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快速收获花朵的装置及其收获方法与流程

来源：花匠小妙招时间：2025-05-18 05:40

快速收获花朵的装置及其收获方法与流程

本发明属于农作物摘取技术领域，尤其涉及一种快速收获花朵的装置及其收获方法。

背景技术：

花朵现在多以农作物的形式出现，如菊花、玫瑰花等被大量种植，被食用、饮用或药用。

区别于一般的农作物，花朵由于自身娇嫩的特性，采摘的时候需要格外小心，正因为其娇嫩的本性，花朵农业采摘的机械化程度严重不足，导致花朵这类农作物的采摘过程需要用到大量的劳动力，过程费时费力，而且采摘效率较低，大大影响了采摘物的生长周期。

同时，人工在采摘花朵这类农作物时还很容易碰伤花朵，从而影响成品品相，最终影响农作物的经济效益。

另外，人工在采摘花朵时，如玫瑰花，由于花刺的存在，很容易伤害到采摘工人，影响工人身心健康。

急需一种能够降低人力成本、同时不容易伤害到农作物的采摘装置。

技术实现要素：

本发明旨在提供一种结构简单、使用效果好的快速收获花朵的装置。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：快速收获花朵的装置，包括切割部和与切割部相连的吸取部，吸取部包括动力单元和竖直设置的吸管，动力单元吸取吸管内的气体，切割部包括手柄和连接于手柄上的刀片，吸管与手柄相连，刀片包括与手柄固定连接的固定刀片和配合固定刀片设置的移动刀片，固定刀片和移动刀片设置于吸管上方，且移动刀片在水平方向上移动。

切割部还包括电磁继电器，电磁继电器包括线圈和衔铁，衔铁设置于线圈上方，衔铁的连接端上连接有压缩弹簧；衔铁的自由端与移动刀片连接。

吸管内设置有压力传感器，压力传感器上连接有控制部，控制部包括处理器和继电器驱动电路；压力传感器的信号输出端连接处理器的信号输入端，处理器的信号输出端连接继电器驱动电路，继电器驱动电路驱动继电器的线圈是否通电。

压力传感器电路包括电源电路、电桥电路和放大电路；电源电路连接电桥电路，电桥电路的信号输出端连接放大电路，放大电路的信号输出端连接有ad转换电路，ad转换电路的信号输出端连接处理器的信号输入端。

动力单元包括与吸管连接的抽风机。

吸管下方螺接有收集桶，抽风机设置于收集桶内底部，收集桶底面上配合抽风机设置有出风口；收集桶上方设置有网格板，网格板水平连接于收集桶内。

快速收获花朵的方法，所述方法依次包括如下步骤：

1）接近花朵；在接近花朵的过程中，花朵与吸管顶端之间的距离小于100mm；

2）将花朵吸入吸管；吸管内存在负压，吸管中的负压将花朵吸入吸管内；

3）感知花朵被吸取；感知花朵被吸取的方法为：判断吸管内压力变化速度是否超过阈值；

4）将花朵与茎切断；当判断花朵被吸取后，移动刀片朝向固定刀片移动，从而将花朵与茎切断，得到花朵；

5）被切断的花朵收集到一起；经过步骤4）与茎分离的花朵，继续被吸管吸下来，集中收集；

6）重复步骤1）。

步骤3）中判断吸管内压力变化速度是否超过阈值的公式为：δn=nt-nt-0.3,δn=0.3mpa，其中δn为吸管内压力变化速度；nt为第t秒吸管内的压力；nt-0.3为第t-3秒吸管内的压力。

吸管内的负压为300-400mmhg。

吸管内径自上之下先逐渐增大后逐渐减小，其中，吸管顶端和底端内径相同；吸管内径最小处的值为：90~110mm。

通过以上技术方案，本发明的有益效果为：

通过本发明所述的装置：

（1）吸取部吸住农作物，切割部工作将农作物切割下来，结构简单，原理构造一目了然，设计新颖，轻松实现了农作物的采摘，弥补了花朵这类农作物在机械化采摘方面的不足。

（2）采用这种采摘方式，极大提高了采摘的工作效率，不易碰伤采摘人员，同时也不容易碰坏采摘物。

（3）本装置使用起来省时省力，设置的手柄符合仿生物学，易于人手手持，不易滑动，握起来更加省力；

通过本发明所述的方法：

（1）通过本发明所述的方法可以实现花朵的快速收获；不容易混入杂质；同时，由于压力和吸管内径尺寸的控制，花朵不易被伤害到，可以保证花朵的完整性，同时被切断的花朵可以快速伸展开，有效保护了花朵的形态。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为图1主视图；

