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一种主干疏层型果园疏花装置、定枝装置及其方法

来源：花匠小妙招时间：2025-06-14 15:55

本发明涉及果树的疏花，特别是涉及一种主干疏层型果园疏花装置、定枝装置及其方法。

背景技术：

1、梨、桃、苹果等果树约有百分之十几的花能够成果便可以达到丰产，其中，多余的花序需要进行疏除，以节约树体养分。疏花疏果能够减小果树大小年差异和提升果实品质，是果园生产必不可少的一项农艺环节。

2、目前，传统的人工疏果方法耗工费时，浪费树体养分，已不适应现代农业的发展。而常见的花序疏除方式包括化学疏除剂喷施方法，但是这种方式不仅污染环境，且药剂易受喷施时间、配制浓度和作业现场环境等因素的影响，实际田间作业中较少采用。另外，常见的花序疏除方式还包括随机击打式的机械化疏花方法，虽能够提升作业效率和降低劳动力成本，但无法实现无人化精准疏花作业，且还需要后期人工优选定果的辅助。

3、此外，主干型栽培是国内近几年新兴的一种宜机化果树种植模式，无需高昂的棚架搭建成本，就能够很好的实现传统果园的宜机化改造，尤受广大果农喜爱，已成为国内果园种植模式发展的新方向标。目前市场上虽有机械化单轴甩绳式疏花机与之匹配，但此机型为随机击打式作业。因为受枝条阻挡，所以其疏花绳难以完全击打到果树冠层内部，且果树冠径越大击打效果越差，后期还需要依靠人工优选定果来完成整个疏花疏果环节的作业。例如，如专利号为zl202310246050.7和zl202310246049.4，只能用于y型棚架果园，且装置需要借助棚架专有的轨道结构运行。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提出一种主干疏层型果园疏花装置、定枝装置及其方法，能够实现主干型果园的无人化精准疏花作业。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种主干疏层型果园疏花装置，包括：底盘、驱动装置、疏花单元和行走装置；所述驱动装置安装在所述底盘内，且所述驱动装置的输出轴延伸至所述底盘外，并与所述疏花单元相连接；所述疏花单元位于所述底盘上；所述行走装置安装在所述底盘的侧壁上；所述行走装置和所述驱动装置皆与所述底盘中的总成箱连接；

3、所述疏花单元包括固定支架、转盘、第一导轨模组、第二导轨模组和疏花执行器；所述转盘的一侧与所述驱动装置相连接；所述固定支架的一端与所述转盘的另一侧相连接，所述固定支架的另一端与所述第一导轨模组的一端相连接；所述第二导轨模组的一侧与所述第一导轨模组滑动设置；所述第一导轨模组垂直于所述第二导轨模组和所述底盘；所述疏花执行器滑动安装在所述第二导轨模组的另一侧；

4、所述疏花执行器包括外壳、底框、多个连接杆、多个疏花执行器底板叶片、疏花执行器底板叶片电机和疏花组件；

5、所述外壳通过滑动块滑动连接所述第二导轨模组；所述外壳包括顶部、底部、封闭端和开口端；所述顶部和底部相对设置；所述封闭端和开口端分别位于所述顶部和底部的两侧；果树支干能够顺着所述开口端至所述封闭端的路径方向从所述开口端进入至所述外壳内；

6、所述底框安装在所述外壳的底部上；多个所述连接杆沿着所述底框的长度方向分别安装在所述底框相对的侧壁上；所述疏花执行器底板叶片的两侧分别转动连接多个所述连接杆的侧壁；所述疏花执行器底板叶片电机安装在所述底框的侧壁上，且输出轴与所述疏花执行器底板叶片连接；

7、所述疏花组件位于所述外壳内部，且两侧分别与所述外壳的内侧壁滑动连接；所述疏花组件的一端靠近顶部；所述疏花组件的另一端靠近所述底部，且与所述疏花执行器底板叶片保留预定间距。

8、进一步的，所述疏花组件包括疏花架、疏花控制器、药箱、喷头、推杆支架、电动推杆、推杆电机、疏刷电机、疏刷和图像采集装置；所述外壳相对的内侧壁上设有轨道，所述疏花架的外侧壁与所述轨道滑动连接；所述疏花控制器安装在所述疏花架的两侧，用于控制所述疏花架在所述轨道上进行滑动；所述药箱安装在所述疏花架上，所述药箱靠近果树支干的一侧设有喷头；所述推杆支架安装在所述疏花架上，且位于所述药箱一侧；所述电动推杆的固定端与所述推杆支架连接，伸缩端与所述疏刷电机连接；所述疏刷电机的输出轴与所述疏刷的一端相连接；所述疏刷的另一端用于对果树支干进行疏花作业；所述图像采集装置安装在所述疏花架上，且位于疏刷的一侧，所述图像采集装置与所述疏花控制器连接；所述推杆电机、所述药箱和所述疏刷电机皆与所述疏花控制器相连接。

