本發(fā)明屬于農(nóng)業(yè)授粉機械，具體涉及一種柔性授粉機械手。

背景技術(shù)：

農(nóng)作物的授粉是提高其產(chǎn)量的重要因素。目前在國內(nèi)外，農(nóng)田現(xiàn)場授粉作業(yè)主要還是以人工以及昆蟲采蜜兩種方式為主。

昆蟲授粉是以蜜蜂等昆蟲具有的食用花粉或采集花粉釀蜜的生活特性，將花粉附著在昆蟲上進(jìn)行傳播。該傳播方法由于現(xiàn)在自然環(huán)境惡化，有益昆蟲數(shù)量快速下降，以及昆蟲采蜜喜好花蜜多、花株體積大的植物，而農(nóng)業(yè)作物的花顯然不具備這個特點，因此不是昆蟲的主要采蜜目標(biāo)，而達(dá)不到農(nóng)業(yè)作物授粉的理想效果。

人工授粉方式是利用人工直接用軟毛筆提取或人力搖晃植株的模式，將植物花粉搖出或取出，使花粉擴散范圍加大，提高花粉授粉率。這種人工授粉的方式工作勞動強度大、效率低、成本極高、不適合開展大規(guī)模生產(chǎn)。

此外，根據(jù)人工授粉原理，本領(lǐng)域公開了一些有關(guān)授粉機械手的設(shè)備，利用一根空心鋼管，通以高速氣流，吹向植物花朵，來獲得花粉，由于植物花株朝向不一，這種單一噴吹授粉的效果有限，這類授粉機械至今未獲得很好推廣。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的技術(shù)問題是：針對現(xiàn)有農(nóng)業(yè)作物授粉存在的上述缺陷，提供一種柔性授粉機械手，可從事多種植物的授粉工作，大大提高作物的授粉成功率，提高作物產(chǎn)量。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種柔性授粉機械手，包括升降驅(qū)動部件、升降支架以及若干滾筒，所述升降驅(qū)動部件固定設(shè)置在可移動的機械設(shè)備本體上，所述升降支架與升降驅(qū)動部件的升降端連接，所述滾筒布置在升降支架上形成滾筒陣列，所述滾筒以滾筒軸線為中心轉(zhuǎn)動裝配，所述滾筒內(nèi)部連接高壓氣體，并在滾筒的外表面設(shè)有若干噴射高速氣流的出氣孔。

進(jìn)一步的，所述升降支架包括升降連桿、支架立柱、支架橫桿以及若干空心軸，所述升降立柱與升降橫桿組成升降支架的固定框架，并通過升降連桿連接至升降驅(qū)動部件，若干所述空心軸平行布置并通過升降橫桿一體連接；所述滾筒通過軸承轉(zhuǎn)動套裝在空心軸上，所述空心軸內(nèi)部與產(chǎn)生高壓氣體的鼓風(fēng)機連接，并在空心軸上設(shè)有連通滾筒內(nèi)部的進(jìn)氣孔。

進(jìn)一步的，所述空心軸布置在同一水平面內(nèi)，所有空心軸的同側(cè)一端封閉，另一端通過進(jìn)氣支管并聯(lián)，所述進(jìn)氣支管通過氣管與鼓風(fēng)機連接，所述鼓風(fēng)機固定設(shè)置在可移動的機械設(shè)備本體上。

進(jìn)一步的，所述進(jìn)氣孔的氣流噴射方向與空心軸的軸線呈空間交錯設(shè)置。

優(yōu)選的，所述滾筒的直徑為20mm-40mm，相鄰滾筒之間的間距為10cm-15cm。

優(yōu)選的，所述出氣孔沿滾筒的周向均勻布置。

進(jìn)一步的，所述升降支架上固定設(shè)有滑塊，所述滑塊與可移動的機械設(shè)備本體豎向設(shè)置的滑軌之間滑動裝配，實現(xiàn)授粉機械手的升降導(dǎo)向。