图3为吸管结构示意图；

图4为刀片结构示意图；

图5为继电器结构示意图；

图6为控制部电路原理图；

图7为本发明所述方法流程图。

具体实施方式

实施例1，快速收获花朵的装置，其中，本发明所述的农作物为花朵，本实施例以花头直径为60~100mm的中菊为例进行说明，其中，花头直径为花瓣呈自然状态时最大的直径。

所述的快速收获花朵的装置包括切割部和与切割部相连的吸取部，吸取部用于将农作物吸取到其中，随后，切割部将农作物切割下来，被切割下来的农作物落入到吸取部中。

其中，吸取部包括动力单元和竖直设置的吸管5，吸管5与切割部相连。动力单元吸取吸管5内的气体，从而使得吸管5内形成低压的状态，用于实现农作物的吸取。

吸管5的结构为：吸管5横截面呈圆形，吸管5内径自上之下先逐渐减小后逐渐增大，吸管5直径最小处的直径为100~110mm，从而可以将农作物吸取到其中，农作物被切割下来后，会在吸力的作用下从吸管5中掉落下来。吸管5底端和顶端的内径相同，均大于110mm，从而吸管5呈双曲线型，这种形式的吸管5在较低的吸力下就可以将中间部分的空气抽出，降低能耗，内壁光滑，过渡平稳。在实施的时候，吸管5的材质可以选择pp塑料。

动力单元包括与吸管5连接的抽风机，本实施例中抽风机为12v离心抽风机，生产厂家为：上海绿创自动化设备有限公司。

切割部包括手柄1，手柄1呈长方体状，手柄1上设置有5个凸起2，凸起2水平设置，5个凸起2沿高度方向依次分布，每个凸起2均呈成条状。相邻凸起2之间预留有手持间隙3，其中，凸起2为仿人体手指形状。使用的时候，手指各个手指依次放入到相应的手持间隙3中，在较小的手持力度下就可以实现手持部的稳定，降低劳动强度。

在手柄1上连接有安装块4，吸管5穿设于安装块4中。

安装块4上设置有刀片，刀片包括与手柄1固定连接的固定刀片6和配合固定刀片6设置的移动刀片7，固定刀片6和移动刀片7均设置于吸管5上方，且移动刀片7在水平方向上移动。

为了保证移动刀片7的移动，切割部还包括电磁继电器8，电磁继电器8包括线圈10和衔铁12，衔铁12设置于线圈10上方，线圈10连接于固定座9上，在固定座9上与线圈10平行的位置还连接有压缩弹簧11，压缩弹簧11顶端连接衔铁12。衔铁12朝向线圈10设置。衔铁12的端部连接移动刀片7。

衔铁12和线圈10没有吸合时，移动刀片7在吸管5上方朝向固定刀片6移动，从而将位于吸管5内的农作物与其茎切断，实现农作物的采摘。当衔铁12被线圈10吸合下来时，固定刀片6和移动刀片7分别位于吸管5上方的两侧，

为了实现衔铁12的自动工作，在吸管5内设置有压力传感器，压力传感器为电阻应变片式压力传感器，压力传感器上连接有控制部。

控制部包括处理器和继电器驱动电路。

处理器为型号为stc12c5a60s2的单片机u1。

单片机u1上连接有复位电路、晶振电路和电源电路，此为单片机u1的最小系统为成熟的现有技术，不再赘述。

压力传感器的信号输出端连接ad转换电路，ad转换电路的信号输出端连接单片机u1的信号输入端，单片机u1的信号输出端连接继电器驱动电路，继电器驱动电路驱动继电器8的线圈是否通电。

