱与减震下部松脱。

将缠绕在绕线轮上的钢丝固定在第一凸柱处，使用螺栓连接将减震下部与夹果机构基体302连接固定，并将第一驱动电机301固定在减震下部。

[0065]如图1至图7所示，将推力球轴承314放入夹果机构基体的轴承孔中，将轴穿过夹果机构基体的内侧孔中，并依次安装多个竖臂、第一短套筒311、第二角接触球轴承312和第二短套筒313，最后穿过夹果机构基体外侧孔中。

从轴的另外一侧依次安装第一角接触球轴承310、长套筒309，最后安装第一锥齿轮和第二锥齿轮。

第一驱动电机的轴与第三锥齿轮使用键连接，并用轴用弹性挡圈对第三锥齿轮进行轴向固定。

[0066]术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。

由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

[0067]虽然本实用新型公开披露如上，但本实用新型公开的保护范围并非仅限于此。

本领域技术人员在不脱离本实用新型公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本实用新型的保护范围。