[发明专利]一种基于杠杆原理的无人机自平衡采摘装置及其控制方法

权利要求书

1.基于杠杆原理的无人机摘果装置的控制方法，其特征在于，所述无人机摘果装置包括前杆主体、后杆主体、所述前杆主体和后杆主体之间设有滚珠丝杆滑台，所述滚珠丝杆滑台一端固定在前杆主体上，另一端连接后杆主体的最前端，滚珠丝杆滑台运动时，带动后杆主体伸缩运动；所述前杆主体的最前端设有电动摘果装置，所述电动摘果装置包括最高层的剪刀机构、中层重量传感器和最底层的果枝夹紧机构，在所述剪刀机构的刀片下面安装重量传感器，所述重量传感器的下方安装果枝夹紧机构；所述前杆主体上设有摄像头固定支架，所述摄像头固定支架上设有双目视觉摄像头组件；所述后杆主体末端设有配重盒，配重盒内设有控制板、电源电池和配重块，所述控制板用于控制滚珠丝杆滑台的伸缩，所述控制方法包括下述步骤：

S1、安装无人机摘果装置后，调节无人机的平衡，通过双目视觉摄像头组件定位果实位置，无人机通过飞控系统控制无人机飞至指定位置，在到达指定位置后，无人机通过双目视觉摄像头组件不停的对果实进行扫描，调整无人机的位置，使得果枝在电动摘果装置的剪接范围，在双目视觉摄像头组件确定电动摘果装置的剪刀可以剪接果枝后，信号反馈给控制板，控制板开始控制滚珠丝杆滑台滑动，延长后杆主体相应的距离，通过无人机自身的平衡系统调节平衡，在无人机调节平衡后，控制板就控制电动摘果装置执行摘果的信号，剪断果枝；

S2、控制板通过预先编程达到控制电动摘果装置进行剪合，在电动摘果装置中的剪刀机构剪断果枝时，果枝夹紧机构已经将果枝卡住，在电动摘果装置中的重量传感器测量果实的重量并将数据反馈出去，系统根据测量的数据和杠杆原理“动力×动力臂=阻力×阻力臂”，计算出后杆需要伸缩的长度，这时控制板会控制滚珠丝杆滑台推动后杆伸缩到达相应的长度，达到前后端的基本平衡，欠缺的平衡需要无人机自身调节；

S3、摘果完成后，电动摘果装置保持夹紧果枝的状态，无人机通过程序设定到达指定的放果地点，无人机到达放果地点后，控制板控制电动摘果装置松开剪刀，夹紧的果枝在松开后，通过重力的作用脱离电动摘果装置，无人机完成本次摘果作业；无人机再次进行自检，为下一次摘果做好准备。

2.根据权利要求1所述基于杠杆原理的无人机摘果装置的控制方法；其特征在于，在步骤S1中，在调节平衡后，启动无人机，无人机起飞，先进行无人机设备检测，在检测完成后再进行摘果作业。

3.根据权利要求1所述基于杠杆原理的无人机摘果装置的控制方法，其特征在于，在步骤S2中，动力×动力臂=阻力×阻力臂，用代数式表示为F1•L1=F2•L2，式中，F1为前杆的重量，L1为支撑节点到前端顶点之间的长度，F2为后杆 的重量，L2是支撑节点到后端顶点之间的长度，其中L1、F2是维持不变的，剪果后F1增加，增加L2来达到前后相同，维持平衡。

4.根据权利要求3所述基于杠杆原理的无人机摘果装置的控制方法，其特征在于，通过重量传感器检测的果实重量，检测出增大F1，通过杠杆公式再计算出需要的 L2，控制板控制滚珠丝杆滑台电机进行相对应长度的伸长。

5.根据权利要求1所述基于杠杆原理的无人机摘果装置的控制方法，其特征在于，在所述无人机摘果装置的中心位置设置有连接机构，所述连接机构包括可包裹前杆主体的焊接件，所述焊接件上设有连接杆。

6.根据权利要求1所述基于杠杆原理的无人机摘果装置的控制方法，其特征在于，所述双目摄像头组件采集图像，确定果实位置，反馈给无人机，无人机通过双目视觉摄像头组件所采集的图像信息进行飞行定位。

7.根据权利要求1所述基于杠杆原理的无人机摘果装置的控制方法，其特征在于，所述前杆主体包裹后杆主体，在前杆主体和后杆主体之间添加有润滑剂。

8.根据权利要求1所述基于杠杆原理的无人机摘果装置的控制方法，其特征在于，所述后杆主体与滚珠丝杆滑台的滑动块连接。

9.根据权利要求1所述基于杠杆原理的无人机摘果装置的控制方法，其特征在于，所述配重盒采用亚克力材料制得。