其中，电阻应变片式压力传感器为成熟的现有技术，膜片上的压力使得电桥不平衡，从而产生一个差动的输出信号。

其中，压力传感器包括膜片和与膜片连接的压力传感器电路。

压力传感器电路包括电源电路、电桥电路和放大电路。

其中，电源电路包括直流电源、第一分压电阻r1、第二分压电阻r2、第一滤波电容c1和第一运算放大器u2，第一分压电阻r1一端连接直流电源，第一分压电阻r1的另一端连接第一运算放大器u2的同相输入端，第一运算放大器u2的同相输入端还通过第一滤波电容c1接地。第一运算放大器u2的同相输入端还通过第二分压电阻r2接地。第一运算放大器u2的反相输入端连接第一运算放大器u2的输出端，第一运算放大器u2的输出端连接电桥电路。

电桥电路包括第一电桥电阻r3、第二电桥电阻r4、第三电桥电阻r5、第四电桥电阻r6和滑动变阻器rp，第一运算放大器u2的输出端连接第一电桥电阻r3、第四电桥电阻r6和滑动变阻器rp的滑动端；第二电桥电阻r4和第三电桥电阻r5分别连接滑动变阻器rp的两端；第一电桥电阻r3和第二电桥电阻r4的第二端相连后连接膜片mp的第一端；第三电桥电阻r5和第四电桥电阻r6的第二端相连后连接膜片mp的第二端。

膜片mp连接放大电路，放大电路包括第三分压电阻r8、第四分压电阻r9、第二运算放大器u3，第二运算放大器u3的同相输入端和反相输入端分别通过第三分压电阻r8和第四分压电阻r9连接膜片mp的第一端和第二端，第二运算放大器u3的反相输入端还连接第二运算放大器u3的输出端。

第二运算放大器u3的输出端连接ad转换电路。

ad转换电路用于将压力传感器输出的电信号转换成数字信号，其中ad转换电路包括ad转换芯片u4（型号为adc0808）。

第二运算放大器u3的输出端连接ad转换芯片u4的模拟量输入引脚（引脚in0），ad转换芯片u4的数字量输出引脚（引脚ad0）连接单片机u1的信号输入端（引脚p1.0）。

ad转换芯片u4的a、b、c地址输入线（引脚a、b、c）接地。

单片机u1的信号输出端连接继电器驱动电路继电器驱动电路驱动继电器的衔铁动作。

压力传感器用于检测吸管5内的压力，当农作物进入到吸管5内时，吸管5内的压力会发生变化，压力传感器将检测到的信号传输到单片机u1，单片机u1将压力传感器的信号与阈值进行比对，当判断压力减小时，输出低电平到继电器驱动电路。

继电器驱动电路得到低电平衔铁被继电器8的线圈弹开，在这一过程中，衔铁带动移动刀片7朝向固定刀片6移动，在移动的过程中，农作物与其茎被切割开，农作物掉落到吸管5内。

农作物掉落后，吸管5内压力恢复正常，单片机u1接收到这一变化，输出高电平到继电器驱动电路。

继电器驱动电路得到高电平衔铁在压缩弹簧的作用下吸合到线圈x上，衔铁带动移动刀片7朝向远离固定刀片6的方向移动。

随后进行下一个农作物的采摘，依次循环。

在吸管5下方螺接有收集桶，收集桶用于实现农作物的收集。

抽风机设置于收集桶内底部，收集桶底面上配合抽风机设置有出风口；收集桶上方设置有网格板，网格板水平连接于收集桶内。

吸入到吸管5内的农作物，被切断后，通过吸管5进入到收集桶内，收集桶的网格板可以保证抽出的风通过而农作物被隔离在上面，收集桶内装满农作物时，将收集桶从吸管5上拧下来，倒出农作物即可。

手柄1上设置有按钮开关和电源；电源为抽风机供电；按钮开关串接于抽风机的电源电路中，其中，电源为直流电源。

按动按钮开关可以保证电源与抽风机接通。

实施例2，本实施例与实施例1的不同之处在于，本实施例中的农作物为玫瑰，玫瑰花头的大小为80~90mm，则吸管5内径最小部分的尺寸为90~100mm。吸管5底端和顶端的内径相同，均大于100mm。