優(yōu)選的，所述升降驅(qū)動部件為豎直設(shè)置的液壓缸或電動推桿。

在本發(fā)明中，所述滾筒為柔性滾筒，采用碳素纖維、塑料或pvc材質(zhì)的管材制作。

本發(fā)明中的滾筒通過軸承轉(zhuǎn)動安裝，在外力的輕微作用下以及鼓風(fēng)機的風(fēng)力作用下可以被動旋轉(zhuǎn)，當(dāng)授粉機械設(shè)備在田間作業(yè)時，滾筒陣列可以隨機械本身運動，當(dāng)對農(nóng)業(yè)作物的花株直徑較小、花朵附著性較好的作物，比如水稻、小麥等，滾筒高度可以下降至植株高度的2/3，保證滾筒陣列掃過植株，可以使植株做波浪狀起伏運動，由于植物主干也有彈性，植株反彈時也會多次撞擊滾筒，這種搖晃及撞擊運動可將植株花粉擊出，擴散到空中。為了保證花粉震出后，能迅速地擴散，滾筒上還均布有細(xì)小的出氣孔，從中噴出快速旋轉(zhuǎn)氣流，可以花粉吹向四周，大大提高植物的授粉效果。另外由于滾筒為柔性材質(zhì)的滾筒，不會傷害植物花株，不會造成其他授粉機械手存在撞擊植株時帶落大量花朵，造成大面積損傷的不良后果。對于花徑較大、花朵易掉落的作物，授粉手臂可以只使用氣流授粉模式，只要將滾筒陣列高度調(diào)整到植株頂端，加大鼓風(fēng)機吹出的風(fēng)速及風(fēng)力，由于滾筒在強風(fēng)帶動下可以自旋，就可以產(chǎn)生強烈的旋轉(zhuǎn)風(fēng)，相對于自然風(fēng)授粉，該旋轉(zhuǎn)風(fēng)能獲得比自然風(fēng)更好的授粉效果。

鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速可調(diào)，可以控制吹出的風(fēng)速，針對不同物種及作業(yè)模式，可以采用合適的風(fēng)力授粉，氣管則可以將鼓風(fēng)機產(chǎn)生的高速氣流通入滾筒內(nèi)部形成高壓氣體，再從均布出氣孔的滾筒中噴出，擴大授粉面積。

本發(fā)明結(jié)合了人工及機械授粉的優(yōu)點，利用柔性結(jié)構(gòu)的滾筒，在不損害植株的基礎(chǔ)上，模擬人手搖晃及輕微撞擊植株，并輔以多方向高速旋轉(zhuǎn)氣流吹向植物花株，將花朵中花粉吹向四周，提高植物授粉幾率，達(dá)到增產(chǎn)的目的。

以下結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。

附圖說明

圖1為實施例中的一種柔性授粉機械手的主視圖。

圖2為實施例中的一種柔性授粉機械手的俯視圖a-a。

圖3為實施例中的一種柔性授粉機械手的側(cè)視圖。

圖4為實施例中的滾筒和空心軸的裝配示意圖。

圖5為實施例中空心軸上的進(jìn)氣孔布置方式。

圖中標(biāo)號：1-機械設(shè)備本體，2-升降驅(qū)動部件，3-升降連桿，4-螺釘，5-進(jìn)氣孔，6-滑塊，7-支架立柱，8-滑軌，9-空心軸，10-出氣孔，11-滾筒，12-軸承，13-氣管，14-鼓風(fēng)機，15-進(jìn)氣支管，16-支架橫桿。

具體實施方式

實施例

參見圖1至圖4，圖示中的一種柔性授粉機械手為本發(fā)明的優(yōu)選方案，包括升降驅(qū)動部件2、升降連桿3、螺釘4、滑塊6、支架立柱7、滑軌8、空心軸9、出氣孔10、滾筒11、軸承12、氣管13、進(jìn)氣孔14、進(jìn)氣支管15、支架橫桿16等部件和結(jié)構(gòu)。具體的，柔性授粉機械手整體通過升降驅(qū)動部件2安裝在可移動的機械設(shè)備主體1上，如農(nóng)用拖拉機上，升降驅(qū)動部件2豎向固定設(shè)置在機械設(shè)備主體1上，其升降端連接一個由升降連桿3、支架立柱7、支架橫桿16和若干空心軸9構(gòu)成的升降支架，若干滾筒11陣列排布在升降支架上，滾筒11內(nèi)部連接高壓氣體，滾筒11的外表面沿周向均布有若干將高壓氣流噴出的1cm-3cm的出氣孔10。