9、进一步的，所述图像采集装置包括摄像头和多个照明灯；所述摄像头与所述疏花控制器相连，且位于多个所述照明灯之间。

10、进一步的，所述第一导轨模组包括纵向模组支架、纵向模组、纵向导轨、纵向模组电机和纵向模组传动带；所述第二导轨模组包括横向模组支架、横向模组、横向导轨、横向模组电机和横向模组传动带；

11、所述纵向模组支架安装在所述纵向模组的一端；所述纵向模组的另一端与所述固定支架相连接；所述纵向模组电机安装在所述纵向模组支架上，且输出轴与所述纵向模组传动带中的带轮相连接；所述纵向模组传动带安装在所述纵向模组上；所述纵向导轨安装在所述纵向模组上；所述横向模组的一侧与所述纵向模组传动带固定连接，且所述横向模组滑动安装在所述纵向导轨上；所述横向模组支架安装在所述横向模组的一端；所述横向模组电机安装在所述横向模组支架上，且输出轴与所述横向模组传动带中的带轮相连接；所述横向模组传动带安装在所述横向模组的另一侧上；所述横向导轨安装在所述横向模组上；所述疏花执行器与所述横向模组传动带固定连接，且所述疏花执行器通过滑动块滑动安装在所述横向导轨上。

12、进一步的，所述第一导轨模组通过角度调节装置与所述第二导轨模组相连接；

13、所述角度调节装置包括滑块、角度调节电机、主动齿轮、从动齿轮以及固定块；

14、所述滑块的一侧滑动安装在所述第一导轨模组上；所述角度调节电机安装在所述滑块上，且输出轴与所述主动齿轮相连接；所述主动齿轮和所述从动齿轮安装在所述滑块的另一侧；所述主动齿轮的侧壁与所述从动齿轮的侧壁相啮合；所述从动齿轮远离所述滑块的一侧与所述固定块的一端相连接；所述固定块的另一端与所述第二导轨模组相连接。

15、此外，本发明还提出一种主干疏层型果园疏花方法，采用如上述所述的主干疏层型果园疏花装置，具体包括如下：

16、启动所述主干疏层型果园疏花装置，移动至待疏花果树的一侧，将疏花执行器完全包裹所述待疏花果树一侧中的第一层果树支干，并对所述第一层果树支干进行疏花作业；

17、通过调整所述疏花执行器的位置，直至所述待疏花果树一侧上的所有层果树支干疏花完毕；

18、所述主干疏层型果园疏花装置根据果园路线行驶至所述待疏花果树的另一侧时，重复以上操作，直至完成待疏花果树全部的疏花作业。

19、进一步的，所述启动所述主干疏层型果园疏花装置，移动至待疏花果树的一侧，将疏花执行器完全包裹所述待疏花果树一侧中的第一层果树支干，并对所述第一层果树支干进行疏花作业，具体包括：启动所述主干疏层型果园疏花装置，行驶至待疏花果树一侧的第一位置点；驱动所述疏花执行器，直至所述待疏花果树的第一层果树支干被所述疏花执行器完全包裹，随后对所述第一层果树支干进行疏花作业；

20、所述通过调整所述疏花执行器的位置，直至所述待疏花果树一侧上的所有层果树支干疏花完毕，具体包括：通过升高所述疏花执行器，直至沿着所述第一层果树支干竖直方向上的所有层果树支干均疏花作业后，将所述疏花执行器移动至所述待疏花果树一侧的第二位置点，重复所述第一位置点的疏花作业，直至所述待疏花果树一侧的所有果树支干疏花完毕；

21、所述疏花作业，具体包括：作业时，先对待疏花的果树支干进行全景图像拍摄，并将拍摄的全景图像传输至疏花控制器；所述疏花控制器根据所述拍摄的全景图像控制所述疏花执行器对所述待疏花的果树支干进行疏花作业；