工作的时候，将吸管5对着农作物，按动按钮开关，使得抽风机工作，抽风机将农作物吸入到吸管5内，吸管5内的压力发生变化，压力传感器检测吸管5内的压力，并将检测到的压力传输到单片机u1，单片机u1根据接收到的压力与阈值的比对输出信号到继电器驱动电路，使得电磁继电器8的衔铁带动移动刀片7动作，移动刀片7在动作的时候将农作物和茎通过切割分离，最终农作物落入到吸管5内，并进入到收集桶内收集起来。

所述的快速收获花朵的装置能够实现农作物的快速收获，在收获的过程中不会对采摘者和采摘物本身造成伤害，结构简单、使用方便，在使用的时候只需将装置拿在手上对准采摘物便可轻松将其采摘，省时省力，弥补了花朵这类农作物机械化采摘方面的不足。

本发明还公开了一种利用上述快速收获花朵的装置进行快速收获花朵的方法，如图7所示，所述方法依次包括如下步骤：

1）接近花朵；在接近花朵的过程中，花朵与吸管顶端之间的距离小于100mm；将花朵与吸管顶端之间的距离控制在小于100mm，可以尽量降低杂质如叶子进入到吸管内的概率，同时也避免了将吸管举得过高时人体劳动强度大的问题。

另外一方面，此处将花朵与吸管顶端之间的距离控制在100mm之内，是在考察了大部分花，茎的可延伸范围，100mm这一长度是茎可以在吸力作用下伸展的长度。通过这一长度的控制，也避免了对茎造成伤害。

另外，对于吸管的尺寸：吸管内径自上之下先逐渐增大后逐渐减小，其中，吸管顶端和底端内径相同；当收获的花朵为中菊时吸管内径最小处的值为：90~100。当收获的花朵为玫瑰花时，吸管内径最小处的值为：100~110mm

2）将花朵吸入吸管；吸管内存在负压，吸管中的负压将花朵吸入吸管内；吸管内负压的形成方法为：在吸管底端的抽风机工作，不断将吸管内的风抽出，从而使得吸管内形成负压，最终实现将花朵吸入其中的目的，效率高，劳动强度低。

其中，吸管内的负压为300-400mmhg。这一负压既可以实现花朵的吸取，又可以避免对花朵造成伤害，如果负压过大花朵上的花瓣会有掉落的风险，如果吸力过小则无法吸取到花朵。

3）感知花朵被吸取；感知花朵被吸取的方法为：判断吸管内压力变化速度是否超过阈值。此步骤中判断吸管内压力变化速度是否超过阈值的公式为：δn=nt-nt-0.3,δn=0.3mpa，其中δn为吸管内压力变化速度；nt为第t秒吸管内的压力；nt-0.3为第t-0.3秒吸管内的压力。在花朵收获的过程中，此步骤比较重要，是实现花朵快速收获的关键。如表1所示，如果检测前后两个时间段间隔的时间比较短，比容易感测到花朵的存在，从而导致花朵被卡在吸管内，无法出来；如果时间过长，会严重影响收获效率；经过多次试验证实了，前后压力检测的时间间隔为0.3s，为最佳的时间，既不容易出现漏的花朵，收获效率也比较高。

表1：压力检测间隔时间与花朵完整度和收获速度之间的关系

4）将花朵与茎切断；当判断花朵被吸取后，移动刀片朝向固定刀片移动，从而将花朵与茎切断，得到花朵。在感知到花朵被吸取后，单片机输出信号，使得衔铁脱离线圈，进而使得移动刀片朝向固定刀片的方向移动，最终将花朵剪下来。

5）被切断的花朵收集到一起；经过步骤4）与茎分离的花朵，继续被吸管吸下来，集中收集。

6）重复步骤1）。

通过本发明所述的快速收获花朵的方法可以实现花朵的快速收获；不容易混入杂质；同时，由于压力和吸管内径尺寸的控制，花朵不易被伤害到，可以保证花朵的完整性，同时被切断的花朵可以快速伸展开，有效保护了花朵的形态。