如圖1所示，升降支架的框架主體由支架立柱7和支架橫桿16構(gòu)成，兩根平行的支架立柱7豎向設(shè)置，兩根平行的支架橫桿16分別與支架立柱的底端連接，支架立柱7的上部通過另一橫桿固連成一體，并通過該橫桿與升降連桿3連接，五組空心軸9平行布置并與底部的支架橫桿16垂直交叉固連。滾筒11通過軸承12轉(zhuǎn)動套裝在空心軸9上，空心軸9上設(shè)有連接滾筒11內(nèi)部的進(jìn)氣孔5，同時空心軸9的內(nèi)部與產(chǎn)生高壓氣體的鼓風(fēng)機14連通，滾筒11通過空心軸連接高壓氣體。

如圖5所示，進(jìn)氣孔5的氣流噴射方向與空心軸9的軸線呈空間交錯設(shè)置，使得從空心軸9內(nèi)噴射的高速氣流方向均在空心軸的周向上朝統(tǒng)一方向偏斜，由于空心軸固定不動，其產(chǎn)生的氣流推力會推動滾筒11以空心軸為軸線自轉(zhuǎn)。

滾筒11排列成平行于地面的水平陣列如圖2所示，相鄰滾筒之間間距為10cm-15cm，滾筒11為柔性滾筒，采用直徑為20mm-40mm的碳素纖維、塑料或pvc材質(zhì)的管材制作，滾筒11的兩端通過軸承12裝配在空心軸9上，轉(zhuǎn)動裝配滾筒的同時，將滾筒內(nèi)部和空心軸之間密封成一個環(huán)形內(nèi)腔，在外力的輕微作用下以及鼓風(fēng)機14風(fēng)力作用下可以被動旋轉(zhuǎn)，當(dāng)授粉機械在田間作業(yè)時，滾筒矩陣可以隨機械本身運動，當(dāng)對花株直徑較小、花朵附著性較好的作物，比如水稻、小麥等，滾筒高度可以下降至植株高度的2/3，保證滾筒陣列掃過植株，可以使植株做波浪狀起伏運動，由于植物主干也有彈性，植株反彈時也會多次撞擊滾筒，這種搖晃及撞擊運動可將植株花粉擊出，擴散到空中。為了保證花粉震出后，能迅速地擴散，滾筒上還均布有細(xì)小氣孔，從中噴出快速旋轉(zhuǎn)氣流，可以花粉吹向四周，大大提高植物的授粉效果。另外由于滾筒為柔性滾筒，不會傷害植物花株，不會造成其他授粉機械手哪樣撞擊植株時帶落大量花朵，造成大面積損傷。對于花徑較大、花朵易掉落的作物，授粉手臂可以只使用氣流授粉模式，只要將滾筒陣列高度調(diào)整到植株頂端，加大鼓風(fēng)機吹出的風(fēng)速及風(fēng)力，由于滾筒在強風(fēng)帶動下可以自旋，就可以產(chǎn)生強烈的旋轉(zhuǎn)風(fēng)，相對于自然風(fēng)授粉，該旋轉(zhuǎn)風(fēng)能獲得比自然風(fēng)更好的授粉效果。

具體的，空心軸9由光滑的空心薄鋼管構(gòu)成，其上加工有直徑為3cm-6cm的進(jìn)氣孔5，進(jìn)氣孔5位于滾筒的內(nèi)部，連通空心軸內(nèi)部和滾筒內(nèi)部，空心軸9的同一端密封，另一端通過一進(jìn)氣支管15并聯(lián)，鼓風(fēng)機14通過氣管13連接進(jìn)氣支管15，通過氣管13和進(jìn)氣支管15可以將鼓風(fēng)機14吹過來的高壓氣流引入空心軸9和滾筒11，再經(jīng)滾筒上的出氣孔10噴向植物花朵。