22、所述疏花作业，具体还包括：所述疏花控制器通过图像处理算法将果树支干划分为多个分区sn，n为正整数；计算sn区第m号花序质心点的位置以及所述第m号花序质心点周边幼叶的叶面积am，并以每个sn区所保留的第1号花序质心点为基准，对sn区其他花序点进行疏花作业，其中，m为正整数；

23、判断am是否小于叶面积阈值a；当am＜a时，所述疏花执行器的疏刷运行至第m号花序质心点位置进行旋转击打动作；当am≥a时，所述疏花执行器的喷头运行至第m号花序质心点位置进行喷雾动作。

24、此外，本发明还提出一种定枝装置，包括：多个固定架、多个定枝支架和多个定位件；多个所述固定架围绕果树主干形成闭环结构，以包络所述果树主干；所述固定架远离所述果树主干的外侧壁设有多个安装孔，所述定枝支架呈预定角度插接在所述安装孔内；所述定位件穿过所述固定架，用于对所述定枝支架的安装角度进行定位；

25、所述固定架与果树主干之间的空隙填充有填充剂；

26、所述填充剂包括泡沫填充剂；

27、所述固定架包括半弧形结构；

28、多个所述固定架通过紧固螺栓连接。

29、此外，本发明还提出一种定枝方法，采用如上述所述的定枝装置，具体包括如下：

30、将单层果树枝条按照夹角θ分为多个，将固定架固定于第一层与地面之间，以及相邻层之间；

31、根据所述夹角θ将定枝支架固定于所述固定架外侧壁上，再将果树支干固定于所述定枝支架上。

32、进一步的，将单棵果树支干层定枝为ij、kl、mn、qt、uv五个水平层，果树支干层离地高度h1、h2、h3、h4、h5；将单棵果树每层支干以水平辐射状定形为oa、ob、oc、od、oe、of、og、oh八根，果树支干夹角θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6、θ7、θ8；定枝时，首先，通过修剪和嫁接将单层果树枝条按照果树支干夹角θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6、θ7、θ8，改造成oa、ob、oc、od、oe、of、og、oh八条；然后，固定架分别固定于ij与地面之间、ij与kl之间、kl与mn之间、mn与qt之间、qt与uv之间的适当高度位置，按照果树支干夹角θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6、θ7、θ8将定枝支架固定于固定架的外侧壁；果树支干通过绳子系于定枝支架之上，果树支干长度l通过剪断枝条控制。

33、通过上述技术方案，本发明具有如下有益效果：

34、本实施通过底盘、驱动装置、疏花单元和行走装置的设置，不同于地面随机击打式作业机型，能够针对随机击打式疏花作业的弊端，联合路径导航、机器视觉图像处理以及滑动模组精准控制，实现了主干型果园的无人化精准疏花作业。通过路径导航(例如使用电磁导航方法和slam方法等)实现果园s形单行程全范围一对一定点式机械化疏花作业；还通过机器视觉图像处理实现对果树枝条、花序、幼叶的智能识别、定位与计算，并在果树支干相对位置恒定的条件下实现了对滑动模组、疏花执行器的精准控制。

35、此外，本实施例中机器视觉图像处理方法应用的对象是长度相同、直线度高的单根果树枝条，而且相机对果树枝条(包括花序、幼叶)全景图像的采集是在近距离单色背景下进行的。这些精细化作业方法相比于以往单棵果树全景图像拍摄，在果树花序识别准确度、位置/面积计算精度上有了质的提升，方便了下位机作业动作的精准实现。而且，由于物理击打容易伤及果树幼叶，化学疏除剂喷施影响果品健康，本实施例能够针对这一问题，通过花序幼叶叶面积疏花动作选择性决策方法，最大限度的平衡了两种疏花方式。进一步的，本实施例的主干疏层型果园疏花装置在疏花作业过程中能够记录保留花序的精确位置信息，为后期果园智能化套袋、智能化采摘作业的实现以及单位面积果实产量评估提供算法接口。

36、另外，为配合智能化精准疏花作业的顺利实施，本实施例还通过定枝装置和定枝方法，将不利于精准疏花作业的凌乱枝条改造成分层结构，而且将各层枝条定型为方便本实施例中主干疏层型果园疏花装置作业的辐射状。相比于宜机化作业的高价位棚架式改造，不仅省去了棚架材料成本和人工搭建成本，而且本实施例的定枝装置可拆卸、可更换以及可维修，能够根据果树的树龄、长势及时的进行加装和位置改动，作业灵活性远高于外形结构固定不变的棚架结构。