另外空心軸9還作為滾筒11的支撐以及旋轉(zhuǎn)軸，其上安裝的軸承12為輕型塑料防水軸承，軸承的外圈安裝了滾筒11，內(nèi)圈固定在空心軸的軸上固定部位，這樣當(dāng)授粉機械手接觸到植株，滾筒11可以在外力作用下轉(zhuǎn)動，化解部分沖擊力，既達(dá)到搖動植株的目的有可以減小對植株的損傷。

升降支架的兩根支架立柱7則為升降支架的主要受力部件，在支架立柱的外側(cè)通過螺釘4固定連接滑塊6，滑塊6與機械設(shè)備主體1上豎向設(shè)置的滑軌8滑動配合，配合升降驅(qū)動部件2的升降導(dǎo)向，實現(xiàn)升降支架以及滾筒陣列實現(xiàn)高度調(diào)整及收放工作?；?及滑塊6采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)件，主要作用是對授粉機械手的升降支架進(jìn)行限位，并承受機械手所受的徑向壓力；同時也保證機械手能夠在垂直方向進(jìn)行運動，實現(xiàn)機械手的收放工作。

升降驅(qū)動部件2可采用豎直布置的液壓缸或電動推桿，以電動推桿為例，電動推桿采用了螺旋螺桿結(jié)構(gòu)，靜止時可實現(xiàn)機械自鎖；通電時則可以按控制系統(tǒng)的要求實現(xiàn)上下移動，推動機械手上下運動。

鼓風(fēng)機14采用50w--100w工業(yè)級微型風(fēng)機，鼓風(fēng)機14采用螺絲固定在機械設(shè)備本體1上，氣管13通過進(jìn)氣支管與空心軸直接相連，為了精簡結(jié)構(gòu)，鼓風(fēng)機使用12v直流電源，采用pwm控制模式，可以調(diào)整其電機轉(zhuǎn)速及吹出的風(fēng)力，為植物花粉的擴散提供動力條件。鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速可調(diào)，可以控制吹出的風(fēng)速，針對不同物種及作業(yè)模式，可以采用合適的風(fēng)力授粉，氣管則可以將鼓風(fēng)機產(chǎn)生的高壓氣流通入滾筒內(nèi)部，再從均布的滾筒中噴出，擴大授粉面積。

在實施過程中，在授粉機械手的控制單元的指令下，授粉機械手可根據(jù)植物的種類以及花株結(jié)構(gòu)決定授粉工作時采用搖晃撞擊+風(fēng)力授粉模式還是純風(fēng)力授粉模式，并調(diào)整機械手高度以及風(fēng)力的大小。例如針對水稻的授粉，由于水稻的花朵小、附著力較強，可采用搖晃撞擊+風(fēng)力授粉模式時，可以將授粉機械手的滾筒陣列高度調(diào)至水稻植株高度的2/3處，這樣授粉機械在行進(jìn)時就可以帶動機械手慢速掃過水稻植株，因為機械手特殊的設(shè)計結(jié)構(gòu)，可以使水稻植株產(chǎn)生波浪運動并通過柔性滾筒輕微撞擊及彈擊水稻植株，可以很好地震出水稻花粉，并吹向四周，提高水稻授粉率，從而提高水稻的產(chǎn)量。

又如對油菜等花朵較大、植株花朵附著力不強、花朵脆弱易掉落的植物，這類植物授粉可采用純風(fēng)力授粉模式，調(diào)整授粉機械手的滾筒陣列高度，使其稍高于植物頂端，在增大鼓風(fēng)機轉(zhuǎn)速，提高滾筒中風(fēng)力，由于滾筒在空心軸上相對于軸線周向偏斜的進(jìn)氣孔吹出風(fēng)力作用下可以轉(zhuǎn)動，同時滾筒上也有均布的出氣孔，使?jié)L筒中吹出的風(fēng)形成旋轉(zhuǎn)氣流，大大提高植物花粉的擴散速度與范圍，也能提高授粉效果，并且不傷害植物花株。

以上對本發(fā)明實施例所提供的技術(shù)方案進(jìn)行了詳細(xì)介紹，本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明實施例的原理以及實施方式進(jìn)行了闡述，以上實施例的說明只適用于幫助理解本發(fā)明實施例的原理；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明實施例，在具體實施方式以及應(yīng)用范圍上均會有改變之處，綜上，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。